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Technisches Gebiet
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Die Erfindung betrifft eine Messeinrichtung zum Bestimmen einer quer auf einen Bolzenzapfen eines Bolzens wirkenden Kraft, sowie einen Bolzen mit einer Messeinrichtung, eine Vorrichtung mit einer Messeinrichtung und eine Anlage mit einer Vorrichtung, die insbesondere Teil einer Tauchbehandlungsanlage zum Behandeln von Fahrzeugkarossen ist.
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Stand der Technik
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Es ist bekannt, dass Scher-Dehnmessstreifen eine Messung von Querkräften in einem Scherstab ermöglichen. Damit ist es beispielsweise jedoch nicht möglich, eine Querkraft an einem eingespannten Bolzen bei einer Kraft mit um die Bolzenachse rotierender Wirkrichtung und auf der Bolzenachse axial variierendem Kraftangriffspunkt zu bestimmen. Auch ist es nicht möglich, an einem rotierenden Bolzen bei einer Kraft mit konstanter Wirkrichtung und einem axial variierenden Kraftangriffspunkt eine Querkraft zu bestimmen.
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Offenbarung der Erfindung
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Die Aufgabe der Erfindung ist es, eine Messeinrichtung zu schaffen, welche es erlaubt, eine quer auf einen Bolzenzapfen eines Bolzens wirkende Kraft zu bestimmen.
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Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, einen Bolzen mit einer Messeinrichtung zu schaffen, welches es erlaubt, eine quer auf einen Bolzenzapfen des Bolzens wirkende Kraft zu bestimmen.
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Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung mit einer solchen Messeinrichtung sowie eine Anlage mit einer solchen Vorrichtung zu schaffen.
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Die Aufgaben werden durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst. Günstige Ausgestaltungen und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den weiteren Ansprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen.
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Es wird eine Messeinrichtung zum Bestimmen einer quer auf einen Bolzenzapfen eines Bolzens wirkenden Kraft vorgeschlagen, welche wenigstens eine Messgruppe von wenigstens drei auf dem Bolzenzapfen angeordneten Kraftmesselementen zum Messen einer Kraft umfasst.
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Die wenigstens drei auf dem Bolzenzapfen in einer Messgruppe angeordneten Kraftmesselemente können beispielsweise als Dehnmessstreifen ausgebildet sein und auf den Bolzen wirkende Kräfte in verschiedenen Richtungen bestimmen. Um eine quer auf den Bolzenzapfen des Bolzens wirkende Kraft zu bestimmen, ist es zweckmäßig, einen Linear-Dehnmessstreifen sowie zwei Scher-Dehnmessstreifen zu verwenden. Zweckmäßigerweise können zur Erfassung der jeweiligen Kraft die Dehnmessstreifen jeweils Einzelmessstreifen sein, aus deren relativer Anordnung zueinander die Eigenschaft Linear-Dehnmessstreifen und Schermessstreifen folgt. So kann ein Einzelmessstreifen den Linear-Dehnmessstreifen und zwei Einzelmessstreifen die beiden Scher-Dehnmessstreifen bilden. Die Einzelmessstreifen können identisch ausgebildet sein. Alternativ ist denkbar, dass die Dehnmessstreifen in geeigneten Untergruppen, insbesondere auf einem oder mehreren gemeinsamen Trägern, angeordnet sind, wobei die Dehnmessstreifen bereits in geeigneter Orientierung ganz oder teilweise zueinander positioniert sein können.
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Eine Verschaltung der Scher-Dehnmessstreifen zur Bestimmung einer beispielsweise auf Grund unterschiedlicher Kraftangriffspunkte fehlerbehafteten Querkraft und des Linear-Dehnmessstreifens zur Messung eines Biegemoments ermöglicht so die Bestimmung der tatsächlich vorhandenen Querkraft an einem kompakten Rollenbolzen. Mithilfe des gemessenen Biegemoments kann grundsätzlich beispielsweise die bestimmte Querkraft korrigiert werden. Die angreifende Kraft kann dabei sowohl in ihrem axialen Kraftangriffspunkt variieren als auch um die Bolzenachse rotierend angreifen und mit der erfindungsgemäßen Messeinrichtung bestimmt werden. Auf diese Weise erlaubt eine einfache und kostengünstige Messeinrichtung, eine Querkraft an einem eingespannten Bolzen bei einer Kraft mit um die Bolzenachse rotierender Wirkrichtung und auf der Bolzenachse axial variierendem Kraftangriffspunkt zu bestimmen. Auch erlaubt die Messeinrichtung, an einem rotierenden Bolzen bei einer Kraft mit konstanter Wirkrichtung und einem axial variierenden Kraftangriffspunkt eine Querkraft zu bestimmen. Die mit der erfindungsgemäßen Messeinrichtung bestimmte Querkraft kann somit unabhängig von ihrem Kraftangriffspunkt und Kraftangriffswinkel bestimmt werden.
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Das allgemeine Prinzip der Kraftmessung bei variierendem Kraftangriffswinkel und/oder Kraftangriffspunkt mittels wenigstens einer derartigen Messgruppe mit drei Kraftmesselementen an einem kompakten Bauteil könnte beispielsweise auch verwendet werden, um Schnittkräfte bei der Zerspanung zu bestimmen. Weiter wäre es damit möglich, Kräfte bei der Produktprüfung zu bestimmen, sowie Radkräfte an Fahrzeugen zu messen. Beispielsweise könnte eine solche Messeinrichtung verwendet werden, um eine Kraft an einer Auslegespitze eines Krans zu bestimmen oder um Lagerkräfte bzw. Kräfte an Achsen und Wellen zu bestimmen.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung kann (i) das erste Kraftmesselement in einer ersten Messrichtung zur Bestimmung einer ersten Kraftkomponente in axialer Richtung einer Längsachse des Bolzenzapfens ausgerichtet sein. Weiter können (ii) das zweite und dritte Kraftmesselement jeweils unter einem Winkel zueinander und schräg zur Längsachse in einer zweiten Messrichtung zur Bestimmung einer zweiten Kraftkomponente unter einem Winkel schräg zu der axialen Richtung und schräg zur Längsachse in einer dritten Messrichtung zur Bestimmung einer dritten Kraftkomponente unter einem betragsmäßig gleichen negativen Winkel ausgerichtet sein. Das erste Kraftmesselement kann beispielsweise ein Linear-Dehnmessstreifen sein, der die erste Kraftkomponente in axialer Richtung der Längsachse des Bolzenzapfens und damit ein Biegemoment bestimmt. Das zweite und das dritte Kraftmesselement können beispielsweise Scher-Dehnmessstreifen sein, welche jeweils unter einem Winkel schräg zur Längsachse des Bolzenzapfens und zueinander symmetrisch bezüglich der Längsachse des Bolzenzapfens angeordnet sind. Dadurch können mit dem zweiten und dritten Kraftmesselement durch den Kraftangriffspunkt auf den Bolzenzapfen fehlerbehaftete Querkräfte bestimmt werden, wodurch sich in Kombination mit dem mit dem ersten Kraftmesselement bestimmten Biegemoment eine auf den Bolzenzapfen wirkende Querkraft korrigieren und mit gewünschter Genauigkeit bestimmen lässt.
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Wird statt an einem Scherstab an einem kurzen Bolzen mittels Scher-Dehnmessstreifen die Querkraft gemessen, treten bei variierenden Kraftangriffspunkten hohe Messfehler der Querkraft auf. Eine Korrektur der Querkraftmessung mithilfe der Messung des Biegemoments kann zu einer starken Verringerung des Messfehlers führen. Die angreifende Kraft kann dabei sowohl in ihrem axialen Kraftangriffspunkt variieren als auch um die Bolzenachse rotierend angreifen, bzw. der Bolzen kann rotieren und eine Kraft mit konstanter Wirkrichtung und axial variierendem Kraftangriffspunkt wirken.
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Es können sowohl statische Kräfte als auch dynamisch auftretende Kräfte gemessen werden. In einer Ausgestaltung kann im Vergleich zur Piezomesstechnik vorzugsweise eine Messwertedrift durch Ladungsverstärker verringert oder sogar eliminiert werden. Weiter ist eine Kompensation des Temperaturfehlers möglich.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung kann der Betrag des Winkels, unter dem das zweite und das dritte Kraftmesselement zu der axialen Richtung der Längsachse des Bolzens angeordnet sind, kleiner als 90°, bevorzugt kleiner als 60°, besonders bevorzugt gleich 45° sein. Ein Winkel von 45° bedeutet, dass das zweite und das dritte Kraftmesselement jeweils unter einem rechten Winkel zueinander angeordnet sind und so Kräfte bestimmen, welche unter dem rechten Winkel zueinander auftreten. Dies stellt sich als zweckmäßig zur Bestimmung der Querkraft heraus. Auch lässt sich auf diese Weise die Korrektur der Querkraft mit dem gemessenen Biegemoment günstig durchführen.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung kann das erste Kraftmesselement zum Bestimmen eines auf den Bolzenzapfen wirkenden Biegemoments vorgesehen sein und/oder das zweite und dritte Kraftmesselement zum Bestimmen einer auf den Bolzenzapfen wirkenden Scherkraft vorgesehen sein. Mit Hilfe der gemessenen Scherkraft lässt sich so vorteilhaft in Kombination mit dem bestimmten Biegemoment die auf den Bolzenzapfen wirkende Querkraft bestimmen.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung kann wenigstens eine zweite Messgruppe vorgesehen sein, welche der ersten Messgruppe am Bolzenzapfen diametral gegenüberliegend angeordnet ist. Eine Kombination der mit den beiden Messgruppen bestimmten Messdaten ermöglicht eine weitere Reduktion des Messfehlers. Eine Mindestzahl an zwei Messgruppen ergibt sich als besonders vorteilhaft, um eine sichere Bestimmung der Querkraft durchzuführen.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung kann eine Mehrzahl von Messgruppen am Umfang des Bolzenzapfens verteilt sein, wobei jeder Messgruppe eine andere Messgruppe am Bolzenzapfen diametral gegenüberliegt. Eine größere Zahl an Messgruppen erweist sich als besonders günstig bei um den Bolzenzapfen rotierendem Kraftangriffspunkt, so dass auf diese Weise auch eine rotierende Kraft oder eine fest ausgerichtete Kraft auf einen rotierenden Bolzen sich mit genügend großer Genauigkeit bestimmen lassen. Zweckmäßigerweise werden die Messgruppen paarweise einander diametral gegenüber liegend angeordnet, wodurch die Messdaten sich auf Grund der symmetrischen Anordnung günstig auswerten lassen.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung können die Kraftmesselemente Dehnmessstreifen umfassen. Solche Dehnmessstreifen sind günstig anzubringen, weisen einen geringen Bauraumbedarf aus und sind kostengünstig einzusetzen. Die Dehnmessstreifen sowohl für die Messung des Biegemoments als auch der Scherkräfte können auf dem gleichen Messprinzip basieren.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung kann der Bolzenzapfen als Teil eines Rollenelements einer Transportvorrichtung vorgesehen sein. Die erfindungsgemäße Messeinrichtung kann so zweckmäßig an Führungsrollen und/oder Tragrollen von Transportvorrichtungen, wie sie in der industriellen Fertigung, insbesondere auch im Automobilbau, verwendet werden, eingesetzt werden. Auf diese Weise ist es möglich, die Messeinrichtung an einem Rollenelement anzuordnen, welches einen Teil einer Anlage darstellt und so auf das Rollenelement einwirkende Querkräfte zu bestimmen.
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Es wird nach einem weiteren Aspekt der Erfindung ein Bolzen mit einer Messeinrichtung vorgeschlagen, wobei der Bolzenzapfen von einer Nabe umgeben ist, wobei eine Kraft mit um den Bolzenzapfen rotierender Kraftwirkung auf die Nabe einwirkt. Auf diese Weise ist es vorteilhaft möglich, eine Querkraft an dem eingespannten Bolzen bei einer Kraft mit um die Bolzenachse rotierender Wirkrichtung und auf der Bolzenachse axial variierendem Kraftangriffspunkt zu bestimmen. Es können sowohl statische Kräfte als auch dynamisch auftretende Kräfte an dem Bolzen gemessen werden. Die Kraft kann eine konstante Wirkrichtung haben, wobei sich die Nabe drehen kann. Alternativ kann auch die Kraft um die Bolzenachse rotieren und an einem konstanten Angriffspunkt auf die Nabe einwirken.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung kann eine Kraft jedoch auch entlang einer Längsachse des Bolzenzapfens mit axial variierendem Kraftangriffspunkt auf die Nabe einwirken.
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Die an dem Bolzen angreifende Kraft kann demzufolge sowohl in ihrem axialen Kraftangriffspunkt variieren als auch um die Bolzenachse rotierend angreifen, bzw. der Bolzen kann rotieren und eine Kraft mit konstanter Wirkrichtung und axial variierendem Kraftangriffspunkt wirken.
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Es wird nach einem weiteren Aspekt der Erfindung eine Vorrichtung mit einer Messeinrichtung zum Bestimmen einer quer auf einen Bolzenzapfen eines Bolzens wirkenden Kraft vorgeschlagen. Dabei umfasst die Messeinrichtung wenigstens eine Messgruppe von drei auf dem Bolzenzapfen angeordneten Kraftmesselementen, wobei (i) das erste Kraftmesselement, in einer ersten Messrichtung zur Bestimmung einer ersten Kraftkomponente in Richtung einer Längsachse des Bolzenzapfens ausgerichtet ist. Weiter sind (ii) das zweite und dritte Kraftmesselement, jeweils unter einem Winkel zueinander und schräg zur Längsachse in einer zweiten Messrichtung zur Bestimmung einer zweiten Kraftkomponente unter einem Winkel schräg zu der axialen Richtung und schräg zur Längsachse in einer dritten Messrichtung zur Bestimmung einer dritten Kraftkomponente unter einem betragsmäßig gleichen negativen Winkel ausgerichtet.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann beispielsweise eine Transportvorrichtung sein, welche Rollenelemente in Form von Führungsrollen und/oder Tragrollen aufweist. Vorteilhaft ist so eine einfache Montage und Bedienung der Messeinrichtung beim Anbringen und Verwenden der Messeinrichtung an dem Rollenelement hervorzuheben. Die Messeinrichtung benötigt geringen Bauraum. Das Rollenelement lässt sich auch einfach austauschen und bei Bedarf mit einem einfachen Rollenelement ohne Messeinrichtung ersetzen, bzw. ein einfaches Rollenelement kann leicht durch ein Rollenelement mit einer daran angeordneten Messeinrichtung ersetzt werden.
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Die so entwickelte Kraftmessrolle als standardmäßiges Rollenelement mit einer erfindungsgemäßen Messeinrichtung kann beispielsweise an Stelle von Führungsrollen eines Transportförderers in der Tauchlackierung von Automobilkarossen eingebaut werden. Dabei wird eine zu lackierende Automobilkarosse beispielsweise mittels Rotation in einen mit einer Lackflüssigkeit befüllten Behälter eingetaucht. Es lassen sich Kräfte und insbesondere Kraftstöße über der Zeit und dem Rotationswinkel – des Transportförderers messen. Daraus können Aussagen für bestehende Anlagen gezogen werden, beispielsweise zur Qualität der Einstellung der Führungskomponenten, zum Vergleich der theoretisch ermittelten Kräfte mit real vorhandenen Kräften sowie zum Vergleich von bestehenden Anlagen untereinander. Die Kraftmessrolle lässt sich auch während der Inbetriebnahme einer neuen Anlage zur kraftbasierten Einstellung der Führungskomponenten verwenden.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung kann die Vorrichtung ein Messsystem zur Datenerfassung, insbesondere zur Echtzeit-Datenerfassung, der in der wenigstens einen Messgruppe von drei Kraftmesselementen erfassten Kraftkomponenten umfassen. Unter Messsystemen zur Echtzeit-Datenerfassung versteht man dabei Systeme, die bestimmte Ergebnisse innerhalb einer vorbestimmten Zeitspanne, zum Beispiel in einem festen Zeitraster, liefern können. Die Echtzeit-Datenerfassung mit dem Messsystem umfasst dabei die Erfassung von Messwerten an einer Anlage, die innerhalb einer vorbestimmten Zeitspanne abläuft. Die Kombination der von den verschiedenen Kraftmesselementen aufgenommenen Messwerte, wie Biegemoment und Scherkräfte, können in dem Messsystem verarbeitet und miteinander umgerechnet werden, um so eine korrigierte Querkraft, die auf den Bolzen wirkt, zu bestimmen. Dadurch ergibt sich der Vorteil, dass die Messwerte sofort ausgewertet werden können und vor allem einem aufgetretenen Ereignis zugeordnet werden können.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung kann das Messsystem mit der Messeinrichtung mechanisch gekoppelt sein. Das Messsystem kann beispielsweise auf einem Transportschlitten angeordnet sein, an welchem die Messeinrichtung angeordnet ist und so mit dem Transportschlitten durch die Anlage bewegt werden. Beispielsweise kann die Messeinrichtung an einem Rollenelement wie einer Führungsrolle oder Tragrolle und das Messsystem auf einem Hebelelement, wie z.B. einem Rollenhebel oder Drehschemel angeordnet sein. Das Hebelelement kann beispielsweise zum Halten wie auch zum Führen eines Werkstückträgers mittels Führungsrollen dienen.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung kann die Messeinrichtung auf einem Bolzen angeordnet sein und das Messsystem sich mit der Messeinrichtung mitbewegen, insbesondere synchron mitbewegen. Der Bolzen kann Teil eines Rollenelements sein, das als Teil eines Hebelelements wie einem Rollenhebel oder Drehschemel ausgebildet ist. Das Messsystem kann auf dem Hebelelement montiert sein und sich so mit der Messeinrichtung mitbewegen.
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Es wird nach einem weiteren Aspekt der Erfindung eine Anlage mit einer Vorrichtung vorgeschlagen, wobei die Vorrichtung Teil einer Tauchbehandlungsanlage zum Behandeln von Fahrzeugkarossen ist. Die erfindungsgemäße Vorrichtung mit einer Messeinrichtung kann in die Anlage direkt integriert sein und im bestimmungsgemäßen Betrieb der Anlage Messdaten erfassen, auswerten und darstellen. Beispielsweise kann die Messeinrichtung an einem Bolzen einer Führungsrolle eines Transportförderers eingebaut werden, der im Rahmen der Tauchlackierung von Automobilkarossen eingesetzt wird. Es lassen sich so Kräfte und insbesondere Kraftstöße über der Zeit und dem Rotationswinkel – des Transport-Förderers messen. Daraus können Aussagen für bestehende Anlagen gezogen werden hinsichtlich beispielsweise der Qualität der Einstellung der Führungskomponenten, zum Vergleich der theoretisch ermittelten Kräfte mit real vorhandenen Kräften sowie zum Vergleich von bestehenden Anlagen untereinander. Die Kraftmessrolle lässt sich auch während der Inbetriebnahme einer neuen Anlage zur kraftbasierten Einstellung der Führungskomponenten verwenden.
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Zeichnungen
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Weitere Vorteile ergeben sich aus der folgenden Zeichnungsbeschreibung. In den Zeichnungen sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt. Die Zeichnungen, die Beschreibung und die Ansprüche enthalten zahlreiche Merkmale in Kombination. Der Fachmann wird die Merkmale zweckmäßigerweise auch einzeln betrachten und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammenfassen.
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Es zeigen beispielhaft:
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1 ein Rollenelement in Form einer Führungsrolle mit darauf angeordneten Kraftmesselementen einer Messeinrichtung nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung in teiltransparenter Darstellung;
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2 einen Ausschnitt des Rollenelements aus 1 in vergrößerter Darstellung einer einzelnen Messgruppe;
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3 die Führungsrolle von 1 im Querschnitt entlang der Linie III-III;
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4 ein Hebelelement eines Transportförderers mit einem darauf angeordneten Messsystem nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung in isometrischer Ansicht;
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5 eine Vorrichtung für eine Tauchbehandlungsanlage zur Behandlung von Fahrzeugkarossen nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung beim Eintauchen der Fahrzeugkarosse in ein Tauchbad in einer Schnittdarstellung;
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6 die Vorrichtung von 5 beim Herausfahren der Fahrzeugkarosse aus dem Tauchbad;
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7 die Vorrichtung von 5 beim Kippen in eine waagrechte Position der Fahrzeugkarosse; und
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8 die Vorrichtung von 5 beim Weitertransport der Fahrzeugkarosse.
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Ausführungsformen der Erfindung
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In den Figuren sind gleichartige oder gleichwirkende Komponenten mit gleichen Bezugszeichen beziffert. Die Figuren zeigen lediglich Beispiele und sind nicht beschränkend zu verstehen.
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1 zeigt ein Rollenelement 210 in Form einer Führungsrolle mit darauf angeordneten Kraftmesselementen 30, 31, 32, 34, 70, 74, 81, 82 einer Messeinrichtung 100 nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung in teiltransparenter Darstellung. 2 zeigt zur Verdeutlichung einen Ausschnitt des Rollenelements 210 aus 1 mit einer vergrößerten Darstellung einer einzelnen Messgruppe 36 der Messeinrichtung 100.
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Das Rollenelement 210 umfasst einen Bolzen 20 mit einem Bolzenzapfen 21 und eine rundum laufende Nabe 214, welche über nicht dargestellte Kugellager frei laufend auf dem Bolzenzapfen 21 angeordnet ist. Die Kugellager sind z.B. mit nicht dargestellten Innenringen auf dem Bolzenzapfen 21 gelagert. Die Messeinrichtung 100 zum Bestimmen einer quer auf den Bolzenzapfen 21 des Bolzens 20 wirkenden Kraft 10, umfasst vier Messgruppen 36, 37, 38, 39 von jeweils vier auf dem Bolzenzapfen 21 angeordneten Kraftmesselementen 30, 31, 32, 34, 60, 61, 62, 64, 70, 71, 72, 74, 80, 81, 82, 84. Da die Messgruppe 37 der Messgruppe 36 auf dem Bolzenzapfen 21 diametral gegenüber liegend angeordnet ist, ist die Messgruppe 37 nicht sichtbar. Weiter ist von den Messgruppen 38, 39 nur ein Teil der Kraftmesselemente 70, 74, bzw. 81, 82 sichtbar. Eine Messgruppe 36 umfasst erfindungsgemäß wenigstens drei Kraftmesselemente 30, 32, 34. Das Kraftmesselement 31 ist aus Redundanzgründen zusätzlich parallel zum Kraftmesselement 30 angeordnet. Das Gleiche gilt sinngemäß für die anderen Messgruppen 37, 38, 39, welche die Kraftmesselemente 61, 71, 81 zusätzlich aufweisen.
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Das erste Kraftmesselement 30 der Messgruppe 36 ist in einer ersten Messrichtung 40 zur Bestimmung einer ersten Kraftkomponente 12 in axialer Richtung y einer Längsachse L des Bolzenzapfens 21 ausgerichtet. Die Kraft 10 wirkt entgegen einer Richtung z, die eine radiale Richtung senkrecht zur Richtung y bzw. zur Längsachse L bezeichnet. Das zweite Kraftmesselement 32 der Messgruppe 36 ist schräg zur Längsachse L in einer zweiten Messrichtung 42 zur Bestimmung einer zweiten Kraftkomponente 14 unter einem Winkel 50 schräg zu der axialen Richtung y ausgerichtet. Das dritte Kraftmesselement 32, 34 ist schräg zur Längsachse L in einer dritten Messrichtung 44 zur Bestimmung einer dritten Kraftkomponente 16 schräg zu der axialen Richtung y unter einem betragsmäßig gleichen negativen Winkel 52 ausgerichtet. Zweites und drittes Kraftmesselement 32, 34 sind jeweils unter einem Winkel 54, welcher einen Summenwinkel von Winkel 50 und Winkel 52 darstellt, zueinander ausgerichtet. Der Betrag des Winkels 50, 52 ist kleiner als 90°, bevorzugt kleiner als 60°, besonders bevorzugt gleich 45°.
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Die Kraftmesselemente 60, 61, 62, 64, 70, 71, 72, 74, 80, 81, 82, 84 der weiteren Messgruppen 37, 38, 39 sind jeweils entsprechend um 90° versetzt auf dem Umfang des Bolzenzapfens 21 verteilt angeordnet. Jeder Messgruppe 36, 37, 38, 39 liegt so eine andere Messgruppe 37, 36, 39, 38 am Bolzenzapfen 21 diametral gegenüber.
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Das erste Kraftmesselement 30 ist dabei zum Bestimmen eines auf den Bolzenzapfen 21 wirkenden Biegemoments vorgesehen und das zweite und dritte Kraftmesselement 32, 34 sind zum Bestimmen einer auf den Bolzenzapfen 21 wirkenden Scherkraft vorgesehen. Das Kraftelement 31 misst dabei als lineares Kraftmesselement zusätzlich ebenfalls das Biegemoment. Die Kraftmesselemente 60, 61, 62, 64, 70, 71, 72, 74, 80, 81, 82, 84 der weiteren Messgruppen 37, 38, 39 weisen entsprechend ihrer Anordnung auf dem Umfang des Bolzenzapfens 21 die gleiche Aufteilung der Messaufgaben wie in der Messgruppe 36 auf. Die Kraftmesselemente 30, 31, 32, 34, 60, 61, 62, 64, 70, 71, 72, 74, 80, 81, 82, 84 umfassen zweckmäßigerweise Dehnmessstreifen.
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Der Bolzenzapfen 21 ist beispielsweise als Teil eines Rollenelements 210 wie einer Führungsrolle einer Transportvorrichtung 200, wie sie in den 5 bis 8 dargestellt ist, vorgesehen. Der Bolzenzapfen 21 des Rollenelements 210 ist von der Nabe 214 umgeben, wobei die Kraft 10 am Kraftangriffspunkt 18 auf die rotierende Nabe 214 einwirkt. Alternativ ist auch denkbar, dass die Kraft 10 mit um den Bolzenzapfen 21 rotierender Kraftwirkung auf die Nabe 214 einwirkt. Die Kraft 10 kann weiter entlang der Längsachse L des Bolzenzapfens 21 mit axial variierendem Kraftangriffspunkt 18 auf die Nabe 214 einwirken. Die tatsächliche Krafteinwirkung beim Einsatz des Rollenelements 210 in der Transportvorrichtung 200 hängt vom Ort, an dem das Rollenelement 210 angeordnet ist, ab. Die Messeinrichtung 100 ist dazu ausgebildet, solche schräg auf den Bolzenzapfen 21 einwirkenden Kräfte 10 zu bestimmen.
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In 3 ist das Rollenelement 210 von 1 im Querschnitt entlang der Linie III-III dargestellt. In dieser Darstellung sind die auf dem Umgang des Bolzenzapfens 21 verteilten Kraftmesselemente 32, 34, 62, 64, 72, 74, 82, 84 der jeweiligen Messgruppen 36, 37, 38, 39 zu erkennen. Die Kraftmesselemente 30, 31, 60, 61, 70, 71, 80, 81 der jeweiligen Messgruppen 36, 37, 38, 39 liegen in Blickrichtung hinter der dargestellten Schnittebene mit den Richtungen x und z. Die Kraft 10 wirkt an dem Kraftangriffspunkt 18 auf die Nabe.
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4 zeigt ein Hebelelement 212 einer Vorrichtung 200, wie es in den 5 bis 8 dargestellt ist, mit einem darauf angeordneten Messsystem 110 nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung in isometrischer Ansicht. Das Hebelelement 212 dient zum Halten wie auch zum Führen eines Werkstückträgers 226 (5 bis 8) in Führungen der Vorrichtung 200 mittels Führungsrollen 210.
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Das Messsystem 110 ist auf einer Halterung 112 an dem Hebelelement 212 angeordnet und weist einen Messverstärker 114 zur Verstärkung der von den Kraftmesselementen kommenden Messsignale, einen Datenlogger 116 zur Speicherung der verstärkten Messsignale sowie die zugehörige Stromversorgung 118 auf. Dadurch, dass das Messsystem 110 mit der Messeinrichtung 100 mechanisch gekoppelt ist, kann sich das Messsystem 110 mit der Messeinrichtung 100 mitbewegen.
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Der Messverstärker 114 ist mit den auf dem Rollenelement 210 angeordneten Kraftmesselementen der Messeinrichtung 100 elektrisch verbunden. Zum Schutz vor möglichen Vibrationen im Betrieb der Transportvorrichtung können zwischen Haltelement 212 und Halterung 112 des Messsystems 110 geeignete Vibrationsdämpfer angeordnet sein.
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In den 5 bis 8 ist eine Vorrichtung 200 für eine Tauchbehandlungsanlage zur Behandlung von Fahrzeugkarossen 228 nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung in Form einer Anlage zum Tauchbehandeln in verschiedenen Prozessstadien dargestellt.
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5 zeigt die Vorrichtung 200 beim Eintauchen der auf der Vorrichtung 200 angeordneten Fahrzeugkarosse 228 in ein Tauchbad 230 in einer Schnittdarstellung, mit einer in 1 beschriebenen Messeinrichtung eines in 4 beschriebenen Messsystems 110. Die Vorrichtung 200 weist eine Messeinrichtung 100 zum Bestimmen einer quer auf einen Bolzenzapfen 21 eines Bolzens 20 wirkenden Kraft 10, wobei die Messeinrichtung 100 an einem Rollenelement 210 eines Hebelelements 212 angeordnet ist und in 5 nicht sichtbar ist. Auf dem Hebelelement 212 ist weiter ein (ebenfalls nicht sichtbares) Messsystem 110 zur Verarbeitung und Speicherung der Messdaten der Messeinrichtung 100 angeordnet. Das Messsystem 110 ist mit der Messeinrichtung 100 mechanisch gekoppelt; insbesondere ist das Messsystem 110 auf einem Rollenhebel oder Drehschemel als Hebelelement 212 und die Messeinrichtung 100 an dem Bolzen 20 des beweglichen Rollenelements 210 angeordnet, so dass sowohl Messsystem 110 als auch Messeinrichtung 100 sich gemeinsam bewegen.
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Die Messeinrichtung 100 umfasst eine Messgruppe 36 von drei auf dem Bolzenzapfen 21 angeordneten Kraftmesselementen 30, 32, 34. Das erste Kraftmesselement 30 ist dabei in einer ersten Messrichtung 40 zur Bestimmung einer ersten Kraftkomponente 12 in Richtung y einer Längsachse L des Bolzenzapfens 21 ausgerichtet, während das zweite und dritte Kraftmesselement 32, 34, jeweils unter einem Winkel 54 zueinander und schräg zur Längsachse L in einer zweiten Messrichtung 42 zur Bestimmung einer zweiten Kraftkomponente 14 unter einem Winkel 50 schräg zu der axialen Richtung y und schräg zur Längsachse L in einer dritten Messrichtung 44 zur Bestimmung einer dritten Kraftkomponente 16 unter einem betragsmäßig gleichen negativen Winkel 52 ausgerichtet sind. Das Messsystem 110 ist zur Datenerfassung, insbesondere zur Echtzeit-Datenerfassung, der in der wenigstens einen Messgruppe 36 von drei Kraftmesselementen 30, 32, 34 erfassten Kraftkomponenten 12, 14, 16 vorgesehen.
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Die Vorrichtung 200 ist als Teil einer Anlage zur Behandlung von Fahrzeugkarossen 228, insbesondere einer Tauchbehandlungsanlage vorgesehen. Die Vorrichtung 200 stellt im Wesentlichen eine Transportvorrichtung dar und umfasst ein System aus Führungsschienen 216, in dem ein an einem Hebelelement 212 angeordneter Werkstückträger 226 längs einer Fertigungsstrecke geführt ist. Der Werkstückträger trägt eine Fahrzeugkarosse 228. Mittels des in den Führungsschienen 216, die beispielsweise auch als V-Element 218 ausgebildet sein können, geführten Hebelelements 212 kann die Fahrzeugkarosse 228 je nach Ausbildung der Führungsschienen 216 in verschiedenen Positionen in aufrechter Position oder gekippt oder kopfüber in ein unter der Vorrichtung 200 angeordnetes Tauchbad 230 eingefahren und wieder herausgefahren werden. Dazu sind an dem als Drehschemel ausgebildeten Hebelelement 212 üblicherweise vier Rollenelemente 210, vorzugsweise in den Ecken des Hebelelements 212, angeordnet, mittels derer das Hebelelement 212 mit dem daran angeordneten Werkstückträger 226 durch lineare Fortbewegung in den Führungsschienen 216 gedreht und gekippt werden kann. Üblicherweise ist dazu jeweils ein Rollenelement 210 im Eingriff in einer Führungsschiene 216 oder V-Führung 218. Der Antrieb für die Bewegung des Halteschemels 212 der Vorrichtung 200 in den Führungsschienen 216 kann beispielsweise über Elektromotoren erfolgen.
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Bei der in 5 dargestellten Position der Vorrichtung 200 ist die Fahrzeugkarosse 228 kopfüber angeordnet und steht gerade vor dem Auftauchen aus einem Tauchbad 230. Ein erstes Rollenelement 210 des als Drehschemel ausgebildeten Hebelelements 212 mit dem daran angeordneten Werkstückträger 226 mit Fahrzeugkarosse 228 ist noch in der Führungsschiene 216, ein zweites Rollenelement 210 auf der gegenüber liegenden Seite des Hebelelements 212 fädelt bei weiterem Transport in der Transportrichtung 232 in die V-Führung 218 ein.
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6 zeigt die Vorrichtung 200 von 5 beim Herausfördern der Fahrzeugkarosse 228 aus dem Tauchbad 230. Das zweite Rollenelement 210 ist in Transportrichtung 232 weiter in der V-Führung 218 fortgeschritten, so dass die Fahrzeugkarosse 228 an dem Werkstückträger 226 des Hebelelements 212 in die Senkrechte geschwenkt wird und aus dem Tauchbad 230 herausfahren kann.
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In 7 ist die Vorrichtung 200 von 5 beim Kippen der Vorrichtung 200 in eine waagrechte Position der Fahrzeugkarosse 228 dargestellt. Das zweite Rollenelement 210 fährt auf dem zweiten Schenkel der V-Führung 218 weiter. Dadurch wird das Hebelelement 212 mit dem daran angeordneten Werkstückträger 226 mit Fahrzeugkarosse 228 weiter in die Horizontale geschwenkt und ein drittes Rollenelement 210 des Hebelelements 212 in die nächste Führungsschiene 216 eingefädelt.
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8 stellt die Vorrichtung 200 von 5 beim Weitertransport der Fahrzeugkarosse 228 dar. Hier hat sich das zweite Rollenelement 210 aus der V-Führung 218 gelöst und das dritte Rollenelement 210 ist in der Führungsschiene 216 geführt, so dass das Hebelelement 212 mit dem daran angeordneten Werkstückträger 226 mit Fahrzeugkarosse 228 in der Horizontalen weitergefördert werden kann.
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Die Rollenelemente 210 unterliegen bei dem Transportvorgang der Vorrichtung 200 durch die Führung in den Führungsschienen 216 und der V-Führung 218 auf Grund des relativ hohen Gewichts von Werkstückträger 226 und Fahrzeugkarosse 228 den unterschiedlichsten Kräften und damit einem nicht unerheblichen Verschleiß. Diese Kräfte lassen sich mit der an einzelnen Rollenelementen 210 angeordneten Messeinrichtung 110 vorteilhaft messen, um daraus Rückschlüsse über die auftretenden Kräfte zu treffen und mögliche Verbesserungen in Material, Konstruktion der Rollenelemente 210 und Transportführung der Vorrichtung 200 abzuleiten.
