DE102017123238A1

DE102017123238A1 - Messvorrichtung

Info

Publication number: DE102017123238A1
Application number: DE102017123238.9A
Authority: DE
Inventors: Jochen Gruber
Original assignee: Guehring KG
Current assignee: Guehring KG
Priority date: 2017-10-06
Filing date: 2017-10-06
Publication date: 2019-04-11
Anticipated expiration: 2037-10-07
Also published as: DE102017123238B4

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Messvorrichtung (10) zum Messen der Spannkraft eines Spannfutters (50), mit einem verformbaren Messdorn (12), welcher in ein zu prüfendes Spannfutter (50) einspannbar ist, zumindest einem ersten Dehnungssensor (28), welcher dazu ausgelegt ist, in Abhängigkeit von durch das Spannfutter (50) verursachten Verformungen des Messdorns (12) ein erstes dehnungsabhängiges erstes Signal zu erzeugen und einer Auswerteeinrichtung (14), welche dazu ausgelegt ist, auf der Grundlage des ersten Signals die auf den Messdorn (12) einwirkende Spannkraft zu ermitteln.Es wird vorgeschlagen, dass der zumindest eine Dehnungssensor (28) in einem im Messdorn (12) ausgebildeten Hohlraum (36) angeordnet sind

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Messvorrichtung zum Messen der Spannkraft eines Spannfutters, mit einem verformbaren Messdorn, welcher in ein zu prüfendes Spannfutter einspannbar ist, zumindest einem ersten Dehnungssensor, welcher dazu ausgelegt ist, in Abhängigkeit von durch das Spannfutter verursachten Verformungen des Messdorns ein dehnungsabhängiges erstes Signal zu erzeugen, und einer Auswerteeinrichtung, welche dazu ausgelegt ist, auf der Grundlage des ersten Signals, die auf den Messdorn einwirkende Spannkraft zu ermitteln.
STAND DER TECHNIK
Spannfutter sind Vorrichtungen, die an Werkzeugen Einsatzwerkzeuge, wie Bohrer oder Fräser aufnehmen. Derartige Spannfutter werden auch als Bohrfutter bezeichnet. Weiterhin können Spannfutter zum Einsatz gelangen, welche das zu bearbeitende Werkstück aufnehmen. Diese werden auch als Drehfutter bezeichnet. Bohrfutter funktionieren oft in der Art, dass das zu fixierende Teil zwischen drei Spannbacken festgeklemmt wird, wobei das zu verspannende Teil durch eine Radialbewegung der Spannbacken verspannt und drehfest im Spannfutter gelagert wird.
Eine besondere Ausführungsform von Spannfuttern stellen sogenannte Hydrodehnspannfutter dar, welche ohne separate Spannbacken arbeiten. Hydrodehnspannfutter verfügen im Außenbereich um die Werkzeug- bzw. Werkstückaufnahme herum über eine Dehnbüchse mit integriertem Kammersystem. In den Kammern befindet sich eine Hydraulikflüssigkeit. Das Kammersystem ist über einen Kolben verschlossen, der beispielsweise über eine Spannschraube bedient werden kann. Durch Verspannen der Spannschraube wird ein Druck auf die Hydraulikflüssigkeit ausgeübt. Aufgrund von deren Inkompressibilität wird der Druck wiederum an die Dehnbüchse weitergegeben, so dass die Außenwand um das zu verspannende Teil herum radial nach innen bewegt und die Verspannung somit hergestellt wird. Im Gegensatz zu Spannfuttern mit separaten Spannbacken kann hierdurch ein auf die Werkzeug- bzw. Werkstückfläche verteilter gleichmäßiger Anpress- bzw. Spanndruck von außen ausgeübt werden, so dass die Gefahr verringert wird, dass lokale Druckstellen am Werkstück oder Werkzeug entstehen, und gleichzeitig eine größere Haltefläche zur Verfügung steht, die ein sicheres Einspannen ermöglicht.
Bei Hydrodehnspannfuttern, aber auch bei anderen Spannfuttern, ist es von Zeit zu Zeit erforderlich, die durch das Spannfutter auf das zu verspannende Teil ausgeübte Spannkraft zu prüfen. Oftmals erfolgt bei Hydrodehnspannfuttern das Verspannen durch Verdrehen der Spannschraube zwischen zwei vorgegebenen Positionen, einer Freigabeposition und einer Spannposition. Dadurch ist es häufig schwierig, das Werkzeug oder das Werkstück im Spannfutter mit einer definierten Spannkraft festzulegen. Weiterhin kann aufgrund von Alterungseinflüssen oder Verschleiß, z. B. aufgrund eines Verlusts an Hydraulikflüssigkeit, die Spannkraft in der vorgegebenen Spannposition der Spannschraube mit der Zeit abnehmen, was für den Benutzer meistens nicht ohne weiteres feststellbar ist.
Eine herkömmliche Methode zur Prüfung der Spannkraft besteht darin, einen Spanndorn in das zu prüfende Spannfutter einzuspannen und mit einem Drehmomentschlüssel bis zum maximal zulässigen Drehmoment zu belasten. Auf diese Weise wird so dann lediglich überprüft, ob der Spanndorn bei diesem maximal zulässigen Drehmoment noch in seiner Position im Spannfutter gehalten werden kann oder nicht.
Aus DE 20 2015 106 965 U1 ist eine gattungsgemäße Messvorrichtung bekannt, bei welcher ein Prüfdorn in das Spannfutter eingespannt wird, der außerhalb des Spannbereichs an einer Außenfläche mehrere Dehnungssensoren aufweist. Über eine Kopplungsvorrichtung kann ein Drehmoment auf den Prüfdorn ausgeübt werden, wobei eine Torsion des Prüfdorns ermittelt werden kann. Auch axiale oder radiale Deformationen des Prüfdorns können in einem gewissen Umfang ermittelt werden.
In DE 20 2005 009 105 U1 ist ein Spannkraftprüfer beschrieben, bei dem ein hohler Messdorn mit einem elastischen oder druckleitenden Medium gefüllt ist. Die elastische Masse bzw. das druckleitende Medium wird durch die von dem Spannfutter ausgeübte Kraft aus dem Inneren des Messdorns nach außen verdrängt, wobei diese Verdrängung durch eine mechanische oder elektronische Messuhr registriert werden kann.
In DE 10 2006 016 886 A1 ist ein Verfahren zum automatisierten Spannen eines Werkzeugs in ein Spannfutter angegeben.
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Messvorrichtung anzugeben, mit der die Überprüfung der Spannkraft eines Spannfutters verbessert werden kann.
Die Lösung der Aufgabe erfolgt durch eine Messvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Vorteilhafte Ausführungsformen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
Es wird vorgeschlagen, dass der zumindest eine Dehnungssensor in einem im Messdorn ausgebildeten Hohlraum angeordnet ist. Dadurch ist eine Messung der Verformungen, die der Messdorn unter dem Einfluss der von dem Spannfutter ausgeübten Spannkraft erfährt, auf eine direkte Weise möglich. Das Ausüben eines externen Drehmoments auf den Messdorn ist nicht erforderlich. Der Messdorn kann sehr kompakt aufgebaut sein, da dieser nur den oder die Dehnungssensoren aufnehmen muss. Die Auswerteschaltung kann getrennt von dem Messdorn ausgeführt sein, wobei eine Übertragung der Signale zwischen dem im Messdorn angeordneten Dehnungssensor und der Auswerteschaltung vorteilhafterweise über ein Kabel erfolgt, jedoch auch eine drahtlose Signalübertragung denkbar ist. Das genannte dehnungsabhängige Signal kann sowohl ein aktives als auch ein passives Signal sein. Unter einem aktiven Signal wird beispielsweise eine elektrische Spannung oder ein elektrischer Strom verstanden. Passive Signale in diesem Sinne können ein physikalisches Charakteristikum des Dehnungssensors beschreiben, beispielsweise einen Widerstand, eine Kapazität oder eine Induktivität.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform ist der zumindest eine Dehnungssensor an einer den Hohlraum umgrenzenden Innenwandung des Messdorns angeordnet. Die vom Spannfutter auf den verformbaren Messdorn ausgeübte Spannkraft führt zu einem Stauchen des Messdorns derart, dass sich dessen Durchmesser geringfügig verkleinert. Diese Veränderung des Durchmessers wirkt sich auch auf den im Messdorn ausgebildeten Hohlraum aus, so dass auch die Innenwandung des Messdorns eine Verformung, insbesondere Stauchung, erfährt. Diese Verformung kann durch den an der Innenwandung angebrachten Dehnungssensor registriert werden.
Vorteilhafterweise sind der Messdorn und/oder der Hohlraum zylindrisch. Eine zylindrische Außenform des Messdorns ermöglicht eine gleichmäßige Kraftübertragung vom Spannfutter auf den Messdorn, was insbesondere bei einer Überprüfung von Hydrodehnspannfuttern von Vorteil ist, da diese in der Regel über eine Umfangslinie betrachtet eine homogene Spannkraft aufbringen. Eine Ausgestaltung des Hohlraums als Zylinder hat sich fertigungstechnisch als günstig erwiesen. In Verbindung mit einem ebenfalls zylindrischen Hohlraum und einer konzentrischen Anordnung der beiden Zylindermantelflächen ergibt sich eine über den Umfang gleichbleibende Wandstärke des Messdorns, so dass der Messdorn in Umfangsrichtung betrachtet homogen verformt werden kann. Dadurch ergeben sich Vorteile bei der Anordnung des Dehnungssensors.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Messvorrichtung zumindest einen zweiten Dehnungssensor umfasst, welcher in dem Hohlraum angeordnet und dazu ausgelegt ist, ein zweites dehnungsabhängiges Signal zu erzeugen, und welcher baugleich zu dem ersten Dehnungssensor ist, wobei der zweite Dehnungssensor derart angeordnet ist, dass das zweite dehnungsabhängige Signal nicht von Verformungen des Messdorns abhängt, und dass die Auswerteeinrichtung dazu ausgelegt ist, die Spannkraft ferner auf der Grundlage des zweiten Signals zu ermitteln. Oftmals beeinflussen äußere Einflüsse, z. B. Umgebungsbedingungen, das von den Dehnungssensoren erzeugte Signal. Dies kann sich beispielsweise in einer Offsetverschiebung oder in einer unterschiedlichen Steigung einer Kraft-Signal-Kennlinie zeigen. Um den Einfluss derartiger Umgebungsbedingungen auf das Messergebnis zu minimieren, können zwei baugleiche Dehnungssensoren verwendet werden, von denen nur einer die durch die Spannkraft des Spannfutters erzeugten Verformungen registriert, während der andere Dehnungssensor von diesen Verformungen unbeeinflusst bleibt. Da sowohl der oder die ersten Dehnungssensoren als auch der oder die zweiten Dehnungssensoren in demselben Hohlraum angeordnet sind, sind diese annähernd den gleichen Umgebungsbedingungen ausgesetzt. Da die von dem oder den zweiten Dehnungssensoren erzeugten Signale lediglich sich ändernde Umgebungsbedingungen widerspiegeln, können diese zweiten Signale herangezogen werden, um den Einfluss der Umgebungsbedingungen auf das oder die ersten Signale zu kompensieren.
Vorteilhafterweise sind das erste und das zweite Signal abhängig von der Temperatur des zugehörigen Dehnungssensors, wobei der erste und der zweite Dehnungssensor derart ausgewählt sind, dass das Maß dieser Temperaturabhängigkeit für beide Dehnungssensoren gleich ist. Es hat sich gezeigt, dass Dehnungssensoren, insbesondere Dehnungsmessstreifen, besonders empfindlich auf Temperaturänderungen reagieren. Da beide Dehnungssensoren auf Temperaturänderungen in der gleichen Weise reagieren, ist hier eine besonders effektive Kompensation der Temperaturabhängigkeit möglich. In dem Zusammenhang werden vorteilhafterweise nicht nur Dehnungssensoren verwendet, die hinsichtlich ihrer Bauart und Ausführung gleich, insbesondere identisch sind, sondern die verwendeten Dehnungssensoren werden zusätzlich selektiert, so dass nur solche Dehnungssensoren verwendet werden, die sich bezüglich der Signalabhängigkeit von Umweltfaktoren möglichst ähnlich, insbesondere identisch zueinander, sind.
Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, wenn der erste und der zweite Dehnungssensor dazu ausgelegt sind, nur diejenigen Verformungen zu erfassen, die in einer Messrichtung des jeweiligen Dehnungssensors verlaufen, und dass der erste und der zweite Dehnungssensor derart an dem Messdorn angeordnet sind, dass die Messrichtung des ersten Dehnungssensors bezogen auf den Messdorn in tangentialer Richtung und die Messrichtung des zweiten Dehnungssensors quer zur Messrichtung des ersten Dehnungssensors, insbesondere bezogen auf den Messdorn in axialer Richtung, verläuft. Während sich also der oder die ersten Dehnungssensoren mit ihrer Messrichtung in Umfangsrichtung des Messdorns in den Hohlraum erstrecken, verläuft die Messrichtung des oder der zweiten Dehnungssensoren in einer Längsrichtung des Messdorns.
Vorteilhafterweise sind der oder die zweiten Dehnungssensoren von der Innenwandung des Messdorns entkoppelt. Alternativ oder zusätzlich können diese in axialen Randbereichen des Messdorns, in denen die radial nach innen wirkende Verformung bei gegebener Spannkraft kleiner als die Verformung in einem zentralen Bereich ist, angeordnet sein. Dadurch wird gewährleistet, dass der oder die zweiten Dehnungssensoren möglichst keiner Verformung ausgesetzt sind.
Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung weist die Messvorrichtung mehrere erste und mehrere zweite Dehnungssensoren auf. Beispielsweise können die mehreren ersten Dehnungssensoren in axialer und/oder radialer Richtung in dem Hohlraum verteilt angeordnet sein, so dass auch Inhomogenitäten in der Spannkraftverteilung des Spannfutters ermittelt werden können. Die Anzahl von ersten und zweiten Dehnungssensoren kann gleich oder verschieden sein. Vorteilhafterweise sind je zwei erste und zwei zweite Dehnungssensoren vorgesehen. Diese lassen sich in besonders einfacher Weise auswerten, insbesondere dann, wenn die einen oder mehreren ersten und zweiten Dehnungssensoren in eine Wheatstone'sche Brückenschaltung eingebunden sind. Hierdurch lässt sich die vorstehend genannte Kompensation von Umwelteinflüssen schaltungstechnisch in besonders einfacher Weise verwirklichen. Eine Verschaltung von einem ersten und einem zweiten Dehnungssensor in einer Brückenschaltung wird als Halbbrücke bezeichnet, während eine Verschaltung von zwei ersten und zwei zweiten Dehnungssensoren in geeigneter Weise als Vollbrücke bezeichnet wird.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist der zumindest eine Dehnungssensor ein Dehnungsmessstreifen, wobei insbesondere das von dem Dehnungsmessstreifen erzeugte Signal dem elektrischen Widerstand des zugehörigen Dehnungsmessstreifens entspricht. Derartige widerstandsbasierte Dehnungsmessstreifen haben sich für die Erfassung von dehnenden und stauchenden Verformungen als besonders geeignet erwiesen. Sie ändern schon bei geringen Verformungen ihren elektrischen Widerstand und werden mit Spezialkleber auf die Bauteile geklebt, deren Verformung gemessen werden soll. Der oder die verwendeten Dehnungsmessstreifen können in unterschiedlichen Materialausführungsformen, wie beispielsweise Folien-, Draht-, und Halbleiter-Dehnungsmessstreifen, ausgeführt sein.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist der Messdorn zumindest abschnittsweise zylindrisch und umfasst ein zweiteiliges Gehäuse, welches entlang einer die Längsachse des Messdorns umfassenden Ebene in eine erste Gehäusehälfte und eine zweite, lösbar oder dauerhaft mit der ersten Gehäusehälfte verbundene zweite Gehäusehälfte unterteilt ist. Ein derartiges zweiteiliges Gehäuse hat sich fertigungstechnisch als besonders nützlich erwiesen, da hier die Befestigung der Dehnungssensoren an der Innenwandung des Messdorns aufgrund der verbesserten Zugänglichkeit besonders einfach und zuverlässig zu bewerkstelligen ist. Vorteilhafterweise sind beide Gehäusehälften gleich, so dass der Aufwand bei der Teilehaltung reduziert ist. Alternativ kann jedoch auch ein einteiliges Gehäuse vorgesehen sein, in welches der Hohlraum beispielsweise in Form einer zylindrischen Bohrung eingebracht sein kann.
In dem Zusammenhang hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn der erste Dehnungssensor an der ersten Gehäusehälfte und der zweite Dehnungssensor an der zweiten Gehäusehälfte angeordnet ist. Hierdurch ist eine platzsparende Bauweise möglich und die Montage vereinfacht sich weiter.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist der Messdorn lösbar mit der Auswerteeinrichtung verbunden. Dies ermöglicht es, verschiedene Messdorne, die beispielsweise einen unterschiedlichen Durchmesser aufweisen, mit derselben Auswerteeinrichtung zu betreiben. Hierdurch reduziert sich der Kostenaufwand bei der Überprüfung von Spannfuttern mit unterschiedlichen Aufnahmedurchmessern erheblich, da die Auswerteeinrichtung, die in der Regel die höchsten Kosten verursacht, nur einmal beschafft werden muss, und dann beliebig mit den benötigten Messdornen ergänzt werden kann. Hierdurch ergibt sich gegenüber von Messvorrichtungen, bei der jeder Messdorn mit einer entsprechenden Auswerte- und Anzeigeeinrichtung versehen ist, ein erheblicher Kostenvorteil.
Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung weist der Messdorn eine Speichereinrichtung auf, in welcher zumindest den Messdorn charakterisierende Kenndaten gespeichert sind, wobei die Kenndaten Identifikationsdaten, Kalibrierdaten und/oder Toleranzwerte umfassen, wobei die Auswerteeinrichtung mit der Speichereinrichtung verbindbar oder verbunden ist, um die gespeicherten Kalibrierdaten aus der Speichereinrichtung auszulesen. Dies hat sich insbesondere dann als vorteilhaft erwiesen, wenn eine vorhandene Auswerteeinrichtung mit mehreren unterschiedlichen Messdornen betrieben werden soll. Beispielsweise können in der Speichereinrichtung Kalibrierdaten gespeichert sein, welche beispielsweise einen Offset-Wert oder die Steigung einer Kennlinie repräsentieren oder Stützwerte einer parametrierten Kennlinie umfassen. Es ist auch denkbar, wenn in der Speichereinrichtung lediglich Identifikationsdaten hinterlegt sind und die eigentlichen Kalibrierdaten für verschiedene Messdorne in einer weiteren, in der Auswerteeinrichtung vorgesehenen Speichereinrichtung hinterlegt sind. Die Zuordnung der korrekten Kalibrierdaten erfolgt anhand der Identifikationsdaten. Die Kommunikation zwischen der Speichereinrichtung kann beispielsweise über eine USB-Schnittstelle erfolgen. Die Speichereinrichtung des Messdorns kann im Inneren des Messdorns selbst, in einem Messdorngehäuse, einem Griffstück oder in einem Stecker untergebracht sein, der an einem mit dem Messdorn verbundenen Kabel befestigt ist.
In dem Zusammenhang hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn in der Speichereinrichtung ferner Messdatensätze speicherbar sind, wobei jeder Messdatensatz zumindest eine das zu prüfende Spannfutter kennzeichnende Spannfutterkennung und die gemessene Spannkraft und insbesondere auch den Zeitpunkt der Messung umfasst. Dadurch ist es möglich, die Spannkraft eines oder mehrerer Spannfutter über einen längeren Zeitraum zu dokumentieren und insbesondere verschleißbedingte Änderungen der Spannkraft festzustellen, so dass im Sinne einer vorbeugenden Instandhaltung eine rechtzeitige Wartung oder ein rechtzeitiger Austausch des Spannfutters erfolgen kann.
Vorteilhafterweise weist der Messdorn eine Kommunikationseinrichtung auf, welche zumindest dazu eingerichtet ist, die Spannfutterkennung von einer dem zu prüfenden Spannfutter zugeordneten Sendeeinrichtung zu empfangen und an die Speichereinrichtung und/oder die Auswerteeinrichtung zu übermitteln. Die Kommunikation erfolgt vorteilhafterweise drahtlos, beispielsweise über ein RFID-System. Dadurch erübrigt sich eine manuelle Eingabe der Spannfutterkennung bei der Erfassung der Messdatensätze, so dass hier die Gefahr einer fehlerhaften Messdatenerfassung weitgehend reduziert wird. Die Kommunikation kann insbesondere auch bidirektional erfolgen, wobei in dem Fall anstelle der reinen Sendeeinrichtung eine kombinierte Sende-Empfangseinrichtung vorgesehen ist. Die Kommunikationseinrichtung des Messdorns kann dann auch Daten, beispielsweise Messwerte der Spannkraft, an die dem Spannfutter zugeordnete Sende-Empfangseinrichtung übermitteln. Diese Daten können beispielsweise in einem Datenspeicher des Spannfutters bzw. der Sende-Empfangseinrichtung gespeichert werden, so dass die Spannkraft des Spannfutters unabhängig von der verwendeten Messvorrichtung dokumentiert werden kann. Die Sendeeinrichtung bzw. die kombinierte Sende-Empfangseinrichtung ist vorteilhafterweise am Spannfutter befestigt.
Figurenliste
Weitere Vorteile ergeben sich aus der Zeichnung und der zugehörigen Zeichnungsbeschreibung. In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt. Die Zeichnung, die Beschreibung und die Ansprüche enthalten zahlreiche Merkmale in Kombination. Der Fachmann wird diese Merkmale zweckmäßigerweise auch einzeln betrachten und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammenfassen. Es zeigen:

1 eine perspektivische Ansicht einer Ausführungsform einer Messvorrichtung, welche mit einem zu prüfenden Spannfutter verbunden ist,
2 eine perspektivische Ansicht eines Messdorns der Messvorrichtung von 1;
3 eine perspektivische Detailansicht des Messdorns von 2;
4 eine perspektivische Ansicht des Messdorns von 3 in geöffnetem Zustand; und
5 ein Schaltbild eines Teils einer in der Messvorrichtung vorhandenen Auswerteschaltung.

In den Figuren sind gleiche oder gleichartige Komponenten mit gleichen Bezugszeichen beziffert.
1 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer Messvorrichtung 10, welche einen Messdorn 12 und eine Auswerteeinrichtung 14 umfasst. Der Messdorn 12 ist mit einem Teilabschnitt in einem Griffstück 26 aufgenommen und über eine Leitung 16 und einen daran befestigten Stecker 18 mit der Auswerteeinrichtung 14 verbunden.
Der Messdorn 12 ist in einem nicht zur Messvorrichtung 10 gehörenden Spannfutter 50 aufgenommen, wobei das Spannfutter 50 hier beispielhaft als Hydrodehnspannfutter mit einem Hohlschaftkegel zur Befestigung an einer Werkzeugmaschine dargestellt ist.
Die Auswerteeinrichtung 14 umfasst eine Anzeigeeinrichtung 52 und mehrere Bedienelemente 54 zum Bedienen der Messvorrichtung.
Gemäß 2 bis 4 umfasst der Messdorn 12 einen zylindrischen Messabschnitt 20 und einen sich daran anschließenden, ebenfalls zylindrischen Flanschabschnitt 22. Der Flanschabschnitt 22 ist im Inneren des Griffstücks 26 aufgenommen, während der Messabschnitt 20 freiliegend ist.
Wie in 4 gut zu erkennen ist, umfasst der Messdorn 12 ein zweiteiliges Gehäuse 24 mit einer ersten Gehäusehälfte 32 und einer zweiten Gehäusehälfte 34. Im Inneren des Messdorns 12 ist ein ebenfalls zylindrischer Hohlraum 36 ausgebildet, der sich über den Messabschnitt 20 und den Flanschabschnitt 22 erstreckt. In einem Endbereich des Flanschabschnitts 22 ist der Durchmesser des Hohlraums 36 erweitert. Der Hohlraum 36 wird von einer Innenwandung 40 des Messdorns 12 umgrenzt, während eine Außenwandung 38 im Bereich des Messabschnitts 20 mit dem Spannfutter 50, insbesondere einer Dehnbüchse eines Hydrodehnspannfutters, in unmittelbarem Kontakt steht.
Im Hohlraum 36 sind zwei Dehnungssensoren 28, 30 angeordnet. Der erste Dehnungssensor 28 befindet sich in der ersten Gehäusehälfte 32 und ist dort kraftschlüssig mit der Innenwand 40 verklebt. Der erste Dehnungssensor 28 weist eine Messrichtung M1 auf, welche tangential entlang der zylindrischen Innenwandung 40 verläuft. Der erste Dehnungssensor 28 ist bezogen auf die Längsachse L ungefähr mittig in dem sich über den Messabschnitt 20 erstreckenden Teil des Hohlraums 36, angeordnet.
Der zweite Dehnungssensor 30 ist ebenfalls mit der Innenwandung 40 kraftschlüssig verklebt. Im Unterschied zum ersten Dehnungssensor 28 befindet sich der zweite Dehnungssensor 30 nahe einem Übergangsbereich zwischen dem Messabschnitt 20 und dem Flanschabschnitt 22. Der zweite Dehnungssensor 30 ist gegenüber dem ersten Dehnungssensor 28 um 90° verdreht eingebaut, so dass sich eine Messrichtung M2 des zweiten Dehnungssensors 30 in Richtung der Längsachse L des Messdorns erstreckt.
Die Dehnungssensoren 28, 30 sind in diesem Ausführungsbeispiel als Dehnungsmessstreifen ausgebildet, wobei als Signale die elektrischen Widerstände der Dehnungssensoren 28, 30 ausgewertet werden.
Die beiden Gehäusehälften 32, 34 können nach erfolgter Montage der Dehnungssensoren 28, 30 mithilfe von Schrauben (nicht dargestellt), die in jeweilige Bohrungen 42 und Innengewinde 44 eingreifen, aneinander befestigt werden, wobei zusätzlich ein Passstift 46 vorgesehen sein kann. Die Innenwandung 40 kann mithilfe eines Erosionsverfahrens hergestellt oder nachbehandelt sein, um besonders glatte Flächen zur Befestigung der Dehnungssensoren 28, 30 bereitzustellen. Nach erfolgtem Zusammenbau der beiden Gehäusehälften 32, 34 kann das Gehäuse 24 nochmals überdreht werden, um eine exakt zylindrische Form zumindest des Messabschnitts 20 zu gewährleisten.
Gemäß einer Abwandlung können zusätzlich zu dem einen, im Ausführungsbeispiel dargestellten ersten Dehnungssensor 28 weitere erste Dehnungssensoren vorgesehen sein, die beispielsweise entlang der Längsachse L voneinander beabstandet in der ersten Gehäusehälfte 32 und/oder in der zweiten Gehäusehälfte 34 angeordnet sein können. Entsprechend können auch mehrere zweite Dehnungssensoren 30 vorgesehen sein.
Die Auswerteeinrichtung 14 kann beispielsweise eine Brückenschaltung 48 gemäß 5 umfassen. Hierzu sind die beiden Dehnungssensoren 28, 32 in Reihe in einem ersten Strompfad und zwei Widerstände R1, R2 als Spannungsteiler in einem parallelen zweiten Strompfad angeordnet. Die beiden Strompfade werden mit einer Eingangsspannung V1 beaufschlagt. Zwischen den Widerständen R1, R2 einerseits und den Dehnungssensoren 28, 30 andererseits kann eine Ausgangsspannung V2 abgegriffen werden, welche ein Maß für eine Verformung des Messabschnitts 20 darstellt und aus welcher nach gegebenenfalls weiteren Auswertungsschritten eine auf den Messdorn 12 einwirkende Spannkraft abgeleitet werden kann.
Wenn sich die Umgebungstemperatur des Messdorns 12 ändert, beeinflusst dies die Widerstände der Dehnungssensoren 28, 30 in gleicher Weise, so dass sich das Verhältnis der Widerstände der Dehnungssensoren 28, 30 nicht ändert und damit auch die Ausgangsspannung V2 im Wesentlichen unverändert bleibt.
Unter dem Einfluss der durch das Spannfutter 50 auf den Messabschnitt 20 des Messdorns 12 ausgeübten Spannkraft wird der Messdorn 12 geringfügig verformt, so dass sich der Durchmesser und damit auch der Umfang des Hohlraums 36 verringert. Diese Stauchung wird durch den ersten Dehnungssensor 28 erfasst, während der zweite Dehnungssensor 30 von dieser Stauchung weitgehend unbeeinflusst bleibt, da sich dessen Messrichtung M2 in Richtung der Längsachse L erstreckt und somit keine Verformungen registriert.
Das Verhältnis der Widerstände der Dehnungssensoren 28, 30 ändert sich nun, so dass sich auch die Ausgangsspannung V2 ändert. Die Auswerteeinrichtung 14 wertet die Ausgangsspannung V2 in geeigneter Weise aus und stellt die gemessene Spannkraft an der Anzeigeeinrichtung 52 dar.
Gemäß einer Abwandlung kann, wie vorstehend beschrieben, der Messdorn 12 eine Speichereinrichtung (nicht dargestellt) aufweisen, in welcher beispielsweise den Messdorn 12 charakterisierende Kenndaten, wie beispielsweise Identifikationsdaten, Kalibrierdaten und/oder Toleranzwerte gespeichert sein können. Die Speichereinrichtung kann beispielsweise im Inneren des Steckers 18 oder auch in dem Griffstück 26 angeordnet sein. Wenn der Messdorn 12 mit der Auswerteeinrichtung 14 verbunden ist, kann die Auswerteeinrichtung 14 die gespeicherten Kalibrierdaten aus der Speichereinrichtung zur Berücksichtigung bei der Auswertung auslesen oder auch weitere Daten, beispielsweise Messdatensätze, in die Speichereinrichtung einspeichern. Diese Messdatensätze können beispielsweise eine das zu prüfende Spannfutter 50 kennzeichnende Spannfutterkennung und/oder die gemessene Spannkraft und/oder den Zeitpunkt der Messung, bestehend aus dem Datum und insbesondere auch der Uhrzeit, umfassen.
Am Messdorn 12 selber, beispielsweise am oder im Griffstück 26 kann ferner eine Kommunikationseinrichtung (nicht dargestellt) vorgesehen sein, welche dazu ausgelegt ist, eine Spannfutterkennung von einer an dem zu prüfenden Spannfutter angeordneten Sendeeinrichtung (nicht dargestellt) zu empfangen und an die Speichereinrichtung und/oder die Auswerteeinrichtung 14 zu übermitteln.
Bezugszeichenliste

10: Messvorrichtung
12: Messdorn
14: Auswerteeinrichtung
16: Leitung
18: Stecker
20: Messabschnitt
22: Flanschabschnitt
24: Gehäuse
26: Griffstück
28: erster Dehnungssensor
30: zweiter Dehnungssensor
32: erste Gehäusehälfte
34: zweite Gehäusehälfte
36: Hohlraum
38: Außenwandung
40: Innenwandung
42: Bohrung
44: Innengewinde
46: Passstift
48: Brückenschaltung
50: Spannfutter
52: Anzeigeeinrichtung
54: Bedienelement
L: Längsachse
M1: Messrichtung des ersten Dehnungssensors
M2: Messrichtung des zweiten Dehnungssensors
R1, R1: Widerstand
V1: Eingangsspannung
V2: Ausgangsspannung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 202015106965 U1 [0006]
DE 202005009105 U1 [0007]
DE 102006016886 A1 [0008]

Claims

Messvorrichtung (10) zum Messen der Spannkraft eines Spannfutters (50), mit einem verformbaren Messdorn (12), welcher in ein zu prüfendes Spannfutter (50) einspannbar ist, zumindest einem ersten Dehnungssensor (28), welcher dazu ausgelegt ist, in Abhängigkeit von durch das Spannfutter (50) verursachten Verformungen des Messdorns (12) ein erstes dehnungsabhängiges erstes Signal zu erzeugen, und einer Auswerteeinrichtung (14), welche dazu ausgelegt ist, auf der Grundlage des ersten Signals die auf den Messdorn (12) einwirkende Spannkraft zu ermitteln, dadurch gekennzeichnet, dass der zumindest eine Dehnungssensor (28) in einem im Messdorn (12) ausgebildeten Hohlraum (36) angeordnet ist.
Messvorrichtung (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der zumindest eine Dehnungssensor (28, 30) an einer den Hohlraum (36) umgrenzenden Innenwandung des Messdorns (12) angeordnet ist.
Messvorrichtung (10) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Messdorn (12) und/oder der Hohlraum (36) zylindrisch sind.
Messvorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Messvorrichtung (10) zumindest einen zweiten Dehnungssensor (30) umfasst, welcher in dem Hohlraum (36) angeordnet und dazu ausgelegt ist, ein zweites dehnungsabhängiges Signal zu erzeugen, und welcher baugleich zu dem ersten Dehnungssensor (28) ist, wobei der zweite Dehnungssensor (30) derart angeordnet ist, dass das zweite dehnungsabhängige Signal nicht von Verformungen des Messdorns (12) abhängt und dass die Auswerteeinrichtung (14) dazu ausgelegt ist, die Spannkraft ferner auf der Grundlage des zweiten Signals zu ermitteln.
Messvorrichtung (10) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das erste und das zweite Signal abhängig von der Temperatur des zugehörigen Dehnungssensors (28, 30) sind, wobei der erste und der zweite Dehnungssensor (28, 30) derart ausgewählt sind, dass das Maß dieser Temperaturabhängigkeit für beide Dehnungssensoren (28, 30) gleich ist.
Messvorrichtung (10) nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass der erste und der zweite Dehnungssensor (28, 30) dazu ausgelegt sind, nur diejenigen Verformungen zu erfassen, die in einer Messrichtung des jeweiligen Dehnungssensors (28) verlaufen, und dass der erste und der zweite Dehnungssensor (28, 30) derart an dem Messdorn (12) angeordnet sind, dass die Messrichtung des ersten Dehnungssensors (28) bezogen auf den Messdorn (12) in radialer Richtung und die Messrichtung des zweiten Dehnungssensors (30) quer zur Messrichtung des ersten Dehnungssensors (28), insbesondere bezogen auf den Messdorn (12) in axialer Richtung, verläuft.
Messvorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Messvorrichtung (10) mehrere erste und mehrere zweite Dehnungssensoren (28, 30) aufweist.
Messvorrichtung (10) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die mehreren ersten Dehnungssensoren (28) bezogen auf den Messdorn (12) in axialer Richtung voneinander beabstandet angeordnet sind.
Messvorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der erste und der zweite Dehnungssensor (28, 30) in eine Wheatstone'sche Brückenschaltung eingebunden sind.
Messvorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Messdorn (12) zylindrisch ist und ein zweiteiliges Gehäuse (24) umfasst, welches entlang einer die Längsachse (L) des Messdorns (12) umfassende Ebene in eine erste Gehäusehälfte (32) und eine zweite, lösbar oder dauerhaft mit der ersten Gehäusehälfte (32) verbundene zweite Gehäusehälfte (34) unterteilt ist.
Messvorrichtung (10) nach zumindest einem der Ansprüche 4 bis 9 und Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Dehnungssensor (28) an der ersten Gehäusehälfte (32) und der zweite Dehnungssensor (28) an der zweiten Gehäusehälfte (34) angeordnet ist.
Messvorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der zumindest eine Dehnungssensor (28, 30) ein Dehnungsmessstreifen ist, wobei insbesondere das von dem Dehnungsmessstreifen erzeugte Signal dem elektrischen Widerstand des zugehörigen Dehnungsmessstreifens entspricht.
Messvorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Messdorn (12) lösbar mit der Auswerteeinrichtung (14) verbunden ist.
Messvorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Messdorn (12) eine Speichereinrichtung aufweist, in welcher zumindest den Messdorn (12) charakterisierende Kenndaten gespeichert sind, wobei die Kenndaten Identifikationsdaten, Kalibrierdaten und/oder Toleranzwerte umfassen und dass die Auswerteeinrichtung (14) mit der Speichereinrichtung verbindbar oder verbunden ist, um die gespeicherten Kenndaten aus der Speichereinrichtung auszulesen.
Messvorrichtung (10) nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass in der Speichereinrichtung ferner Messdatensätze speicherbar sind, wobei jeder Messdatensatz zumindest eine das zu prüfende Spannfutter (50) kennzeichnende Spannfutterkennung und die gemessene Spannkraft und insbesondere auch den Zeitpunkt der Messung umfasst.
Messvorrichtung (10) nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Messdorn (12) eine Kommunikationseinrichtung aufweist, welche zumindest dazu eingerichtet ist, die Spannfutterkennung von einer dem zu prüfenden Spannfutter (50) zugeordneten Sendeeinrichtung zu empfangen und an die Speichereinrichtung und/oder die Auswerteeinrichtung (14) zu übermitteln.