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Die Erfindung betrifft eine Kraftmessdose
zur hydraulischen Messung von mechanischem Druck und/oder Kraft
einer Einspannvorrichtung.
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Kraftmessdosen zur hydraulischen
Messung von mechanischem Druck und/oder Kraft einer Einspannvorrichtung,
insbesondere zur Messung der Spannkraft von Maschinenspannfuttern,
mit einer Messuhr, mit einem von der Einspannvorrichtung einzuspannenden
Einspannkörper,
der zwei Einspannflächen
hat, und mit einem Messstempel, der mit einer hydraulischen Kolben-Zylinder-Einheit
kraftübertragend
gekoppelt ist, sind bekannt. Der mit einer Hydrailikflüssigkeit
gefüllte
Hohlraum befindet sich dabei in einer Zylinderbohrung und wird über einen
in der Zylinderbohrung axial verschieblichen, gegenüber dem
Hohlraum abgedichteten Kolben beaufschlagt.
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Als nachteilig erweist es sich, dass
die Kraftmessdosen aufgrund ihrer Geometrie und Funktion nur in
vorbestimmten Positionen innerhalb eines Spannfutters angeordnet
werden können
und nur beschränkt
für verschiedene
Spannfutter einsatzfähig sind.
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung
ist es, auch komplex aufgebaute Spannfutter ausmessen zu können, ohne
zusätzliche
Einbau- oder Haltehilfen verwenden zu müssen.
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Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine
Kraftmessdose mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst, wobei
der Einspannkörper
zumindest drei entlang seines Einspannumfangs relativ zueinander
versetzt angeordnete Einspann-Abstützstellen für die Einspannvorrichtung aufweist,
von denen lediglich eine Einspann-Abstützstelle den Messstempel aufweist.
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Die Erfindung bietet den Vorteil,
dass sie sehr flexibel und für
verschiedenste Einspanngeometrien vorgesehen werden kann.
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Dafür hat die Kraftmessdose einen
Einspannkörper,
mit dem sie zwischen die Einspannvorrichtung eingespannt werden
kann und somit eine Kraft/Druckmessung der Spannvorrichtung erlaubt. Dabei
ist die Kraftmessdose unempfindlich auch gegenüber hohen oder sich ändernden
Belastungen und sehr wartungsarm, insbesondere auch deshalb, weil
keine störanfällige Elektronik
eingesetzt werden muss. Die Kopplung der Kolben-Zylinder-Einheit
erfolgt zuverlässig
vorzugsweise über
den mit Hydraulikflüssigkeit
gefüllten
Raum, der auch mit der Messuhr verbunden ist. Durch die versetzt
angeordneten Abstützstellen
ist es möglich,
Spannvorrichtungen mit sehr unterschiedlichen Geometrien auszumessen,
ohne beispielsweise zusätzliche Überbrückungen
zwischen winklige Spannfutter setzen zu müssen.
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Die Geometrie des Einspannkörpers ist
sehr variabel und flexibel einsetzbar und ermöglicht somit die Messung an
verschiedensten Spannfuttern. Der Messstempel, bei dessen Betätigung der
Kolben der Kolben-Zylinder-Einheit betätigt wird, ist lediglich an einer
Abstützstelle
des Einspannumfangs an eine Stelle des Spannfutters, die mit einer
zu messenden Kraft beaufschlagt wird, anzusetzen. Dies ist bereits ausreichend,
um zu bestimmen, ob beim Zusammenfahren des Spannfutters eine ausreichende Kraft/Druckerhöhung am
Spannfutter stattfindet. Bei der Messung sind hohe Toleranzen möglich, insbesondere
wenn keine Absolutwerte notwendig sind und die Bestimmung der relativen
Kraft/Druckänderung
ausreicht.
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Zumindest drei Abstützstellen
bedeutet, dass sich dort jeweils die Einspannvorrichtung abstützen kann.
Bei entsprechender Anordnung/Anzahl/Symmetrie der Abstützstellen
können
auch nur bestimmte, also nicht alle vorhandenen, Abstützstellen
mit der Einspannvorrichtung beaufschlagt sein. Dadurch wird die
Kraftmessdose auch für
Einspannvorrichtungen, die sich an weniger Abstützstellen abstützen, geeignet.
Beispielsweise kann die Kraftmessdose auch zwei sich gegenüberliegende
Abstützstellen
aufweisen, so dass sie auch für
Einspannvorrichtungen mit zwei Einspannstellen, beispielsweise Schraubzwingen
oder ähnliche
Einspannvorrichtungen, verwendet werden kann.
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Mit der Erfindung können verschiedene, auch
komplexe Einspannvorrichtungen ausgemessen werden, und zwar hydraulisch.
Dafür ist
erfindungsgemäß bevorzugt,
dass lediglich ein Messstempel an einer Abstützstelle vorgesehen ist. Dadurch
entfällt
die Notwendigkeit, eine Mehrzahl von nicht konzentrisch angeordneten
Kolben-Zylinder-Einheiten
hydraulisch zu koppeln.
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Vorteilhaft ist es, wenn die Geometrie
des Einspannumfangs und die Geometrie und die Anzahl der Einspann-Abstützstellen
des Einspannkörpers mit
der Geometrie einer vorgesehenen Einspannvorrichtung (z.B. eines
Spannfutters)/einer Mehrzahl von verschiedenen, vorgesehenen Spannfuttern
korrespondieren. In diesem Fall sitzt der Einspannkörper mit
seinem Einspannumfang besonders sicher im jeweiligen Spannfutter
und es können
sehr hohe Kräfte/Drücke ausgeübt werden,
ohne dass die Gefahr des Verrutschens oder einer Zerstörung der Kraftmessdose
auftritt. Der Messstempel wird in seiner Längsrichtung beaufschlagt und
neigt nicht zum Verkippen.
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Eine sehr solide, einfach herstell-
und handhabbare Kraftmessdose ergibt sich, wenn der Grundriss des
Einspannumfangs im wesentlichen rund ist und abgeflachte Einspann-Abstützstellen
aufweist. Zugleich sitzt der Einspannkörper aufgrund der Abflachungen
sehr sicher im Spannfutter. Die Abflachungen können je nach den individuellen
Anforderungen beispielsweise aufgrund der Spannfuttergeometrie nach
der Herstellung des Grundkörpers
des Einspannkörpers
angebracht werden. Damit können auch
gekrümmte,
z.B. kreiszylinderabschnittsförmige,
Einspannvorrichtung mit der Geometrie des Einspannumfangs korrespondieren.
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Eine sehr vielseitig einsetztbare
Geometrie liegt vor, wenn der Grundriss des Einspannumfangs mit
seinen Einspann-Abstützstellen
in Bezug auf eine Mittelachse des Einspannkörpers eine dreizählige, vierzählige oder
sechszählige
Drehsymmetrie aufweist oder eine Drehsymmetrie, die einem ganzzahligen
Vielfachen einer der vorgenannten Symmetriezahlen entspricht. Durch
die vorgeschlagenen Geometrie kön nen
die meisten üblichen
Spannfutter ausgemessen werden, insbesondere bei Vielfachen von zwei
und drei kann sowohl ein Spannfutter mit plattenartigen Spannvorrichtungen
als auch ein dreiseitiges Prismenspannfutter oder eine Kombination
aus verschiedenen Spannfuttern, die zusammen eingesetzt werden,
ausgemessen werden.
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Eine Vielzahl von unterschiedlichen
Spannfuttern mit bis zu sechs Einspann-Abstützstellen und/oder
beispielsweise einer zwei-, drei-, vier- oder sechszähligen Geometrie/Symmetrie/Drehsymmetrie
kann ausgemessen werden, wenn der Einspannumfang sechs Einspann-Abstützstellen
aufweist. Gleichzeitig kann aber auch eine kompakte Bauform des
Einspannkörpers
durch die noch vergleichsweise geringe Anzahl an Abstützstellen
gewahrt werden.
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Die Auflagefläche für die Einspannung wird vergrößert, wenn
nahezu der gesamte Einspannumfang als Einspann-Abstützstellen
ausgebildet ist, wenn somit der Grundriss des Einspannumfangs sechseckig
ist.
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Die Kraftmessdose ist mit ihrem Einspannkörper an
die Spannflächen
des Spannfutters angepasst, deren Anzahl zwei oder drei oder ein
Vielfaches von zwei oder drei ist, wenn der Grundriss des Einspannumfangs
im wesentlichen ein regelmäßiges Sechseck
bildet. Vorteilhaft ist dabei auch, dass die Auflageflächen alle
annähernd
gleich sind und somit eine gleichmäßige Lastverteilung stattfindet.
Mit der angegebenen Geometrie ist die Kraftmessdose ohne weiteres
für eine
Vielzahl von Einspannvorrichtungen geeignet, z.B. für eine Einspannvorrichtung
mit zwei auf einer Geraden angeordneten Spannbacken, mit drei, vier
oder sechs regelmäßig angeordneten Spannbacken.
Aufgrund der geometrischen Äquivalenz
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Eine an die Abmessungen von einer
Vielzahl von üblichen
Spannfuttern angepasste Einspannkörpergröße liegt vor, wenn der Flächenabstand
des Einspannumfangs annähernd
70-78 mm und die Höhe
des Einspannkörpers
annähernd
40-50 mm beträgt.
Die zu messenden Drücke
können
insbesondere bei annäehrnd
bis zu 400 bar aber auch höher
liegen, die Kolben-Zylinder-Einheit hat einen Durchmesser von annähernd 25mm.
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Eine maximale Länge und somit sehr gute Führung des
Kolbens ist möglich,
wenn die Länge der
Kolben-Zylinder-Einheit annähernd
dem Durchmesser des Einspannkörpers
entspricht.
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Vorteilhaft ist es, wenn der Einspannumfang eine
im wesentlichen kreisförmige äußere Einhüllende aufweist.
Dadurch kann die Kraftmessdose auch für Einspannvorrichtungen mit
Spannbacken mit gekrümmten
Innenspannflächen,
insbesondere kreiszylinderabschnittsförmige Innenspannflächen, verwendet
werden.
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Eine sehr gute Führung des Kolbens auch bei
schräg
angreifenden Kräften
ist gegeben, wenn die Länge
der Kolben-Zylinder-Einheit zwischen 50% und 90% des Durchmessers
der äußeren Einhüllenden
des Einspannumfangs des Einspannkörpers beträgt. Durch die besondere Geometrie
des Einspannkörpers
ist es möglich,
die Kolben-Zylinder-Einheit im Vergleich zu üblichen Kolben-Zylinder-Einheiten
sehr lang auszubilden und somit wesentlich zu stabilisieren. Diese
hohe Führungsgenauigkeit
macht sich auch insbesondere bei einem schrägen Einspannen bemerkbar und
trägt bei
Verkippungen maßgeblich zur
Funktion der Kraftmessdose bei.
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Bevorzugt beträgt der durch den Messstempel übertragene,
maximale Kolbenhub zwischen 5% und 30% der Länge der Kolben-Zylinder-Einheit,
insbesondere zwischen 5% und 20% der Länge des Kolbens. Durch diesen
geringen prozentualen Kolbenhub ist eine gute Führung des Kolbens innerhalb
des Zylinders möglich
und somit eine stabile Messung auch bei seitlich angreifenden Kräften.
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Weitere Merkmale und Vorteile der
Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen und der nachstehenden
Beschreibung, in der ein Ausführungsbeispiel
des Gegenstands der Erfindung in Verbindung mit den Zeichnungen
näher erläutert ist;
es zeigen:
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1 einen
Querschnitt durch eine Kraftmessdose,
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2 eine
Seitenansicht eines Einspannkörpers
einer Kraftmessdose und 3 eine
schematische Aufsicht auf eine Kraftmessdose.
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1 zeigt
einen Querschnitt 1 durch eine Kraftmessdose 1 aus 2. die Kraftmessdose besteht
aus einem Einspannkörper 4.
Der Einspannkörper 4 ist
im wesentlichen vorzugsweise massiv gegossen, hat einen Grundriss 6 in
Form eines regelmäßigen Sechsecks,
wie in 3 dargestellt
und eine Höhe 19.
Der Einspannkörper 4 weist
Bohrungen 23, 25, 26 für eine Kolben-Zylinder-Einheit 7,
einen Entlüftungskolben 21 mit
einer Stellschraube 20, sowie einer Messuhr 3,
die vorzugsweise ein Manometer ist, auf. Die Bohrungen 23, 25 und 26 sind durch
weitere Leitbohrungen 27, 28 zu einem geschlossenen
Raum verbunden. Dieser Raum ist mit einer Hydraulikflüssigkeit 22 gefüllt. Die
Kolben-Zylinder-Einheit 7, die in die Bohrung 23 eingesetzt
ist, weist an ihrem raumseitigen Ende 29 einen Dichtungsring 24 auf,
um ein Eindringen der Hydraulikflüssigkeit 22 in die
Kolben-Zylinder-Einheit 7 zu verhindern. Der Kolben 16 wird
zudem durch eine in einer Ringnut 31 umlaufende Ringdichtung 30 gehalten
und abgedichtet. Am äußeren Ende 32 der
Kolben-Zylinder-Einheit 7 ist ein Messstempel 5 angebracht,
der aus einer Einspann-Abstützstelle 9 herausragt
und bei einem Kontakt mit einem Spannfutter mit einer Kraft beaufschlagt
wird. Durch den in der Bohrung 25 eingesetzten Entlüftungskolben 21 wird mittels
der Stellschraube 20 die in in die Bohrungen eingebrachte
Hydraulikflüssigkeit 22 von
Restluft befreit, wodurch ein verzügerungsloses, direktes Beaufschlagen
der in die Bohrung 26 eingebrachten Druckmessapparatur,
hier in Form einer Messuhr 3, erfolgen kann. Das mit Hydraulikflüssigkeit 22 befüllte Volumen
kann sehr klein gehalten werden, wodurch auch hohe Drücke sicher
weitergeleitet und gemessen werden können, ohne die Gefahr eines
Austretens einer großen
Menge Hydraulikflüssigkeit.
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2 zeigt
eine schematische Seitenansicht des Einspannkörpers 4. Eine Einspann-Abstützstelle 9 entspricht
in diesem Fall einer Seite eine regelmäßigen Sechsecks, wie in 3 dargestellt. An dieser Einspann-Abstützstelle 9 ist
eine Bohrung 23 eingebracht, in die eine Kolben-Zylinder-Einheit 7 mit
einem über
den Grundriss 6 herausragenden Messstempel 5 eingesetzt
ist. An einer benachbarten Seite 33 des re gelmäßigen Sechsecks
befindet sich eine Bohrung 25, in die ein Entlüftungskolben 21 mit
einer Stellschraube 20 eingesetzt ist.
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3 zeigt
einen Grundriss 6 einer Einspannkörpers 4 mit einer
schematisch angedeuteten Kolben-Zylinder-Einheit 7 und
einem Entlüftungszylinder 21.
Die sechs Flächen
des Sechsecks entsprechen in diesem Ausführungsbeispiel sechs Einspann-Abstützstellen 9.
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Der Durchmesser 15 der äußeren Einhüllenden 14 des
Grundrisses 6 entspricht in diesem Fall dem Abstand zweier
gegenüberliegender
Spitzen des Sechsecks. Die Länge 12 der
Kolben-Zylinder-Einheit 7 beträgt im vorliegenden Beispiel
ca. 75-80% des Durchmessers 15. Die Kolben-Zylinder-Einheit 7 und
insbesondere der Kolben 16 ist aufgrund des großen Durchmessers 15 des
Einspannkörpers 4 durch
die lange Führungsstrecke
innerhalb des Einspannkörpers
sicher gelagert und wird auch bei schräg angreifenden Kräften nicht
verkantet. Vorzugsweise ist die Länge der Bohrung 23 für die Kolben-Zylindereinheit 7 annähernd gleich
dem Flächenabstand 18 zweier
gegenüberliegender
Einspann-Abstützstellen 9.
Da die Messuhr 3 einen ausreichenden Abstand vom Rand der
Messuhr 3 haben sollte, um beim Einspannen nicht beschädigt zu
werden und immer gut abgelesen werden zu können, ist die Leitbohrung 27 zwischen
der Bohrung 23 und der Bohrung 26, in die die
Messuhr eingesetzt ist, schräg ausgeführt. Die
Bohrung 25 für
den Entlüftungskolben 21 und
die Stellschraube 20 ist aus Platzgründen in einem Winkel zur Bohrung 23 angeordnet,
beispielsweise, wie dargestellt, an einer benachbarten Einspann-Stützstelle 9 endend.
Die Bohrungen 23, 26, 25 laufen jedoch
alle in Richtung der Messuhr aufeinander zu, um das Hydraulikvolumen
und die Zahl der notwendigen Bohrungen klein zu halten.
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- 1
- Kraftmessdose
- 3
- Messuhr
- 4
- Einspannkörper
- 5
- Messstempel
- 6
- Grundriss
- 7
- Kolben-Zylinder-Einheit
- 8
- Einspannumfang
- 9
- Einspann-Abstützstelle
- 11
- Durchmesser
- 12
- Länge der
Koben-Zylinder-Einheit
- 13
- Mittelachse
- 14
- äußere Einhüllende
- 15
- Durchmesser
- 16
- Kolben
- 17
- Länge des
Kolbens
- 18
- Flächenabstand
- 19
- Höhe
- 20
- Stellschraube
- 21
- Entlüftungskolben
- 22
- Hydraulikflüssigkeit
- 23
- Bohrung
- 24
- Dichtungsring
- 25
- Bohrung
- 26
- Bohrung
- 27
- Leitbohrung
- 28
- Leitbohrung
- 29
- raumseitiges
Ende
- 30
- Ringdichtung
- 31
- Ringnut
- 32
- äußeres Ende
- 33
- Seite