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Einrichtung zur kontrollierenden Anzeige bzw. zum Messen der Zugbeanspruchungen
in Maschinenbauteilen, wie z. B. in den Säulen von Schmiedepressen oder ähnlichen
Arbeitsmaschinen Die Erfindung hetrifft eine Einrichtung zur kontrollierenden Anzeige
bzw. zum Messen der Zugbeanspruchungen in Maschinenbauteilen, wie z. B. in den Säulen
von Schmiedepressen oder ähnlichen Arbeitsmaschinen, bei welcher ein Teil der zu
Messen den Kraft über einen Stab und ein federndes Glied auf eine Meßeinrichtung
übertragen wird.
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Bekannt ist eine Einrichtung zum Messen insbesondere der Druckbeanspruchung
von Maschinenbauteilen, bei welcher die zu messende Kraft auf ein besonderes Gehäuse
und ein Teil der Kraft auf einen in einer zentralen Bohrung des Gehäuses befindlichen
Stab übertragen wird. Der vom Stab aufgenommene Kraftanteil wird über einen Winkelhebel,
dessen Scheitel aus federndem Stahl gebildet oder der selbst aus federndem Werkstoff
hergestellt und zur Erzielung einer Biegefähigkeit mit einer Einkerbung versehen
ist, auf eine elektrische Meßeinrichtung übertragen. Gehäuse, Stab und die elektrische
Meßeinrichtung sind hierbei ein zusammengehörendes Ganzes, das als Meßorgan an dem
Maschinenteil angebracht werden muß, an dem die auftretenden Beanspruchungen ermittelt
werden sollen. Das Federglied bewirkt eine Untersetzung der Strecke, um die das
Meßgehäuse und der Stab bei auftretenden Zugkräften verkürzt wird bzw. durch Zugkräfte
gedehnt würde.
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Für eine Dehnungsmessung aber ist das vorbekannte Gerät nicht bestimmt
und nicht ohne weiteres verwendbar.
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Bei einer anderen bekannten Kraftmeßvorrichtung für Festigkeitsmaschinen
wird die elastische Formänderung des Gestelles der Festigkeitsmaschine dazu ausgenutzt,
mit Hilfe von Meßdosen die Größe der in der Meßmaschine ausgeübten Kräfte zu ermitteln.
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Zu diesem Zweck ist bei jeder der beiden Säulen der Meßmaschine eine
Meßdose eingebaut, die nach dem Prinzip der Flüssigkeitsverdrängung eines in seiner
Größe veränderlichen Hohlkörpers arbeitet. Die Meßdosen sind dort feste Bestandteile
der Meßmaschine, und die Kraftübertragungsstäbe greifen nur mit einem Ende an den
Säulen an, wogegen sie mit dem anderen Ende gegenüber den Säulen frei verschiebbar
sind. Eine Übersetzung der Längendehnung der Säule findet daher nicht statt.
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Mit der Erfindung wird bezweckt, eine einfache, keine komplizierten,
teuren und empfindlichen Meßgeräte erfordernde Einrichtung zu schaffen, die es ermöglicht,
die sich in einer Längung und gegebenenfalls auch in einer Biegung von Maschinenbauteilen,
wie z. B. der Säulen von Schmiedepressen auswirkenden Betriebsbelastungskräfte ständig
kontrollieren und insbesondere sofort feststellen zu können, wann eine Überbelastung
auftritt bzw. aufgetreten ist. Dieses Ziel ist nach der Erfindung dadurch erreicht,
daß
der Kraftübertragungsstab in Zugankeranordnung unmittelbar am Maschinenbauteil
unter Vorspannung angebracht und mit mindestens einem Ende gegen das Maschinenbauteil
durch ein oder mehrere Federglieder unter Zwischenschaltung einer oder mehrerer
vorzugsweise magnetoelastischer Kraftmeßdosen leichter, üblicher Ausführung abgestützt
ist, mit denen der auf den Zuganker wirkende, durch das oder die Federglieder in
eine größere Längendehnung umgewandelte Teil der Gesamtbelastung meßbar ist.
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Hierbei stellen der Kraftübertragungsstab und die Federglieder Teile
dar, die von der durch die Kraftmeßdosen gebildeten eigentlichen Meßeinrichtung
getrennt sind und die unmittelbar, d. h. ohne Verbindung mit einem sie umschließenden
Gehäuse, an dem hinsichtlich der Zugbeanspruchung zu untersuchenden Maschinenbauteil
angebracht werden können.
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Als Meßorgane werden handelsübliche, vorzugsweise magnetoelastische
Kraftmeßdosen benutzt. Die Kraftmeßdosen brauchen nicht für die auftretenden, sehr
großen Druckkräfte dimensioniert zu sein und bedürfen keiner besonderen Gestaltung
oder Herrichtung für den vorgesehenen Meßzweck.
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Denn bei Zugbeanspruchung des zu messenden Maschinenbauteiles, an
welchem der Kraftübertragungsstab in Zugankeranordnung angebracht ist, geben die
Federglieder unter dem Einfluß der auf sie einwirkenden Druckkraft nach, so daß
die Längendehnung des Zugankerstabes sich in einem beträchtlich vergrößerten Dehnungsweg
an der Kraftmeßdose
bzw. an den Kraftmeßdosen auswirkt. Hierdurch
ist die vorteilhafte Möglichkeit geschaffen, normale Kraftmeßdosen, die nur auf
Dehnungen eines bestimmten Gröflenbereiches ansprechen und deren Belastungsfähiigkeit
begrenzt ist, für Zugdehnungsmessungen an schweren Maschinen, wie z. B.
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Schmiedepressen, zu benutzen und auf diese Weise praktisch ausreichende
Meßergebnisse zu erzielen.
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Zuganker und Maschinenbauteil, die beide aus Stahl bestehen und somit
den gleichen E-Modul haben, sind über das federnde Kraftübertragungsglied parallel
geschaltet. Durch die in den Kraftfluß eingelegte Kraftmeß dose bzw. eingelegten
Kraftmeß dosen kann zunächst die durch das Federglied bzw. die Federglieder bewirkte
Vorspannung des Zugankers bestimmt werden. Wird nun das Maschinenbauteil einer Belastung
unterworfen, dann wird der auf den Zuganker wirkende reduzierte Anteil der Gesamtbelastungskraft,
der sich zu der vom Maschinenbauteil aufgenommenen Kraft etwa verhält wie die Querschnittsfläche
des Zugankers zur Querschnittsfläche des Maschinenbauteiles, durch das Federglied
weiter heruntertransformiert und in einen längeren Dehnungsweg umgewandelt. Auf
diese Weise gelingt es, die Belastungskräfte nicht nur qualitativ, sondern gewünschtenfalls
sogar quantitativ festzustellen und exakte Aussagen über die Belastungskräfte des
Maschinenbauteiles zu machen. Die Meßtechnik ist damit um ein außerordentlich einfaches,
zuverlässiges und mit wohlfeilen Hilfsmitteln, nämlich Ktaftmeßdosen leichter, handelsüblicher
Bauart zu verwirklichendes Verfahren zur Durchfiihrung einer ständigen Kontrolle
der zu Dehnungen führenden Belastungskräfte von Maschinenbauteilen bereichert.
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Das federnde Kraftübertragungsglied kann zweckmälligerweise aus einer
Tellerfeder, die bei großen Druckkräften nur kleine Federwege hergibt, und aus einem
gegen die Stirnfläche des säulenförmigen Maschinenbauteiles unter Zwischenschaltung
einer oder mehrerer Kraftmeßdosen angesetzten starren Stützkörper bestehen..
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Die erfindungsgemäße Meßeinrichtung wird bei hohlen Maschinenbauteilen,
z. B. den hohlen Säulen von Schmiedepressen, vorteilhaft in der Weise angebracht,
daß der Zuganker im Innern des hohlen Maschinenbauteiles liegt und an der einen
Stirnfläche der Säule gleichmäßig verteilt drei oder mehrere Kraftmeßdosen unter
dem Stützkörper angeordnet sind. Da bei dieser Anordnung die im Anker wirksam werdende
Zugkraft auf mehrere Kraftmeßdosen verteilt wird, läßt sich aus einer unterschiedlichen
Belastung der Meßdosen sofort feststellen, weml sich die Säule unter der Betriebsbelastung
schiefstellt. Darüber hinaus kann eine unterschiedliche Belastungsanzeige der Meßdosen
wertvolle Aufschlüsse für das Entstehen und Fortschreiten von Dauerbrüchen der Säule
gehen.
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Der Erfindungsgedanke einer Verteilung des von vorgespannten Zuganker
aufgenommenen Anteiles der Gesamtbelastungskraft auf mehrere über die Säulenstirnfläche
gleichmäßig versetzt angeordnete Kraftmeßdosen kann in der Weise weiter ausgebildet
werden, dail man Kraftmeßdosen normaler Bauart auch zur kontrollierenden Anzeige
oder zum Messen der durch die Belastungskräfte hervorgerufenen Biegung der Säule
anwendet. Nach einem ersten Vorschlag der Erfindung können zu diesem Zweck im Stützkörper
gleichmäßig um den Zuganker verteilt in radialer Anordnung zu ihm mindestens drei
Kraftmeßldosen zur Anzeige der durch Biegung der Säule erzeugten Radialkräfte angebracht
werden.
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Bei einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anzeige-
bzw. Meß einrichtung mit gleichmäßig über die Stirnfläche der hohlen Säule verteilten
Kraftmeßdosen ist vorgesehen, das federnde Kraftübertragungsglied aus mindestens
drei an einem starren Körper befestigten Federarmen, wie z. B.
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Blattfedern, zu bilden und das andere Ende des starren Körpers an
den Zuganker anzuschließen. Hierbei können, wenn die Säule außer auf Zug, zugleich
auf Bie gung beansprucht wird, aus den unterschiedlichen Belastungsanzeigen der
Kraftmeßdosen, auf die je einer der Federarme einwirkt, Rückschlüsse auf die Größe
der Biegebeanspruchung gezogen werden.
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An die Kraftmeßdose bzw. Kraftmeßdosen kann vorteilhaft eine elektrische
Meß schalteinrichtung bekannter Ausführung angeschlossen werden, mit der in ebenfalls
bekannter Weise ein Schreibwerk gekoppelt sein kann.
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Ferner ist es möglich und in vielen Fällen empfehlensweft, die Anzeige-
bzw. Meßeinrichtung zu einer Sicherungseinrichtung dadurch zu vervoll, kommnen,
daß mit der Kraftmeßdose bzw. den I(raftmeßdosen ein bzw. je ein Überlastschalter
verbunden wird, der beim Überschreiten der zulässigen Zug-und/oder Biegebeanspruchung
der Säule die Arbeitsmaschine selbsttätig stillsetzt.
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In der Zeichnung ist die Erfindung in drei Ausführungsb eispielen
dargestellt.
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Fig. 1 zeigt im senkrechten Längsmittelschnitt den oberen Abschnitt
der Säule einer Schmiedepresse mit den daran angeordneten, wichtigsten Teilen der
erfindungsgemälen Anzeige- bzw. Mefleinrichtung; Fig. 2 ist ein Querschnitt nach
der Linie A-A; Fig. 3, in der auch der untere Teil der Säule im senkrechten Längsmittelschnitt
mit dargestellt ist, zeigt eine für das Anzeigen von Biegungen der Säule vervollkommnete
Ausführungsform der Nleßeinrichtung, und Fig. 4 schließlich zeigt in einer der Fig.
1 entspre chenden Darstellung eine besonders einfache Ausbilt dung des federnden
Kraftübertragungsgliedes für gleichzeitiges Anzeigen bzw. Messen der Länger dehnung
und der Biegung der Säule.
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In den dargestellten Beispielen bezeichnet a eine der Länge nach
durchbohrte Säule aus Stahl, wie sie im schweren Maschinenbau, z. B. bei Schmiedepressen,
üblicherweise angewendet werden. In der Bohrung b ist ein aus einer Stahlstange
bestehender Zuganker c eingesetzt, der eine im Verhältnis zur Querschnittsfläche
der Säule kleine Querschnittsfläche bestimmter Größe hat. Der Zuganker c ist an
dem einen Ende der hohlen Säule a durch eine Ankerplatte festgelegt, die zweckmäßigerweise
starr ist, jedoch auch federnd ausgebildet sein kann. Gegen das andere, in den gezeichneten
Beispielen gegen das obere Ende der Säule ist der Zuganker c unter Zwischenschaltung
eines federnden Kraftübertragungsgliedes elastiseh nachgiebig abgestützt.
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Beim Ausführungsbeispiel der Fig. 1 dient zur federnden Abstützung
eine starre Ankerplattef und eine Tellerfeder h, die unter einer auf das Gewindeende
des Zugankers aufgeschraubte Mutter i festgelegt ist. Unter der Ankerplattef sind,
gleichmäßig über die kreisringförmige Stirnfläche der Säule verteilt, mehrere, beispielsweise
drei Kraftmeßdosen k handelsüblicher Ausführung für einen Meßbereich bis zu etwa
1 t angeordnet. Durch Anziehen der Mutter i und gegebenenfalls auch der Gegenmutter
m an der unteren Ankerplatte d wird dem Zuganker c eine ge wisse Vorspannung gegeben,
die etwa 20 bis 309/e
der Streckgrenze des Stahlmaterials betragen
kann.
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Die Vorspannung ist über die Kraftmeßdosen k feststellbar.
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Wird die Säule a unter Einwirkung der Betriebslast in der I,änge
gedehnt, dann zeigen die Kraftmeßdosen k den vom Zuganker c aufgenommenen Anteil
der Gesamtbelastungskraft an, der sich infolge Nachgebens der Tellerfeder k in einem
vergrößerten Dehnungsweg des Systems Zuganker c=federndes Kraftübertragungsglied
/, h auswirkt. Die Tellerfeder ii ist so ausgebildet, daß sie bei kleinem Federweg
große I(räfte aufnehmen kann. An Stelle einer Tellerfeder kann selbstverständlich
auch ein anderes Federelement oder können mehrere Federelemente Anwendung finden,
die die vorerwähnte Federcharakteristik haben.
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In Fig. 3 weist der ebenfalls unter einer Tellerfeder h angeordnete
starre Stützkörper n die Form eines hohlen Kegel stumpfes auf, der am breiten Kegelstumpfende
eine Abschlußwand o und einen über die Abschlußwand vorstehenden, das Säulenende
über greifenden Ringflansch p besitzt. Die Kraftmeßdosen k sind in der dem ersten
Ausführungsbeispiel entsprechenden Anordnung zwischen der Wand o des Stützkörpers¢
und der Stirnfläche der Säule a ein gelegt. Sie zeigen die Längendehnung des aus
dem vorgespannten Zuganker c und dem federnden Stützkörper n, lt gebildeten Systems
an, wenn die Säule a unter Betriebslast gedehnt wird.
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Außerdem sind zwischen dem Rand einer zentralen Bohrung der Wand
o und dem Zuganker a, wiederum in gleichmäßiger Winkelteilung gegeneinander versetzt,
drei oder mehrere Kraftmeßdosen angebracht.
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Treten, bedingt durch Schiefstellen der Säule unter Betriebslast,
radial zum Zuganker a wirkende Kräfte auf, so wird die eine oder andere der Kraftmeßdosen
q belastet und ergibt eine Anzeige. Das gleiche ist der Fall beim Entstehen von
Dauerbrüchen in der Säule a; mit Vergrößerung der Bruchstelle ergibt sich eine zunehmend
größer werdende Anzeige.
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Soll außer der Längung der Säule a. auch deren Verbiegung festgestellt
werden, dann findet als Kraftübertragungsglied vorteilhaft ein Federelement der
in Fig. 4 dargestellten Art Anwendung. Es besteht aus mindestens drei federnden
Armen r, z. B. bogenförmigen Blattfedern, die an einer starren Metallhülse s oder
an einem anderen geeigneten starren Körper befestigt sind, dessen anderes Ende mit
dem innerhalb der Bohrung b der Säule a liegenden Ende des Zugankers c fest verbunden
ist.
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Enden der vorgespannten Blattfedern r sind gegen Kraftmeßdosen k
abgestützt, die auch hier gleichmäßig über die Stirnfläche der Säule a verteilt
angeordnet sind.
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Bei Längung und Biegung der Säule a werden die Kraftmeßdosen k ungleichmäßig
belastet. Aus der unterschiedlichen Anzeige der Kraftmeß dosen kann neben der Längung
auch auf die Biegung der Säule geschlossen werden.
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Die vorbeschriebenen Anzeige- bzw. Meßeinrichtungen werden zweckmäßigerweise
vervollständigt durch Anschluß der Kraftmeßdosen k bzw. q an eine elektrische Meßschalteinrichtung
bekannter Bauart, die hier nicht näher erläutert zu werden braucht. Die Meßeinrichtung
kann mit einem Schreibwerk gekoppelt sein, das die Anzeigen der Kraftmeßdosen fortlaufend
aufzeichnet. An Hand dieser Aufzeichnungen ist es dann möglich, die während jedes
Arbeitsvorganges aufgetretenen Belastungskräfte in der Säule a festzustellen und
die Aufzeichnungen entweder nur
qualitativ oder quantitativ auszuwerten. Im allgemeinen
wird die qualitative Beurteilung, d. h. die Beurteilung auf Überlastung, für die
Erfordernisse des praktischen Betriebes völlig ausreichen.
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Schließlich ist es auch möglich, an die Kraftmeßdosen einen Überlastschalter
anzuschließen, der bei Überschreiten der zulässigen Beanspruchung einer Säule a
die Schmiedepresse sogleich selbsttätig stillsetzt.