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Kraftmeßgerät Zur Messung des Druckes bei höheren Belastungen, bei
welchen Geräte mit großen Federwegen, wie Spiralfedern, unbrauchbar sind, werden
bisher vor allem Druckmeßdosen verwendet. Der Nachteil solcher Dosen ist, daß sie
einerseits äußerst empfindlich und teuer sind und andererseits ihre elastische Verformung
so gering ist, daß z. B. nicht die natürlichen Bedingungen der federnden Bewegung
von durch eine Schraubenverbindung zusammenzuspannenden Teilen eingehalten werden
können.
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Der andere Weg, der beschritten wurde, ist, die elastische Verformung
der beanspruchten Teile, z. B der Schrauben, direkt zu messen, z. B. mit dem sogenannten
Huggenbergschen Tensometer, bei dem die Schraube anzuschleifen ist und dann die
Veränderung des Abstandes von zwei Meßpunkten gemessen wird.
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Weiter sind Kraftmeßgeräte bekannt, bei denen zur Erweiterung des
normal erreichbaren Meßbereiches von 1:10 die Hintereinanderschaltung mehrerer als
Federn wirkender durchgebogener Platten verschiedener Federungscharakteristik verwendet
wird. Solche Geräte haben eine große Bauhöhe, verbunden mit erheblichem Gewichts-
und Materialaufwand. Durch die Vielzahl der Teile ist die Meßgenauigkeit unsicher.
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Es erscheint zweckmäßig, zunächst die Forderungen aufzustellen, die
an eine Druckmeßeinrichtung für universelle Zwecke gestellt werden müssen und die
durch die erfindungsgemäße Meßeinrichtung erfüllt werden sollen.
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Die Genauigkeit soll, bezogen auf jeden Meßwert, nahezu gleich hoch
sein, d. h. also nicht wie bei den normalen Meßgeräten bezogen auf den »Endwert«,
so daß bei minimalen Drücken mit gleicher Genauigkeit abgelesen werden kann wie
bei hohen Drücken, wobei das Verhältnis der niedrigen Drücke zu den hohen 1:100
und darüber ist.
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Die Druckmeßeinrichtung soll eine gewisse geringe Bewegung in Richtung
des Druckes ausführen, wie sie infolge der elastischen Verformung von Teilen bei
der Aneinaffderpressung dieser Teile durch den Druck in der Praxis auftritt.
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Die gesamte Apparatur soll keine Nacheichungen erfordern, d. h.,
die ursprünglich gefundenen Eichwerte sollen konstant erhalten bleiben, eine Forderung,
die z. B. von hydraulischen Meßgeräten, besonders wenn diese mit geringen Volumenänderungen
arbeiten, sehr schwer zu erreichen ist. Die ganze Meßeinrichtung soll relativ billig
und äußerst einfach in der Handhabung sein.
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Es sollen sich sowohl statische Belastungen von oben, wie die von
durch die Meßeinrichtung hindurchzusteckenden Teilen, wie Schrauben, messen lassen.
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Betrachtet man nun einen wesentlichen Anwendungsfall für eine derartige
Druckmeßeinrichtung zur Messung des Axialdruckes von Schrauben, so ergeben sich
noch die weiteren Forderungen, daß auch gleichzeitig Drehmoment und Drehwinkel beim
Festziehen und Lösen genau meßbar sein müssen.
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Auch die Messung von normalen »kurzen« Schrauben, die infolge der
zu Beginn beschriebenen bekannten Meßeinrichtungen durch die erforderliche Länge,
die diese Meß einrichtungen vorschreiben, nicht möglich ist, soll ohne weiteres
durchführbar sein, ebenso wie die exakte Messung bei kleinen Schrauben. Auch die
Messung des Einflusses des Gewindes allein soll durch die Ausschaltung der Reibung
der Mutter auf der Unterlage möglich sein. Diese Forderungen sollen durch die Meßeinrichtung
gemäß der Erfindung erfüllt werden.
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Entsprechend dem Stande der Technik geht die Er findung aus von einem
Kraftmeßgerät aus lose aufeinandergelegten, gegeneinander zentrierten elastischen
Platten, an deren Mitte die zu messende Kraft angreift und deren Abstandsänderung
ein Maß für diese bildet.
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Sie besteht darin, daß ein solches Kraftmeßgerät aus zwei durch eine
starre Zwischenlage voneinander getrennten Platten solcher Elastizität und Form
besteht, daß ihre Durchbiegungsform bei steigender Belastung unter gleichzeitigem
Wechsel der Berührungsfläche über die Planlage hinaus in die zur Durchbiegung bei
schwacher Belastung entgegengesetzte Richtung umschlägt.
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Weitere Ausgestaltungen und Anpassungen des Gerätes zum Messen des
durch Spannen erzeugten Druckes von Maschinenelementen, z. B. des Axialdruckes von
Schrauben, oder zum Messen der durch Zug hervorgerufeneri Dehnung von Gegenständen
bilden den Inhalt der Ansprüche 2 bis 6.
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Das Prinzip der Druckmeßeinrichtung besteht in der Messung der an
sich bekannten Durchbiegung von insbesondere lose aufeinandergelegten, federnden
plattenähnlichen Elementen, von denen auch eines nicht
federnd sein
kann, durd- an sich bekannte exakte Längenmeßgeräte, wie sogenannte Meßuhren, wobei
sich die Platten zunächst an weiter außen liegenden Punkten gegeneinander abstützen,
bei mittlerer Belastung über die vollkommene Planlage gehen und sich bei hohen Drücken
auf der inneren, durch die Zwischenlagen entstehenden Innenkante unter Abhebung
der äußeren Enden weiter nach innen zu verbiegen.
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Diese Teile, z. B. Platten aus Federmaterial, sind an den Berührungsflächen
geschliffen und an den inneren Biegekanten derartig geformt, daß auch bei den höchsten
Drücken keine Überbeanspruchung der Auflageflächen, die einer Änderung der Annäherung
und damit des Meßwertes gleichkommt, eintreten kann.
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Die lose aufeinandergelegten Platten sind lediglich durch zwei Zentrierstifte
fixiert, die jedoch so eingepaßt sind, daß sie die Durchbiegung der Platten nicht
hemmen. Auf der oberen Platte, die aus stärkerem Material besteht und sich daher
nicht so sehr durchbiegt, sind die den Abstand zwischen den beiden federnden Platten
verursachenden Zwischenlageplatten befestigt.- Einer der Zentrierstifte ist zugleich
nach unten- verlängert und auf diesen eine Mutter aufsetzbar, welche z. B. dem Kopf
einer zu prüfenden Schraube entspricht, so daß dieser als Drehsicherung zugleich
mit der zu prüfenden Schraube in einen Schraubstock eingespannt werden kann. Durch
elastische Schutzmaßnahmen, wie Gummibeilagen, wird der Zutritt von Spänen zu den
Auflagekanten und zur Auflage der Fühlkugel der Meßuhr, die ebenfalls besonders
touchiert wird, verhindert.
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Die Eliminierung der Reibungswirkung der Mutter infolge des Axialdruckes
wird durch ein Kugellager möglich; welches unter Beibehaltung der Größe der AuflatC,efläche
des Schraubenkopfes bei Verwendung in etwas längeren Schrauben auf z. B. der Schraubenkopfseite
über entsprechende Paßstücke beigelegt wird.
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Die Messung des Drehmomentes erfolgt durch einen Steckschlüssel mit
langen beidseitigen Hebelarmen, an welchen in bestimmten Abständen tangential einfach
auszuwechselnde Federwaagen angreifen. An diesem Steckschlüssel ist eine Drehwinkelskala
drehbar befestigt In der Zeichnung ist die gesamte Meßeinrichtung für den Verwendungsfall
der Messung des Axialdruckes einer Schraube unter Elimination der Reibung der Mutter
auf der Unterlage, d. h. mit Einbau eines Kugellagers auf einer Seite, dargestellt.
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An der oberen Platte 1 sind die Abstandsplatten 2 angeschraubt und
die untere Platte 3 durch die Zentrierstifte 4 mit Zusatzmutter 5 auf einer Seite
gegeneinandergehalten. Die Fugen zwischen der unteren Platte 3 und den Abstandsplatten
2 ist durch eine dünne Gummibeilage 6, die auf der Unterplatte 3 aufgeklebt ist,
gegen Späne abgedichtet, ebenso wie der Stift 7 der Meßuhr 20 durch ein Gummiröhrchen
8.
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Die Platten sind außerdem gegen zu hohe Belastung, welche eine bleibende
Deformation verursachen würde, durch eine geschliffene Abstandshülse 9 geschützt.
Die Meßuhr 20 ist ebenso wie die Bohrung 10 zur Aufnahme der Schrauben genau in
der Mitte und möglichst nahe an dieser Bohrung angeordnet, so daß eine Annäherung
der Platten durch den Ausschlag der Meßuhr exakt wiedergegeben wird.
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Die Eichung der Apparatur erfolgt durch die normalen, Drücke erzeugenden
Meßeinrichtungen, wie Zerreißmaschine usw., wobei die Auflageflächen am Gerät denen
der normal zu verwendenden Schrauben entsprechen.
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-Die Elimination der Axialreibung der Mutter erfolgt dadurch, daß
man unter den Schraubenkopf die Kugellagereinrichtung legt, so daß sich beim Festziehen
mit der Mutter die gesamte Meßeinrichtung dreht. Bei der normalen Messung einer
Schraubenverbindung wird dagegen der Schraubenkopf 11 gleichzeitig mit der Zusatzmutter
5 in den Backen des Schraubstockes fest eingespannt, so daß sich nur die Mutter
13 durch die Drehung des Steckschlüssels 14 dreht. Diese Kugellagereinrichtung besteht
aus dem tiefgezogenen Innenteil 15, welches auf dem Kugellager 16 auf der einen
Seite aufliegt, und dem Druckring 17, welcher in der Größe der Schraubenkopffläche
auf der unteren federnden Platte 3 aufliegt.
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Die Messung des Winkels, um den sich die Mutter beim Festziehen bzw.
beim Lösen auf der auswechselbaren Unterlage 18 gedreht hat, erfolgt über die drehbare
Winkelskala 19, welche auf dem Steckschlüssel 14 sitzt und gegen die an der oberen
Platte 1 befestigten beiden Zeiger 12 sich bewegt.
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Dies ist nur ein normaler Anwendungsfall der neuartigen Meßeinrichtung,
aber es ist in gleicher Weise möglich, diese Druckmeßeinrichtung auch für andere
Fälle zu verwenden, wo eine niedrige und für beliebige Drücke exakt anzeigende Meßeinrichtung
gemäß den eingangs dargestellten Forderungen notwendig ist.
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Eine weitere Erhöhung der Meßgenauigkeit bei niedriger Belastung
ist dadurch möglich, daß der beispielsweise innerhalb des Anschlages 9 dargestellte
Gummi, der bei geringen Belastungen auch entsprechend größer dimensioniert sein
kann, die Platten etwas auseinanderdrückt, so daß hierdurch ein federnder Hub als
Meßweg entsteht.
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Bei der in allen Bereichen erreichbaren hohen Meßgenauigkeit bei
Verwendung eines sehr genauen Längenmeßgerätes - normalerweise einer t/rooo-Meßuhr
- ist auch die Veränderung des Abstandes der Anzeigeteile des Meßgerätes von der
unteren Platte bei Veränderung der Temperatur von Bedeutung.
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Dieser Fehler, der in Form eines Temperaturkoeffizienten auftreten
würde, läßt sich vollkommen vermeiden, wenn alle Teile der Meßuhr aus ähnlichem
Werkstoff wie die Federplatten, z. B. aus Stahl, sind.