DE19826257A1

DE19826257A1 - Kraftmeßgerät und Meßverfahren dazu

Info

Publication number: DE19826257A1
Application number: DE1998126257
Authority: DE
Inventors: Emil Stark
Original assignee: Individual
Current assignee: Stark Spannsysteme GmbH
Priority date: 1998-06-15
Filing date: 1998-06-15
Publication date: 2000-01-13
Anticipated expiration: 2018-06-16
Also published as: DE19826257B4

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Kraftmeßgerät und ein Meßverfahren dazu, wobei das Kraftmeßgerät folgende Bauteile beinhaltet: Einen Auflagezylinder mit darin koaxial eingebrachtem Zugkolben, einen Einstellkolben, über den das Vorspannen und Entspannen des Kraftmeßgerätes bewerkstelligt wird, einen Einzugsnippel, welcher mit dem Zugkolben verbunden ist, eine Meßeinrichtung zum Abtasten des Abstandes zwischen Auflagezylinder und Zugkolben, eine Meßeinrichtung zum Messen einer der Vorspannung und der Einzugskraft des Einzugsnippels proportionalen physikalischen Größe sowie einen Ölraum zwischen Auflagezylinder und Zugkolben.

Description

Die Erfindung betrifft ein Kraftmeßgerät, insbesondere zur Messung der Federkraft von Tellerfedern bei Schnellspannverschlüssen nach dem Oberbegriff des Hauptanspruchs 1.

Es gibt bereits zahlreiche Kraftmeßgeräte auf dem Markt, welche mit den unterschiedlichsten Wirkprinzipien arbeiten. Zum einen wird das Prinzip der Deformierung einer Feder eingesetzt, die auf Zug, Druck und/oder Biegung belastet wird. Zum anderen wird der piezoelektrische Effekt genutzt, bei dem durch Anlegen einer Druckspannung auf einen Quarz eine daran entstehende elektrische Spannung als Funktion des Druckes bzw. der Kraft abgenommen werden kann. Ein anderes Prinzip der Kraftmessung, nämlich die Widerstandsänderung bei Deformierung von Dehnungsmeßstreifen durch Krafteinwirkung wird ebenfalls häufig eingesetzt.

Bisher wird die Federkraft von Tellerfedern meist berechnet, was aber aufgrund der sehr hohen Fertigungstoleranzen von etwa 15% und der nur theoretisch zutreffenden Formeln mit großen Fehlern behaftet ist. Es ist aber aus verschiedenen Gründen erwünscht, möglichst exakt diese Federkraft zu ermitteln um eventuellen Produktionsausschuß nicht an die Endabnehmer des Produktes auszuliefern.

Bisher existiert also noch kein befriedigendes Verfahren zum Messen der Federkraft von Tellerfedern, da dies sich auch wegen der kurzen Federwege und dabei hohen Federkräften schwierig gestaltet.

Daher hat sich die vorliegende Erfindung zur Aufgabe gestellt, ein oben genanntes Meßgerät zum Messen der Federkraft von Tellerfedern bereitzustellen und ein zugehöriges Meßverfahren zu entwickeln.

Zur Lösung der gestellten Aufgabe dient die technische Lehre des Hauptanspruchs 1.

Wesentliches Merkmal hierbei ist, daß dieses Meßgerät folgende Bauteile beinhaltet:
Einen Auflagezylinder mit Durchgangsbohrung und einer dazu konzentrischen, zylindrischen Senkung, worin im wesentlichen koaxial ein Zugkolben eingebracht ist, welcher mit einem abgestuften Bund stirnseitig auf der Anliegefläche des Auflagezylinders im entspannten Zustand aufliegt, und ein Einstellkolben, welcher mittels eines Durchgangsgewindes in den Zugkolben eingeschraubt ist, über den das Vorspannen und Entspannen des Kraftmeßgerätes durch Ein- und Ausdrehen aus dem Gewinde bewerkstelligt wird, und einen Einzugsnippel, welcher formschlüssig mit dem Zugkolben auf der Seite des Zugkolbens verbunden ist, die in den Auflagezylinder hineinragt, und eine Meßeinrichtung zum Abtasten des Abstandes zwischen Auflagezylinder und Zugkolben, und eine Meßeinrichtung zum Messen einer der Vorspannung und der Einzugskraft des Einzugsnippels proportionalen physikalischen Größe, sowie ein Ölraum, der sich zwischen Auflagezylinder und Zugkolben befindet und mit der Bohrung des Einstellkolbens und mit dem Einstellkolben in Verbindung steht.

Zur Ermittlung des Abstandes zwischen Auflagezylinder und Zugkolben ist vorzugsweise eine Meßuhr vorgesehen, die mit ihrem Tastfinger die Auflagefläche zwischen Auflagezylinder und Zugkolben berührt. Die Erfindung soll aber nicht nur auf das mechanische Abtasten des Abstandes zwischen Auflagezylinder und Zugkolben beschränkt sein, sondern es soll auch vorgesehen sein, diesen Abstand mittels kapazitiven oder induktiven Meßaufnehmern zu ermitteln, die dann die Meßsignale an eine Schnittstelle eines Computers zu Weiterverarbeitung weiterleiten. In diesem Computers können die Daten dann statistisch ausgewertet werden und/oder es kann aufgrund der Über- oder Unterschreitung von Sollwerten über die Schnittstelle und Aktoren und Sollwertsteller wiederum Einfluß auf den Meßvorgang genommen werden.

Zur Ermittlung der Vorspannung und der Einzugskraft des Einzugsnippels ist vorzugsweise ein Manometer vorgesehen, das den Öldruck im Ölraum des eingeschlossenen Öles mißt. Die Erfindung soll aber nicht auf dieses Prinzip zur Ermittlung der Einzugskraft durch Druckmessung mittels Manometer beschränkt werden, sondern es sollen auch andere Meßprinzipien und andere Meßaufnehmer mit gleichen Meßprinzipien verwendet werden können.

Beispielsweise kann das Messen der Vorspannung und der Einzugskraft des Einzugsnippels, durch eine Dehnungsmeßstreifen-Anordnung bewerkstelligt werden, die auf den Schaft des Zugkolbens aufgeklebt wird und die Dehnung/Längenänderung des Zugkolbens mißt, woraus die Einzugskraft ermittelt werden kann. Auch hier kann eine Kopplung zu einem Computer vorgesehen sein.

In einer anderen Ausführungsform des Kraftmeßgeräts beinhaltet die Meßeinrichtung zum Messen der Vorspannung und der Einzugskraft des Einzugsnippels aus einem piezoelektrischen Quarzelement, dessen elektrische Spannung bei Druckverformung beim Einziehen des Einzugsnippels abgenommen wird und an eine elektrische Auswerteeinheit beispielsweise einen Computer oder Speicherprogrammierbare Steuerung weitergegeben wird. Die piezoelektrische Spannung ist dabei direkt proportional zur auftretenden Kraft bzw. zum Druck.

Das piezoelektrische Quarzelement kann zum einen zwischen Auflagezylinder und Zugkolben sich vorzugsweise befinden und zum anderen kann der Auflagezylinder selbst aus piezoelektrischem Quarz hergestellt sein.

Sämtliche elektrischen Bauteile können mit einer Schnittstelle eines Personal Computers und/oder einer Speicherprogrammierbaren Steuerung verbunden sein, und mittels einer entsprechenden Software können automatisch aus den Meßwerten die Einzugskraft ermittelt werden, gespeichert und statistisch auswertet werden, um wiederum über die Schnittstellen und entsprechenden Stellgliedern Manipulationen am Schnellspannverschluß vornehmen.

Fig. 1 zeigt das erfindungsgemäße Kraftmeßgerät.

Fig. 2 zeigt das erfindungsgemäße Kraftmeßgerät in einer Gestaltvariante in auf die Schnellspannverschluß montiertem Zustand (Meßzustand).

Der Erfindungsgegenstand der vorliegenden Erfindung ergibt sich nicht nur aus dem Gegenstand der einzelnen Patentansprüche, sondern auch aus der Kombination der einzelnen Patentansprüche untereinander.

Alle in den Unterlagen, einschließlich der Zusammenfassung, offenbarten Angaben und Merkmale, insbesondere die in den Zeichnungen dargestellte räumliche Ausbildung werden als erfindungswesentlich beansprucht, soweit sie einzeln oder in Kombination gegenüber dem Stand der Technik neu sind.

Im folgenden wird die Erfindung anhand von lediglich einen Ausführungsweg darstellenden Zeichnungen näher erläutert. Hierbei gehen aus den Zeichnungen und ihrer Beschreibung weitere erfindungswesentliche Merkmale und Vorteile der Erfindung hervor.

Fig. 1 zeigt das erfindungsgemäße Kraftmeßgerät 1 mit den folgenden Bauteilen:
In einen Auflagezylinder 2 mit zentrischer Bohrung und dazu koaxialer Senkung ist ein Zugkolben 3 eingebracht, der zweifach abgestuft ist.

Dieser Zugkolben 3 liegt im entspannten Zustand an seinem stirnseitigen Bund über die Auflage 18 an einer Stirnfläche des Auflagezylinders 2 auf, bildet mit einem zweiten stirnseitigen Bund einen Ölraum 14 zwischen Zugkolben 3 und Auflagezylinder 2 und nimmt mit seiner Stirnseite, welche durch die mittige Bohrung des Zugkolbens 3 hindurchragt, über einer mittig eingeschraubten Stiftschraube 13 einen Einzugsnippel 4 auf.

Dieser Einzugsnippel 4 ist seinerseits wiederum für die Aufnahme in einem Schnellspannverschluß vorgesehen.

Der Ölraum 14 wird begrenzt durch die Stirnfläche eines Bundes des Zugkolbens 3, einen Zapfen des Zugkolbens 3, die Boden- und innere Mantelfläche des Auflagezylinders 2, wobei dieser Ölraum 14 mittels Dichtungen 12 abgedichtet ist.

In Verbindung mit dem Ölraum 14 steht nun eine Bohrung für den Einstellkolben 19 von der Stirnseite des Zugkolbens 3 her, in welche durch zahlreiche Dichtungen 11 gedichtet und mittels eines Sicherungsringes 10 verliergesichert ein Einstellkolben 8 in das Gewinde 15 eingeschraubt ist.

Durch diesen Einstellkolben 8 kann die Vorspannung des Kraftmeßgerätes bzw. des Einzugsnippels 4 erfolgen, indem dieser Einstellkolben 8 durch Eindrehen in das Gewinde 15 hinein auf das im Ölraum 14 befindliche Öl drückt und dadurch der Zugkolben 3 so nach oben vom Auflagezylinder 2 weg gedrückt wird, daß der Bund des Einzugsnippels 4 an der Anlagefläche 9 des Auflagezylinders 2 zur Anlage kommt und somit eine weitere Relativbewegung des Einzugsnippels 4 zum Auflagezylinder 2 nicht mehr möglich ist. Ein weiteres Eindrehen des Einstellkolbens 8 bewirkt dann also keine Verschiebung des Einzugsnippels 4 bzw. Zugkolbens 3 mehr, sondern eine Vorspannung durch elastische Verformung des Zugkolbens 3 mit Einzugsnippel 4 im Auflagezylinder 2.

Nun kann das Kraftmeßgerät 1 zur Messung der Einzugskraft der Tellerfedern in einen Schnellspannverschluß eingebracht werden, worin durch Verriegeln des Einzugsnippels 4 mittels Hydraulischer Kraft der Einzugsnippel 4 entgegengesetzt zu seiner Vorspannkraft aus dem Kraftmeßgerät 1 gezogen wird.

Ein Herausdrehen des Einstellkolbens 8 wirkt in analoger Weise umgekehrt, entspannt also den Zugkolben 3 und den Einzugsnippel 4 wieder und deren elastische Verformung baut sich wieder ab bis der Einzugsnippel 4 wieder von der Anlagefläche 9 abhebt.

Zur Messung des Öldrucks dient hier ein von der Stirnseite des Zugkolbens 3 her in die Manometerbohrung 5 eingeschraubtes Manometer, das mit dem Ölraum 14 somit in Verbindung steht.

Zur Messung des Abstandes zwischen Auflagezylinder 2 und Zugkolben 3 dient eine von der Stirnseite des Zugkolbens 3 her eingebrachte Bohrung 6, in der eine Meßuhr durch eine Feststellschraube 7 gesichert ist.

Fig. 2 zeigt das erfindungsgemäße Kraftmeßgerät in auf den Schnellspannverschluß 20 montiertem Zustand (Meßzustand). Sämtliche Bezugszeichen zeigen die gleichen Elemente wie in Fig. 1, wobei die Meßuhr 17 und das Manometer 16 mit eingezeichnet wurden.

Der wie zuvor beschriebene vorgespannte Einzugsnippel 4 wurde in die dafür vorgesehene Öffnung des Schnellspannverschlusses 20 eingeführt und über eine Hydraulik eine formschlüssige Kugel-Nutverbindung entgegen der Tellerfederkraft zur Einrastung gebracht. Nun kann der hydraulische Druck im Schnellspannverschluß 20 wieder abgeschaltet werden und das Tellerfederpaket drückt über eine Platte und die Kugel- Nutverbindung den Einzugsnippel 4 nach unten aus dem Kraftmeßgerät 1 mit der zu messenden Einzugskraft heraus.

Das Meßverfahren selbst wird hier bei dieser Ausführungsform durch folgende Schritte ausgeführt:

1. Eindrehen des Einstellkolbens 8 bis der Einzugsnippel 4 an der Anlagefläche 9 aufliegt und Vorspannen des Einzugsnippels 4 auf 10 bar durch weiterdrehen des Einstellkolbens 8.
2. Die Skala der Meßuhr auf Null stellen.
3. Das Kraftmeßgerät 1 auf den Schnellspannverschluß 20 aufsetzen und verriegeln.
4. Zurückdrehen des Einstellkolbens 8 bis die Meßuhr 17 minus 1 Millimeter anzeigt.
5. Aus dem mittels Manometer 16 ermittelten Öldruck durch Berechnung oder Referenztabelle die Einzugskraft bestimmen.

Bezugszeichenliste

1

Kraftmeßgerät

2

Auflagezylinder

3

Zugkolben

4

Einzugsnippel

5

Manometerbohrung

6

Bohrung für Meßeinrichtung

7

Feststellschraube

8

Einstellkolben

9

Anlagefläche

10

Sicherungsring

11

Dichtung

12

Dichtung

13

Stiftschraube

14

Ölraum

15

Gewinde

16

Manometer

17

Meßuhr

18

Anlagefläche

19

Bohrung für Einstellkolben

20

Schnellspannverschluß

21

Tellerfederpaket

Claims

1. Kraftmeßgerät, insbesondere zum Messen der Federkraft von Tellerfedern bei Schnellspannverschlüssen, wobei dieses Kraftmeßgerät folgende Bauteile beinhaltet:

1. einen Auflagezylinder (2) mit einer Durchgangsbohrung und einer dazu konzentrischen, zylindrischen Senkung, worin im wesentlichen koaxial eingebracht
2. ein Zugkolben (3) sich befindet, welcher mit einem abgestuften Bund stirnseitig auf der Anliegefläche (18) des Auflagezylinders (2) im entspannten Zustand aufliegt und
3. einem mittels eines Durchgangsgewindes (15) des Zugkolbens (3) eingeschraubten Einstellkolben (8), über den das Vorspannen und Entspannen des Kraftmeßgerätes (1) durch Ein- und Ausdrehen aus dem Gewinde bewerkstelligt wird, und
4. einem Einzugsnippel (4), welcher formschlüssig mit dem Zugkolben (3) auf der Seite des Zugkolbens (3) verbunden ist, die in den Auflagezylinder (2) hineinragt, und
5. einer Meßeinrichtung (17) zum abtasten des Abstandes zwischen Auflagezylinder (2) und Zugkolben (3) und
6. einer Meßeinrichtung (16) zum Messen einer der Vorspannung und der Einzugskraft des Einzugsnippels (4) proportionalen physikalischen Größe, und
7. einen Ölraum (14), der sich zwischen Auflagezylinder (2) und Zugkolben (3) befindet und mit der Bohrung des Einstellkolbens (19) und mit dem Einstellkolben (8) in Verbindung steht.

2. Kraftmeßgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchgangsbohrung im Auflagezylinder (2) im wesentlichen mittig liegt.

3. Kraftmeßgerät nach einem oder mehreren der Ansprüche 1-2, dadurch gekennzeichnet, daß sowohl der Auflagezylinder (2), als auch der Zugkolben (3) Zylinderform haben.

4. Kraftmeßgerät nach einem oder mehreren der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß der Einzugsnippel (4) über eine Stiftschraube (13) am Zugkolben (3) im wesentlichen koaxial bzw. mittig befestigt ist.

5. Kraftmeßgerät nach einem oder mehreren der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß der Einzugsnippel (4) mit einem Bund in einer Senkung im Zugkolben (3) eingelassen ist.

6. Kraftmeßgerät nach einem oder mehreren der Ansprüche 1-5, dadurch gekennzeichnet, daß der Einzugsnippel (4) mit einem Bund an der Stirnseite des Zugkolbens (3) anliegt.

7. Kraftmeßgerät nach einem oder mehreren der Ansprüche 1-6, dadurch gekennzeichnet, daß der Bund des Einzugsnippels (4), welcher an der Stirnseite des Zugkolbens (3) anliegt einen größeren Durchmesser aufweist als die Durchgangsbohrung des Auflagezylinders (2).

8. Kraftmeßgerät nach einem oder mehreren der Ansprüche 1-7, dadurch gekennzeichnet, daß der Bund des Einzugsnippels (4), welcher an der Stirnseite des Zugkolbens (3) anliegt, einen größeren Durchmesser aufweist als die Durchgangsbohrung des Auflagezylinders (2).

8. Kraftmeßgerät nach einem oder mehreren der Ansprüche 1-7, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßeinrichtung (17) zum Abtasten des Abstandes zwischen Auflagezylinder (2) und Zugkolben (3) aus einer Meßuhr besteht, die mit der Auflagefläche (18) in Verbindung steht.

9. Kraftmeßgerät nach einem oder mehreren der Ansprüche 1-8, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßeinrichtung (17) zum Abtasten des Abstandes zwischen Auflagezylinder (2) und Zugkolben (3) aus einem induktiven oder kapazitiven Meßwertaufnehmer besteht.

10. Kraftmeßgerät nach einem oder mehreren der Ansprüche 1-9, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßeinrichtung (16) zum Messen der Vorspannung und der Einzugskraft des Einzugsnippels (4), aus einem Manometer besteht, das den Öldruck im Ölraum (14) des eingeschlossenen Öles mißt und über eine Manometerbohrung (5) mit dem Ölraum (14) in Verbindung steht.

11. Kraftmeßgerät nach einem oder mehreren der Ansprüche 1-10, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßeinrichtung (16) zum Messen der Vorspannung und der Einzugskraft des Einzugsnippels (4), aus einer Dehnungsmeßstreifen-Anordnung besteht, die auf den Schaft des Zugkolbens (3) aufgeklebt wird und die Dehnung/Längenänderung des Zugkolbens (3) mißt, woraus die Einzugskraft ermittelt werden kann.

12. Kraftmeßgerät nach einem oder mehreren der Ansprüche 1-11, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßeinrichtung (16) zum Messen der Vorspannung und der Einzugskraft des Einzugsnippels (4), aus einem piezoelektrischen Quarzelement besteht, dessen elektrische Spannung bei Druckverformung beim Einziehen des Einzugsnippels (4) proportional zur Einzugskraft ist.

13. Kraftmeßgerät nach einem oder mehreren der Ansprüche 1-12, dadurch gekennzeichnet, daß das piezoelektrische Quarzelement zwischen Auflagezylinder (2) und Zugkolben (3) sich befindet.

14. Kraftmeßgerät nach einem oder mehreren der Ansprüche 1-13, dadurch gekennzeichnet, daß der Auflagezylinder (2) aus piezoelektrischem Quarz hergestellt ist.

15. Kraftmeßgerät nach einem oder mehreren der Ansprüche 1-14, dadurch gekennzeichnet, daß sämtliche elektrischen Bauteile (16, 17) mit einer Schnittstelle eines Personal Computers und/oder einer speicherprogrammierten Steuerung verbunden sind, welche mittels einer entsprechenden Software automatisch aus den eingespeisten Signalen die Einzugskraft ermitteln, diese speichert und statistisch auswertet um wiederum über die Schnittstelle und entsprechenden Stellgliedern Manipulationen am Schnellspannverschluß vorzunehmen.

16. Meßverfahren zur Messung von Federkräften mit dem Kraftmeßgerät (1) nach den Ansprüchen 1-15, dadurch gekennzeichnet, daß folgende Schritte durchgeführt werden:

a) Eindrehen des Einstellkolbens (8) bis der Einzugsnippel (4) an der Anliegefläche (9) des Kraftmeßgeräts (1) anliegt und Vorspannen durch Weiterdrehen des Einstellkolbens (8) bis das Manometer (16) einen vorbestimmten Druck anzeigt.
b) Stellen der Meßeinrichtung (17) auf Null, wobei bei Einsatz einer Meßuhr diese am Auflagezylinder (2) aufliegt.
c) Aufsetzen des Kraftmeßgeräts (1) auf den Schnellspannverschluß (20) und Verriegeln des Schnellspannverschlusses (20).
d) Herausschrauben des Einstellkolbens (8) bis die Meßeinrichtung (17) minus einen Millimeter anzeigt.
e) Nun kann die eigentliche Messung erfolgen entweder durch Ablesen oder durch Übermittlung der Signale der Meßeinrichtungen (16, 17) an einen Meßwertaufnehmer oder an den Personal Computer.