DE19911086C2 - Kraft-Normalmeßmaschine - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Kraft-Normalmeßmaschine mit einem Maschinenrahmen, in dem ein Prüfling zwischen einer am Maschinengestell höhenverfahrbaren Lasttraverse und einem Lastrahmen unter Zwischenschaltung mindestens eines Gesamtlastaufnehmers belastbar ist, mit einem Massestapel aus mehreren unterschiedlichen Massescheiben, die am Maschinenge­ stell über zurückziehbare Stützklinken wahlweise abstützbar sind, wobei die jeweils nicht am Maschinengestell abgestütz­ ten Massescheiben über eine Koppelstange mittels einer Koppeleinrichtung an den Lastrahmen anhängbar sind, und mit einer Ersatzlasteinrichtung zur Aufbringung einer Ersatzlast auf den Lastrahmen während des Lastwechselvorgangs.

Derartige Kraft-Normalmeßmaschinen, auch als Belastungsma­ schinen bezeichnet, dienen zur Erzeugung von sehr genauen Kräften, die zur Kalibrierung von Kraftmeßgeräten, insbeson­ dere Kraftmeßdosen, eingesetzt werden.

Als Kraftnormal wird hierbei die Gewichtskraft einer Totlast verwendet, nämlich einer Gruppe von jeweils ausgewählten Massescheiben. Die hierfür bereitgestellten Massestapel werden nach ihrer Abstufung als Kettenstapel oder als Wechselstapel bezeichnet. Ein Kettenstapel ist aus verschie­ den schweren Massescheiben aufgebaut, die sich durch Verfahren eines Hubtisches nach Art von Kettengliedern in der für jede Laststufe erforderlichen Anzahl aneinanderhängen lassen. Damit ist zwar ein schneller Lastwechsel möglich, wobei während des Lastwechselvorgangs keine Belastungsunter­ brechung (Nullast) auftritt. Ein typischer Nachteil von Kraft-Normalmeßmaschinen, die mit Kettenstapel arbeiten, ist jedoch, daß sehr viele Massescheiben erforderlich sind, um einen Belastungsvorgang mit ausreichend kleinen Stufen zu fahren.

Im Gegensatz dazu ist ein Wechselstapel aus ungleichen Massescheiben aufgebaut, die üblicherweise nach einer binären Reihe abgestuft sind. Die Massescheiben werden über eine Koppelstange aufgenommen und bilden in der jeweils ausgewähl­ ten Zusammensetzung mehrerer Massescheiben die aufgebrachte Last. Die für die jeweilige Belastungsstufe nicht benötigten Massescheiben werden auf pneumatisch verfahrbare Stützklinken am Maschinengestell abgelegt.

Ein wesentlicher Vorteil der Kraft-Normalmaschinen mit Wechselstapel besteht darin, daß die Anzahl der benötigten Massescheiben verhältnismäßig gering ist. Üblicherweise werden nur etwa 8 Massescheiben benötigt. Gleichwohl können damit Belastungsabläufe mit verhältnismäßig kleinen Laststufen gefahren werden.

Ein wesentlicher Nachteil solcher Kraft-Normalmeßmaschinen mit Wechselstapel besteht jedoch darin, daß beim Lastwechsel alle Massescheiben vom Lastrahmen abgekoppelt werden müssen, bevor die die nächste Laststufe bildenden Massescheiben wieder angekoppelt werden. Um dabei eine Entlastung des Prüflings zu vermeiden, ist es erforderlich, eine Ersatzlast­ einrichtung vorzusehen, die beim Abkoppeln der Totlast eine Belastung in entsprechender Höhe übernimmt, um eine Entlastung des Prüflings beim Lastwechselvorgang zu vermeiden. Hydraulisch arbeitende Vorrichtungen zur Kalibrierung von Kraftsensoren mit Ersatzlasteinrichtungen sind bekannt (DE 26 54 330 A1, US 3 194 959 A).

Bei einer aus der Praxis bekannten Kraft-Normalmeßmaschine der eingangs genannten Gattung ist eine hydraulische Ersatzlasteinrichtung vorgesehen. Die Koppeleinrichtung weist einen Hydraulikkolben auf, der die Totlast vom Lastrahmen abhebt. Gleichzeitig drückt ein die Ersatzlasteinrichtung bildender Hydraulikkolben mit der gleichen Last auf den Lastrahmen. Beide Hydraulikkolben sind mit gleichen Kolbenflächen ausgeführt und arbeiten mit dem gleichen hydraulischen Druck. Da beide Hydraulikkolben ohne Dichtung arbeiten, tritt Lecköl auf, das aufgefangen und zurückgeführt werden muß. Hierbei läßt sich die gewünschte Lastkonstanthal­ tung nicht mit der gewünschten hohen Genauigkeit durchführen. Insbesondere ist eine geringfügige Lastabsenkung während des Lastwechselvorgangs nicht sicher zu vermeiden, wodurch Meßfehler durch Hystereseeinflüsse eintreten können. Wegen des auftretenden Lecköls besteht die Gefahr einer Verschmut­ zung und somit einer Gewichtsveränderung der Massescheiben.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Kraft- Normalmeßmaschine der eingangs genannten Art so auszubilden, daß ein rascher Lastwechsel ohne Lastschwankungen während des Lastwechselvorgangs ermöglicht wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Koppeleinrichtung mechanisch arbeitet, daß die Ersatzlastein­ richtung eine mittels eines Regelantriebs mechanisch ausfahrbare Stützeinrichtung aufweist, über die der Lastrahmen am Maschinengestell abstützbar und damit der Prüfling belastbar ist, und daß der Gesamtlastaufnehmer jeweils mit einem den Regelantrieb steuernden Ersatzlastreg­ ler verbunden ist.

Die Vermeidung von Leckölaustritt, die bei bekannten hydraulischen Ausführungen unvermeidbar ist, schließt eine Verunreinigung und dadurch bedingte Gewichtsveränderung der Massescheiben aus. Die geregelte Aufbringung der Ersatzlast ermöglicht es, unerwünschte Lastschwankungen beim Lastwechsel weitestgehend zu vermeiden. Der Lastwechsel läßt sich sehr rasch durchführen.

Der Lastrahmen ist am Maschinengestell unter Zwischenschal­ tung mindestens eines Ersatzlastaufnehmers abstützbar, der mit dem Regelantrieb verbunden ist.

Der für die geregelte Ersatzlastaufbringung vorgesehene Ersatzlastaufnehmer liefert ein der jeweiligen Ersatzlast entsprechendes Signal, das eine direkte Messung der Ersatzlast ermöglicht. Dadurch kann der Lastwechselzyklus optimiert werden. Außerdem kann dadurch der Nennlastbereich der Kraft-Normalmeßmaschine über den durch das Gesamtgewicht aller Massescheiben vorgegebenen Totlastbereich hinaus erweitert und praktisch verdoppelt werden, indem zu der jeweiligen Totlast eine durch die Ersatzlasteinrichtung mit hoher Genauigkeit aufgebrachte Ersatzlast addiert wird.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, daß die Stützeinrichtung der Ersatzlasteinrich­ tung einen an einer Stütztraverse des Maschinengestells höhenbeweglich geführten Stützkörper aufweist, der über einen an der Stütztraverse gelagerten zweiarmigen Ersatzlasthebel mit dem am Maschinengestell angebrachten Regelantrieb verbunden ist.

Damit wird erreicht, daß der Regelantrieb entfernt von dem Ort der Ersatzlastaufbringung, nämlich der Mittelachse der Kraft-Normalmeßmaschine, angeordnet werden kann, vorzugsweise sogar außerhalb des Maschinengestells. Der Regelantrieb ist somit gut zugänglich und beansprucht keinen Platz innerhalb des Maschinengestells. Unter Last auftretende Verformungen des Ersatzlasthebels und anderer Bauteile der Ersatzlastein­ richtung bleiben ohne Einfluß, weil der Regelantrieb in Abhängigkeit von den vom Gesamtlastaufnehmer und vom Ersatzlastaufnehmer gelieferten Signalen gesteuert wird.

Bevorzugt weist der Regelantrieb einen Spindeltrieb auf. Damit läßt sich sehr rasch und mit hoher Genauigkeit die jeweils erforderliche Ersatzlast aufbringen.

Vorzugsweise ist der Ersatzlastaufnehmer zwischen dem Stützkörper und einer die Koppeleinrichtung tragenden Koppeltraverse des Lastrahmens angeordnet.

In weiterer Ausgestaltung des Erfindungsgedankens ist vorgesehen, daß der Ersatzlastaufnehmer und ein zusätzlicher Ersatzlastaufnehmer hintereinander geschaltet sind. Durch den Einsatz des zusätzlichen Ersatzlastaufnehmers können die Einrichtzeit des Ersatzlasthebels und die Lastschwankungen beim Einrichten wesentlich verringert werden.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des Erfindungsgedankens sind Gegenstand weiterer Unteransprüche.

Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung näher erläutert, die in der Zeichnung dargestellt sind.

Es zeigt:

Fig. 1 in einer Seitenansicht und teilweise im Schnitt eine Kraft-Normalmeßmaschine mit einer Ersatzlasteinrichtung und

Fig. 2 in einer Teildarstellung entsprechend der Fig. 1 eine abgewandelte Ausführungsform mit einem zusätzlichen Ersatzlastaufnehmer.

Die in Fig. 1 dargestellte Kraft-Normalmeßmaschine weist einen Maschinenrahmen 1 auf, in dem ein Prüfling 2, bspw. eine zu prüfende Kraftmeßdose aufgenommen ist. Eine über Spindeln 3 im Maschinengestell 1 höhenverfahrbare Lasttraver­ se 4 trägt über mehrere Gesamtlastaufnehmer 5 eine Tragplatte 6, auf der der Prüfling 2 ruht.

Ein Lastrahmen 7 ruht mit einer Belastungstraverse 8 auf dem Prüfling 2 und ragt durch Öffnungen der Tragplatte 6 und der Lasttraverse 4 nach unten. An seiner unteren Rahmentraverse 9 ist eine mechanische Koppeleinrichtung 10 angebracht, an der eine Koppelstange 11 hängt.

Mehrere, nach einer binären Reihe abgestufte Massescheiben 12 sind an ihrem äußeren Rand auf Stützklinken 13 ablegbar, die am Maschinengestell 1 bspw. mittels (nicht dargestellter) pneumatischer Antriebe in und außer Eingriff mit den Massescheiben 12 verfahrbar sind. Die Koppelstange 11 ragt durch zentrale Bohrungen 14 der Massescheiben 12 und weist radial vorspringende Absätze 15 auf, mit denen die Masse­ scheiben 12 angehoben werden können. Die Koppeleinrichtung 10 weist eine mit dem Lastrahmen 7 verbundene Hülse 16 auf, die mit einem nach innen vorspringenden Rand unter eine das obere Ende der Koppelstange 11 bildende Kopfscheibe 17 greift.

An einer Stütztraverse 18 des Maschinengestells 1 hängt über Hubspindeln 19 höhenverstellbar eine Hubtraverse 20, die bei ihrer Aufwärtsbewegung mit einem vorspringenden Bund 21 der Koppelstange 11 in Eingriff tritt, um die Koppelstange 11 und die daran hängenden Massescheiben 12 anzuheben und gleichzei­ tig die Koppelstange 11 von der Koppeleinrichtung 10 abzukoppeln.

An der Unterseite der Stütztraverse 18 ist eine Stützeinrich­ tung 22 angeordnet. Die Stützeinrichtung 22 weist einen Stützkörper 23 auf, der in einer Führung 24 der Stütztraverse 18 höhenbeweglich geführt ist.

Ein zweiarmiger Ersatzlasthebel 25 ist über einen Lenker 26 an der Unterseite der Stütztraverse 18 angelenkt und an seinem einen Arm 25a mit dem Stützkörper 23 verbunden. Der andere Arm 25b des Ersatzlasthebels 25 ist mit einer Spindelmutter 27 verbunden, die mit einer Gewindespindel eines Spindeltriebs 28 in Eingriff steht. Ein Antriebsmotor 29 des Spindeltriebs 28 ist am äußeren Rand der Stütztraverse 18 gelagert.

Unterhalb des Stützkörpers 23 der Stützeinrichtung 22 ist auf der unteren Traverse 9 des Lastrahmens 7 ein Ersatzlastauf­ nehmer 30 angeordnet, der über eine Signalleitung 31 mit einem digitalen Regler 32 verbunden ist. Auch die Gesamtlast­ aufnehmer 5 sind über eine Signalleitung 33 mit dem Regler 32 verbunden.

In der in Fig. 1 dargestellten Stellung ist der Prüfling 2 über den Lastrahmen 7, die Koppeleinrichtung 10 und die Koppelstange 11 mit der obersten Massescheibe 12 belastet. Die anderen Massescheiben 12 sind auf den Stützklinken 13 am Maschinengestell 1 abgelegt. Vor einem Lastwechsel zur nächsthöheren Laststufe wird der Stützkörper 23 durch den Regler 32 und den Regelantrieb 29 nach unten ausgefahren bis zur Berührung mit dem Ersatzlastaufnehmer 30. Dieser Vorgang wird fortgesetzt, bis die Belastung des Prüflings 2 auf etwa 10% unterhalb der nächsten Sollaststufe erhöht ist.

Sodann wird die Koppelstange 11 durch Anheben der Hubtraverse 20 angehoben und vom Lastrahmen 7 entkoppelt. Dabei hält die Ersatzlasteinrichtung durch entsprechende Ansteuerung des Regelantriebs 29 die Belastung für den Prüfling 2 konstant.

Nach dem Anheben der Massescheiben 12 werden die Stützklinken 13 entsprechend der nächsten Sollaststufe ein- bzw. ausgefahren, so daß beim Absenken der Koppelstange 11 die für die nächste Sollaststufe nicht benötigten Massescheiben 12 auf den ihnen zugeordneten, nach innen ausgefahrenen Stützklinken 13 abgelegt werden.

Beim weiteren Absenken der Koppelstange 11, die die für die nächste Sollaststufe erforderlichen Massescheiben 12 trägt, wird die Koppelstange 11 mittels der Koppeleinrichtung 10 langsam an den Lastrahmen 7 angekoppelt. Dabei wird über den Regler 32 die Ersatzlast entsprechend der aufgebrachten Gewichtskraft der Massescheiben 12 so reduziert, daß auch hierbei die Belastung für den Prüfling 2 konstant bleibt. Wenn die Hubtraverse 20 die Koppelstange 10 vollständig an den Lastrahmen 7 anhängt, wird gleichzeitig der Stützkörper 23 der Stützeinrichtung 22 durch den Regelantrieb 29 des Ersatzlasthebels 25 so von dem Ersatzlastaufnehmer 30 abgehoben, daß der Prüfling 2 über den Lastrahmen 7 und die Koppelstange 11 nur noch von den von der Koppelstange 11 getragenen Massescheiben 12 belastet wird. Damit ist die nächste Sollaststufe erreicht.

Dieser Lastwechsel mit zwischenzeitlicher Aufbringung einer Ersatzlast erfolgt in entsprechender Weise sowohl bei einem Lastwechsel zu einer jeweils höheren Sollaststufe als auch bei einem Lastwechsel zu einer jeweils nächstniedrigeren Sollaststufe. Die geregelte Aufbringung der Ersatzlast ermöglicht es, Lastschwankungen während des Lastwechsels zu vermeiden.

Das vom Ersatzlastaufnehmer 30 gelieferte Signal kann zum Messen der jeweiligen Ersatzlast durch eine (nicht darge­ stellte) Ersatzlast-Meßeinrichtung herangezogen werden. Die Verwendung des Ersatzlastaufnehmers 30 und einer damit verbundenen Kraftmeßeinrichtung ermöglicht es, den Nennlast­ bereich der Kraft-Normalmeßmaschine über den durch die Gesamtlast der Massescheiben 12 bestimmten Totlastbereich bis zur Verdoppelung zu erhöhen. Hierfür wird der Ersatzlastlastaufnehmer 30 unter Zuhilfenahme eines Transfernormals gegen Totlast kalibriert. Hierzu werden nacheinander zunächst das anstelle des Prüflings 2 aufgenommene Transfernormal und sodann der Ersatzlastaufnahmer 30 in mehreren Belastungs­ schritten gemessen. Die so erhaltenen Meßwerte liefern eine Referenz für die Regelung der Lastverdoppelung. Laststufen oberhalb der gesamten zur Verfügung stehenden Totlast werden erzeugt, indem die gesamte zur Verfügung stehende Totlast aufgebracht wird und der restliche Teil der Belastung mit der Ersatzlasteinrichtung gemäß der erhaltenen Kalibrierwerte erzeugt werden.

Die in einer Teildarstellung in Fig. 2 gezeigte abgewandelte Ausführungsform einer Kraft-Normalmeßmaschine unterscheidet sich von der Ausführungsform nach Fig. 1 nur dadurch, daß der Ersatzlastaufnehmer 30 und ein zusätzlicher Ersatzlastaufneh­ mer 30' in der Weise hintereinandergeschaltet sind, daß der zusätzliche Ersatzlastaufnehmer 30' zwischen dem Ersatzlast­ aufnehmer 30 und dem Stützkörper 23 der Ersatzlasteinrichtung angeordnet ist. Der zusätzliche Ersatzlastaufnehmer 30' hat einen sehr viel kleineren Meßbereich als der Ersatzlastauf­ nehmer 30. Wenn im Lastwechselbetrieb die Nennlast des zusätzlichen Ersatzlastaufnehmers 30' überschritten wird, stützen sich seine beweglichen Teile aneinander ab, so daß die höhere Betriebslast dann ohne Beschädigung des zusätzli­ chen Ersatzlastaufnehmers 30' übertragen wird. Durch den Einsatz dieses zusätzlichen Ersatzlastaufnehmers 30' können die Einrichtzeit des Ersatzlasthebels 25 und die Lastschwan­ kungen beim Einrichten wesentlich verringert werden. Die Möglichkeit, den Ersatzlasthebel 25 schneller und mit geringerer Kraft einzurichten, ist besonders vorteilhaft, weil beim Lastwechsel abwärts eine Lasterhöhung vermieden werden kann.

Claims (6)

1. Kraft-Normalmeßmaschine mit einem Maschinenrahmen, in dem ein Prüfling zwischen einer am Maschinengestell höhenverfahrbaren Lasttraverse und einem Lastrahmen unter Zwischenschaltung mindestens eines Gesamtlastaufnehmers belastbar ist, mit einem Massestapel aus mehreren unterschiedlichen Massescheiben, die am Maschinengestell über zurückziehbare Stützklinken wahlweise abstützbar sind, wobei die jeweils nicht am Maschinengestell abgestützten Massescheiben über eine Koppelstange mittels einer Koppeleinrichtung an den Lastrahmen anhängbar sind, und mit einer Ersatzlasteinrichtung zur Aufbringung einer Ersatzlast auf den Lastrahmen während des Lastwechselvorgangs, wobei die Koppeleinrichtung (10) mechanisch arbeitet, die Ersatzlasteinrichtung eine mittels eines Regelantriebs (29) mechanisch ausfahrbare Stützeinrichtung (22) aufweist, über die der Lastrahmen (7) am Maschinengestell (1) unter Zwischenschaltung mindestens eines Ersatzlastaufnehmers (30), der mit dem Regelantrieb (29) verbunden ist, abstützbar und damit der Prüfling belastbar ist und der Gesamtlastaufnehmer (5) jeweils mit einem den Regelantrieb (29) steuernden Ersatzlastregler (32) verbunden ist.

2. Kraft-Normalmeßmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Stützeinrichtung (22) der Ersatzlasteinrichtung einen an einer Stütztraverse (18) des Maschinengestells (1) höhenbeweglich geführten Stützkörper (23) aufweist, der über einen an der Stütztraverse (18) gelagerten zweiarmigen Ersatzlasthebel (25) mit dem am Maschinengestell (1) angebrachten Regelantrieb (29) verbunden ist.

3. Kraft-Normalmeßmaschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Regelantrieb (29) einen Spindeltrieb (28) aufweist.

4. Kraft-Normalmeßmaschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Ersatzlastaufnehmer (30) zwischen dem Stützkörper (23) und einer die Koppeleinrichtung (10) tragenden Koppeltraverse (9) des Lastrahmens (7) angeordnet ist.

5. Kraft-Normalmeßmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Ersatzlastaufnehmer (30) und ein zusätzlicher Ersatzlastaufnehmer (30') hintereinander geschaltet sind.

6. Kraft-Normalmeßmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Ersatzlastaufnehmer (30) mit einer Lastmeßeinrichtung verbunden ist.