DE19954519A1 - Device to measure load on element, e.g. machine part, subject to varying loads; has dowel body elastically connected to second support point and path sensor to detect spacing variation - Google Patents
Device to measure load on element, e.g. machine part, subject to varying loads; has dowel body elastically connected to second support point and path sensor to detect spacing variationInfo
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Abstract
Description
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist eine Vorrichtung zur Bela stungsmessung eines wechselnd mechanisch belasteten Elements, insbe sondere eines Maschinenteils, gemäss des Oberbegriffs des Hauptanspruchs.The present invention relates to a device for Bela performance measurement of an alternating mechanically loaded element, esp special of a machine part, according to the preamble of the main claim.
Aufgrund der Elastizität von Festkörpern reagieren feste Elemente, unter welchen im folgenden insbesondere Maschinenteile, Werkzeuge oder Werk stücke verstanden werden sollen, mit einer Verformung auf anliegende äu ssere Zug- oder Druckspannungen. Ein Wechsel einer solchen äusseren Be lastung geht daher ganz allgemein mit einer wechselnden Verformung des Elements einher. Die Messung der Verformung eines mechanisch belasteten Elements erlaubt daher Rückschlüsse auf die mechanische Belastung des Elements.Due to the elasticity of solid bodies, solid elements react under which in the following in particular machine parts, tools or work pieces should be understood, with a deformation on the outer tere tensile or compressive stresses. A change of such an external Be load therefore generally goes with a changing deformation of the Elements. Measuring the deformation of a mechanically loaded Elements therefore allows conclusions to be drawn about the mechanical load on the Elements.
Aus der DE 43 30 808 ist bekannt, dass die Messung der Verformung eines an einem Werkzeug- oder Werkstückantrieb beteiligten Maschinenelements dazu verwendet werden kann, die Bearbeitungskraft des von diesem Ma schinenelement angetriebenen Werkzeugs zu erfassen. Insbesondere kann auf diese Weise der Werkzeugverschleiss und ein eventueller Werkzeugbruch erkannt werden.From DE 43 30 808 it is known that the measurement of the deformation of a machine element involved in a tool or workpiece drive can be used, the machining power of this Ma to detect machine element driven tool. In particular, can in this way tool wear and possible tool breakage be recognized.
Gattungsgemässe Vorrichtungen verwenden zur Erfassung der Längsdeh nung oder -kontraktion eines Elements häufig piezoelektrische Aufnehmer. Use generic devices to measure longitudinal expansion Element or contraction of an element often piezoelectric transducers.
Diese werden in eine Bohrung im Element eingesetzt, so dass sich bei einer Verformung der Bohrung unter einer mechanischen Belastung des Elements auch eine Deformation des im Aufnehmer enthaltenen piezoelektrischen Sensors ergibt. Die Bohrung wird vorzugsweise in einem solchen Bereich des Elements ausgeführt, welcher bei der zu erfassenden mechanischen Bela stung eine hohe, möglichst eine maximale Verformung erfährt, so dass sich ein maximales Signal am piezoelektrischen Sensor ergibt.These are inserted into a hole in the element, so that a Deformation of the bore under mechanical stress on the element also a deformation of the piezoelectric contained in the sensor Sensor results. The bore is preferably in such an area of the Elements executed, which in the mechanical Bela undergoes a high, maximum possible deformation, so that gives a maximum signal at the piezoelectric sensor.
Problematisch an den vorbekannten gattungsgemässen Vorrichtungen zur Belastungsmessung, welche auf der Verwendung piezoelektrischer Sensoren beruhen, ist einerseits, dass bei der Montage einer solchen Vorrichtung eine möglichst gute Krafteinleitung aus dem sich unter mechanischer Belastung verformenden Element in die Vorrichtung realisiert werden muss, so dass sich eine möglichst grosse Deformation des in die Vorrichtung integrierten piezoelektrischen Sensors ergibt. Dies wird realisiert, indem die Vorrichtung mit einer hohen Vorspannkraft in der Bohrung verspannt wird. Hierbei tritt oftmals das Problem auf, dass die piezoelektrischen Sensoren bei der Monta ge durch eine zu hohe Vorspannkraft leicht beschädigt werden können. Weiterhin kann eine starke Verformung des mechanisch belasteten Elements zu einer so großen Deformation des piezoelektrischen Sensors führen, dass dieser aufgrund der mechanischen Belastung beschädigt oder sogar zerstört wird.Problematic with the known generic devices for Load measurement, which is based on the use of piezoelectric sensors are based on the one hand that when installing such a device best possible application of force resulting from mechanical stress deforming element must be realized in the device so that the greatest possible deformation of the integrated in the device piezoelectric sensor results. This is realized by the device is clamped in the bore with a high preload. Here occurs often the problem is that the piezoelectric sensors in the Monta can be easily damaged by too high a preload. Furthermore, a strong deformation of the mechanically loaded element lead to such a large deformation of the piezoelectric sensor that this is damaged or even destroyed due to the mechanical load becomes.
Andererseits müssen bei gattungsgemässen Vorrichtungen, die auf piezo elektrischen Sensoren beruhen, niedrige Spannungen bei geringsten Mess strömen registriert werden, was die Verwendung hochisolierter Zuleitungen voraussetzt. Die Aufrechterhaltung dieser hohen Isolation, die sich in einem Übergangswiderstand von mehr als 1014 Ohm zwischen den Zuleitungen ausdrückt, stellt im praktischen Einsatz unter den aggressiven Bedingun gen, welche an Materialbearbeitungsmaschinen herrschen, ein wesentliches Problem dar. Insbesondere das bei der Materialbearbeitung verwendete Kühl-/Schmiermittel weist die Fähigkeit auf, in kleinste Spalten und durch geringste Öffnungen einzudringen und damit insbesondere die elektrische Isolationsfähigkeit, beispielsweise von Messkabeln, negativ zu beeinflussen.On the other hand, in the case of generic devices which are based on piezoelectric sensors, low voltages with the lowest measuring currents must be registered, which requires the use of highly insulated supply lines. Maintaining this high insulation, which is expressed in a contact resistance of more than 10 14 ohms between the supply lines, represents a major problem in practical use under the aggressive conditions which prevail on material processing machines. In particular, the cooling used in material processing / Lubricant has the ability to penetrate into the smallest gaps and through the smallest openings and thus negatively influence the electrical insulation ability, for example of measuring cables.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Vorrichtung zur Bela stungsmessung an einem wechselnd mechanisch belasteten Element anzu geben, welche einfach in eine Bohrung im Element einzusetzen ist, in dieser Bohrung nicht mit einer hohen Vorspannkraft verspannt werden muss und dessen Messsystem eine verringerte Empfindlichkeit gegen die aggressiven Einflüsse in der Umgebung von materialbearbeitenden Maschinen aufweist.The object of the present invention is therefore a device for Bela performance measurement on an alternating mechanically loaded element give, which is easy to insert in a hole in the element, in this Hole must not be clamped with a high preload and whose measuring system has a reduced sensitivity to the aggressive Influences in the environment of material processing machines.
Gelöst wird diese Aufgabe durch eine Vorrichtung zur Belastungsmessung mit den Merkmalen des Hauptanspruchs.This task is solved by a device for load measurement with the features of the main claim.
Eine solche Vorrichtung, welche zur Belastungsmessung eines wechselnd mechanisch belasteten Elements, insbesondere eines Maschinenteils, vorge sehen ist, weist einen Dübelkörper auf, der dazu vorgesehen ist, in eine Boh rung, insbesondere in ein Sackloch im Element eingesetzt zu werden. Es er fasst dann die wechselnde Verformung des Elements bei wechselnder me chanischer Belastung.Such a device, which is used to measure the load of an alternating mechanically loaded element, especially a machine part, pre can be seen, has a dowel body, which is provided in a Boh tion, in particular to be inserted into a blind hole in the element. It he then summarizes the changing deformation of the element with changing me chanic burden.
Der Dübelkörper weist mindestens einen ersten Anlagepunkt auf, der starr mit dem Dübelkörper verbunden ist. Weiterhin weist der Dübelkörper min destens einen zweiten Anlagepunkt auf, der elastisch mit dem Dübelkörper verbunden ist. Der erste und der zweite Anlagepunkt sind so angeordnet, dass sich der in die Bohrung eingesetzte Dübelkörper mit dem ersten Anla gepunkt an einem ersten Kontaktbereich und mit dem zweiten Anlagepunkt an einem zweiten Kontaktbereich an der Innenwandung der Bohrung ab stützt. Dabei liegt der erste Kontaktbereich auf einer ersten Seite der Innen wandung der Bohrung und der zweite Kontaktbereich auf einer von der er sten Seite abgewandten zweiten Seite der Innenwandung. Der Dübelkörper stützt sich dergestalt mit dem ersten und dem zweiten Anlagepunkt von der Innenwandung der Bohrung ab, das sich bei einer Verformung des Ele ments, welche aus einem Wechsel der mechanischen Belastung des Ele ments resultiert, der Abstand zwischen dem zweiten Kontaktbereich und dem Dübelkörper elastisch verändert. Dabei bleibt die Lage des Dübelkör pers relativ zur ersten Seite der Innenwandung der Bohrung weitgehend un verändert. Weiterhin ist ein vorzugsweise berührungslos arbeitender Wegaufnehmer vorgesehen, der dazu eingerichtet ist, die Variation des Ab stands des Dübelkörpers, insbesondere eines auf dem Dübelkörper angeord neten Referenzpunkts, zu einem der zweiten Seite der Innenwandung zuge ordneten Messfleck zu erfassen. Insbesondere kann dieser Messfleck un mittelbar auf der zweiten Seite der Innenwandung der Bohrung angeordnet sein. Als berührungslose Wegaufnehmer bieten sich Wegaufnehmer an, die nach dem induktiven Prinzip oder dem Wirbelstromprinzip arbeiten. Weiter hin ist jedoch auch die Verwendung berührend arbeitender Wegaufnehmer möglich, hier kann beispielsweise ein Wegaufnehmer eingesetzt werden, der nach dem linearen Differentialtransformator-Prinzip arbeitet. Ganz allgemein können Wegaufnehmer eingesetzt werden, die nicht zwischen Dübelkörper und Messfleck mit einer hohen Vorspannkraft verspannt werden müssen.The dowel body has at least one first contact point that is rigid is connected to the dowel body. Furthermore, the dowel body has min at least a second contact point, which is elastic with the dowel body connected is. The first and second contact points are arranged that the dowel body inserted into the hole with the first app dotted at a first contact area and with the second contact point at a second contact area on the inner wall of the bore supports. The first contact area lies on a first side of the inside wall of the bore and the second contact area on one of which he most side facing away from the second side of the inner wall. The dowel body is supported with the first and the second contact point from the From the inner wall of the hole, which is when the Ele elements, which result from a change in the mechanical load on the ele results in the distance between the second contact area and the dowel body changed elastically. The position of the dowel body remains pers relatively un relative to the first side of the inner wall of the bore changed. Furthermore, one is preferably non-contact Provided transducer, which is set up to vary the Ab status of the dowel body, in particular one arranged on the dowel body neten reference point, to one of the second side of the inner wall orderly measuring spot. In particular, this measurement spot can un arranged indirectly on the second side of the inner wall of the bore his. As contactless displacement transducers, there are displacement transducers that work according to the inductive principle or the eddy current principle. Next However, there is also the use of touch-sensitive displacement transducers possible, for example a displacement sensor can be used here works on the linear differential transformer principle. Generally displacement sensors can be used that are not between dowel bodies and measuring spot must be clamped with a high preload.
Zur Montage wird die erfindungsgemässe Vorrichtung in eine Bohrung im wechselnd mechanisch belasteten Element eingesteckt, wobei die Bohrung so bemessen ist, dass der Dübelkörper im wesentlichen durch die Elastizität des zweiten Anlagepunkts in der Bohrung gehalten wird. Ein weiteres Ver spannen des Dübelkörpers in der Bohrung ist i. a. nicht erforderlich. Aus diesem Grunde ist eine besonders einfache Montage möglich, eine Beschädi gung der erfindungsgemässen Vorrichtung bei der Montage kann praktisch ausgeschlossen werden. Durch Anpassen der Elastizität des zweiten Anlage punktes an die Anforderungen der Messaufgabe können auch grosse Ver formungen des wechselnd mechanischen belasteten Elements erfasst wer den, ohne dass eine mechanische Beschädigung der erfindungsgemässen Vorrichtung, insbesondere des Wegaufnehmers zu befürchten ist. Hier kön nen problemlos hohe Sicherheitsreserven realisiert werden. To assemble the device according to the invention in a bore in alternately mechanically loaded element inserted, the bore is dimensioned so that the dowel body essentially by the elasticity the second contact point is held in the hole. Another ver clamping the dowel body in the hole is i. a. not mandatory. Out for this reason, particularly simple assembly is possible, damage supply of the inventive device during assembly can be practical be excluded. By adjusting the elasticity of the second attachment point to the requirements of the measurement task can also large ver Formations of the alternately mechanically loaded element are recorded the, without mechanical damage to the inventive Device, especially the displacement sensor is to be feared. Here you can high safety reserves can be easily realized.
Bei der Verwendung von Wegaufnehmern, die auf der Vermessung von In duktivitäten bzw. auf dem Wirbelstromprinzip beruhen, sind keine erhöhten Anforderungen an die zu verwendenden Zuleitungen zu stellen. Aus diesem Grunde erhöht sich die Zuverlässigkeit der erfindungsgemässen Vorrichtung beim Einsatz unter aggressiven Umgebungsbedingungen, insbesondere an materialbearbeitenden Maschinen, erheblich. Zusätzlich können deutliche Kostenvorteile gegenüber den vorbekannten Vorrichtungen, welche piezo elektrische Sensoren verwenden, realisiert werden, da sowohl die bei der er findungsgemässen Vorrichtung eingesetzten Wegaufnehmer als auch die nachgeschaltete Auswerteelektronik deutlich kostengünstiger zu erstellen sind.When using displacement transducers based on the measurement of In ductivities or based on the eddy current principle are not increased To make demands on the supply lines to be used. For this Basically, the reliability of the device according to the invention increases when used under aggressive environmental conditions, especially on material processing machines, considerably. In addition, clear Cost advantages over the previously known devices which piezo use electrical sensors can be realized, since both the one at which he device used according to the invention as well as the downstream evaluation electronics to create significantly cheaper are.
Eine weitere Verbesserung der erfindungsgemässen Vorrichtung kann da durch erzielt werden, dass ein Hebelarm vorgesehen ist, der beweglich mit dem Dübelkörper verbunden ist. Dabei sind der zweite Anlagepunkt und der Messfleck auf dem Hebelarm angeordnet. Insbesondere kann der zweite An lagepunkt elastisch mit dem Dübelkörper verbunden sein, indem der Hebel arm selbst eine entsprechende Elastizität aufweist.There can be a further improvement of the device according to the invention can be achieved by providing a lever arm that is movable with the dowel body is connected. The second contact point and the Measuring spot arranged on the lever arm. In particular, the second type Position point to be connected elastically to the dowel body by the lever arm itself has a corresponding elasticity.
Insbesondere vorteilhaft ist, wenn bei der vorgenannten Ausführung der He belarm so ausgeführt ist und der zweite Anlagepunkt und der Messfleck so auf dem Hebelarm angeordnet sind, dass sich eine Hebelübersetzung ergibt. Diese Hebelübersetzung wird vorteilhaft so gewählt, dass der vom Wegauf nehmer erfasste Abstand zwischen Dübelkörper und Messfleck bei einem Wechsel der mechanischen Belastung des Elements stärker variiert als der Innendurchmesser der Bohrung am Ort des zweiten Anlagepunkts. Durch eine solche Hebelübersetzung kann die Empfindlichkeit bei der Erfassung des Innendurchmessers am Ort des zweiten Anlagepunktes bei einem Wech sel der mechanischen Belastung des Elements gegenüber der reinen Em pfindlichkeit des verwendeten Wegaufnehmers noch erhöht werden. Bei ent sprechender Ausführung der Geometrie des Hebelarms kann die Empfind lichkeit auf diese Weise problemlos um den Faktor 10 erhöht werden. Durch entsprechende Anpassung der Geometrie des Hebelarms kann diese Emp findlichkeitserhöhung an die jeweiligen Anforderungen angepasst werden.It is particularly advantageous if the He is so designed and the second contact point and the measurement spot so are arranged on the lever arm that there is a lever ratio. This leverage ratio is advantageously chosen so that the way up the distance between the anchor body and the measuring spot in one Change in the mechanical load on the element varies more than that Inner diameter of the hole at the location of the second contact point. By Such a leverage can increase the sensitivity of the detection of the inside diameter at the location of the second contact point when changing sel the mechanical load of the element compared to the pure Em sensitivity of the displacement sensor used can be increased. With ent speaking execution of the geometry of the lever arm can the sensation in this way can easily be increased by a factor of 10. By appropriate adjustment of the geometry of the lever arm can this Emp sensitivity increase can be adapted to the respective requirements.
Besondere Vorteile ergeben sich, wenn der Hebelarm aus einem dauerelasti schen Metall, insbesondere aus einem Federstahlblech gefertigt ist. Auf diese Weise kann die elastische Verbindung des zweiten Anlagepunkts mit dem Dübelkörper besonders einfach realisiert werden.Special advantages arise when the lever arm consists of a permanently elastic rule metal, is made in particular of a spring steel sheet. To this The elastic connection of the second contact point to the Dowel bodies can be realized particularly easily.
Für die Montage ergeben sich Vorteile, wenn die Vorrichtung so ausgeführt wird, dass sie ohne Zuhilfenahme von Werkzeug in die Bohrung eingeführt werden kann.There are advantages for the assembly if the device is designed in this way is that they are inserted into the hole without the use of tools can be.
Dies kann beispielsweise realisiert werden, indem die Vorrichtung so aus geführt wird, dass sie mit einer Vorspannkraft von weniger als 30 Newton, vorzugsweise von weniger als 15 Newton in der Bohrung verspannt Zuerden muss. Solche Vorspannkräfte lassen sich leicht durch die Verwendung einer erfindungsgemässen Vorrichtung mit einem Hebelarm aus einem dauerela stischen Metall realisieren.This can be realized, for example, by the device is guided with a preload of less than 30 Newtons, preferably braced less than 15 Newtons in the bore got to. Such pretensioning forces can easily be achieved by using a Device according to the invention with a lever arm made of a permanent arm realize metallic metal.
Insbesondere vorteilhaft ist, es, wenn die erfindungsgemässe Vorrichtung mit einer solchen Vorspannkraft in der Bohrung verspannt wird, dass sie unter Aufwendung einer in Richtung der Längsachse der Bohrung gerichteten Kraft von mehr als 15 Newton, vorzugsweise von mehr als 5 Newton aus der Bohrung herausgezogen werden kann, die jedoch vorzugsweise immer min destens der auf die erfindungsgemässe Vorrichtung wirkenden Gewichtskraft entspricht.It is particularly advantageous if the inventive device with such a biasing force is clamped in the hole that it is under Application of one directed in the direction of the longitudinal axis of the bore Force of more than 15 Newtons, preferably more than 5 Newtons from the Hole can be pulled out, but preferably always min at least the weight force acting on the device according to the invention corresponds.
Im praktischen Einsatz können problemlos erfindungsgemässe Vorrichtun gen realisiert werden, die unter Aufwendung einer Kraft von etwa 11 Newton aus einer in einem Stahlelement ausgeführten Bohrung herausgezogen wer den können. Solche Vorrichtungen können ohne Verwendung zusätzlicher Werkzeuge in eine Bohrung eingeführt werden, und verbleiben zuverlässig unter üblichen Einsatzbedingungen in der Bohrung. In practice, devices according to the invention can be used without problems gene can be realized using a force of about 11 Newtons pulled out of a hole made in a steel element that can. Such devices can be used without additional Tools are inserted into a hole and remain reliable under normal operating conditions in the bore.
Für die praktische Anwendung in rauhen Umgebungsbedingungen, bei spielsweise an materialbearbeitenden Maschinen, hat es sich als vorteilhaft herausgestellt, wenn der Wegaufnehmer hermetisch im Dübelkörper verkap selt ist. Dies kann beispielsweise durch Vergießen mit einem Kunststoff rea lisiert werden. Insbesondere kann die Verkapselung auch die Zuleitungen des Wegaufnehmers umfassen. Schließlich kann der Dübelkörper ein schließlich des darin integrierten Wegaufnehmers vollständig wasserdicht ausgeführt werden.For practical use in harsh environmental conditions for example on material processing machines, it has proven to be advantageous highlighted when the displacement sensor hermetically captures in the dowel body rare. This can be done, for example, by casting with a plastic be lized. In particular, the encapsulation can also be the supply lines of the displacement sensor. Finally, the dowel body can finally, the displacement sensor integrated in it is completely waterproof be carried out.
Eine besondere Unempfindlichkeit der erfindungsgemässen Vorrichtung ge gen Erschütterungen, Vibrationen sowie Schwingungen aller Art kann erzielt werden, wenn der Wegaufnehmer, welcher den Abstand zwischen dem Dü belkörper, insbesondere einem hierauf gelegenen Referenzpunkt, sowie dem Messfleck erfasst, dazu eingerichtet ist, diesen Abstand über ein Zeitintervall T gemittelt zu erfassen. Dabei wird das Zeitintervall T vorzugsweise so ge wählt, dass es eine Mehrzahl von Schwingungsperioden charakteristischer Schwingungen des Elements, der zugehörigen Maschine, insbesondere Werkzeugmaschine, sowie des Dübelkörpers einschliesslich eines eventuell vorhandenen Hebelarms umfasst. Auf diese Weise können störende Einflüs se von Schwingungen, welche oftmals nicht mit der zu erfassenden Bela stung des Elements korrelliert sind, mit hoher Effizienz eliminiert werden.A particular insensitivity of the device according to the invention against shocks, vibrations and vibrations of all kinds can be achieved if the displacement sensor, which is the distance between the nozzle body, in particular a reference point located thereon, and the Measuring spot recorded, is set up this distance over a time interval T averaged. The time interval T is preferably ge chooses that it has a plurality of oscillation periods more characteristic Vibrations of the element, the associated machine, in particular Machine tool, as well as the dowel body including any existing lever arm includes. In this way, disruptive influences of vibrations, which are often not with the Bela to be detected Element correlation are eliminated with high efficiency.
Die gleiche Wirkung wird erzielt, wenn eine dem Wegaufnehmer nachge schaltete Auswerteelektronik die beschriebene Funktion ausübt.The same effect is achieved if one follows the displacement sensor switched evaluation electronics performs the function described.
Störende Einflüsse der Zuleitungen des Wegaufnehmers können eliminiert werden, indem eine drahtlose Sendeeinheit in die erfindungsgemässe Vor richtung integriert wird, welche die vom Wegaufnehmer erfassten Daten mit der erforderlichen Zeitauflösung vorzugsweise digitalisiert an eine nahegele gene Empfangsstation sendet, in welcher die empfangenen Daten aufbereitet und einer Weiterverarbeitung zugeführt werden. Insbesondere kommt hier die Verwendung optisch arbeitender drahtloser Kommunikationsstrecken in Frage.Interfering influences of the displacement transducer leads can be eliminated be by a wireless transmitter in the inventive direction is integrated, which the data recorded by the displacement sensor the required time resolution, preferably digitized to a nearby one gene receiving station in which the received data processed and further processing. Especially comes here the use of optically working wireless communication links in Question.
Weitere Merkmale und Vorzüge der erfindungsgemässen Vorrichtung erge ben sich aus den nun folgenden Ausführungsbeispielen, welche nicht ein schränkend zu verstehen sind und anhand der Zeichnungen erläutert wer den. In dieser zeigen:Other features and advantages of the device according to the invention ben from the following examples, which are not are to be understood as restrictive and explained on the basis of the drawings the. In this show:
Fig. 1 eine schematische Ansicht eines Mehrspindeldrehautomaten mit ei ner in einen Kulissenhebel eingesetzten erfindungsgemässen Vor richtung, Fig. 1 is a schematic view of a multi-spindle automatic lathes with egg ner inserted in a rocker arm according to the invention before direction,
Fig. 2 eine Aufsicht auf eine erste Ausführungsform einer in eine Bohrung im Kulissenhebel eingesetzten erfindungsgemässen Vorrichtung, Fig. 2 is a plan view of a first embodiment of an inventive device inserted into a bore in the rocker arm,
Fig. 3 eine Seitenansicht längst der Schnittlinie A-A aus Fig. 2 der in die Bohrung im Kulissenhebel eingesetzten ersten Ausführungsform, Fig. 3 is a side view along the cut line AA of Fig. 2 inserted into the bore in the rocker arm first embodiment,
Fig. 4 eine Aufsicht auf eine zweite Ausführungsform einer in eine Bohrung im Kulissenhebel eingesetzten erfindungsgemässen Vorrichtung, Fig. 4 is a plan view of a second embodiment of an inventive device inserted into a bore in the rocker arm,
Fig. 5 eine Seitenansicht längst der Schnittlinie A-A aus Fig. 4 der in die Bohrung im Kulissenhebel eingesetzten zweiten Ausführungsform analog zu Fig. 3, Fig. 5 is a side view along the cut line AA of Fig. 4 of the second embodiment inserted into the bore in the rocker arm similar to FIG. 3,
Fig. 6 eine Seitenansicht einer dritten Ausführungsform einer erfindungs gemässen Vorrichtung analog zu Fig. 3 und Fig. 6 is a side view of a third embodiment of an inventive device analogous to Fig. 3 and
Fig. 7 eine Seitenansicht einer vierten Ausführungsform einer erfindungs gemässen Vorrichtung, welche einen Hebelarm aufweist, ebenfalls analog zu Fig. 3. Fig. 7 is a side view of a fourth embodiment of a device according to the Invention comprising a lever arm, also analogous to FIG. 3.
Fig. 1 zeigt eine erfindungsgemässe Vorrichtung, die in einem Mehrspin deldrehautomaten zur Messung der Werkzeugvorschubkräfte eingesetzt wird. Der Kulissenhebel 1 eines solchen Mehrspindeldrehautomaten wird von einer Steuerkurve 4 bewegt und treibt eine Vorschubstange 5 an, an welcher ein Werkzeug 6 befestigt ist. Dieses Werkzeug 6 bearbeitet ein Werk stück 7. Bei der Bearbeitung des Werkstücks 7 treten Kräfte am Kulissenhe bel 1 auf, welche diesen verformen. Insbesondere tritt beim Wechsel von "keine Materialbearbeitung" zu "Materialbearbeitung" eine wechselnde Ver formung des Kulissenhebels 1 auf. Diese wechselnde Verformung wird ins besondere beeinflusst von den auftretenden Bearbeitungskräften, welche wiederum vom Abnutzungsgrad des verwendeten Werkzeugs abhängen. Eine Belastungsmessung am Kulissenhebel stellt daher eine Möglichkeit dar, auf den Abnutzungsgrad des Werkzeugs 6 zu schließen. Zu diesem Zweck wird eine erfindungsgemässe Vorrichtung in eine Bohrung 10 im Kulissenhebel 1 eingesetzt. Der Kulissenhebel 1 stellt damit das Element 1 dar, an welchem die Belastungsmessung durchgeführt werden soll. Von der erfindungsgemä ssen Vorrichtung ist aus Fig. 1 der Dübelkörper 2 ersichtlich. Fig. 1 shows a device according to the invention, which is used in a multi-spin automatic lathe for measuring the tool feed forces. The link lever 1 of such a multi-spindle automatic lathe is moved by a control cam 4 and drives a feed rod 5 to which a tool 6 is attached. This tool 6 processes a workpiece 7 . When machining the workpiece 7 , forces occur on the link lever 1 , which deform it. In particular, when changing from "no material processing" to "material processing", an alternating deformation of the link lever 1 occurs. This changing deformation is particularly influenced by the machining forces that occur, which in turn depend on the degree of wear of the tool used. A load measurement on the link lever is therefore a possibility to infer the degree of wear of the tool 6 . For this purpose, a device according to the invention is inserted into a bore 10 in the link lever 1 . The link lever 1 thus represents the element 1 on which the load measurement is to be carried out. From the device according to the invention, the dowel body 2 can be seen from FIG. 1.
Fig. 2 zeigt die Bohrung 10 im Kulissenhebel 1 in Aufsicht. In diese Boh rung 10 ist eine erfindungsgemässe Vorrichtung eingesteckt. Diese weist ei nen Dübelkörper 2 auf, mit dem ein erster Anlagepunkt 21 starr verbunden ist. Weiterhin weist die erfindungsgemässe Vorrichtung einen zweiten Anla gepunkt 22 auf, der über eine elastische Metallzunge 222 elastisch mit dem Dübelkörper 2 der erfindungsgemässen Vorrichtung verbunden ist. Aus der Aufsicht ist ersichtlich, dass sich der Dübelkörper 2 mit den Anlagepunkten 21 und 22 an voneinander abgewandten Seiten der Innenwandung der Boh rung 10 abstützt. In Fig. 2 sind die erste Seite 11 und die zweite Seite 12 sowie der erste Kontaktbereich 111 sowie der zweite Kontaktbereich 121 an gedeutet. Weiterhin sind aus der gezeigten Aufsicht die Zuleitungen 31 des Wegaufnehmers 3 ersichtlich. Fig. 2 shows the bore 10 in the link lever 1 in supervision. In this Boh tion 10 , an inventive device is inserted. This has egg nen plug body 2 , with which a first contact point 21 is rigidly connected. Furthermore, the device according to the invention has a second contact point 22 which is elastically connected to the dowel body 2 of the device according to the invention via an elastic metal tongue 222 . From the supervision it can be seen that the dowel body 2 is supported with the bearing points 21 and 22 on sides of the inner wall of the bore 10 facing away from one another. In FIG. 2, the first side 11 and second side 12 and the first contact region 111 and the second contact region 121 on are interpreted. Furthermore, the feed lines 31 of the displacement sensor 3 can be seen from the supervision shown.
Die gestrichelt eingezeichnete Linie, welche mit A-A bezeichnet ist, stellt eine Schnittlinie dar. Aus Fig. 3 ist ein Schnitt durch den Kulissenhebel 1 längst dieser Schnittlinie A-A ersichtlich. Man erkennt den Dübelkörper 2 der in die Bohrung 10 eingesetzten erfindungsgemässen Vorrichtung. Der Dübelkörper 2 weist in der gezeigten Realisierung zwei erste Anlagepunkte 21 auf, die starr mit dem Dübelkörper 2 verbunden sind. Weiterhin ist der zweite Anlagepunkt 22 ersichtlich, der über die U-förmig gebogene elastische Metallzunge 222 mit dem Dübelkörper verbunden ist. Der Dübelkörper 2 stützt sich mit den zwei ersten Anlagepunkten 21 und dem zweiten Anlage punkt an gegenüberliegenden Seiten der Innenwandung der Bohrung 10 ab. Dabei wird durch die elastische Metallzunge 222 eine geringe Vorspannung aufgebaut, so dass der Dübelkörper 2 von einer geringen Vorspannkraft in der Bohrung 10 fixiert wird. Bei einer Verformung des Kulissenhebels 1 in Richtung des Doppelpfeils in Fig. 2, wie sie beispielsweise aufgrund von Bearbeitungskräften erfolgt, verformt sich die Bohrung 10. Dadurch ändert sich der Innendurchmesser der Bohrung 10. Bei einer solchen Änderung des Innendurchmessers werden die ersten Anlagepunkte 21 durch die Vor spannkraft der elastischen Metallzunge 222 an der ersten Seite der Innen wandung der Bohrung 10 fixiert. Weiterhin bleibt auch der zweite Anlage punkt 22 im wesentlichen auf dem zweiten Kontaktbereich 121 auf der zweiten Seite 12 der Innenwandung der Bohrung 10 fixiert. Dadurch ändert sich bei einer Verformung des Kulissenhebels 1 der Abstand des Dübelkör pers 2 zur zweiten Seite 12 der Innenwandung der Bohrung. Insbesondere ändert sich der Abstand zwischen dem zweiten Kontaktbereich 121 und dem Dübelkörper 2. In den Dübelkörper ist ein Wegaufnehmer 3 integriert, dieser erfasst den Abstand D des Dübelkörpers 2, insbesondere des auf dem Dü belkörper angeordneten Referenzpunkts 23, von dem der zweiten Seite 12 der Innenwandung der Bohrung 10 zugeordneten Messflecks 13. Im gezeig ten Ausführungsbeispiel ist der Messfleck 13 unmittelbar auf der zweiten Seite 12 der Innenwandung der Bohrung 10 angeordnet. Im gezeigten Aus führungsbeispiel wird ein berührungslos arbeitender Wegaufnehmer einge setzt, der beispielsweise induktiv arbeiten oder auf einer Wirbelstrommes sung beruhen kann. Über die Zuleitung 31 wird der vom Wegaufnehmer 3 erfasste Abstand D zur Weiterverarbeitung an eine nachgeschaltete Elektro nik geleitet.The dashed line, which is denoted by AA, represents a section line. From FIG. 3, a section through the link lever 1 can be seen along this section line AA. One recognizes the dowel body 2 of the device according to the invention inserted into the bore 10 . In the implementation shown, the dowel body 2 has two first contact points 21 which are rigidly connected to the dowel body 2 . Furthermore, the second contact point 22 can be seen, which is connected to the dowel body via the U-shaped bent elastic metal tongue 222 . The dowel body 2 is supported with the two first contact points 21 and the second contact point on opposite sides of the inner wall of the bore 10 . A slight pretension is built up by the elastic metal tongue 222 , so that the dowel body 2 is fixed in the bore 10 by a low pretensioning force. When the link lever 1 is deformed in the direction of the double arrow in FIG. 2, as occurs, for example, due to machining forces, the bore 10 is deformed. This changes the inner diameter of the bore 10 . With such a change in the inner diameter, the first contact points 21 are fixed by the pre-tensioning force of the elastic metal tongue 222 on the first side of the inner wall of the bore 10 . Furthermore, the second contact point 22 remains essentially fixed on the second contact area 121 on the second side 12 of the inner wall of the bore 10 . As a result, the distance of the dowel body 2 from the second side 12 of the inner wall of the bore changes when the link lever 1 is deformed. In particular, the distance between the second contact region 121 and the dowel body 2 changes . A displacement transducer 3 is integrated in the dowel body, this detects the distance D of the dowel body 2 , in particular the reference point 23 arranged on the dowel body, from the measuring spot 13 assigned to the second side 12 of the inner wall of the bore 10 . In the exemplary embodiment shown, the measurement spot 13 is arranged directly on the second side 12 of the inner wall of the bore 10 . In the exemplary embodiment shown, a non-contact displacement transducer is used which, for example, can work inductively or can be based on an eddy current measurement. Via the feed line 31 , the distance D detected by the displacement sensor 3 is passed to a downstream electronics system for further processing.
Aus Fig. 4 ist eine geringfügig abgewandelte Ausführungsform einer erfin dungsgemässen Vorrichtung in Aufsicht ersichtlich, welche sich von der Ausführungsform in Fig. 2 nur dadurch unterscheidet, dass anstelle zweier erster Anlagepunkte 21, welche auf einer Linie parallel zur Längsachse des Dübelkörpers angeordnet sind, vier erste Anlagepunkte 21 vorgesehen sind. Diese vier ersten Anlagepunkte 21 werden realisiert durch je eine vorsprin gende Nase am oberen Ende und am unteren Ende des Dübelkörpers 2. In die Bohrung 10 eingesteckt bilden diese somit insgesamt vier erste Anlage punkte 21 aus, wie aus Fig. 4 ersichtlich ist. Die gezeigte Ausführungsform verwendet jedoch weiterhin nur einen zweiten Anlagepunkt 22.From Fig. 4, a slightly modified embodiment of a OF INVENTION dung device according to supervision can be seen that only differs from the embodiment in Fig. 2 that, instead of two first bearing points 21, which are arranged on a line parallel to the longitudinal axis of the dowel body, four first contact points 21 are provided. These four first contact points 21 are realized by a protruding nose at the upper end and at the lower end of the dowel body 2 . Inserted into the bore 10 , these thus form a total of four first contact points 21 , as can be seen from FIG. 4. However, the embodiment shown continues to use only a second contact point 22 .
Aus Fig. 5 ist nochmals ein Schnitt längs der Linie A-A durch den Kulis senhebel 1 ersichtlich, wobei die gezeigte erfindungsgemässe Vorrichtung der aus Fig. 4 ersichtlichen Ausführungsform entspricht. Deutlich erkenn bar sind die beiden erwähnten Nasen in Seitenansicht, welche insgesamt vier erste Anlagepunkte 21 ausbilden.From Fig. 5 a section along the line AA through the Kulis senhebel 1 can be seen again, wherein the inventive device shown corresponds to the embodiment shown in Fig. 4. The two noses mentioned are clearly recognizable in side view, which form a total of four first contact points 21 .
Aus Fig. 6 ist eine weitere Ausführungsform einer erfindungsgemässen Vorrichtung ersichtlich, welche im wesentlichen der Ausführungsform aus Fig. 5 entspricht, mit dem wesentlichen Unterschied, dass der zweite Anla gepunkt 22 nicht über eine elastische Metallzunge 222 mit dem Dübelkörper 2 verbunden ist, sondern durch die Tastspitze 32 eines berührend arbeiten den Wegaufnehmers 3 gebildet wird. Ein solcher Wegaufnehmer 3 kann bei spielsweise auf dem linearen Differential-Transformator-Prinzip oder dem kapazitiven Prinzip beruhen. Dieser Wegaufnehmer 3 ist empfindlich auf Längenänderung in Richtung des Pfeils 8. Die Tastspitze 32 ist in Richtung des Pfeils 8 verschiebbar und ist weiterhin dazu eingerichtet, in Richtung des Pfeils 8 eine geringe Vorspannkraft aufzubringen. Das heißt, in der ge zeigten Ausführungsform baut der berührend arbeitende Wegaufnehmer 3 die zur Fixierung des Dübelkörpers 2 in der Bohrung 10 erforderliche Vor spannkraft selbst auf. Insbesondere wird der zweite Anlagepunkt 22 durch, die Tastspitze 32 des berührend arbeitenden Wegaufnehmers 3 gebildet.From Fig. 6, another embodiment of an inventive device is shown which essentially corresponds to the embodiment of FIG. 5, with the main difference that the second Appendices is gepunkt 22 is not connected via a resilient metal tongue 222 with the plug body 2, but by the probe tip 32 of a touching the transducer 3 is formed. Such a displacement sensor 3 can be based on the linear differential transformer principle or the capacitive principle, for example. This displacement sensor 3 is sensitive to changes in length in the direction of arrow 8 . The probe tip 32 can be displaced in the direction of the arrow 8 and is furthermore set up to apply a slight pretensioning force in the direction of the arrow 8 . That is to say, in the embodiment shown, the touch-working displacement sensor 3 builds the clamping force required to fix the dowel body 2 in the bore 10 itself. In particular, the second contact point 22 is formed by the probe tip 32 of the displacement transducer 3 working in contact.
Aus Fig. 7 ist schließlich eine weitere Ausführungsform der erfindungsge mässen Vorrichtung ersichtlich, welche einen zusätzlichen Hebelarm 24 aufweist. Dieser Hebelarm 24 wird durch eine elastische Metallzunge reali siert. Der Dübelkörper selbst entspricht der aus Fig. 5 ersichtlichen Reali sierung. Der zweite Anlagepunkt 22 ist auf dem Hebelarm 24 angeordnet. Weiterhin ist der Messfleck 13 ebenfalls wie ersichtlich auf dem Hebelarm 24 angeordnet. Verändert sich nun der Innendurchmesser der Bohrung 10 am Ort des zweiten Anlagepunkts 22, so wird diese Variation des Innendurch messers um das Hebelverhältnis L2/L1 verstärkt an den Ort des Messflecks 13 übertragen. Dies bedeutet, dass der Abstand D zwischen dem Wegauf nehmer 3 und dem Messfleck 13 um den genannten Verstärkungsfaktor L2/L1 stärker variiert als der Innendurchmesser der Bohrung 10 am Ort des zweiten Anlagepunkts 22. Dies bedeutet insbesondere, dass die Empfind lichkeit des Wegaufnehmers 3 nochmals um den genannten Verstärkungs faktor erhöht werden kann. Durch geeignete Wahl der Hebelverhältnisse kann die damit realisierte Auflösungserhöhung an die gegebenen Anforde rungen angepasst werden.From Fig. 7, another embodiment of the erfindungsge MAESSEN apparatus finally is visible, which has an additional lever arm 24th This lever arm 24 is realized by an elastic metal tongue. The anchor body itself corresponds to the realization shown in FIG. 5. The second contact point 22 is arranged on the lever arm 24 . Furthermore, as can be seen, the measuring spot 13 is also arranged on the lever arm 24 . If the inside diameter of the bore 10 changes at the location of the second contact point 22 , this variation of the inside diameter is increased by the lever ratio L2 / L1 to the location of the measuring spot 13 . This means that the distance D between the transducer 3 and the measuring spot 13 varies more than the inner diameter of the bore 10 at the location of the second contact point 22 by the amplification factor L2 / L1. This means in particular that the sensitivity of the displacement sensor 3 can be increased again by the said amplification factor. With a suitable choice of leverage ratios, the increase in resolution thus achieved can be adapted to the given requirements.
Eine Möglichkeit, den vom Wegaufnehmer 3 gemessenen Abstand D weiter zuverarbeiten, ist aus Fig. 1 ersichtlich. Das aufgenommene Signal wird über die Zuleitung 31 an eine erste elektronische Verarbeitungseinheit 8, beispielsweise einen Vorverstärker mit nachgeschaltetem A/D-Wandler, übergeben. Insbesondere vorteilhaft ist es, wenn die erste Verarbeitungsein heit 8 eine Einrichtung zum externen oder internen Nullabgleich umfasst, hier angedeutet durch den Pfeil 81. Diese Einrichtung zum externen oder internen Nullabgleich verwendet den vom Wegaufnehmer 3 bei niedriger Be lastung des Kulissenhebels 1 erfassten Abstand D 1 als Referenzwert ("Null wert"), mit dem der vom Wegaufnehmer 3 bei hoher Belastung des Kulissen hebels 1 erfasste Abstand D2 verglichen wird, so dass Einflüsse einer even tuellen thermischen Drift ete. der erfindungsgemässen Vorrichtung mini miert werden. Der resultierende Differenzwert D2-D1 wird dann von einer weiteren elektronischen, vorzugsweise digitalen Verarbeitungseinheit 9 wei terverarbeitet.One possibility for further processing the distance D measured by the displacement sensor 3 is shown in FIG. 1. The recorded signal is transferred via the feed line 31 to a first electronic processing unit 8 , for example a preamplifier with a downstream A / D converter. It is particularly advantageous if the first processing unit 8 comprises a device for external or internal zero adjustment, indicated here by the arrow 81 . This device for external or internal zero adjustment uses the distance D 1 detected by the displacement sensor 3 at a low load on the link lever 1 as a reference value ("zero value") with which the distance D2 detected by the displacement sensor 3 under high load on the link lever 1 is compared , so that influences of a possible thermal drift ete. be minimized the inventive device. The resulting difference value D2-D1 is then further processed by a further electronic, preferably digital processing unit 9 .
Claims (12)
- a) der Dübelkörper (2) mindestens einen ersten Anlagepunkt (21) auf weist, der starr mit dem Dübelkörper (2) verbunden ist und minde stens einen zweiten Anlagepunkt (22) aufweist, der elastisch mit dem Dübelkörper (2) verbunden ist, wobei der erste (21) und der zweite (22) Anlagepunkt so angeordnet sind, dass sich der in die Bohrung (10) eingesetzte Dübelkörper (2) mit dem ersten Anlagepunkt (21) an einem ersten Kontaktbereich (111), welcher auf einer ersten Seite (11) der Innenwandung der Bohrung (10) liegt, abstützt, und mit dem zweiten Anlagepunkt (21) an einem zweiten Kontaktbereich (112), welcher auf einer von der ersten Seite (11) abgewandten zweiten Seite (12) der Innenwandung liegt, abstützt, dergestalt, dass sich bei einer Verformung des Elements (1) der Abstand zwischen dem zweiten Kontaktbereich (112) und dem Dübelkörper (2) bei weitgehend unver änderter Lage des Dübelkörpers (2) relativ zur ersten Seite (11) der Innenwandung elastisch verändert, und dass
- b) ein Wegaufnehmer (3) vorgesehen ist, der dazu eingerichtet ist, die Variation des Abstands D des Dübelkörpers (2), insbesondere eines auf dem Dübelkörper (2) angeordneten Referenzpunkts (23), zu einem der zweiten Seite (12) der Innenwandung zugeordneten Messfleck (13) zu erfassen.
- a) the anchor body ( 2 ) has at least a first contact point ( 21 ) which is rigidly connected to the anchor body ( 2 ) and has at least a second contact point ( 22 ) which is elastically connected to the anchor body ( 2 ), wherein the first ( 21 ) and the second ( 22 ) contact point are arranged such that the dowel body ( 2 ) inserted into the bore ( 10 ) with the first contact point ( 21 ) is located on a first contact area ( 111 ) which is on a first side ( 11 ) the inner wall of the bore ( 10 ) is supported and with the second contact point ( 21 ) on a second contact area ( 112 ) which is on a second side ( 12 ) of the inner wall facing away from the first side ( 11 ), supports, such that when the element ( 1 ) is deformed, the distance between the second contact area ( 112 ) and the dowel body ( 2 ) with largely unchanged position of the dowel body ( 2 ) relative to the first side ( 11 ) of the inn wall changed elastically, and that
- b) a displacement transducer ( 3 ) is provided, which is set up to vary the distance D of the dowel body ( 2 ), in particular a reference point ( 23 ) arranged on the dowel body ( 2 ), to one of the second side ( 12 ) of the inner wall associated measurement spot ( 13 ).
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EP2617523A1 (en) * | 2012-01-23 | 2013-07-24 | Supfina Grieshaber GmbH & Co. KG | Finishing device for finishing a workpiece |
-
1999
- 1999-11-12 DE DE19954519A patent/DE19954519A1/en not_active Withdrawn
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EP2617523A1 (en) * | 2012-01-23 | 2013-07-24 | Supfina Grieshaber GmbH & Co. KG | Finishing device for finishing a workpiece |
US9050702B2 (en) | 2012-01-23 | 2015-06-09 | Supfina Grieshaber Gmbh & Co. Kg | Finishing device for finish-machining of a workpiece |
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