DE202015106965U1

DE202015106965U1 - Messvorrichtung zum Überprüfen eines Spannfutters

Info

Publication number: DE202015106965U1
Application number: DE202015106965.0U
Authority: DE
Original assignee: Esem Gruenau & Co KG GmbH
Current assignee: Esem Gruenau & Co KG GmbH
Priority date: 2015-12-21
Filing date: 2015-12-21
Publication date: 2016-02-01
Anticipated expiration: 2025-12-22

Abstract

Messvorrichtung (1, 11, 41) zum Messen eines Drehmoments und/oder zum Überprüfen eines Spannfutters (2, 45) zum Einspannen von Werkzeugen in einer Werkzeugmaschine und/oder zum Kalibrieren eines Drehmomentschlüssels, umfassend einen Prüfdorn (3, 13, 23, 44), welcher in das Spannfutter (2, 45) mit radial wirkender Spannkraft einspannbar ist, wenigstens einen Sensor (6, 16, 26) zum Erfassen einer mechanisch-strukturellen Änderung des Prüfdorns (3, 13, 23, 44), insbesondere einer Deformation und/oder einer Torsion des Prüfdorns, sowie eine Kopplungsvorrichtung (5, 15, 43) zur Aufnahme und/oder Kopplung eines ein Drehmoment auf den Prüfdorn (3, 13, 23, 44) ausübenden Werkzeugs (42).

Description

Die Erfindung betrifft eine Messvorrichtung zur Messung eines Drehmoments und/oder zum Überprüfen eines Spannfutters zum Einspannen von Werkzeugen in eine Werkzeugmaschine bzw. zum Kalibrieren eines Drehmomentschlüssels. Des Weiteren betrifft die Erfindung einen Prüfstand zum Prüfen einer Drehmomentübertragung bzw. zum Überprüfen eines Spannfutters nach dem Oberbegriff des Anspruchs 14.
Um bei Spannfuttern, insbesondere Hydrodehnspannfuttern, die volle Spannkraft prüfen zu können, werden herkömmlicherweise nach dem Stand der Technik Drehmomentschlüssel und Spanndorne verwendet. Dabei wird der jeweilige Spanndorn in das Hydrodehnspannfutter eingespannt und mit dem Drehmomentschlüssel bis zum maximal zulässigen Drehmoment belastet. Auf diese Weise wird sodann lediglich überprüft, ob der Spanndorn bei diesem maximal zulässigen Drehmoment noch in seiner Position im Spannfutter gehalten werden kann oder nicht.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Messvorrichtung bzw. einen Prüfstand vorzuschlagen, mit der bzw. mit dem die Überprüfung eines Spannfutters verbessert werden kann.
Die Aufgabe wird, ausgehend von einer Messvorrichtung der eingangs genannten Art, durch die Merkmale des Anspruchs 1 bzw. 14 gelöst.
Durch die in den abhängigen Ansprüchen genannten Maßnahmen sind vorteilhafte Ausführungen und Weiterbildungen der Erfindung möglich.
Die erfindungsgemäße Messvorrichtung dient zum Messen eines Drehmoments und/oder zum Überprüfen eines Spannfutters zum Einspannen von Werkzeugen/Werkstücken in einer Werkzeugmaschine. Eine Werkzeugmaschine wird in der Regel dazu verwendet, mit Hilfe eines von ihr betriebenen Werkzeugs ein Werkstück zu bearbeiten. Da hierbei in der Regel verschiedene Werkzeuge zum Einsatz kommen können, werden diese regelmäßig in ein Spannfutter eingespannt und sind somit auswechselbar. Neben derartigen Werkzeugmaschinen, bei denen das Werkstück feststeht und das Werkzeug gedreht wird, existieren auch Werkzeugmaschinen, wie z. B. eine Drehbank, bei denen das Werkstück zur Bearbeitung gedreht wird und das eigentliche Werkzeug fest steht.
Das Spannfutter kann grundsätzlich verschieden ausgebildet sein. Zum einen verwenden einige Spannfutter sogenannte Spannbacken, wobei die Spannbacken beim Einspannen radial nach innen bewegt werden können, bis sie mit dem eingesetzten Teil, beispielsweise dem Werkzeug, in Berührung kommen bzw. daran anschlagen; anschließend wird durch weitere, minimale Radialbewegung der Spannbacken das entsprechende Teil verspannt und drehfest im Spannfutter gelagert. Zum anderen arbeiten einige Spannfutter auch ohne separate Spannbacken, wie dies beispielsweise in der Regel bei Hydrodehnspannfuttern der Fall ist. Diese verfügen im Außenbereich um die Werkzeug- bzw. Werkstückaufnahme herum über eine Dehnbüchse mit integriertem Kammersystem. In den Kammern befindet sich eine Hydraulikflüssigkeit. Das Kammersystem ist über einen Kolben verschlossen, der beispielsweise über eine Spannschraube bedient werden kann. Durch Verspannen der Spannschraube wird ein Druck auf die Hydraulikflüssigkeit ausgeübt. Aufgrund von deren Inkompressibilität wird der Druck wiederum weitergegeben an die Dehnbüchse, sodass die Außenwand um das zu verspannende Teil herum radial nach innen bewegt werden kann und die Verspannung somit herstellt wird. Im Gegensatz zu Spannfuttern mit separaten Spannbacken kann hierdurch ein auf die Werkzeug- bzw. Werkstückfläche verteilter, gleichmäßiger Anpress- bzw. Spanndruck von außen ausgeübt werden, sodass die Gefahr verringert wird, dass lokale Druckstellen am Werkstück oder Werkzeug entstehen und gleichzeitig eine größere Haltefläche zur Verfügung steht, die ein sicheres Einspannen ermöglicht.
Die erfindungsgemäße Messvorrichtung kann entsprechend auch allgemein eingesetzt werden, um ein Drehmoment zu messen. Bei der Überprüfung des Spannfutters ist es ebenfalls vorteilhaft, wenn während der Messung das gerade wirkende Drehmoment ebenfalls als Messgröße zur Verfügung steht, um eine vergleichbare Größe für die Spannkraft des Spannfutters zu erhalten. Insofern kann die erfindungsgemäße Messvorrichtung grundsätzlich auch zum Kalibrieren eines Drehmomentschlüssels verwendet werden.
Dementsprechend umfasst die erfindungsgemäße Messvorrichtung einen Prüfdorn, welcher in das Spannfutter mit radial wirkender Spannkraft einspannbar ist. Das zu vermessende Drehmoment wirkt bei der Messung u. a. auf den Prüfdorn. Darüber hinaus ist wenigstens ein Sensor vorgesehen, mit dem die mechanisch-strukturelle Änderung des Prüfdorns, die unter Einwirkung des Drehmoments zustande kommt, erfasst werden kann.
In diesem Sinne ist unter einer mechanisch-strukturellen Änderung des Prüfdorns jede Art Deformation oder einer sonstigen Auswirkung auf die Gitterstruktur des Prüfdornmaterials zu verstehen. Ist der Prüfdorn beispielsweise zylindrisch ausgebildet, so kann es sich grundsätzlich bei einer solchen mechanisch-strukturellen Änderung auch um eine reine Torsion handeln, die makroskopisch keine Formänderung im eigentlichen Sinne bedeutet. In der Regel wird zumindest teilweise eine Deformation des Prüfdorns auftreten. Darüber hinaus treten meist im Wesentlichen elastische Veränderungen des Prüfdorns auf, welche dann, wenn das Drehmoment nicht mehr wirkt, in den Ursprungszustand zurückgehen. Grundsätzlich können aber auch plastische Verformungen auftreten. Damit der Prüfdorn überhaupt belastet werden kann, ist ferner eine Kopplungsvorrichtung zur Aufnahme bzw. Kopplung eines einen Drehmoment auf den Prüfdorn ausübenden Werkzeugs vorhanden. Der Prüfdorn dient somit als Zwischenstück zwischen einem Werkzeug, mit dem ein Drehmoment ausgeübt werden kann, beispielsweise ein Drehmomentschlüssel, und dem zu überprüfenden Spannfutter. Auf der einen Seite besteht also eine Kopplung zwischen dem Prüfdorn und dem Spannfutter, welche bei der Überprüfung des Spannfutters auch zu testen ist, auf der anderen Seite besteht zur Übertragung des Drehmoments auf den Prüfdorn eine Kopplung zwischen dem Prüfdorn und dem Werkzeug, welches das Drehmoment ausübt. Regelmäßig ist es daher von Vorteil, dass die Kopplung zwischen dem das Drehmoment verursachenden Werkzeug und dem Prüfdorn noch stabiler und rutschfester ausgebildet ist als die zwischen dem Spannfutter und dem Prüfdorn, weil anderenfalls nicht bis zum maximal möglichen Drehmoment gemessen werden könnte.
Die Erfindung zeichnet sich nun dadurch aus, dass nicht, wie es derzeit im Stand der Technik vorgesehen ist, eine reine ”Schwarz/Weiß-Erkennung” erfolgt, die nämlich lediglich feststellt, ob das Spannfutter den Prüfdorn hält oder nicht. Bei dieser herkömmlichen Methode aus dem Stand der Technik wird nur festgestellt, ob ein eingespannter Prüfköper sichtbar im Spannfutter verrutscht. Die erfindungsgemäße Messvorrichtung zeichnet sich also in vorteilhafter Weise dadurch aus, dass eine sensorische Erfassung wesentlich genauer ist als eine Erfassung, die allenfalls mit dem bloßen Auge bzw. mit dem Gefühl erfolgt, wenn der Drehmomentschlüssel angezogen wird und plötzlich nachgibt.
Darüber hinaus liefert ein Sensor Messdaten, sodass gemäß der Erfindung der Verlauf der Messung bzw. Überprüfung auch in nachvollziehbaren Messgrößen festgehalten werden kann. Vergleiche mit zu überprüfenden Spannfuttern werden somit möglich. Außerdem gewinnt die Überprüfungsmethode selbst dadurch an Reproduzierbarkeit, weil somit genauer das wirkende Drehmoment eingestellt und auch der Punkt genauer festgehalten werden kann, an dem der Prüfdorn bzw. Prüffutter zu lösen beginnt. Aus diesem Grunde kann in vorteilhafter Weise die erfindungsgemäße Messvorrichtung auch zur Messung des Drehmoments und zum Kalibrieren eines Drehmomentschlüssels verwendet werden.
Regelmäßig handelt es sich bei Hydrodehnspannfuttern um Aufnahmevorrichtungen mit zylindrischer Aufnahme. Auch bei der Verwendung von Spannfutterbacken werden regelmäßig Werkzeuge oder Werkstücke mit rundem Querschnitt, also mit einem zylindrischen Einspannbereich, eingesetzt. Es bietet sich daher an, dass ein Ausführungsbeispiel der Erfindung einen zur Aufnahme durch das Spannfutter bestimmten zylindrischen Einspannbereich aufweist. In vorteilhafter Weise kann somit ferner davon ausgegangen werden, dass dieses Ausführungsbeispiel der Messvorrichtung in Bezug auf die ansonsten tatsächlich verwendeten Werkzeuge oder Werkstücke, welche im Spannfutter eingespannt werden, realistische und reproduzierbare Aussagen liefert.
Dementsprechend kann, um vergleichbare Reibungskoeffizienten oder dergleichen zu erhalten, der Prüfdorn auch aus dem entsprechenden, in der Regel für in Frage kommenden Werkzeuge verwendete Werkzeugstahl oder den sonstigen, normalerweise verwendeten Materialien ausgebildet sein. Auf diese Weise kann eine besonders realistische Überprüfung stattfinden.
Der Sensor selbst wiederum kann grundsätzlich ebenfalls verschieden ausgebildet sein. Wird der Prüfdorn auf einer Seite von dem entsprechenden Spannfutter gehalten und wirkt auf der dem Spannfutter abgewandten Seite ein Drehmoment, so erfährt der Prüfdorn in der Regel eine mechanisch-strukturelle Änderung. Idealerweise besteht diese dann, wenn der Prüfdorn mittels eines Drehmomentschlüssels verspannt wird, in einer Torsion. Die im Spannfutter eingespannten Bereiche bleiben dabei starr und positionsstabil, während entlang der Drehachse der Prüfdorn um die Längsachse immer weiter verdreht wird, wobei die maximale Drehung unmittelbar dort vorliegt, wo der Drehmomentschlüssel angreift.
Die Drehung wiederum hängt ab vom Material, aus dem der Prüfdorn gefertigt ist, sowie vom wirkenden Drehmoment. Entlang der Längsachse ist sie im nicht eingespannten Bereich somit ebenfalls positionsabhängig. Durch die Messung der Positionsänderung eines festen Punktes auf oder im Prüfdorn kann also ein Rückschluss auf das Drehmoment erfolgen. Dieser Fall, bei dem Prüfdorn spannfutterseitig in einer starren Position verharrt und außerhalb des Einspannbereichs sich die Punkte auf dem Prüfdorn verschieben, ist der Idealzustand eines fest eingespannten Prüfdorns mit funktionierendem Spannfutter. Beginnt der eingespannte Prüfdorn aber, sich im Spannfutter zu lösen und innerhalb des Spannfutters zu rutschen, so wirkt spannfutterseitig keine Gegenkraft mehr, die der Kraftwirkung durch den Drehmomentschlüssel in gleicher Betragsgröße entgegengesetzt ist. Somit ändert sich schlagartig auch die mechanisch-strukturelle Änderung des Prüfdorns, beispielsweise sein Torsionsgrad, sodass im elastischen Fall der Prüfdorn weniger stark verdreht wird, d. h. spannfutterseitig wird er sich entsprechend mitdrehen und nachrutschen. Dieser Punkt ist in der Messung, die durch Sensoren durchgeführt wird, unmittelbar zu erkennen.
Beispielsweise kann wenigstens einer der entsprechenden Sensoren als Dehnmessstreifen ausgebildet sein. Je näher der angebrachte Dehnmessstreifen am Drehmomentschlüssel angebracht ist, desto größere Verdrehungsgrade wird er messen können. Die Verwendung eines Dehnmessstreifens ist insbesondere deshalb vorteilhaft, weil er dazu geeignet ist, große Kraftwirkungen festzustellen und auch darüber hinaus sehr gut am oder im Metall angebracht werden kann. Löst sich die Einspannung aufgrund eines zu großen Drehmoments, so kann dieser Punkt praktisch instantan während der Messung festgestellt werden. Außerdem kann verlässlich über die festgestellte Dehnung ein Rückschluss auf das Drehmoment, welches am Prüfdorn wirkt, gezogen werden.
Es wurde bereits erwähnt, dass über ein wirkendes Drehmoment insbesondere eine Torsion des Prüfdorns erfolgen kann.
Grundsätzlich können aber auch alle anderen Änderungen, die entsprechende strukturelle mechanische Änderung bewirken, festgestellt werden. Unter anderem kann auch die Messvorrichtung zum Vermessen einer zweiseitigen Einspannung verwendet werden. In diesem Fall kann also auch eine axiale Deformation des Prüfdorns, insbesondere eine Stauchung oder Dehnung des Prüfdorns, entsprechend vermessen werden. Denkbar ist es auch, Rückschlüsse auf die Spannkraft daraus abzuleiten, wie stark der eingespannte Körper in Folge der wirkenden Spannkraft deformiert wird. Auch radiale Deformationen können entsprechend festgestellt werden. Darüber hinaus können auch Verscherungen des Prüfdorns in gleicher Weise sensorisch erfasst werden, die beispielsweise vorliegen können, wenn das Werkzeug oder Werkstück, welches in das Spannfutter eingespannt ist, z. T. seitlich belastet wird.
Die Einspannung im Spannfutter kann also auch durch sonstige mechanische Kräfte (außer durch das Wirken des Drehmoments) beeinflusst werden und ggf. sogar lösen. Verscherungen können im Übrigen auch dann auftreten, wenn zur Überprüfung ein Drehmomentschlüssel verwendet wird, weil die Kraftwirkung, insbesondere dann, wenn von Hand gezogen wird, auch eine Komponente in radialer Richtung aufweisen kann. Eine solche Größe wie eine Verscherung kann somit dazu verwendet werden, festzustellen, ob die durchgeführte Überprüfung realistisch ist oder ob seitliche, radial wirkende Kräfte gegenüber der zu erwartenden Praxis zu groß oder zu klein sind.
In der Regel weisen die Sensoren eine Messrichtung auf, welche die Anordnung des jeweiligen Sensors bei der Durchführung einer Messung bestimmt. Der jeweilige Sensor ist so auszurichten, dass seine Messrichtung in der Richtung liegt, in der die zu vermessende strukturelle Veränderung zu erwarten ist. Dehnmessstreifen stellen z. B. einen Sensor dar, der dazu verwendet wird, eine Längenänderung in dem Bereich festzustellen, auf dem sie angebracht sind. Dabei kann es sich um eine Längenänderung in einer Richtung handeln, wobei die Dehnmessstreifen auf einer Fläche anliegen. Die Längenänderung wird dann im Bereich dieser überdeckten Fläche gemessen. Sind die Dehnmessstreifen auf einer Mantelfläche angeordnet, so können Änderungen der Kreisbogenlänge festgestellt werden. Sind die Dehnmessstreifen auf einer Mantelfläche eines Zylinders parallel zur Längsachse angeordnet, so werden Längenänderungen entlang der Längsachse detektiert. Je nachdem, ob also eine Torsion, eine axiale oder eine radiale Längenänderung oder eine Verscherung gemessen werden soll, können die Dehnmessstreifen oder sonstige verwendete Sensoren entsprechend angeordnet werden.
Im Fall einer Torsion können die Sensoren mit der entsprechenden Messrichtung auf einem Kreis um die Längsachse herum angeordnet werden. Eine Torsion wird im Idealfall nicht die äußere makroskopische Form des Prüfdorns bzw. des Zylinderabschnitts ändern, sondern wird sich lediglich dadurch auswirken, dass kontinuumsmechanisch das Material um die Längsachse herum verdreht wird. Diese Positionsänderung wiederum führt zu einer Längenverzerrung, sodass die Dehnmessstreifen gemäß der zu erwartenden Verzerrung angeordnet werden können.
Bei einer Anordnung auf einem Kreis in einer Ebene senkrecht zur Längsachse wird der Dehnmessstreifen, der eine gewisse Breite aufweist, selbst in der Regel verschert, weil entlang seiner Breite die torsionsbedingte Verschiebung unterschiedlich groß ist. Wird der Dehnmessstreifen so angeordnet, dass er zumindest teilweise eine Komponente in Richtung der Längsachse aufweist, so kann auch bezüglich dieser Komponente eine Längenänderung festgestellt werden. Bei einer axialen Deformation wird ein Sensor mit einer Messrichtung, die parallel zur Längsachse ausgerichtet ist, ebenfalls eine Änderung anzeigen. Handelt es sich um eine radiale Deformation des Prüfdorns, so können die Dehnmessstreifen ebenfalls auf einem Kreis angeordnet werden, der in einer Ebene senkrecht zur Längsachse liegt. Durch die radiale Deformation wird sich der Umfang des entsprechenden Kreises ändern, sodass diese Änderung mit einer solchen Anordnung erfassbar ist. Eine Verscherung in Form einer Biegung senkrecht zur Längsachse kann durch die Messstreifen gemessen werden, die parallel zur Längsachse ausgerichtet sind.
Wie bereits dargestellt, kann durch Kombination der entsprechenden Sensoren bzw. Sensoranordnung auch festgestellt werden, wie unterschiedliche Belastungen sich auf den Prüfdorn auswirken und wie diese ggf. das Spannverhalten des Spannfutters beeinflussen. Durch diese Ausführungsvariante der Erfindung können also vielfältige Informationen gewonnen werden, die bislang nach dem Stand der Technik nicht zugänglich waren.
Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der wenigstens eine Sensor außerhalb des zur Aufnahme durch das Spannfutter bestimmten Einspannbereichs angeordnet, insbesondere in axialer Richtung zum Einspannbereich verschoben, weil das Drehmoment vornehmlich in diesem Bereich, in dem der Prüfdorn nicht gehalten wird, sich auswirkt. Es ist aber durchaus denkbar, dass auch innerhalb des Einspannbereichs Sensoren vorgesehen sind, die beispielsweise infolge des Einspannens ins Spannfutter bewirkte Materialdeformationen oder dergleichen zu ermitteln.
Die Einspannung im Spannfutter sowie die Auswirkungen eines Drehmoments sind idealerweise rotationssymmetrisch um die Längsachse auch gleich. Um in vorteilhafter Weise insbesondere Abweichungen hiervon feststellen zu können, die in der Praxis auftreten, können die Sensoren symmetrisch zur Achse des Zylinders angeordnet sein, insbesondere auch in gleichmäßigen Winkelabständen um die Achse des Zylinders. Auch sind Vergleichsergebnisse auf in Bezug auf die Längsachse gegenüberliegenden Seite möglich.
Die Kopplungsvorrichtung, die eine Kopplung zwischen dem einen Drehmoment auswirkenden Werkzeug, beispielsweise einem Drehmomentschlüssel, und dem Prüfdorn bewirkt, sollte insbesondere mindestens die Stabilität des Spannfutters aufweisen. Aus diesem Grunde wird hier in der Regel nicht lediglich ein reines zylindrisches Profil eingespannt, sondern die Kopplungsvorrichtung kann beispielsweise als Mehrkant, beispielsweise als Außen- oder Innensechskant ausgebildet sein. Auch andere geometrische Formen oder die Verwendung sternförmiger Schlüssel sind möglich. Ein solches Mitnahmeprofil bewirkt, dass das Werkzeug aufnahmeseitig sich stärker verhakt und somit die Stabilität beim Drehen vergrößert werden kann, wodurch auch der Messbereich des Prüfdorns erweiterbar ist.
Bei einer besonders bevorzugten Weiterbildung der Erfindung kann die Messvorrichtung für verschiedene Größen des Spannfutters vorgesehen sein. Dies ist grundsätzlich durch mehrere technische Maßnahmen denkbar: Zum einen kann bei einer Ausführungsvariante der Erfindung eine Verstellvorrichtung zur Verstellung des Durchmessers des Einspannbereichs vorgesehen sein. Hierzu ist es denkbar, dass der Außenmantel des Prüfdorns in mehrere Segmente eingeteilt ist, die in einem bestimmten Bereich radial nach außen bewegt werden können, sodass sich der Durchmesser des Einspannbereichs ändert. Bei einer derartigen Verstellvorrichtung ist es aber insbesondere zu beachten, dass die Auswirkungen der Verstellung sich möglichst wenig auf die eigentliche Messung auswirken. Bei der Verstellung muss ein hohes Maß an mechanischer Stabilität gewährleistet sein. Darüber hinaus kann in der Regel beim Prüfdorn dann kein idealer Zylinder mehr angenommen werden, sondern es liegen zum Beispiel mehrere, voneinander unabhängige Einzelkörper vor, die durch das wirkende Drehmoment oder die ansonsten wirkende Verspannung unabhängig oder nur teilweise unabhängig voneinander beeinflusst werden.
Darüber hinaus kann auch ein Adapter zur Anpassung des Einspannbereichs an unterschiedliche Spannfuttergrößen vorgesehen sein. Bei einem derartigen Adapter bzw. bei einer derartigen Ausführungsform der Erfindung ist es vorteilhaft, wenn der Adapter das wirkende Drehmoment entsprechend gut auf den adapterlosen Teil des Prüfdorns überträgt. Gegebenenfalls müssen die von den Dehnmessstreifen ermittelten strukturellen Änderungen oder ermittelten Drehmomente umgerechnet werden, weil durch Aufschieben eines Adapters z. B. das Spannfutter an einem größeren Radius des Prüfdorns anliegt und somit das wirkende Drehmoment beeinflusst ist. Dennoch kann in besonders vorteilhafter Weise durch eine Auswertungssoftware oder dergleichen bei einer Verwendung einer entsprechenden Verstellvorrichtung eines Adapters eine Umrechnung erfolgen, sodass in der Tat ein besonders flexibler Einsatz der Messvorrichtung ermöglicht wird.
Da die Messvorrichtung bzw. der Prüfdorn mechanischen Belastungen ausgesetzt ist, ist es in der Regel vorteilhaft, wenn die vom Sensor erfassten Messdaten bzw. Signale nach außen übertragen werden, um sie dort auswerten zu können. Damit der Sensor praktisch an beliebiger Stelle eingesetzt werden kann, ohne auf Platzgegebenheiten oder dergleichen Rücksicht nehmen zu müssen, kann insbesondere eine Drahtlosübertragung (per Bluetooth, RFID oder dergleichen) vorgesehen sein. Denkbar ist auch eine drahtgebundene Übertragung, wenn aus Platzgründen oder bedingt durch die mechanische Belastung ein Draht nicht störend wirkt. Denkbar ist auch, dass in der Messvorrichtung und/oder im Prüfdorn eine Speichervorrichtung zur Speicherung der Messdaten vorgesehen ist, soweit diese ebenfalls nicht durch die mechanische Belastung beeinträchtigt wird oder bestehende Platzvorgaben sprengt.
Die Messvorrichtung kann also im Wesentlichen den entsprechenden Prüfdorn umfassen, kann aber auch zusätzliche Komponenten, wie z. B. die Übertragungsvorrichtung, oder, bei einem Ausführungsbeispiel der Erfindung sogar eine Auswertungseinrichtung zur Verarbeitung bzw. Auswertung der Messsignale umfassen. Diese Auswertungseinrichtung kann sodann mit der Übertragungsvorrichtung verbunden oder verbindbar sein, wobei eine feste Verbindung insbesondere bei einer drahtgebundenen Vorrichtung gegeben ist. Unter einer Auswertung kann jegliche Art der Datenverarbeitung verstanden werden. Oftmals sind die Messsignale an sich noch nicht in üblichen Einheiten angegeben, sondern es liegen lediglich sensortypische Spannungsgrößen oder dergleichen vor.
Auch eine weitergehende Auswertung kann grundsätzlich durch eine solche Auswertungseinrichtung erfolgen. Denkbar ist aber auch, dass die Auswertungseinrichtung nicht in der Messvorrichtung integriert oder daran angeschlossen ist, sondern eine separate Auswertung mit den gespeicherten Messdaten erfolgt. Eine direkt damit verbundene oder verbindbare Auswertungseinrichtung ermöglicht aber eine unmittelbare Auswertung, insbesondere in Echtzeit (Real-time-Messungen).
Die Messvorrichtung gemäß der Erfindung bzw. nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung kann in vorteilhafter Weise im Zusammenhang mit einem Prüfstand eingesetzt werden, beispielsweise zum Überprüfen eines Spannfutters oder aber in Verbindung mit einem Prüfstand, bei dem etwa eine Drehmomentübertragung als Kenngröße aufgenommen werden soll oder z. B. ein Drehmomentschlüssel kalibriert wird. Bei einem derartigen Prüfstand können die bereits genannten Vorteile ohne Weiteres ebenfalls genutzt werden. Ein Prüfstand simuliert eine entsprechende Maschine, beispielsweise eine Werkzeugmaschine im Einsatz, nimmt dabei jedoch Messdaten und Kenngrößen auf, die zur Charakterisierung und zur Prüfung der Funktionsweise der Maschine dienen können.
Dazu kann bei einem Ausführungsbeispiel der Erfindung etwa ein ein Drehmoment ausübendes Werkzeug in Zusammenhang mit einem solchen Prüfstand vorgesehen sein, welches an die Kopplungsvorrichtung koppelbar oder sogar fest angekoppelt ist. Die Messvorrichtung mit dem entsprechenden Prüfdorn kann Teil des Prüfstandes sein. Insofern ist eine feste Ankopplung des Prüfdorns an das Werkzeug des Prüfstandes denkbar. Es ist aber genauso möglich, dass das Werkzeug z. B. über eine Mehrkantverbindung lediglich auf den Prüfdorn aufgesteckt wird. Ein Prüfstand ermöglicht in vorteilhafter Weise einen vollständig automatisierten Testvorgang, der unabhängig ist vom individuellen und beim Menschen stets unterschiedlichen Ziehverhalten, wenn nämlich eine Person mit einem Drehmomentschlüssel ein Drehmoment erzeugen soll.
Ausführungsbeispiele
Ausführungsbeispiele für die Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden nachstehend unter Angabe weiterer Einzelheiten und Vorteile näher erläutert. Im Einzelnen zeigen:
1: eine schematische Darstellung einer Messvorrichtung gemäß der Erfindung, die in ein Hydrodehnspannfutter eingesetzt wird,
2: eine weitere schematische Darstellung einer Messvorrichtung gemäß der Erfindung, bei der eine drahtgebundene Verbindung zur Auswerteeinheit sowie des Weiteren ein Speichermedium vorgesehen sind,
3: eine schematische Darstellung einer Verscherung eines zylindrischen Prüfdorns,
4: eine schematische Darstellung einer Stauchung eines Prüfdorns, sowie ferner
5: eine schematische Darstellung eines Prüfstandes gemäß der Erfindung.
1 zeigt eine Messvorrichtung 1, die in ein Spannfutter 2 eingesetzt wird. Die Messvorrichtung 1 umfasst einen Prüfdorn 3, welcher wiederum in seiner Grundform zylindrisch ausgebildet ist. Spannfutterseitig ist ein Bereich 4 des Prüfdorns 3 zum Einspannen als Einspannbereich vorgesehen. In 1 ist oberhalb des Einspannbereichs 4 ein zunächst freier Bereich vorgesehen. Ferner schließt sich am anderen Ende, welches dem spannfutterseitigen gegenüberliegt, eine Kopplungsvorrichtung 5 an. Die Kopplungsvorrichtung 5 wiederum besteht im vorliegenden Fall aus einem Außenvierkant. An die Kopplungsvorrichtung 5 wird ein Werkzeug zum Ausüben eines Drehmoments angekoppelt bzw. von oben aufgesteckt. Unmittelbar oberhalb des Einspannbereichs 4 sind Sensoren 6 auf Kreislinien um die Längsachse des zylindrischen Prüfdorns 3 herum angeordnete Dehnmessstreifen vorgesehen. Unterhalb der Kopplungsvorrichtung 5 wiederum befindet sich eine Übertragungsvorrichtung 7, welche drahtlos die von den Sensoren 6 erfassten Messdaten übermittelt und beispielsweise an eine Auswerteeinheit weitergibt.
2 zeigt eine ähnliche Messvorrichtung 11, wie sie in 1 dargestellt ist, mit einem Prüfdorn 13 und einem Einspannbereich 14 sowie einem darüber angeordneten, mit Sensoren 16 bestückten Teil. Am dem dem Einspannbereich gegenüberliegenden Abschnitt des Prüfdorns 13 ist eine Kopplungsvorrichtung 15 in Form eines Innensechskants vorgesehen. An dieser Seite befindet sich auch die Übertragungsvorrichtung 17, die einen Slot 18 zum Einführen einer SD-Speicherkarte umfasst.
Die Übertragungsvorrichtung 17 wiederum kann aber auch über einen Draht 19 mit einer Auswerteeinheit 20 kommunizieren bzw. die gewonnenen Messdaten übermitteln, die dann in der Auswerteeinheit 20 ausgewertet werden. Ein entsprechender Prüfdorn 23 ist beispielsweise in 3 dargestellt. Im unteren Bereich SF ist eine Lagerung bzw. Einspannung des Prüfdorns in einem Spannfutter angedeutet. Im oberen Bereich W wiederum wird über ein Werkzeug ein Drehmoment ausgeübt. Ein Teil des werkzeugseitigen Bereichs des Prüfdorns 23 ist somit auch, zumindest solange das Fließverhalten des Materials nicht einsetzt, verdrehbar. Da der spannfutterseitige Teil SF eingespannt und somit fest ist und der werkzeugseitige Teil W wiederum frei ist, kann sich dieser werkzeugseitige Teil ohnehin am meisten verdrehen. Die entsprechenden Darstellungen zur Torsion des Prüfdorns 23 sind mit dem Bezugszeichen 24 versehen. Der werkzeugseitige Teil ist am meisten verscherbar, während zum Einspannbereich SF hin der Grad der Torsion stetig abnimmt. Ein entsprechender Dehnmessstreifen 26 ist seitlich mit der Orientierung seiner Messrichtung angeordnet. In der Darstellung der 3 wird er horizontal auf die Mantelfläche des zylindrischen Prüfdorns 23 geklebt, sodass die Verdrehungen des Prüfdorns 23 vermessen werden können. Insbesondere können mehrere Dehnmessstreifen übereinander entlang der Längsachse A des Prüfdorns 23 angeordnet werden.
4 zeigt eine Deformation eines Prüfdorns bzw. Probekörpers 31, der durch die angedeutete Kraft F zunächst entlang seiner Längsachse gestaucht wird, was mit dem Bezugszeichen 32 angedeutet ist. Zur Beibehaltung des Volumens wird sich der Probekörper radial nach außen hin ausdehnen, was mit dem Bezugszeichen 33 erklärt ist. Dementsprechend können die Dehnmessstreifen entweder parallel zur Längsachse A angeordnet werden. Eine Stauchung kann beispielsweise durch eine in 4 vertikale Anordnung eines Dehnmessstreifens realisiert werden.
5 wiederum zeigt einen Prüfstand 40 mit einer Messvorrichtung 41 gemäß der Erfindung. Der Prüfstand 40 umfasst ein einen Drehmoment ausübendes Werkzeug 42, welches über eine Kopplungsvorrichtung 43 an den Prüfdorn 44 über die Kopplungsvorrichtung 43 ankoppelt. Im unteren Bereich wird ein Hydrodehnspannfutter 45 eingesetzt, welches überprüft werden soll. Darüber hinaus umfasst der Prüfdorn eine Übertragungsvorrichtung 46, die über eine Drahtlosverbindung mit der Steuerung des Prüfstandes 40 zusammenwirken kann. Dementsprechend ist ein Monitor 47 in 5 dargestellt, der eine typische Kurve einer solchen Messvorrichtung zeigt. Das wirkende Drehmoment D wird über eine Messeinrichtung am Werkzeug 42 bestimmt. Die auf dem Prüfdorn 46 vorgesehenen Dehnmessstreifen prüfen die Torsion des Prüfdorns 44. Über die Übertragungsvorrichtung werden diese an eine Auswertevorrichtung im Prüfstand 40 weitergegeben, sodass letzten Endes in der Anzeigevorrichtung 47 eine typische Messkurve, bei der das Drehmoment D über der Längenänderung ΔL aufgetragen wird, wobei das Drehmoment D an einer bestimmten Stelle zusammenbricht, sobald die Verspannung im Spannfutter 45 nachlässt und der Prüfdorn 44 durchrutscht.
Bezugszeichenliste

1: Messvorrichtung
2: Spannfutter
3: Prüfdorn
4: Einspannbereich
5: Kopplungsvorrichtung
6: Sensor
7: Ringvorrichtung zur Übertragung von Messdaten
11: Messvorrichtung (drahtgebunden/mit Speicher)
13: Prüfdorn
14: Einspannbereich
15: Kopplungsvorrichtung
16: Sensoren
17: Übertragungsvorrichtung bzw. Speicherplatz
18: SD-Slot
19: Drahtverbindung
20: Auswerteeinrichtung
23: Prüfdorn
24: schematische Darstellung der Torsion
26: Dehnmessstreifen
31: Prüfdorn
32: Stauchung
33: radiale Ausdehnung bei Verformung
40: Prüfstand
41: Messvorrichtung
42: Werkzeug
43: Kopplungsvorrichtung
44: Prüfdorn
45: Spannfutter
46: Übertragungsvorrichtung
47: Monitor
A: Längsachse
F: Kraftwirkung bei Stauchung
SF: Spannfutter-Einspannbereich
D: Drehmonent
ΔL: Längenausdehnung

Claims

Messvorrichtung (1, 11, 41) zum Messen eines Drehmoments und/oder zum Überprüfen eines Spannfutters (2, 45) zum Einspannen von Werkzeugen in einer Werkzeugmaschine und/oder zum Kalibrieren eines Drehmomentschlüssels, umfassend einen Prüfdorn (3, 13, 23, 44), welcher in das Spannfutter (2, 45) mit radial wirkender Spannkraft einspannbar ist, wenigstens einen Sensor (6, 16, 26) zum Erfassen einer mechanisch-strukturellen Änderung des Prüfdorns (3, 13, 23, 44), insbesondere einer Deformation und/oder einer Torsion des Prüfdorns, sowie eine Kopplungsvorrichtung (5, 15, 43) zur Aufnahme und/oder Kopplung eines ein Drehmoment auf den Prüfdorn (3, 13, 23, 44) ausübenden Werkzeugs (42).
Messvorrichtung (1, 11, 41) nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Prüfdorn (3, 13, 23, 44) der zur Aufnahme durch das Spannfutter (2, 45) bestimmte Einspannbereich (14, SF) als Zylinder ausgebildet ist.
Messvorrichtung (1, 11, 41) nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens einer der Sensoren, insbesondere alle Sensoren einen Dehnmessstreifen (26) umfassen.
Messvorrichtung (1, 11, 41) nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine Sensor (6, 16, 26) dazu ausgebildet und/oder angeordnet ist, folgende mechanisch-strukturellen Änderungen des Prüfdorns zu vermessen: – eine Torsion des Prüfdorns und/oder – eine axiale Deformation des Prüfdorns, insbesondere eine Stauchung und/oder Dehnung des Prüfdorns und/oder – eine radiale Deformation des Prüfdorns und/oder – eine Verscherung des Prüfdorns.
Messvorrichtung (1, 11, 41) nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine Sensor (6, 16, 26) auf einem Kreis um die Achse des Zylinders herum angeordnet ist.
Messvorrichtung (1, 11, 41) nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens zwei Sensoren (6, 16, 26) vorgesehen sind und die wenigstens zwei Sensoren eine Messrichtung aufweist, welche die Anordnung des jeweiligen Sensors bei der Durchführung einer Messung bestimmt und wobei der jeweilige Sensor dazu ausgebildet ist, so ausgerichtet zu werden, dass seine Messrichtung in der Richtung liegt, in der die zu vermessende strukturelle Änderung zu erwarten ist, wobei die wenigstens zwei Sensoren auf einem Kreis und/oder parallel bezüglich ihrer Messrichtung ausgerichtet sind.
Messvorrichtung (1, 11, 41) nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine Sensor (6, 16, 26) außerhalb des zur Aufnahme durch das Spannfutter bestimmten Einspannbereichs (14, SF) angeordnet ist, insbesondere in axialer Richtung zum Einspannbereich verschoben.
Messvorrichtung (1, 11, 41) nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens zwei der Sensoren (6, 16, 26) vorhanden sind, welche symmetrisch zur Achse des Zylinders angeordnet sind und/oder welche in gleichmäßige Winkelabständen um die Achse des Zylinders angeordnet sind.
Messvorrichtung (1, 11, 41) nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kopplungsvorrichtung (5, 15, 43) als Mitnahmeprofil, insbesondere als Außenvierkant oder Innensechskant ausgebildet ist.
Messvorrichtung (1, 11, 41) nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Verstellvorrichtung zur Verstellung des Durchmessers des Einspannbereichs vorgesehen ist.
Messvorrichtung (1, 11, 41) nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Adapter zur Anpassung des Einspannbereichs an unterschiedliche Spannfuttergrößen vorgesehen ist.
Messvorrichtung (1, 11, 41) nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Übertragungsvorrichtung (7, 17, 18, 19, 46) zur Übertragung der durch den wenigstens einen Sensor (6, 16, 26) erfassten Messdaten vorgesehen ist, welche insbesondere drahtlos und/oder drahtgebunden ist und/oder eine Speichervorrichtung zur Speicherung der Messdaten aufweist.
Messvorrichtung (1, 11, 41) nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Auswertungseinrichtung (20) vorgesehen ist, um die Signale des wenigstens einen Sensors (6, 16, 26) zu verarbeiten und/oder auszuwerten, welche mit der Übertragungsvorrichtung verbunden und/oder verbindbar ist.
Prüfstand (40) zum Prüfen einer Drehmomentübertragung und/oder zum Überprüfen eines Spannfutters zum Einspannen von Werkzeugen in einer Werkzeugmaschine und/oder zum Kalibrieren eines Drehmomentschlüssels, dadurch gekennzeichnet, dass eine Messvorrichtung (1, 11, 41) nach einem der vorgenannten Ansprüche vorgesehen ist.
Prüfstand (40) nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein ein Drehmoment ausübendes Werkzeug (42) vorgesehen ist, welches an die Kopplungsvorrichtung (43) koppelbar und/oder an die Kopplungsvorrichtung (43) angekoppelt ist.