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Drehmomentmeßgerät Gur Ermittlung von Drehmomenten in Wellensträngen
von Werkzeugmaschinen ist es bekannt, Momentgeber mit Dehnungsmeßstreifen zu verwenden.
Meist finden dabei hohlzylindrische Torsionsfedern Verwendum, da diese relativ große
Meßflächen und, im Hinblick auf mechanische Störgrößen, eine große Biegesteifigkeit
aufweisen. Trotzdem lassen sich Verfälschungen der Messung durch solche Störgrößen,
wie axiale Schubkräfte oder Biegemomente, nicht vollständig ausschließen.
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Es ist zwar möglich, eine Verlagerung der Meßstellen in Bereiche vorzunehmen,
in denen diese Störgrößen weitgehend
ohne Einfluß auf die Messung
sind, z.B. in den Bereich von Lagern. Bei den bekannten Antriebssystemen von schweren
Werkzeugmaschinen ist dies jedoch in aller Regel mit erheblichen Schwierigkeiten
bei der Montage der Momentgeber verbunden, da deren Spindellager zumeist nur schwer
zugänglich sind. Außerdem sind dann die Reibungsverluste in den Lagern zu erfassen,
was exakt kaum möglich ist, d.h. bei der Messung von relativ kleinen Drehmomenten
lassen sich keine genaueren Meßergebnisse mehr erzielen.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, aufzuzeigen, wie bei
der Messung von Drehmomenten der Einfluß mechanischer Störgrößen, wie axiale Schubkräfte
und Biegemomente, eliminiert werden kann, ohne daß eine derartige nstellenverlagerung
erforderlich ist.
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Ausgehend von einem Drehmomentmeßgerät mit einer zylindrischen Torsionsfeder
als Momentgeber wird däzu erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß die Torsionsfeder einerseits
gegenüber einer Antriebswelle und andererseits in einem rohrförmigen Abtriebsflansch
axial verschiebbar angeordnet ist, wobei dieser gegenüber der Antriebswelle sowohl
radial und axial abgestützt als auch drehwinkelbeweglich ist.
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Bei einem derartigen Meßgerät wird die Torsionsfeder im wesentlichen
nur auf Verdrehung beansprucht, da in axialer Richtung wirkende cchubkräfte und
Biegemomente über den Abtriebsflansch die Antriebswelle belasten. Solche mechanischen
Störgrößen sind also ohne jeglichen Einfluß auf eine Messung, so daß auch vergleichsweise
kleine Drehmomente noch genau ermittelt werden können. Das Drehmomentmeßgerat kann
damit unmittelbar zwischen dem Abtriebsflansch der Antriebswelle und einem Werkzeug
eingeschaltet werden, d.h. Messungen können im Bereich des Werkzeuges erfolgen.
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ur Abstützung des Abtriebsflansches kann dieser in einem an der Antriebswelle
angeflanschten Rohrstück über Wälzlager axial und radial gelagert sein; dadurch
ist er bei verurenung der lorsiol;sieder gegenüber der Antriebswelle nahezu reibungsfrei
drehbeweglich.
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Die Torsionsfeder kann des weiteren gegenüber einem zwischen der Antriebswelle
und dem Rohrstück eingefügten ringförmigen Zwischenflansch axial verschiebbar sein.
Zur Montage des Meßgerätes brauchen dann am jeweiligen Wellenende keine besonderen
Veränderungen mehr vorgenommen werden.
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Die Erfindung ist anhand eines Ausführungsbeispieles, wie in der Zeichnung
dargestellt, nachfolgend näher erläutert.
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Dabei werden vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung beschrieben.
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Die Zeichnung zeigt eine Draufsicht auf ein teilweise aufgebrochenes
Drehmomentmeßgerät 1, welches mittels Schraubenbolzen 2 an einer nicht weiter dargestellten
Antriebswelle 4 z.. einer Werkzeugmaschinenspindel, angeflanscht ist.
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Dieses DrehmomentmeEgerät 1 besteht aus einer hohlzylindrischen Torsionsfeder
4, die einerseits über eine Kerbverzahnung 5 mit einem an den Abtriebsflansch der
Antriebswelle 3 angepaßten ringförmigen Swischenflansch 6 und andererseits über
eine weitere Kerbverzahnung 7 mit einem rohrförmigen Abtriebsflansch 8 verbunden
ist. Bei der gewählen Verbindung ist die Torsionsfeder 4 in dem vom Abtriebsflansch
der Antriebswelle3und einem Sprengring 9 begrenzten Bereich axial verschiebbar,
und zwar sobald sie auf Schub beansprucht wird.
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Der Abtriebsflansch 8, an dem eine Aufnahmevorrichtung 10 für ein
nicht dargestelltes Werkzeug mittels Kopfschrauben 11 befestigt ist, stUtzt sich
des weiteren in einem an
den vwischenflansch 6 anschließenden Rohrstück
12 ab.
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Dazu sind Wälzlager 13, 14, 15 und 16 vorgesehen, so daß der Abtriebsflansch
8 gegenüber dem Rohr stück 12 drehwinkelbeweglich ist. Die im Bereich der Torsionsfeder
4 angeordneten Wälzlager 13 und 14 bilden dabei eine Lagereinheit, d.h. sie sind
mit eInem gemeinsamen Außenring 17 und Innenring 18 versehen, wobei dieser aus Montagegründen
geteilt ist. Als Wälzkörper dienen in einem nicht dargestellten Käfig geführte Kugeln
19 und Rollen 20; letztere sind einerseits durch diesen Käfig und andererseits durch
einen Federring 21 gegen axiales Verschieben gesichert. Zur Sicherung des Innen-
und Außenringes 18 bzw.17 bzw. 18 sind des weiteren FederrrLnge 22 bzw. 23 vorgesehen.
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Diese Lagereinheit ist sowohl radial als auch axial belastbar, wobei
das Wälzlager 13 im lSinblickauf eine Verschiebung des Abtriebsflansches 8 in Abtriebsrichtung
als Gegenlager dient; es braucht also nur geringere chubkräfte aufzunehmen. Demgegenüber
werden das axiale und radiale Wälzlager 15 bzw. 16, welche durch einen Zwischenring
24 voneinander getrennt sind, jeweils für sich zur Lastaufnahme herangezogen, und
zwar überwiegend im Hinblick auf axiale Schubkräfte bzw. Biegemomente, welche am
abtriebsseitigen Ende des Abtriebsflansches 8 einwirken.
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Durch diese axiale und radiale Lagerung des Abtriebsflansches 8 im
Rohr stück 12 ist bei der Messung von Drehmomenten gewährleistet, daß sich die ?rsionsfeder4
gegelber der Antriebswelle 3 unbehindert verwinden kann; der Abtriebsflansch 8 kann
dann nämlich im Rohrstück 12 eine nahezu reibungsfreie Drehbewegung ausführen. Die
dabei an der Torsionsfeder 4 hervorgerufenen LS.ngenänderungen können durch bekannte
Dehnungsgeber, wie Dehnungsmeßstreifen, ermittelt werden; diese werden zweckmäßig
im mittleren, taillenartigen Bereich der Torsionsfede 4
aufgeklebt.
Auf die Messung haben axiale Schubkräfte oder Biegemomente keinen Einfluß; diese
belasten anstelle der Torsionsfeder 4 über die Wälzlager 15 und 16 das Rohrstrick
12 und damit die Antriebswelle 3. Die Torsionsfeder 4 ist außerdem bei Beanspruchung
auf Schub noch axial verschiebbar.
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Bei einem derartigen Drehmomentmeßgerät ist damit eine Verfälschung
der Messung durch mechanische ,törgroßen nicht möglich. diese können zusatzlich
am Rohrstück 12 getrennt erfaßt werden, welches zu diesem Zweck eine taillenartige
Einschnürung 25 aufweist. Ar dieser Stelle geringerer Idanddicke sind dadurch auch
kleinere Längenänderungerl des Rohrstückes 12 noch meßbar.
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Es sei noch vermerkt, daß die Übertragung der Meßwerte von den Dehnüngsmeßstreifen
zu einer feststehenden Meßbriicke in bekannter Weise mittels Schleifringe oder induktivRalso
berührungslos erfolgen kann.
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- Patentansprüche -