DE2149438C3 - Anordnung zum Messen der Komponente einer auf einen Körper wirkenden Kraft - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft eine Anordnung zum Messen der Komponente einer auf einen Körper wirkenden Kraft in Stauchrichtung eines Stauchkörpers mit Meßscheiben und je mehreren Dehnungsmeßstreifen, die auf den Meßscheiben so angebracht sind, dail die Stauchung der Meßscheiben in axialer Richtung meßbar ist.

Für adaptive Regelkreise an Werkzeugmaschinen werden zur Erfassung der Meßgrößen Sensoren benötigt, die für die Anwendung in der Fertigung möglichst wartungsfrei und unabhängig von Fertigungsgegebenhciten arbeiten sollen. Speziell zur Erfassung von Schniltkräften sind bisher wenig Verfahren bekanntgeworden, die diesen Forderungen gerecht werden.

In F i g. I ist ein Ausführungsbeispiel einer solchen Messung nach dem Stand der Technik dargestellt. Danach ist es bekannt, z. B. zur Schnittkraftmessung beim Drehen Befestigungsschrauben 1 eines Werkzeughalters 2 mit einem Planschieber 3 als Meßwertaufnehmer aus7iih^;.!rlpn Zu diesem Zweck werden Hie Schrauben mit Dehnungsmeßstreifen versehen. Die Summe aller Kräfte durch die Schrauben wird elektrisch gebildet und zur Anzeige gebracht. Damit die zu messende Schnittkraft definiert erfaßt werden kann, muß der gesamte Kraftfluß durch die Schrauben geleitet werden. Das ist nur dann möglich, wenn der Planschieber 3 und der Werkzeughalter 2 keinen großflächigen Kontakt besitzen, sondern die Verbindung über Abstandsstücke 4 erfolgt, die als Zwischenscheiben zu den Befestigungsschrauben 1 ausgebildet sein können.

Die Empfindlichkeit dieser Meßanordnung ist jedoch sehr gering, da die Steifigkeit des Werkzeughalters 2 gegenüber den Abstandsstücken 4 als zu groß angesehen werden muß, so daß vorwiegend eine Verformung der Abstandsstücke 4 erfolgen wird, die mit den Befestigungsschrauben 1 einen mechanischen Untersetzer bilden, zumal das Längenverhäiinis von Schraube zu Zwischenstück direk: die relative Längenänderung der Befestigungsschrauben 1 beeinflußt (Dissertation Hannover [1956], V i k t ο r. H.: »Beitrag zur Kenntnis der Schnittkräfte beim Drehen, Hobeln und Bohren«).

Es ist auch ein Vierkomponenten-Schniukraftmesser bekannt, der einem vierbeinigen rechteckigen Klachtisch mit Grundplatte, dessen vier axial hohlgebohrte Distanzstücke mit quadratischem Querschnitt die elastisch verformten Kraftaufnehmer darstellen, anliegt. Mit diesem Gerät können die drei Raumachsen und das Drehmoment um die z-Achse gemessen werden. Der Schnittkraftmesser hat jedoch einen erheblichen Platzbedarf (Feinwerktechnik, Heft 12, S. 596, Spalte 1 ab Mitte [1966], insbesondere Satz 3 des Abstracts).

Es ist außerdem bekannt, bei Schnittkraftmeßeinrich tungen Dehnmeßscheiben zu verwenden, die mit geeigneten Verformungskörpern, wie z. B. Hohlzylindern, in Verbindung stehen (Werkstattstechnik, Heft 6. S. 302 bis 308 [1959]. insbesondere Fig. 1, 5, 6, S. 302, Spalte 2. Absatz 2. S. 303, Zeile I bis 3, Seite 305, Spalte 1). Ferner ist es bekannt, eine Anordnung z.ur Messung einer Druckkraft mit Dehnmeßstreifen zu versehen, die einander gegenüberliegend auf einem verformbaren Körper angeordnet sind (US-PS 34 61 715). Die Dehnmeßstreifen sind dabei so mit einer Brücke verbunden, daß die Änderung der Spannung gemessen werden kann. Diese Anordnungen haben jedoch den Nachteil, daß sie nicht empfindlich genug sind und daß bei der Verwendung von mehreren Dehnstreifen eine Verstärkung notwendig ist.

Die Aufgabe besteht daher darin, eine Anordnung zum Messen der Komponente einer auf einen Körper wirkenden Kraft in Stauchrichtung eines Stauchkörpers mit Meßscheiben und je mehreren Dehnungsmeßstreifen, die auf den Meßscheiben so angebracht sind, daß die Stauchung der Meßscheiben in axialer Richtung meßbar ist, zu schaffen, welche eine genaue Messung unabhängig vom Kraftangriffspunkt erlaubt und bei geringer Bauhöhe einfach zu handhaben ist.

Die Aufgabe wird nach der Erfindung dadurch gelöst, daß der Körper auf mindestens zwei Meßscheiben geringer Höhe liegt, die je eine zum Temperaturausgleich dienende kraftisolierte Zone besitzen, und daß die Dehnungsmeßstreifen und die Temperaturausgleichsstrcifcn in einer Brückenanordnung parallel zu den Dehnungsmeßstreifen bzw. Temperaturausgleichsstreifen der anderen Meßscheiben angeordnet sind.

Die vorliegende Erfindung bietet eine Möglichkeit, Kräfte richtungsabhängig zu bewerten und ist z. B. geeignet, die Hauptschnittkraft beim Drehprozeß unabhängig von der Werkzeuglänge oder der Werkzeuglage als Istgröße für einen adaptiven Regler zu erfassen.

Weitere Ausbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen dargelegt.

Die Erfindung wird im folgenden an Hand von Zeichnungen näher erläutert.

F i g. 1 zeigt eine Meßanordnung nach dem Stand der Technik,

F i g. 2a eine Seitenansicht (Durchschnitt),

F i g. 2b eine Draufsicht einer Meßscheibe und

F i g. 3 eine elektrische Auswcrteschaltung.

Es werden als Abstandsstücke Meßscheiben 4 verwendet, die mit Dehnungsmeßstreifen verschen sind. Aus Gründen der Stabilität des Werkzeughaltersystems müssen die Meßscheiben 4 eine hohe Steifigkeit

in K.raftflußrichtung besitzen, so daß ihre Bauhöhe nur sehr klein sein darf. Solche Meßscheiben sind jedoch ais 'KrafiuiL-ßeinriehtung unter Verwendung von. Dehnungsmeßstreifen nicht gut geeigm L, da die durch unterschiedliche Reibung und Kontaktzonenflächen bedingten Randeinflüsse auf die Meßzone einen großen Einfluß ausüben. Insbesondere kann füi eine solche Meßscheibe keine Zone definierter Dehnung gefunden werden. Es gibt daher an einer solchen Meßscheibe geringer Bauhöhe keinen Ort. an dem eine genaue Messung möglich wäre.

Andererseits müssen thermische Einflüsse, die beim Druck auf die Meßscheibe auftreten, kompensiert werden. Um demnach zum Zwecke der thermischen Stabili'.at der Anordnung mit einem Brückenmeßverfahren '5 arbeiten zu können, bei dem die beteiligten Dehnungsmeßstreifen sich lemperaturgemäß auf gleichem Niveau befinden, wird die Meßscheibe mit einer Zone 5 versehen, die nicht am Kraftfluß beteiligt ist (F i g. 2). Auf oder in dieser neutralen Fläche wird ein Temperaturausgleichstreifen 6 für eine Halbbrücke befestigt. Wird die Meßscheibe z. B. als Ring ausgebildet, so werden auf oder in dem verbleibenden Umfang des Ringes ein oder mehrere Dehnungsme&streifen 7 zur Erfassung der Stauchung angebracht

Da an dem KrafifluB meist mehrere Meßscheiben beteiligt sind, muß die Messung der Summe aller Kräfte über eine elektrische Auswerteschaltung erfolgen. Diese wird gemäß Fig.3 vorgenommen. Bei herkömmlichen Meßbrücken wird die Brückenquerspannung zur Signalauswerlung verstärkt. Das würde in diesem Fall bedeuten, daß bei der Verwendung von nur einer Meßscheibe die Empfindlichkeit doppelt so hoch wäre als bei der einer Parallelschaltung von zwei Meßscheiben. Würde beispielsweise einer beiasteten Meßscheibe eine zweite unbelastete parafleS geschaltet, so würde sich der Gesamtwiderstand der Anordnung halbieren und damit auch das Verhältnis der durch Stauchung hervorberufenen Widerstandsänderung zum Gesamtwiderstand.

Um diesen Nachteil zu vermeiden, wird eine Brük kenquerstrommessung vorgenommen, bei der die Empfindlichkeit unabhängig von der Anzahl der verwendeten Meßscheiben konstant bleibt.

Hierzu 1 Blatt Zcichnunccn

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Anordnung zum Messen der Komponente einer auf einen Körper wirkenden Kraft in Stauchrichtung eines Stauchkörpers mit Meßscheiben und je mehreren Dehnungsmeßstreifen, die auf den Meßscheiben so angebracht sind, daß die Stauchung der Meßscheiben in axialer Richtung meßbar ist. dadurch gekennzeichnet, daß der Körper auf mindestens zwei Meßscheiben (4) geringer Höhe liegt, die je eine zum Temperaturausgleich dienende kraftisolierte Zone (5) besitzen, und daß die Dehnungsmeßstreifen (7) und die Temperaturausgleichss'.reifcn (6) in einer Brückenanordnung parallel zu den Dehnungsmeßstreifen (7) bzw. Temperaturausgleichsstreifen (6) der anderen Meßscheiben angeordnet sind.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Dehnungsmeßstreifen (7) und die Tempcraturausgleichsstrcifen (6) in einer Brückenanordnung mit Brückenquerstrommessung angeordnet sind.

3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßscheiben ringförmig gestaltet sind.

4. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die kraftisolierte Zone durch zwei Einschnitte gebildet wird, daß ihre Höhe geringer ist als die Höhe der Meßscheibe und daß sie Temperaturausgleichsstreifen enthält.