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Dehnungsaufnehmer für die Kraftmessung an Säulen oder Zugankern von
Maschinen Die vorliegende Erfindung betrifft einen Dehnungsaufnehmer für die Kraftmessung
an Säulen oder Zugankern von Maschinen, insbesondere Druckgeßmaschinen, bei denen
die durch die Krafteinwirkung auf die Säulen bzw. Zuganker erzeugten Dehnungen gemessen
werden und als Maß für die Größe der Kraft dienen.
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Derartige Dehnungsaufnehmer wurden bisher in Form von direkt auf die
Säulen bzw. Zuganker aufgeklebten Dehnungsmeßstreifen verwendet, wobei die auf die
Säulen bzw. Zuganker geklebten Dehnungsmeßstreifen bei der Montage hinderlich sind
und schwer zu schützen sind, ferner bei waagerechten Säulen oder Zugankern ein verfälschtes
Meßergebnis aufgrund der Durchbiegung dieser Maschinenelemente liefern und schließlich
nur ein sehr kleines Meßsignal liefern, da die der eingeleiteten Kraft entsprechende
Dehnung relativ gering ist.
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Eine weitere bekannte Ausführungsform der Dehnungsaufnehmer arbeitet
mit Kraftmeßringens welche an den Einspannstellen der Säulen bzw. Zuganker unter
die Befestigungsmutter eingebaut werden. Die Nachteile dieser Lösung liegen darin,
daß für jede Druckgießmaschine passende Kraftmeßringe konstruiert werden müssen,
daß die Einbaustellen sehr eng sind und daß die Krafteinleitung und die Verdrehungssicherung
Schwierigkeiten machen.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, dicse Nachteile zu vermeiden
und einen DehnungsauSnehmer zu schaffen, der einfach im Aufbau ist und dementsprechend
billig in der Herstellung, der für alle Maschinengrößen gleich ausgeuüIirt werden
kann, der gcgen Beschädigungen bei der Montage gut geschützt ist und auch is Betrieb
gegen Umwelteinflüsse abgeschirmt ist und der es schließlich gestattet, nur den
Bereich der Säule bzw. des Zugankers für die Messung zu verwenden, der keinerlei
Querschnittsänderungen in Form von Ansätzen, Bunden oder Gewinden aufweist.
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Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß die Säulen bzw. Zuganker
eine axiale Bohrung aufweisen, daß als Ende der Bohrung ein Meßstab befestigt ist
und daß das freie Ende des Meßstabes mit einer Meßvorrichtung zusamnenwirlit, die
den bei Belastung auftretenden Längenunterschied zwischen Säule bzw. Zuganker und
Meßstab als Kenngröße für die Belattung erfaßt.
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Bei einer solchen erfindungsgemäßen Ausführung des Dehnunmsaufnehners
erreicht man, daß alle seinc Elemente innerhalb der Säule geschützt angeordnet sind,
daß - abgesehen von evtl. unterschiedlichen Längen des Meßstabes - weitere Änderungen
am Dehnungsaufnehmer zur Anpassung an verschiedene Maschinengrößen unnötig sind
und daß die Größe des Meßsignals in einfacher Weise an die prSctischen Erfordernisse
angepaßt werden kann, inden man die Lange der Meßstrecke im Verllaltnis zur Lange
der Säule bzw. des Zugankers bemißt.
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Diese Anpassung kann besonders vorteilhaft dadurch erreicht werden,
daß die Meßvorrichtung am freien Ende eines konzentrisch zum Meßstab angeordneten
Rohres befestigt ist, dessen
anderes Ende in der Bohrung in Abstand
vom Ende des Meßstabes befestigt ist, wobei dieser Abstand die Länge der Meßstrecke
bestimmt.
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Auf diese Weise kann man, wenn man das Rohr so in der Bohrung der
Säule bzw. des Zugankers anordnet, daß die so gebildete Meßstrecke in einem Bereich
der Säule bzw. des Zugankers liegt, wo keinerlei Querschnittsänderungen in Form
von Ansätzen, Bunden oder Gewinden vorhanden sind, erreichen, daß die an diesen
Stellen auftretenden Unstetigkeiten in der Spannungsverteilung keinerlei Einfluß
auf das Meßergebnis haben.
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Ebenso wirkt sich dann eine Verschiebung des Befestigungspunktes,
z. B. der Mutter für die Säule bzw. den Zuganker, bei unterschiedlichen Formenhöhen
in einer Druckgußmaschine nicht aus, so daß bei gleicher Kraft stets die gleiche
Längenänderung der Meßstrecke eintritt und somit stets die gleiche Anzeige erfolgt.
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Gemäß einer ersten Ausführungsform ist als Meßvorrichtung ein induktiver
Wegaufnehmer vorgesehen.
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Gemäß einer weiteren Ausführung besteht die Meßvorrichtung aus einem
zum Meßstab koaxialen biegeweichen Rohrbiegekraftaufnehmer, der ein inQuerrichtung
mindestens zweimal geschlitztes Rohr aufweist, wobei mindestens ein Dehnungsmeßstreifen
auf mindestens einem der so gebildeten Querstege angeordnet ist und dessen eines
Ende mit der Säule bzw. dca Zuganker verbunden ist und dessen anderes Ende mit dem
freien Ende des Meßstabes verbunden ist.
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Bei dieser Ausführungsform wird die Verbindung zwischen dem Meßstab
und dem Rohr des Rohrbiegekraftaufnehmers vorteilhafterweise durch ein konzentrisch
angeordnetes weiteres Rohr erreicht, das den Meßstab umgreift und das einerseits
mit dem freien Ende des Meßstabes verschraubt ist und andererseits mit dem Ende
des RohrbicÓckraftaufnellmers verbunden i s t,
der selber wiederum
etwa in Höhe der Verbindung zwischen Meßstab und konzentrischem Rohr mittels einer
flanschartigen Scheibe mit der Säule bzw. dem Zuganker verbunden ist.
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Gemäß einer dritten Ausführungsform ist vorgesehen, die Meßvorrichtung
aus einem Biegeicraftgeber bestehen zu lassen, der einen quer zum Meßstab angeordneten
biegeweichen Biegebalken aufweist, dessen äußere Enden sich an der Säule bzw. dem
Zuganker abstützen und der in der Mitte mit dem Meßstab verbunden ist und daß an
der Stelle der größten Durchbiegung mindestens ein Dehnungsmeßstreifen vorgesehen
ist.
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Bei diesen beiden Ausführungsformen, die mit Dehnungsmeßstreifen arbeiten,
kann die Größe des Meßsignals auf einfache Weise den Bcdürfnissen angepaßt werden,
indem mehrere Dehnungsmeßstreifen in Serie geschaltet werden bzw., wenn sie auf
Zug bzw. Druck beansprucht sind, in entsprechenden Zweigen einer Meßbrücke angeordnet
werden, wodurch zusätzlich der Vorteil einer einfachen Temperaturkompensation crreicht
wird.
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Im nachfolgenden ist die Erfindung anhand dreier in den Figuren dargestcllten
Ausführungsbeispielen beschrieben und es zeigen: Fig. 1 eine schematische Darstellung
im Schnitt eines Dehnungsaufnehmers mit einem induktiven Wegaufnehmer, Fig. 2 eine
schematische Darstellung im Schnitt eines Dehnungsaufnehmers mit einem Rohrbiegekraftaufnehmer
und Fig. 3 einen Dehnungsaufnehmer im Schnitt mit einer Meßvorrichtung, die aus
einem Biegekraftgeber besteht.
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Unter Bezugnahme auf die Fig. 1 erkennt man die Säule bzw.
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den Zuganker 2, der mit einer =ialen Bohrung 2a versehen ist. Am Ende
dieser Bohrung 2a, deren Länge nach den baulichen Verhältnissen und der Lange der
erforderlichen Meßstrecke bestimmt wird, ist der Meßstab 4 eingeschraubt.
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Das freie Ende 4a des Meßstabes 4 ragt in eine Erweiterung 2b der
Säule bzw. des Zugankers 2 hinein, die am entgegengesetzten Ende vorgesehen ist.
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In einem Abstand, der der Länge der Meßstrecke entspricht, ist in
die Bohrung 2a das Ende Sb eines Rohres 8 eingeschratibt, das ebenfalls mit dem
freien Ende 8a in die Erweiterung 2b hineinragt.
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Der Meßstab 4 und das Rohr 8 sind in den Bohrungen mittels der Zentrierscheiben
10 und 12 geführt.
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Auf das Ende 8a des Rohres 8 ist der Klemmhalter 14 mittels der Schraube
16 festgeklemmt. Dieser Klelmzhalter 14 trägt die Meßvorrichtung in Form eines induktiven
Wegaufnehmers 6, dessen Anker 6a mittels der Mutter 7 an der Platte 18 befestigt
ist, die sIberwiederum mittels der Schraube 20 an freien Ende 4a des Meßstabes 4
befestigt ist.
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Die Erweiterung 2b ist durch den Deckel 22 verschlossen, der mittels
der Schrauben 24 befestigt ist und den Stecker 26 trägt.
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Tritt nun aufgrund einer Zugbeanspruchung in der Säule bzw.
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dem Zuganker 2 eine Dehnung auf, die sich als Verlägerung der Meßstrecke
zwischen dem Ende des Meßstabes 4 und dem Ende des Rohres 8 auswirkt, so folgt daraus
eine gleichgroße Verschiebung des freien Endes 4a des Meßstabes 4 gegenüber dem
freien Ende 8a des Rohrcs 8, so daß sich der Anker 6a im induktiven Wegaufuehmer
6 verschiebt.
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Dieser gibt-cin der Verschiebung entsprechendes Sibnal~ab, das direkt
zur Anzeige der auf die Säule bzw. den Zuganker 2 wirkenden Kraft benutzt werden
kann.
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Dieser erfindungsgemäße Dehnungsaufnehmer ist somit vollständig vor
Umlselteinflüssen geschützt, innerhalb der Säule bzw. des Zugankers 2 umtergebracht
und liefert direkt zur Anzeige verwertbare Meßsignale, die über den Stecker 26 abgegriffen
erden können. Eine evtl. Durchbiegung der Säule bzw. des Zugankers 2 bleibt ohne
Einfluß auf das Meßergebnis, da der Meßstab 4 in der neutralen Zone der Säule bzw.
des Zugankers 2 angeordnet ist. Auch kann die Meßstrecke stets so gelegt werden,
daß sie außerhalb von Querschnittsändenrngen in Form von Ansätzen, Bunden oder Gewinden
angeordnet ist, so daß auch diese Unstetigkeiten keinen Einfluß auf das Meßergebnis
haben.
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Ein weiterer Vorteil dieser Anordnung liegt darin, daß eine Veränderung
der beanspruchten Länge der Säule bzw. des Zugankers 2, dadurch, daß z. B. die Spannmuttern
bei unterschiedlichen Formenhöhen in Spritzgießmaschinen entsprechend nachgestellt
werden, keinen Einfluß auf das Meßergebnis haben, da die Meßstrecke auf jeden Fall
gleich bleibt.
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Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 2 ist eine Meßvorrichtung in Form
eines Rohrbiegekraftaufnehmers dargestellt. Hier wird der Meßstab 4 durch eine Zentrierscheibe
28, die mittels der Schrauben 30 in der Erweiterung 2b befestigt ist, geführt.
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Eine Rohrbiegemeßfeder 32 ist mittels der Schrauben 38 an einer flanschartigen
Scheibe 3G befestigt, die selber wiederum mittels der Schrauben 40 am Ende der Erweiterung
2b befestigt ist. Die Rohrbiegemeßfeder 32 ist mit Qucrschlitzen 32a, 32b versehen,
wodurch die Stege 52c entstehen, die relativ schmal sind und dadurch biegeweich
sind.
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Auf mindestens einem der Stege 32c, an der Stelle der größten Durehbiegung
ist ein Dehnungsmeßstreifen 46 befestigt. Die Verschiebung des Meßstabes 4 gegenüber
der Säule bzw. dem Zuganker 2 wird auf die Rohrbiegemeßfeder 52 mittels des Verbindungsrohres
34 übertragen, das mit seinem einen Ende mit dem Ende der Rohrbiegemeßfeder 32 verbunden
ist und daß mit seinem anderen Ende über die Unterlegscheibe 1A2 und die Rändelmutter
44 mit dem freien Ende 4a des Meßstabes 4 vcrbunden ist.
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Bei einer Verschiebung des Meßstabes 4 gegenüber der Säule bzw. dem
Zuganker 2 wird die RohrbiererleßSeder 52 gedehnt und die Stege 32c erleiden eine
entsprechende Durehbiegung.
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Dementsprechend entsteht im Dehmtngsmeßstreifen 46 ein Meßsignal,
das zur Anzeige der auf die Säule bzv. den Zuganker 2 wirkenden Kraft benutzt werden
kann. Falls das von einen Dehnungsmeßstreifen 46 erzeugte Meßsignal nicht ausreichend
ist, können mehrere Meßstreifen auf die Stege 32c aufgeklebt und miteinander in
Serie geschaltet werden, wenn sie gleichsinnig beansprucht werden oder aber in verschiedene
Zweige einer Brückenschaltung geschaltet werden, wenn sie gegensinnig beansprucht
werden.
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Bei der in Fig. 3 gezeigten Ausführungsform sind ebenfalls die Durchbiegung
eines Elementes der Meßvorrichtung benutzt, um ein Signal für die Größe der Beanspruchung
der Säule bzw.
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des Zugankers 2 abzugeben. In diesem Falle wird ein Biegcbalken 48
verwendet, der mit seinen äußeren Enden mit dem Ring 48a verbunden ist und der in
der Mitte in einen Ring 4Sb übergeht, der den Meßstab 4 umgreift. Das freie Ende
4a des Meßstabes 1 stützt sich über die Mutter 50 und die Scheibe 52 mit der Schneidc
52a in der Kerbe 48c des ab Ringes 48bso daß auch hier eine Vcrschiebung des freien
Endes 4a des Meßstabes 4 gegenüber dem Ende der Säule bzw.
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dem Zuganker 2 eine Durchbiegung des Biegebalkens 48 bewirkt.
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Diese Durchbiegung wird durch mindestens einen an der Stelle der größten
Durchbiegung angeordneten Dehnungsmeßstreifen 46 aufgenommen und das entstehende
Signal dient zur Anzeige der Beanspruchung der Säule bzw. des Zugankers 2. Auch
hier können, wie schon bezüglich der Fig. 2 gesagt, mehrere Dehnungsmeßstreifen
verwendet werden, um ein vergrößertes Signal zu erhalten.
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Wie man sieht, ist der erfindungsgemäße Dehnungsaufnehmer einfach
und robust im Aufbau und vollständig gegen Umwelteinflüsse geschützt. Er kann leicht
auch nachtrGglich in vorhandene Säulen bzw. Zuganker 2 eingebaut werden, soweit
die Möglichkeit besteht, in diesen eine zentrale Bohrung anzubringen.