DE4416872A1 - Meßeinrichtung zur Ermittlung von Kontakttemperaturen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft das Gebiet der Temperaturmessung an oder kurz unterhalb der Kontaktfläche fester oder zäher Körper. Mit der vorgestellten Erfindung können bevorzugt Werk­ zeuge der Umformtechnik mit unterschiedlichen Formelementen instrumentiert werden. Die Messung der in der Wirkfuge zwischen Werkstück und Werkzeug herrschenden Temperatur oder von Temperaturen unterhalb der Werkzeugoberfläche wird gewähr­ leistet. Somit werden Daten ermittelt, die

• - zur Beurteilung der Temperaturverhältnisse in der Wirkfuge Werkzeug/Werkstück,
• - zur Kontrolle der herrschenden Temperaturen an der Ober­ fläche und/oder in definierten Abständen unterhalb der Werk­ zeugoberfläche
• - zur Berechnung thermodynamischer Kenngrößen und
• - zur Verifikation und Aktualisierung von Rand- und Anfangs­ daten für simulatorische Rechnungen verwendet werden. Die Anwendung kann sowohl unter Laborbedin­ gungen als auch im praktischen Betrieb unter Produktionsbedin­ gungen erfolgen.

Für die Messung von Temperaturen in geschlossenen Systemen oder optisch nicht zugänglichen Bereichen, wie zum Beispiel der Wirkfuge zwischen einem Werkzeug und Werkstück, kommen in der Regel berührende Meßverfahren zur Anwendung. Das Thermo­ element hat sich hier als Sensor durchgesetzt. Bisher wurden üblicherweise durch das/den interessierende(n) Werkzeug/Kon­ taktkörper entsprechende Bohrungen bis an die Kontaktfläche bzw. kurz unterhalb der Oberfläche gebracht und das Thermoele­ ment bis zum gewünschten Meßpunkt geschoben. Durch diese Methode kann eine dauerhafte und exakte Fixierung jedoch nicht gewährleistet werden.

Für ein gegebenes Werkzeug ist eine Meßeinrichtung zu ent­ wickeln, die es gestattet, ein handelsübliches flexibles Thermoelement an einem definierten Punkt an oder unter der Werkzeugoberfläche zu fixieren und so zu verspannen, daß unter der Einwirkung von Kräften in den Randzonen oder Werkzeug­ schichten weder ein Verrutschen noch ein Verknicken des Sen­ sors möglich ist und deren konstruktive Auslegung es gestat­ tet, durch das einfache Wechseln des Thermoelementaufnehmers die Meßeinrichtung auch in anderen Systemen zu applizieren.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe mit einer Spannzange und ent­ sprechend konstruierten, aber variablen Aufnehmern gelöst.

Die Spannzange besteht aus einem zylinderförmigen Führungs­ teil, einem konischen Übergangsstück und einem verdickten Kopf, der geschlitzt ist. Der Spannzangenkopf ist mit zwei oder mehreren Schlitzen versehen, die so ausgeführt sind, daß sie zentrisch zusammenlaufen, so daß der Spannzangenkopf in einzelne, zueinander elastische Abschnitte unterteilt ist und daß mittig ein Loch mit dem Durchmesser der Thermoelementes entsteht. Bei entsprechender Dimensionierung der Innenbohrung der Spannzange sowie der Form und Anzahl der Schlitze im Spannzangenkopf und einer angepaßten Innenkontur des Aufneh­ mers sind gleichzeitig mehrere Thermoelemente aufnehm- und arretierbar.

Die Spannzange ist in ein zylindrisches Führungsrohr, an des­ sen Ende der Aufnehmer befestigt ist, einsetzbar. Die Befesti­ gung zwischen Aufnehmer und Führungsrohr kann trennbar, z. B. durch Verschrauben, oder untrennbar, z. B. durch Verschweißen, Verkleben, erfolgen.

Der Aufnehmer ist als Teil der auszumessenden Werkzeug- oder Kontaktoberfläche ausgelegt und entsprechend gestaltet und be­ sitzt eine Innenkontur, gegen die sich der Spannzangenkopf ab­ stützen kann und in deren Zentrum die Bohrung zur Aufnahme des Thermoelementes sitzt. Diese Bohrung kann je nach Meßaufgabe bei Messungen in der Wirkfuge Werkstück/Werkzeug als Durch­ gangsbohrung und bei Messungen in definiertem Abstand unter­ halb der Oberfläche als Grundbohrung mit definierter Boden­ stärke zur Oberfläche ausgeführt sein. Der Aufnehmer ist als Verschleißteil ausgeführt. In Abhängigkeit vom Anwendungsfall kann er aus einem anderen, dem Werkzeugwerkstoff angepaßten oder aus gleichem Werkstoff bestehen. Zur Erhöhung der Ver­ schleißfestigkeit kann die dem Werkzeug zugewandte Oberfläche durch entsprechende Verfahren behandelt sein.

Die durch die Schlitzung des Spannzangenkopfes entstehenden Segmente sind durch ein zum Spannzangenübergangsstück umge­ kehrt konischen Klemmring verspannbar. Ein zylindrisches, in das Führungsrohr einschraubbares zylindrisches Spannelement dient schließlich der Fixierung des Klemmringes. Eine zusätz­ liche Stützung des Thermoelementes ist durch ein separates, ebenfalls zylindrisches Element im Führungsteil der Spannzange möglich.

Ist das Thermoelement durch die Zange geschoben, durch das entstandene Loch zentriert und in den Aufnehmer eingepaßt, werden der Klemmring aufgeschoben und das Thermoelement fixiert, indem die durch die Schlitzung entstehenden Zangen­ kopfsegmente elastisch zueinander verspannt werden. Das zylin­ drische Spannelement wird in das Führungsrohr eingeschraubt und fixiert dabei den Klemmring. Das Thermoelement ist dadurch in der Vorrichtung fest verspannt, der Meßpunkt wird durch die Bohrung im Aufnehmer und das entsprechend eingeschobene Ther­ moelement bestimmt.

Die Meßeinrichtung ist als Kompaktteil außerhalb des vorberei­ teten Werkzeuges oder Kontaktkörpers montiert und wird kom­ plett eingesetzt und mittels Schlitzmutter gegen das Werk­ zeug/den Kontaktkörper verschraubt.

Die erfindungsgemäße Lösung erfüllt die folgenden Forderungen und Ansprüche:

• - Das Thermoelement wird mit der Vorrichtung fest verspannt und gegen ein Verrutschen gesichert.
• - Der Einspannpunkt ist nahe des Meßpunktes und damit einer möglichen Angriffsstelle für Kräfte, die am Meßpunkt, z. B. durch den vorbeifließenden Werkstoff oder andere Kontakt­ körper erzeugt werden. Damit wird die wirksame Dehn- bzw. Knicklänge minimiert, so daß ein Verknicken oder Stauchen des Thermoelementes und damit eine Veränderung des Meß­ punktes und/oder eine Zerstörung des Thermoelementes ver­ mieden werden.
• - Durch die variable Gestaltung des Aufnehmers können je nach Anwendungsfall unterschiedliche geometrische Kontaktkonturen bestückt und durch die freie Wahl des Werkstoffes entspre­ chende Werkstoffpaarungen mit unterschiedlichen Eigenschaf­ ten ausgemessen werden.
• - Auch bei sehr langen Thermoelementen (große Werkzeugabmes­ sungen) wird die Einhaltung eines definierten Meßpunktes an oder kurz unterhalb der Kontaktfläche dadurch gewährleistet, das die Vorrichtung außerhalb des zu instrumentierenden Körpers exakt zusammengefügt werden kann.
• - Die Fixierung am Meßpunkt und die Arretierung des Thermoele­ mentes können außerhalb des Werkzeuges erfolgen.
• - Bei Verschleiß der Kontaktoberfläche am Meßpunkt können ein neuer Aufnehmer genutzt oder der alte separat bearbeitet werden.

Die Erfindung soll an einem Ausführungsbeispiel näher be­ schrieben werden. Es wird eine rotationssymmetrische Gravur eines Gesenkschmiedewerkzeuges im Einlaufradius des Zapfens instrumentiert.

Das Mantelthermoelement (8) (Typ NiCr-Ni; ⌀ 1 mm) ist in eine konische, halbkugelförmig auslaufende Spannzange (1) so einge­ setzt, daß das Ende des Thermopaares hinausragt. Der gesamte Meßwertaufnehmer ist in ein zylindrisches Führungsrohr (4) eingeschraubt, mit dessen Kopf der Aufnehmer (5) durch Ver­ schweißen fest verbunden ist. Das Einschrauben wird mittels eines zylindrischen Spannelementes (3) mit Außengewinde vorge­ nommen, nachdem das Thermoelement (8) mit seiner Spitze ent­ sprechend in der Aufnehmerbohrung positioniert und durch Auf­ schieben des Klemmringes (2) arretiert ist. Die Spannzange (1) wird hierbei fest gegen den Aufnehmer (5) verspannt und der Klemmring (2) so gegen Verrutschen gesichert. Mittels Schlitz­ mutter (6) ist die gesamte Einrichtung gegen die Absatzbohrung des Gesenkes verspannt.

Claims (8)

1. Meßeinrichtung zur Ermittlung von Kontakttemperaturen mit­ tels Thermoelement, gekennzeichnet dadurch, daß ein zylin­ drisches Führungsrohr, eine Spannzange, bestehend aus einem zylinderförmigen Führungsteil, einem konischen Übergangs­ stück und einem verdickten Kopf, ein Aufnehmer, der als Teil der Werkzeugoberfläche ausgeführt ist, ein zum Über­ gangsstück umgekehrt konischer Klemmring und ein zylindri­ sches Spannelement so angeordnet sind, daß der verdickte Kopf der Spannzange der Innenkontur des auf dem Führungs­ rohr aufsitzenden Aufnehmers angepaßt und mit zwei oder mehreren radialen Schlitzen versehen ist, die so ausgeführt sind, daß sie zentrisch zusammenlaufen und den Zangenkopf in einzelne, zueinander elastische Abschnitte unterteilen, die durch den Klemmring, der auf das konische Übergangsteil der Spannzange auf schiebbar ist, gegeneinander verspannbar sind, und dessen Verspannung gegen den Zangenkopf mittels des zylindrischen Spannelementes die Arretierung des durch die Spannzange geführten und in der Bohrung des Aufnehmers eingepaßten Thermoelementes gewährleistet.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß das Thermoelement zusätzlich durch ein separates, ebenfalls zylindrisches Element im Führungsteil der Zange gestützt ist.

3. Einrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß der Aufnehmer durch Verschrauben lösbar oder durch eine nicht trennbare Verbindung mit dem zylindrischen Führungs­ rohr verbunden ist.

4. Einrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß der Aufnehmer eine an die jeweilige Oberflächenkontur des verwendeten Werkzeuges sowie auf die im Werkzeug angebrach­ te Bohrung angepaßte Oberflächenform und Einbauabmessung hat.

5. Einrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß die Bohrung des Aufnehmers je nach Meßaufgabe als Grundboh­ rung mit definierten Bodenstärken oder als Durchgangsboh­ rung ausgelegt ist.

6. Einrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß der Aufnehmer als Verschleißteil ausgeführt ist und ent­ sprechend dem Anwendungsfall aus unterschiedlichem, dem Werkzeug angepaßten, oder aus gleichem Werkstoff besteht.

7. Einrichtung nach Anspruch 1 und 6, gekennzeichnet dadurch, daß die dem Werkzeug zugewandte Oberfläche des Aufnehmers durch verschiedene Verfahren behandelt ist.

8. Einrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß in die Spannzange gleichzeitig mehrere Thermoelemente aufnehm­ bar sind.