DE584022C - Messdose zum Messen von mechanischen Kraeften, insbesondere von Schnittkraeften, bei spanabhebenden Werkzeugmaschinen - Google Patents

Description

Die neue Meßdose beruht auf dem bei der Aufzeichnung von Schwingungen bereits verwandten Prinzip, die durch Änderung des Leitungsquerschnittes einer stromdurchflossenen Widerstandsflüssigkeit erzeugte Änderung des Ohmschen Widerstandes zu messen. Nach der Erfindung wird die Größe der zu messenden Kraft nun dadurch bestimmt, daß man diese Kraft eine Formänderung eines elastischen Teiles, z. B. einer Stahlmembran, herbeiführen läßt. Durch diese Formänderung wird die Änderung des erwähnten Leitungsquerschnittes der Widerstandsflüssigkeit bewirkt; die gemessene Änderung des Ohmsehen Widerstandes der Flüssigkeit ist dann ein Maß für die zu messende Kraft.

Gegenüber allen bekannten Meßvorrichtungen, bei denen die Größe der zu messenden Kraft dadurch bestimmt wird, daß sie auf

ao einen Werkstoff, der unter verschiedenen Belastungen unterschiedliche elektrische Eigenschaften aufweist, unmittelbar einwirkt und bei denen dann aus der Änderung der elektrischen Größen auf die Größe der Kraft geschlossen wird, hat die Erfindung den Vorteil, daß die Kraft selbst von Einbauteilen aufgenommen wird, die durch entsprechende Bemessung und Festigkeit zur Aufnahme selbst großer Kräfte geeignet sind. Erst die Formänderung dieses Bauteiles unter Einwirkung der Kraft wird zu ihrer Messung herangezogen. Die Widerstandflüssigkeit dient also nicht als Mittel zur Druckaufnahme- oder Weiterleitung wie in hydraulischen Meßdosen. Der Nachteil der Meßdosen mit unmittelbarer Einwirkung der Kraft auf den unter ihrer Einwirkung seine elektrischen Verhältnisse ändernden Werkstoff ist der, daß dieser Werkstoff die Gesamtkraft aufnehmen muß. Wegen der geringen Festigkeit solcher besonderen Werkstoffe, es sei z. B. an Säulen aus Kohlescheiben, die unter verschiedenen Drücken unterschiedlichen elektrischen Widerstand aufweisen, erinnert, sind entweder die von solchen Meßdosen aufnehmbaren Höchstbelastungen im Hinblick auf die in der Praxis vorkommenden, unmittelbar zu messenden Kräfte sehr gering, oder es sind bei größerer Tragfähigkeit der Meßdosen deren Ausmaße sehr bedeutend. Eine Verwendung bei spanabhebenden Werkzeugmaschinen kommt wegen des dort herrschenden Platzmangels gar nicht in Frage.

Außerdem ist zu bedenken, daß solche Er- 55 " scheinungen, wie Widerstandsänderung unter Druck, mit Strukturänderungen des Leiters verbunden sind und daß solche Strukturänderungen nur bis zu einem gewissen Grade umkehrbar sind. Dadurch ist auch der Bereich, innerhalb dessen sich die elektrischen Eigenschaften solcher Werkstoffe ändern

können, äußerst gering. Sie können deshalb nur in Meßgeräten mit sehr kleinem Meßbereich Verwendung finden.

Neben diesen Nachteilen ergeben sich bei den bekannten Vorrichtungen im praktischen Betrieb noch dadurch Schwierigkeiten, daß die Kraft genau zentrisch auf die Meßeinrichtung übertragen werden muß, was nur bei besonderen Vorsichtsmaßregeln gewährleistet to ist und nicht dauernd eingehalten werden kann.

Der Gegenstand der Erfindung umgeht alle diese Schwierigkeiten. Bei Anwendung des bereits oben gekennzeichneten Erfindungsgedankens kann durch entsprechende Ausbildung und Bemessung der kraftaufnehmenden Membran jede beliebig große Kraft gemessen werden. Die Ausmaße der Dose können bei der Vielzahl der für eine solche Membran verwendbaren Werkstoffe durch die Wahl eines entsprechend festen Werkstoffes so gering gehalten werden, daß der Einbau der Meßdose auch an den beengtesten Stellen möglich ist. Der Meßbereich ist demnach sehr groß. Da es sich nur um eine Widerstandsmessung handelt, die Änderung des Widerstandes aber sehr beträchtlich ist und verhältnismäßig starke Ströme zum Betrieb der Meßdose verwendet werden können, läßt es sich ohne weiteres erreichen, daß das Meßinstrument selbst örtlich getrennt von der Einbaustelle des Meßelementes aufgebaut werden kann, wobei -unter Berücksichtigung der Widerstände der Zuleitungen Meßfehler nicht entstehen.

So ergeben sich durch die vorliegende Erfindung einer neuen elektrischen Kraftmeß-, einrichtung gegenüber den bisher auf diesem Gebiete bekanntgewordenen elektrischen und hydraulischen Einrichtungen sehr wesentliche verwendungstechnische und wirtschaftliche Vorteile, die namentlich in der geringen Bauhöhe und Breite des Meßelementes, in der Fernleitbarkeit der die Kräfte anzeigenden Ströme auf große Entfernungen ohne Verstärkereinrichtungen oder Relais und in der Unempfindlichkeit gegenüber Störungen durch Induktionsströme bzw. vagabundierende Ströme bestehen. Außerdem sind die EIemente der Meßdose sehr einfach und deshalb mit geringen Mitteln zu erstellen. Hinzu kommt noch die Verwendung von einfachen Meßgeräten, die keinerlei Verstärkungseinrichtungen bedürfen".

Es gelingt mit dieser Einrichtung ohne weiteres, die Kräfte in bewegten Maschinenteilen, z. B. Schubkurbelgetrieben der Kraftmaschinen, oder in Pressen aller Art, im Werkzeughalter mit Abhebevorrichtung einer Tischhobelmaschine u. a. m. mit beliebiger Frequenz der Umsteuerbewegung auf die billigste und einfachste Art zu messen. Der Verwendungsbereich der neuen Meßdose ist nicht auf das Gebiet der Werkzeugmaschinen beschränkt, sondern die Meßdosen lassen sich vorteilhaft auch zur Messung von Achsdrükken bei Fahrzeugen, in den Walzenstühlen der Walzwerke, in mechanischen Antrieben und Getrieben jeder Art, von Drücken in geschlossenem Behälter u, a. m. beliebig verwenden.

Um· die bei manchen der bekannten Meßgeräte durchführbare Änderung des Meßbereiches auch' an der neuen Meßdose einfach zu erreichen, soll gemäß der Erfindung zwisehen den den Druck übertragenden Körper und die Membran ein auswechselbares Druckstück zwischengeschaltet werden (im Gegensatz zur bisher üblichen unmittelbaren Druckübertragung auf eine Membran), wobei die jeweilige Größe und Verteilung der auf die Membran wirkenden Fläche das Maß der Durchbiegung der Membran bestimmt. Durch Bereithaltung einer Mehrzahl verschiedener Druckstücke läßt sich die gleiche Meßdose in einer Mehrzahl von erheblich verschiedenen Meßbereichen anwenden.

Zur Vermeidung von Elektrolyse, wie sie bei Verwendung von Gleichstrom auftritt, kann außer Kompensationsschaltungen auch Wechselstrom verwendet werden; durch Anwendung von für diesen Sonderzweck entworfenen besonderen Instrumenten lassen sich Messungen mit Wechselstrom in betriebssicherer werkstattmäßiger Weise durchführen.

In den Abbildungen ist ein Ausführungsbeispiel einer Einrichtung dargestellt. Abb. ι zeigt einen Achsenschnitt, Abb. 2 einen Schnitt nach der Linie A-A der Abb. 1,

Abb. 3 'ein Schaltschema für Verwendung von Gleichstrom.

In Abb. ι ist in dem Grundkörper 4, der aus einem den elektrischen Strom nicht leitenden Werkstoff hergestellt wird, ein von der Mitte nach beiden Seiten hin schräg abfallender Hohlraum 5 eingefräst, der durch die öffnungen 6 mit einer Widerstandsfiüssigkeit, beispielsweise Bleinitratlösung, gefüllt no werden kann. An den Enden des Hohlraumes S sind Elektroden 7 und 8 angebracht, denen über metallische Schraubdichtungen 9 und 10 der Strom zugeführt wird. Die Isolierung der Flüssigkeit gegen die metallische Membran rr wird durch eine möglichst dünne, straff gespannte Gummihaut 12 erreicht. Die Membran 11 ist aus Stahl oder einem anderen elastischen Werkstoff hergestellt, so daß geringe Durchbiegungen, verbunden mit hoher Eigenfrequenz, trägheitslose Messungen gestatten. Die Membran 1 r

ist zwischen den Ringen 13 und 14 eingespannt und wird mit diesen und dem Grundkörper 4 durch mehrere auf den Umfang verteilte Schrauben 15 fest verbunden. An der Membran 11 ist ein Paßstück 16 befestigt, das in den Hohlraum 5 des Grundkörpers 4 mit Spiel hineinpaßt. Über der Membran 11 befindet sich ein Druckstück 17 mit einer Kugel 18, auf die sich der Meißel 19 stützt.

Die Wirkungsweise der Einrichtung ist folgende.

Die Vertikalkomponente der Schnittkraft beispielsweise wird von dem bei 20 gelenkig gelagerten Meißel 19 über die Kugel 18 auf das Druckstück 17 und durch dieses auf die Membran 11 übertragen. Letztere erfährt eine elastische Durchbiegung und vermindert den der Flüssigkeit in Hohlraum 5 an der engsten Stelle zur Verfügung stehenden Querschnitt. Damit wird der Widerstand des Flüssigkeitsleiters vergrößert. Die Änderung des Widerstandes ist proportional der Durchbiegung der Membran und damit der Größe der Schnittkraft. Um die Flüssigkeit in der Meß dose nicht unter Druck setzen zu müssen, kann an einer beliebigen Stelle des Hohlraums 5 im Grundkörper 4 ein Steigrohr nach außen geführt werden, so daß die Flüssigkeit mit der Außenluft in Verbindung steht und bei Durchbiegung der Membran ausweichen kann.

Die elektrische Schaltung der Meßdose kann beispielsweise nach dem Prinzip der Wheatstoneschen Brücke erfolgen. Verwendet man Gleichstrom, so wird eine die Meßgenauigkeit schädigende Elektrolyse oder elektrochemische Abscheidung eintreten. Diesem Übelstand kann durch Anordnung einer Kompensation gemäß Abb. 3 abgeholfen werden. Als Stromquelle für die Wheatstonesche Brückenschaltung verwendet man beispielsweise einen Akkumulator A, der an dem Widerstand B angeschlossen ist. Über den Vorschaltwiderstand C ist auch die Meßdose D angeschlossen. Zwischen dem Verbindungspunkt C und dem Schleifkontakt des Widerstandes B ist wahlweise ein Millivoltmeter E oder eine Oszillographenschleife F als Meßinstrument geschaltet. An die Klemmen der Meßdose D wird die Stromquelle G über den Schiebewiderstand H dergestalt angeschlossen, daß die Stromrichtung entgegengesetzt der der Stromquelle ^4 gerichtet ist. Dadurch ist die Elektrolyse oder elektrochemische Abscheidung für die Dauer mehrerer Stunden in einem die Meßgenauigkeit nicht beeinträchtigenden Maß zu halten. Bei Verwendung von Wechselstrom bedarf es der Kompensationsschaltung nicht. Auch mit dem Oszillographen läßt sich die Aufzeichnung der Widerstandsänderung dann noch durchführen, wenn man sich mit der Kenntlichmachung der Druckschwankungen in Zeitabständen, die der Periodenzahl entsprechen, begnügt. Weiter können bei Verwendung von Starkstrom normale Voltmeter als Anzeige- bzw. Registrierinstrumente verwendet werden, wodurch die Wirtschaftlichkeit der Meßeinrichtung noch verbessert wird.

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Meßdose zum Messen von mechanischen Kräften, insbesondere von Schnittkräften, bei spanabhebenden Werkzeugmaschinen, bei der die elastische Durchbiegung einer Membran, insbesondere einer Stahlmembran, elektrisch dadurch gemessen wird, daß durch die Durchbiegung der Membran der Leitungsquerschnitt einer stromdurchflossenen Widerstandsflüssigkeit in an sich bekannter Weise geändert wird.

2. Meßdose nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem den Druck übertragenden Körper (18) und der Membran (11) ein auswechselbares und hinsichtlich der Größe der Wirkungsfläche unterschiedliches Druckstück (17) angeordnet ist, so daß in an sich bekannter Weise der Meßbereich geändert werden kann.

3. Meßdose nach Anspruch 1, bei der 'zur Vermeidung von Elektrolyse und elektrochemischen Abscheidungen für die Messung Wechselstrom verwandt wird.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen