DD244200A1 - Messgeraet fuer die an eingespannten halterungen wirksamen kraefte - Google Patents

Abstract

Die Erfindung ist anwendbar an einer Halterung und zentrisch gelagerter Zugstange, die einen Dehnmessabschnitt aufweist und deren Enden beidseitig aus der Halterung herausragen, wovon eines als Spannende zur Einleitung der Spannkraft ausgebildet ist, wie sie zum Spannen von Werkzeugkegeln in einer Maschinenspindel verwendet wird. Ziel der Erfindung ist, bei durch Federkraft eingespannten Halterungen die angreifenden Kraefte im einzelnen darzustellen. Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Messgeraet gemaess Anwendungsgebiet zu schaffen, bei der die Zugstange mit der Halterung und von dieser getrennt dem Federmechanismus unterworfen werden kann. Hierfuer ist die Zugstange in der Halterung axial bewegbar und mit Hilfe einer Verspanneinrichtung gegen einen Anschlag entgegen der Spannrichtung anlegbar. Das der Halterung abgewandte Ende der Zugstange ist in einer Stuetzvorrichtung verstellbar aufgenommen, die sich an der Spindel, in welcher die Halterung z. B. als Werkzeugkegel sitzt, abstuetzt. Fig. 1

Description

Hierzu 3 Seiten Zeichnungen

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung ist anwendbar an einer Halterung und darin zentrisch gelagerter Zugstange, die einen Dehnmeßabschnitt aufweist und deren beide Enden aus der Halterung herausragen, von denen ein Ende als Spannende zur Einleitung der Spannkraft ausgebildet ist, die z.B. zum Spannen von Werkzeugkegeln in einer Maschinenspindel dient.

Charakteristik des bekannten Standes der Technik

Es ist üblich, den Außenkegel eines Werkzeugschaftes im Innenkegel einer Maschinenspindel aufzunehmen und von einer Spannzange zu erfassen, welche den Kegel durch Federkraft in seinen Sitz hineinzieht und damit das Werkzeug spannt. Das DD-WP 125387 zeigt eine solche Spannung in der Spindel einer Werkzeugmaschine. In der Praxis ist es notwendig zu wissen, mit welcher Spannkraft das Werkzeug in der Maschinenspindel gesichert ist. Zur Bestimmung der Spannkraft von Werkzeugspanneinrichtungen sind somit Meßgeräte erforderlich, und das D^D-WP 147874 offenbart einen solchen Kraftmeßdorn. Dieser weist eine Halterung, die dem Werkzeugkegel entspricht, sowie eine darin zentrisch gelagerte Zugstange auf, deren beide Enden aus dem Werkzeugkegel herausragen und die mittels Flansch an der größeren Stirnfläche des Kegels angeschraubt ist. An dem in der Spindel aufzunehmenden Ende der Zugstange ist diese mit einem Spannknauf versehen. An diesem Ende sitzt auch in einer zentrischen Bohrung der Zugstange eine Meßstange fest, deren anderes Ende mit einem Feinanzeiger in Verbindung steht. Die Zugstange weist einen Dehnmeßabschnitt auf, deren Längenänderung unter der Einwirkung der Zugkraft über die Meßstange am Feinanzeiger sichtbar wird. Damit kann zwar die momentan am Spannknauf anliegende Zugkraft ermittelt werden, nicht ersichtlich sind jedoch die Kräfte, die durch Reibung sowohl im Federmechanismus als auch im Kegelsitz wirksam werden und auf die Spann-wie auch Lösekraft Einfluß nehmen.

Auch bei dem Prüfgerät für Felsanker nach DD-WP 140790 kann nur die Zugkraft insgesamt gemessen werden, die notwendig ist, um den Felsanker aus seiner Befestigung zu lösen. Dafür wird eine Zugspindel, die einen Dehnmeßabschnitt aufweist, auf den Felsanker geschraubt und an diesem wird gezogen, indem auf die Spindel eine Zugkraft aufgebracht wird, die von einem Stützrohr aufgenommen wird, das sich am Felsen abstützt. -

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist, bei durch einen Federmechanismus eingespannten Halterungen die Spann-, Löse-und Reibkraft sowie die Kraft-Weg-Kennlinien beim Spannen und Lösen des Federmechanismus einschließlich der Halterung im einzelnen zu !bestimmen.

-2- 244 Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Meßgerät mit einer Halterung und darin zentrisch gelagerter Zugstange, die einen Dehnmeßabschnitt aufweist und deren beide Enden aus der Halterung herausragen, von denen ein Ende als Spannende zur Einleitung der Spannkraft ausgebildet ist, zu schaffen, bei dem die Zugstange sowohl mit der Halterung zusammen als auch von dieser getrennt dem Federmechanismus unterworfen werden kann.

Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß die Zugstange in der Halterung axial bewegbar und entgegen der Spannrichtung durch eine Verspanneinrichtung an einen Anschlag anlegbar und das dem Spannende abgewandte Ende der Zugstange in einer an sich bekannten Stützvorrichtung aufgenommen ist, die an die Stirnfläche des Sitzes der Halterung anlegbar ist. Im Ausführungsbeispiel besteht die Verspanneinrichtung aus einer Mutter und einer Flanschbuchse, die an der äußeren Stirnfläche der Halterung befestigt ist und mit einem Bund in einer stirnseitigen Senkung der Halterung sitzt, wobei die Stirnfläche des Bundes den Anschlag bildet und in der Senkung ein Bund aufgenommen ist, den die Zugstange trägt, die außerhalb der Halterung mit einem weiteren Bund versehen ist, dessen der Halterung zugekehrte Stirnfläche die Anlagefläche für die Mutter bildet, welche auf einem Außengewinde der Flanschbuchse sitzt. Die Stützvorrichtung besteht aus einer Stützplatte und einem Lagerbock, die beide durch Stützanker verbunden sind und wovon der Lagerbock mit einem Axiallager versehen ist, das eine Stützschulter aufweist, an welcher in Spannrichtung eine Zugmutter anliegt, welche auf einem Gewindebolzen sitzt, der das andere Ende der Zugstange bildet. Im vorliegenden Fall ist der Dehnmeßabschnitt als Kraftmeßbügel ausgebildet, der einen Teil der Zugstange bildet und eine Meßuhr aufweist, während eine zweite Meßuhr an einem radial gerichteten Tragarm der _t Zugstange befestigt ist, deren Meßfühler an der der Halterung abgewandten Stirnfläche der Stützplatte anliegt. Die Halterung hingegen ist als Werkzeugkegel ausgebildet.

Mit dem erfindungsgemäßen Meßgerät besteht nunmehr die Möglichkeit, das Verhalten des Federmechanismus zu ermitteln, indem die Zugstange von der Halterung, d. h. im vorliegenden Fall dem Werkzeugkegel, getrennt werden kann und nunmehr mit Hilfe der Stützvorrichtung den Federmechanismus unmittelbr beauflagen bzw. gegen dessen Beauflagung nachgeben kann. Die Meßwerte, welche die Zugstange unter diesen Bedingung ausweist, spiegeln die im Federmechanismus wirksam werdenden Kräfte unverfälscht wieder, wobei sich auch die Reibkräfte darstellen lassen. Nimmt die Zugstange den Werkzeugkegel schließlich mit, werden die beim Lösen wirkenden Kräfte offenbar.

Ausführungsbeispiel

Die Erfindung soll nachstehend an einem bevorzugten Ausführungsbeispiel näher erläutert werden. In den zugehörigen Zeichnungen zeigen: \

Fig. 1: ein Meßgerät im Längsschnitt,

Fig.2: einen Schnitt nach Linie H-Il in Fig. 1,

Fig.3: die Kraft-Weg-Kennlinien.

In Fig. list die Halterung aisein Werkzeugkegel 1 dargestellt, der eine zentrische Bohrung 1.1 und an seinergroßen Stirnfläche 1.2 eine Senkung 1.3 aufweist, deren Bodenfläche mit 1.4 bezeichnet ist. In der Bohrung 1.1 ist eine Zugstange 2 aufgenommen. An deren am kleineren Ende des Werkzeugkegels 1 herausragenden Ende ist ein Spannknauf 2.1 befestigt. In der Senkung 1.3 ist ein Bund 2.2 aufgenommen, der auf der Zugstange 2 sitzt. Dem Spannknauf 2.1 abgewandt ist die Zugstange 2 mit einem Zwischenstück 2.3 verbunden, dessen dem Werkzeugkegel 1 zugewandte Stirnfläche als Schulter 2.31 dient. Das dem Spannknauf 2.1 abgewandte Ende der Zugstange 2 ist als Gewindebolzen 2.4 ausgebildet. Dieser ist mit dem Zwischenstück 2.3 durch einen Kraftmeßbügel 3 verbunden, der eine Meßuhr 3.1 aufweist. Auf dem Gewindebolzen 2.4 sitzt eine Zugmutter 4.1, deren äußeres Ende mit einem Drehgriff 4.11 versehen ist und die zu einer Stützvorrichtung 4 gehört, die des weiteren aus einem Lagerbock 4.2 sowie einer Stützplatte 4.3 besteht, welche mit dem Lagerbock 4.2 durch Stützanker 4.4 verbunden ist. Die Stützplatte 4.3 ist als Ringplatte ausgebildet und sitzt auf einer zylindrischen Führung 1.5 des Werkzeugkegels 1. Diesem abgewandt weist die Stützplatte 4.3 eine Stirnfläche 4.31 auf, an welcher der Meßfühler 5.1 einer weiteren Meßuhr 5 anliegt. Letztere ist an einem Tragarm 5.2 befestigt, der radial ins Zwischenstück 2.3 eingeschraubt ist. Im Lagerbock 4.2 ist ein Axiallager 4.21 vorgesehen, das eine Stützschulter 4.22 aufweist, an der sich die Zugmutter 4.1 in Richtung des Werkzeugkegels 1 abstützt. Die Zugstange 2 ist mittels Paßfeder 4.23 im Lagerbock 4.2 drehstarr gesichert.

Zwischen Werkzeugkegel 1 und Zwischenstück 2.3 ist eine Verspanneinrichtung 6 angeordnet. Diese besteht aus einer Kreuzlochmutter 6.1 und einer Flanschbuchse 6.2 mit Außengewinde für die Mutter 6.1 sowie einem Flansch 6.21, der an der großen Stirnfläche 1.2 des Werkzeugkegels 1 angeschraubt ist und mit einem Bund 6.22 in die Senkung 1.3 hineinragt, wo seine Stirnfläche6.23 einen axialen Anschlag für den Bund 2.2 der Zugstange 2 bildet. Griffe 7 sind zur Handhabung des Meßgerätes an den Stützankern 4.4 befestigt.

In Fig.2 ist dargestellt, wie der Werkzeugkegel 1 in einer Spindel 8 aufgenommen ist und derSpanhknauf 2.1 von einer Spannzange 9 erfaßt wird, die von einem nicht dargestellten Federmechanismus beaufschlagt wird. Wenn nachfolgend von Spannmechanismus gesprochen wird, so ist damit der Federmechanismus sowie die zu seiner Wirkung notwendigen Teile gemeint, die ebenfalls Reibkräfte hervorrufen, welche in die nachstehende Ermittlung eingehen. In Fig. 2 ist sichtbar, daß die Stützplatte 4;3TTiit der Spindel 8 über Nutensteine 8.1 drehstarr verbunden sind.

Das beschriebene Meßgerät wird zurErmittlung der in Fig.3 dargestellten Kraft-Weg-Kennlinien wie folgt gehandhabt: Vor Gebrauch wird zwischen Werkzeugkegel 1 und Zugstange 2 mit Hilfe der Verspanneinrichtung 6 Kraftschluß in beiden Richtungen hergestellt. Zu diesem Zweck wird die Kreuzlochmutter 6.1 in Richtung Zwischenstück 2.3 geschraubt, bis sie sich an die Schulter 2.31 anlegt und den Bund 2.2 mit ausreichender Kraft an die Stirnfläche 6.23 zieht. Damit werden die Bedingungen hinsichtlich Geometrie und Steife erfüllt, wie sie später bei einem vom Spannmechanismus erfaßten Werkzeug vorliegen.

Nunmehr wird das Meßgerät mit Hilfe der Griffe 7 in die Spindel 8 gemäß Fig. 2 eingesetzt, so daß die Spannzange 9 den Spannknauf 2.1 ergreifen und der Spannmechanismus an derZugstange2 wirksam werden kann, der somit den Werkzeugkegel 1 über die Schulter 2.31 des Zwischenstückes 2.3, über die Kreuzlochmutter 6.1 und den Flansch 6.21 der Flanschbuchse 6.2 in den Innenkegel der Spindel 8 zieht und dort zur Anlage bringt. Zur Gewährleistung dessen ist zu diesem Zeitpunkt die Stützvorrichtung 4 noch zurückgezogen, d.h. die Stützplatte 4.3 hat keinen Kontakt mit der Stirnfläche der Spindel 8. In Fig. 3 stellt die Linie ο die dem verwendeten Spannmechanismus eigene Kraft-Weg-Kennlinie im reibungsfreien Zustand dar. Ist der Werkzeugkegel 1 in der Spindel 8 gespannt, wird als nächstes begonnen, die Kraft-Weg-Kennlinie des Spannmechanismus beim Spannen zu ermitteln. Voraussetzung dafür ist, daß die Stützplatte 4.3 an die Stirnfläche der Spindel 8 zur Anlage gebracht wird. Zu diesem Zweck wird die Zugmutter 4.1 auf dem Gewindebolzen 2.4 in Richtung der Spindel 8 bewegt. Diese Bewegungsrichtung wird auch nach erfolgter Anlage der Stützvorrichtung 4 an der Spindel 8 beibehalten und somit die Zugstange 2 gegen die Spannkraft des Spannmechanismus beauflagt, was die Verspanneinrichtung 6 entlastet. Hierbei ist der Kraftanstieg durch Ablesen an der Meßuhr 3.1 und Umrechnung über die zum Kraftmeßbügel 3 gehörende Eichkurve zu bestimmen. Die erzeugte Stützkraft sollte zweckmäßig auf einen Wert Fs_p eingestellt werden, der für den zu prüfenden Spannmechanismus in der Regel bekannt ist und sich gemäß Fig. 3 nur zwischen den Grenzwerten Fs_p — Frsp und Fsp + Frsp + Frk bewegen darf. Als Bestätigung dafür, daß die Grenzwerte eingehalten wurden, weist die Meßuhr 5 vorerst keine Bewegung der Zugstange 2 gegenüber der Stützvorrichtung 4 aus, auch dann nicht, wenn nunmehr als Durchführung des nächsten Arbeitsganges die Kreuzlochmutter 6.1 zurückgeschraubt wird. Damit wird ein Weg des Bundes 2.2 in die Senkung 1.3 hinein freigegeben, was einen Weg der Zugstange 2 samt Spannmechanismus bis zu einem rückwärtigen Anschlag zuläßt. Nunmehr wird die Zugmutter 4.1 in entgegengesetzter Richtung gedreht, wodurch die Stützkraft abnimmt und die Zugstange der Spannkraft nachgeben kann. Diese wird sich vorerst nicht bewegen, solange die von außen aufgebrachte Kraft = F_SP - F_RSp ist. Erst dann kommt der Spannmechanismus in Bewegung und zieht sich in Richtung des rückwärtigen Anschlages zurück, wobei er die Zugstange 2 mitnimmt und diese den Bund 2.2, der sich dadurch von der Stirnfläche 6.23 weg in die Senkung 1.3 hineinbewegt. Dieser Vorgang wird mit Hilfe der Meßuhren 3.1 und 5 erfaßt und ist in der Kraft-Weg-Kennlinie a dargestellt. Zur Ermittlung der Kraft-Weg-Kennlinie beim Lösen wird zweckmäßiger Weise kurz vor Erreichung des rückwärtigen Anschlages die Bewegung der Zugmutter 4.1 umgekehrt, d.h. die Stützkraft steigt.wieder an. Da unter dieser Bedingung im Spannmechanismus Reibung in entgegengesetzter Richtung auftritt, wird vorerst wiederum ein Teil der Stützkraft als Reibkraft aufgezehrt, bis bei entprechend hoher Stützkraft der Spannmechanismus nachgibt und die Kennlinie b beginnt, die wieder mit Hilfe der Meßuhr 5 zur Ermittlung des Hubes s und mit Hilfe der Meßuhr 3.1 zur Ermittlung der Stützkraft bestimmt wird. Ist schließlich der Bund 2.2 wieder an der Stirnfläche 6.23 zur Anlage gelangt, hört vorerst die Bewegung auf, während die Stützkraft steigt, von der nunmehr ein Anteil zur Überwindung der Reibkraft Frk in Kegelsitz benötigt wird. Ist diese überwunden, wird der Werkzeugkegel 1 mitgenommen, wobei nunmehr die Stützkraft über den Verlauf c erst stark abfällt. Zur exakten Ermittlung des Kurvenverlaufs c ist es erforderlich, daß die Federsteife des Kraftmeßbügels 3 größer ist als die des Spannmechanismus. Unter dieser Bedingung kann der minimale Löseweg S_L gemäß Fig.3 ermittelt werden, den der Werkzeugkegel 1 beim Lösen aus der Spindel 8 zurücklegt. Nach dem Lösen des Werkzeugkegels 1 und beim weiteren Bewegen der Zugstange 2 nach außen wird nunmehr die Kennlinie b als c bis zu III fortgesetzt, welcher Weg notwendig ist, da üblicher Weise beim Ausstoßen eines Werkzeuges aus dem Kegelsitz der Spannmechanismus gegenüber der Spannstellung weiter zusammengedrückt wird. Zur Ermittlung der maximalen Ausstoßkraft ist dann der ermittelte kurvenabschnitt c dem oberen Bereich der Kurve d gemäß Fig. 3 zu überlagern. Zischen Bereich b und d kann die Kraft-Weg-Kennlinie des Spannmechanismus auch bei nichtlinearem Verlauf hinreichend genau interpoliert werden.

Für den Fall, da nur die Kraft interessiert, die den Werkzeugkegel 1 aus seinem Sitz zieht, braucht die Verspanneinrichtung 6 nicht gelöst zu werden, d. h. Zugstange 2 und Werkzeugkegel 1 bleiben gegeneinander verspannt. Dann wird nur die Summe der Kräfte Fsp + Frsp + Frk und evtl. noch der Beginn des Bereiches c aufgenommen.

Claims (5)

1. Erfindungsanspruch:

   1. Meßgerät mit einer Halterung und darin zentrisch gelagerter Zugstange, die einen Dehnmeßabschnitt aufweist und deren beide Enden aus der Halterung herausragen, wovon ein Ende als Spannende zur Einleitung der Spannkraft ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Zugstange (2) in der Halterung (1) axial bewegbar und entgegen der Spannrichtung durch eine Verspanneinrichtung (6) an einen Anschlag (6.23) anlegbar und das dem Spannende (2.1) abgewandte Ende der Zugstange (2) in einer an sich bekannten Stützvorrichtung (4) aufgenommen ist, die an die Stirnfläche des Sitzes (8) der Halterung (1) anlegbar ist.
2. 2. Meßgerät nach Punkt 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verspanneinrichtung (6) aus einer Mutter (6.1) und einer Flanschbuchse (6.2) besteht, die an der äußeren Stirnfläche (1.2) der Halterung (1) befestigt ist und mit einem Bund (6.22) in einer stirnseitigen Senkung (1.3) der Halterung (1) sitzt, wobei die Stirnfläche (6.23) des Bundes (6.22) den Anschlag bildet und in der Senkung (1.3) ein Bund (2.2) aufgenommen ist, den die Zugstange (2) trägt, die außerhalb der Halterung (1) mit einem weiteren Bund (2.3) versehen ist, dessen der Halterung (1) zugekehrte Stirnfläche (2.31) die Anlagefläche für die Mutter (6.1) bildet, welche auf einem Außengewinde der Flanschbuchse (6.2) sitzt.
3. 3. Meßgerät nach Punkt 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Stützvorrichtung (4) aus einer Stützplatte (4.3) und einem Lagerbock (4.2) besteht, die beide durch Stützanker (4.4) verbunden sind, und wovon der Lagerbock (4.2) mit einem Axiallager (4.21) versehen ist, das eine Stützschulter (4.22) aufweist, an welcher in Spannrichtung eine Zugmutter (4.1) anliegt, welche auf einem Gewindebolzen (2.4) sitzt, der das andere Ende der Zugstange (2) bildet.
4. 4. Meßgerät nach Punkt 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Zugstange (2) mit einem als Kraftmeßbügel (3) ausgebildeten Dehnmeßabschnitt versehen ist, der eine Meßuhr (3.1) aufweist, während eine zweite Meßuhr (5) an einem radial gerichteten Tragarm (5.2) der Zugstange (2) befestigt ist, deren Meßfühler (5.1) an der der Halterung (1) abgewandten Stirnfläche (4.31) der Stützplatte (4.3) anliegt.
5. 5. Meßgerät nach Punkt 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Halterung als Werkzeugkegel (1) ausgebildet ist.