DE3407620C2

DE3407620C2 -

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Publication number: DE3407620C2
Application number: DE19843407620
Authority: DE
Inventors: Klaus Prof. Dr.-Ing. 4006 Erkrath De Brankamp
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1984-03-01
Filing date: 1984-03-01
Publication date: 1989-03-02
Also published as: DE3407620A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Erfassung einer zwischen zwei gegeneinander bewegbaren Maschinenteilen auftre tenden Kraft mit mindestens einer zylindrischen Bohrung in mindestens einem der eine signifikante Teilkraft, vorzugsweise in Form von Materialspannungen, übertragenden Maschinenele mente und mindestens einem mittels eines zweiteiligen Halters in die Bohrung spielfrei eingesetzten und darin festgelegten Kraftmeßelement, wobei der Halter aus einer Außenhülse und einem zum vorderen Ende hin an Durchmesser zunehmenden inneren Befestigungselement besteht, die durch eine in axialer Rich tung erfolgende Relativbewegung unter Einspannung der Kraft meßelements in der Bohrung gegeneinander verspannbar sind, wo durch die Außenhülse am Maschinenelement festlegbar ist, für die Verwendung im Rahmen der Überwachung von beispielsweise umformenden oder zerspannenden, insbesondere zyklisch wieder kehrenden, Produktionsprozessen. Eine solche Vorrichtung ist aus der US 44 12 456 bekannt.The invention relates to a device for detecting a between two machine parts that can be moved against each other tendency with at least one cylindrical bore in at least one of the significant partial forces, preferably in the form of material tensions, transmitting machine elements elements and at least one using a two-part holder inserted into the bore without play and defined therein Force measuring element, the holder consisting of an outer sleeve and an inner diameter increasing towards the front end Fastener consists of an axial direction relative movement under restraint of the force Measuring elements are clamped against each other in the bore, where can be fixed by the outer sleeve on the machine element for the use in the context of monitoring, for example reshaping or machining, in particular cyclically again sweeping, production processes. Such a device is known from US 44 12 456.

Bei der Herstellung von Teilen ist es in der Mehrzahl der Fäl le erforderlich, die endgültige Form der Teile dadurch zu er zeugen, daß Rohlingen oder Zwischenprodukten eine entsprechen de Form gegeben wird. Bei einer derartigen Formgebung zur Her stellung von Teilen finden überwiegend solche Prozesse Anwen dung, bei denen die Formgebung durch eine Krafteinwirkung zwischen einem Werkzeug und dem Werkstück abläuft. Die Formge bung kann hierbei entweder durch eine Umformung oder Abformung des Werkstückes an der Werkzeugkontur erfolgen oder durch spanabhebende Prozesse, bei denen ausgehend von einem Rohteil des überflüssige Werkstoffvolumen mittels geeigneter Werkzeuge bis zur Fertigkontur abgetragen wird. In beiden Fällen treten zwischen dem Werkzeug und dem Werkstück Prozeßkräfte auf, welche die Formgebung bewirken.In the production of parts, it is mostly the case le required to achieve the final shape of the parts testify that blanks or intermediate products correspond to one de form is given. With such a shape Such processes are predominantly used for the provision of parts in which the shape is created by the application of a force between a tool and the workpiece. The form Exercise can be done either by forming or taking an impression of the workpiece on the tool contour or by machining processes in which starting from a blank the unnecessary volume of material using suitable tools is removed until the finished contour. In both cases, kick process forces between the tool and the workpiece, which effect the shape.

Für derartige Formgebungsprozesse ist es kennzeichnend, daß zwischen den bei der Formgebung wirkenden Kräften und der er zeugten Formgestalt des Werkstückes Korrelationen bestehen, die es ermöglichen, aus dem Verhalten der Prozeßkräfte Rück schlüsse zu ziehen, insbesondere darauf, ob der Formgebungs vorgang ordnungsgemäß, d.h. in seiner Gesamtheit in der vorge sehenen Art und Weise abläuft.It is characteristic of such shaping processes that between the forces acting in the shaping and the he correlations exist in the shape of the workpiece, which make it possible to return from the behavior of the process forces draw conclusions, especially on whether the shaping operation properly, i.e. in its entirety in the pre seen way expires.

Die aus der US-PS 44 12 456 bekannte Vorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 weist ein Kraftmeßelement mit Deh nungsmeßstreifen auf, das in einer zylindrischen Bohrung eines Maschinenelements mit Hilfe eines zweiteiligen Halters spiel frei eingesetzt und festgelegt ist. Dieser zweiteilige Halter besteht aus einer Außenhülse sowie aus einem inneren Befesti gungselement. Die Außenhülse ist am vorderen Ende mit einer scheibenförmigen Erweiterung versehen, deren Außendurchmesser im wesentlichen dem Innendurchmesser der Bohrung im Maschinen teil entspricht. Auf der vorderen Fläche dieser Scheibe der Außenhülse sind dabei die Dehnungsmeßstreifen angeordnet. Zur Fixierung der Außenhülse in der Bohrung des Maschinenteils dient das innere Befestigungselement. Zu diesem Zweck weist die Außenhülse eine zylindrische Innenbohrung auf, durch die hindurch das Befestigungselement gesteckt wird, das an seinem vorderen Ende eine konisch zulaufende Außenfläche aufweist, deren Außendurchmesser zum vorderen Ende des Befestigungsele ments hin zunimmt und die an der zylindrischen Innenbohrung am vorderen Ende der Außenhülse anliegt. Die Festlegung des zwei teiligen Halters in der Bohrung des Maschinenelements erfolgt dadurch, daß das innere Befestigungselement auf einem aus dem hinteren Ende der Außenhülse herausragenden Teil mit einem Ge winde für eine Spannmutter versehen ist, die sich auf einem Flansch der Außenhülse abstützt. Durch Anziehen der Spannmut ter erfolgt in axialer Richtung eine Relativbewegung zwischen dem inneren Befestigungselement und der Außenhülse, wobei die konische Außenfläche am vorderen Ende des inneren Befesti gungselements das vordere Ende der Außenhülse nach außen spreizt und so gegen die Innenwandung der Bohrung verspannt.The device known from US-PS 44 12 456 according to the The preamble of claim 1 has a force measuring element with Deh voltage measurement strips, which in a cylindrical bore Machine element play with the help of a two-part holder is freely used and fixed. This two-piece holder consists of an outer sleeve and an inner fastening supply element. The outer sleeve is at the front end with a provided disc-shaped extension, the outer diameter essentially the inside diameter of the bore in the machine part corresponds. On the front surface of this disc the The strain gauges are arranged on the outer sleeve. To Fixing the outer sleeve in the bore of the machine part serves the inner fastener. For this purpose points the outer sleeve has a cylindrical inner bore through which through the fastener is inserted on his front end has a tapered outer surface, whose outer diameter to the front end of the Befestigungsele ment increases and the on the cylindrical inner bore on lies at the front end of the outer sleeve. The determination of the two part holder in the bore of the machine element in that the inner fastener on one of the rear end of the outer sleeve protruding part with a Ge winch is provided for a tension nut that is on a The flange of the outer sleeve is supported. By tightening the clamping nut ter there is a relative movement between in the axial direction the inner fastener and the outer sleeve, the conical outer surface at the front end of the inner fastener gungselements the front end of the outer sleeve to the outside spreads and thus braced against the inner wall of the bore.

Bei dieser bekannten Vorrichtung ist von Nachteil, daß die Dehnungsmeßstreifen außen an der Außenhülse angebracht sind, was eine äußerst störanfällige Kabelabführung zur Folge hat. Aus diesem Grunde ist die Vorrichtung für einen problemlosen Ein- und Ausbau auch im Wege der Nachrüstung nicht sinnvoll einsetzbar. Darüberhinaus können je nach Einbausituation und Belastung unterschiedliche Steifigkeiten des Kraftmeßelements zum Tragen kommen, wodurch eine nicht gleichmäßige Beaufschla gung der Dehnungsmeßstreifen resultiert, was zu einem nicht linearen Verhalten im praktischen Betrieb führt.This known device has the disadvantage that the Strain gauges are attached to the outside of the outer sleeve, which results in an extremely fault-prone cable outlet. For this reason, the device is problem-free Installation and removal also makes no sense by retrofitting applicable. In addition, depending on the installation situation and Load different stiffnesses of the force measuring element come into play, causing a non-uniform exposure strain gauge results, which does not result in a linear behavior in practical operation.

Aus der DE-GM 83 11 141 ist ein Sensor mit einem zur Erzeugung von kraftabhängigen Signalen dienenden Piezoelement bekannt. Dieser Sensor besteht aus einem flachgedrückten Rohr aus biegsamem Material, an dessen vorderem Ende im Inneren des Rohres mittels einer Halterung das Piezoelement gehalten wird. Im rückwärtigen Bereich des Rohres sind in einem Mantel aus ebenfalls elastischem Material die Kabelzu- und -abführungen für das Piezoelement geführt. Der Sensor wird für den Einsatz in der Art eines Steckerstiftes in eine entsprechende Nut im zu überwachenden Maschinenteil eingeschoben und ggf. in dieser Nut dadurch gehalten, daß sie sich an ihrem vorderen Ende keilförmig verjüngt.From DE-GM 83 11 141 is a sensor with one for generation known from force-dependent signals serving piezo element. This sensor consists of a flattened tube flexible material, at the front end inside the Tube is held by means of a holder, the piezo element. In the rear area of the tube are made in a jacket the cable inlets and outlets are also made of elastic material performed for the piezo element. The sensor is for use in the manner of a connector pin in a corresponding groove in the inserted machine part to be monitored and if necessary in this Groove held by itself at its front end tapered wedge-shaped.

Der aus der DE-GM 83 11 141 bekannte Sensor ist aufgrund sei ner flachen Bauweise und der vorgesehenen Keilwirkung nur sta tisch einbaubar. Darüber hinaus ist es mit diesem Sensor nicht möglich, eine definierte Vorspannung zu erzeugen und er kann nicht in Bohrungen mit rundem Querschnitt eingesetzt werden. The sensor known from DE-GM 83 11 141 is due to be ner flat design and the intended wedge effect only sta built-in table. In addition, it is not with this sensor possible to generate a defined bias and he can not be used in holes with a round cross-section.

Aus der DE-PS 28 14 988 ist eine Vorrichtung mit einem Zwi schenteil zur Erfassung einer zwischen zwei gegeneinander bewegbaren Maschinenteilen auftretenden Kraft bekannt. Das Zwischenteil ist in den Kraftfluß zwischen den beiden gegen einander bewegbaren Maschinenteilen eingeschaltet und über trägt die gesamten Kräfte zwischen den beiden Maschinenteilen. Zur Vermeidung einer Überbelastung aufgrund der Belastung des Zwischenteils mit den in einem Maschinenteil auftretenden Ge samtkräften wird in einer für das Zwischenteil geschaffenen Trennebene das Maschinenteil unter Bildung eines Spaltes der art angeordnet, daß der Spalt bei Erreichen einer vorgegebenen Kraft geschlossen wird. Das mit Dehnmeßstreifen, versehene Zwischenteil wird auf diese Weise gegen Überbelastung ge schützt.From DE-PS 28 14 988 is a device with a Zwi Part to capture one between two against each other Moving machine parts force known. The Intermediate part is opposed to the flow of force between the two mutually movable machine parts switched on and over carries the entire force between the two machine parts. To avoid overloading due to the load on the In between with the Ge occurring in a machine part velvet forces is created in one for the intermediate part Parting plane the machine part to form a gap arranged that the gap when reaching a predetermined Force is closed. The one with a strain gauge Intermediate part is ge against overloading in this way protects.

Die aus der DE-PS 28 14 988 bekannte Vorrichtung ist umständ lich und aufwendig, weil in vielen Maschinen kein Platz zur nachträglichen Unterbringung von mit Kraftmeßelementen ver sehenen Zwischenteilen zur Verfügung steht und oftmals eine Änderung der Maschinenkonstruktion zwecks Einbringung von Zwi schenteilen zu aufwendig ist. Außerdem wird häufig der Ar beitsbereich der Maschine durch derartige Zwischenteile einge schränkt, beispielsweise durch eine Verkürzung der Hubhöhe bei Pressen.The device known from DE-PS 28 14 988 is cumbersome elaborate and complex because there is no space in many machines subsequent placement of ver with force measuring elements see intermediate parts is available and often one Modification of the machine design for the purpose of introducing two splitting is too expensive. In addition, the Ar beitsbereich the machine by such intermediate parts limits, for example by reducing the lifting height Press.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das Einset zen von Kraftmeßelementen in ein mindestens eine Teilkraft übertragendes Maschinenelement mit einfachen Mitteln zu ermög lichen, und zwar nicht nur bei der Herstellung derartiger Pro duktionsmaschinen, sondern auch nachträglich an vorhandenen Maschinen, und dazu bei der aus der US-PS 44 12 456 bekannten Vorrichtung die Anordnung des Kraftmeßelements an dem zweitei ligen Halter zu verbessern.The invention has for its object the use zen of force measuring elements in at least one partial force transferring machine element to enable with simple means Lichen, and not just in the manufacture of such Pro production machines, but also retrospectively on existing ones Machines, and this in the known from US-PS 44 12 456 Device the arrangement of the force measuring element on the second egg league holder to improve.

Diese Aufgabe wird bei einer Vorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 dadurch gelöst, daß gemäß dem Kennzeichen des Anspruchs 1 des innere Befestigungselement eine Innenhülse ist, die am vorderen Ende zwei abgestumpfte Keile aufweist, deren einander gegenüberliegende Planflächen das Kraftmeßele ment aufnehmen.This object is achieved in a device according to the preamble of claim 1 solved in that according to the characteristic of Claim 1 of the inner fastener an inner sleeve which has two blunted wedges at the front end, the opposing plane surfaces the force gauge record.

Eine nach dieser technischen Lehre ausgebildete Vorrichtung zur Erfassung einer zwischen zwei gegeneinander bewegbaren Ma schinenteilen auftretenden Kraft hat den Vorteil, daß die Kraftmeßelemente zentral am vorderen Ende der Innenhülse in deren Innern geschützt durch die Wandung dieser Innenhülse angeordnet werden können. Durch diese Innenanbringung der Kraftmeßelemente ist eine wenig störanfällige Kabelabführung im Inneren der Innenhülse möglich, so daß ein problemloser Ein- und Ausbau der Vorrichtung auch im Wege der Nachrüstung sehr leicht möglich ist.A device designed according to this technical teaching to detect a Ma between two mutually movable force occurring on the rail parts has the advantage that the force measuring elements centrally at the front end of the inner sleeve protected inside by the wall of this inner sleeve can be arranged. By attaching the inside Force measuring elements is a cable outlet that is not very susceptible to faults possible inside the inner sleeve, so that a problem-free Installation and removal of the device also by retrofitting is very easily possible.

Eine vorteilhafte Weiterbildung der Vorrichtung, wenn diese in an sich bekannter Weise mit einem Flansch an der Außenhülse versehen ist, ist dadurch gekennzeichnet, daß der Flansch ab gestuft ist, und seine kleine Stufe in einen erweiterten Teil der im Maschinenelement ausgebildeten Bohrung einsetzbar ist. Hierdurch wird nicht nur eine sichere Festlegung der zweitei ligen Hülse erreicht, sondern die Möglichkeit geschaffen, die zum Einbringen des Kraftmeßelements vorgesehene Bohrung abzu dichten, indem mindestens die kleine Stufe des Flansches mit einem Dichtring versehen wird. An advantageous development of the device if this in in a known manner with a flange on the outer sleeve is provided, is characterized in that the flange is tiered, and its small tier into an expanded part the hole formed in the machine element can be used. This will not only secure the second egg reached sleeve, but created the opportunity to provided for introducing the force measuring element from seal by using at least the small step of the flange is provided with a sealing ring.

Falls das mit der Bohrung versehene Maschinenelement beim Pro duktionsprozeß unterschiedlich stark belastet wird, so daß sich in verschiedenen Ebenen unterschiedliche Materialspan nungen ergeben, kann gemäß einer Weiterbildung der Erfindung die Innenhülse mit weiteren Planflächenpaaren zur Aufnahme jeweils eines Kraftmeßelements versehen sein, wobei jedem zu sätzlichen Planflächenpaar entsprechende Keilflächen an der Innenhülse und/oder Außenhülse zugeordnet sind und die Plan flächenpaare liegen im axialen Abstand voneinander. Hierdurch ist es möglich, in einer Bohrung und mit Hilfe einer zweitei ligen Hülse mehrere Kraftmeßelemente in ein zu überwachendes Maschinenelement einzubringen, wodurch die Qualität der Über wachung verbessert wird. Bei einer bevorzugten Ausführungsform der mit mehreren Kraftmeßelementen versehenen Vorrichtung können die Keilflächen teilkonisch sein und mit abgestuften Teilen der zylindrischen Innenfläche der Außenhülse zusammen wirken und die Innenhülse ist im vorderen Bereich geschlitzt. Diese erfindungsgemäße Ausbildung ergibt trotz der Anordnung mehrere Kraftmeßelemente eine besonders einfache konstruktive Ausbildung.If the machine element with the hole in the Pro production process is loaded differently, so that different material chips in different levels may result, according to a further development of the invention the inner sleeve with additional pairs of flat surfaces for mounting each be provided with a force measuring element, each to additional planar surface pair corresponding wedge surfaces on the Inner sleeve and / or outer sleeve are assigned and the plan surface pairs are axially spaced from each other. Hereby it is possible in one hole and with the help of a second egg current sleeve several force measuring elements in one to be monitored Introduce machine element, which improves the quality of the over security is improved. In a preferred embodiment the device provided with several force measuring elements the wedge surfaces can be partially conical and with stepped Share the cylindrical inner surface of the outer sleeve together act and the inner sleeve is slotted in the front area. This training according to the invention results despite the arrangement several force measuring elements a particularly simple constructive Training.

Bei einer weiteren Ausführungsmöglichkeit der Erfindung ist die Innenhülse in einzelne Abschnitte für jeweils ein Kraft meßelement unterteilt, die axial hintereinanderliegend ange ordnet sind und deren Kraftmeßelemente unabhängig voneinander durch jeweils eine Madenschraube zwischen Keilflächen ein spannbar sind, die an ebenfalls voneinander getrennten Außen hülsenabschnitten ausgebildet sind. Bei dieser Ausgestaltungs form ist es weiterhin erfindungsgemäß möglich, die einzelnen Außenhülsenabschnitte konzentrisch ineinander anzuordnen und jeweils mit einem Innengewinde für eine Madenschraube auszu statten.Another embodiment of the invention is the inner sleeve into individual sections for one force each measuring element divided, the axially one behind the other are arranged and their force measuring elements independently of each other with a grub screw between the wedge surfaces are exciting, which are also separate from each other sleeve sections are formed. With this design form it is also possible according to the invention, the individual Arrange outer sleeve sections concentrically in each other and each with an internal thread for a grub screw equip.

Um auch bei dieser Ausführungsform eine zuverlässige und spielfreie Festlegung jedes einzelnen Kraftmeßelementes umit telbar am zu überwachenden Maschinenelement sicherzustellen und schädliche Einflüsse durch zwischengeschaltete Teile der mehrteiligen Hülse zu vermeiden, wird mit der Erfindung schließlich eine Ausbildung vorgeschlagen, bei der jeder Außenhülsenabschnitt zumindest im Bereich seiner Keilflächen unmittelbar an der Innenwand der Bohrung im Maschinenelement anliegt, wozu der jeweils außenliegende Außenhülsenabschnitt mit entsprechenden Aussparungen versehen ist. To be reliable and reliable even in this embodiment backlash-free definition of each individual force measuring element umit ensure that the machine element to be monitored can be monitored and harmful influences from intermediate parts of the To avoid multi-part sleeve, the invention finally proposed training where everyone Outer sleeve section at least in the area of its wedge surfaces directly on the inner wall of the hole in the machine element is applied, for which purpose the outer sleeve section located in each case is provided with appropriate recesses.

Auf der Zeichnung sind fünf Ausführungsbeispiele der erfindungs gemäßen Vorrichtung dargestellt, und zwar zeigtIn the drawing are five embodiments of the Invention shown according to the device, and shows

Fig. 1 einen Längsschnitt durch ein in eine Bohrung eines Maschinenelements eingesetztes erstes Ausführungsbeispiel mit einem Kraftmeßelement, Fig. 1 shows a longitudinal section through an inserted into a bore of the machine element first embodiment with a force measuring element,

Fig. 2 einen Querschnitt gemäß der Schnittlinie II-II in Fig. 1, Fig. 2 shows a cross section according to the line II-II in Fig. 1,

Fig. 3 einen Längsschnitt durch ein zweites Ausführungs beispiel, Figure 3, for example. A longitudinal section through a second execution,

Fig. 4 einen Querschnitt gemäß der Schnittlinie IV-IV in Fig. 3, Fig. 4 shows a cross section according to the line IV-IV in Fig. 3,

Fig. 5 einen Längsschnitt durch ein drittes Ausführungs beispiel mit wiederum einem Kraftmeßelement, Fig. 5 shows a longitudinal section through a third execution example, again with a force measuring element,

Fig. 6 einen Querschnitt gemäß der Schnittlinie VI-VI in Fig. 5, Fig. 6 shows a cross section according to the line VI-VI in Fig. 5,

Fig. 7 einen Längsschnitt durch ein viertes Ausführungs beispiel der Vorrichtung, mit welcher zwei Kraft meßelemente in eine Bohrung eines Maschinenele ments eingesetzt werden, Fig. 7 is a longitudinal section through a fourth example of execution of the device with which two force measuring elements in a bore of a Maschinenele ments are used,

Fig. 8 einen Querschnitt gemäß der Schnittlinie VIII- VIII in Fig. 7, Fig. 8 is a cross section according to the line VIII-VIII in Fig. 7,

Fig. 9 eine weitere Ausführungsform für eine Vorrich tung zur Einbringung von zwei Kraftmeßelementen im Längsschnitt und Fig. 9 shows another embodiment for a Vorrich device for introducing two force measuring elements in longitudinal section and

Fig. 10 einen Querschnitt gemäß der Schnittlinie X-X in Fig. 9. Fig. 10 is a cross section according to the line XX in Fig. 9.

Das in den Fig. 1 und 2 dargestellte erste Ausführungsbeispiel zeigt ein Maschinenelement 1 beispielsweise einer vorhandenen Maschine, das mit einer Bohrung 1 a versehen ist, wobei diese Bohrung an Ort und Stelle angebracht werden kann. Diese Bohrung 1 a wird beispielsweise mit Hilfe eines Magnetständer-Bohrmaschine durch einen Hochleistungsbohrer in das Maschinenelement 1 in einem Bereich eingebracht, in dem signifikante Teilkräfte in Form von Materialspannungen herrschen.The first embodiment shown in FIGS. 1 and 2 shows a machine element 1, for example of an existing machine, which is provided with a bore 1 a , which bore can be made in place. This bore 1 a is made, for example, with the aid of a magnetic stand drilling machine through a high-performance drill in the machine element 1 in an area in which there are significant partial forces in the form of material stresses.

In diese Bohrung 1 a wird eine Außenhülse 2 eingesetzt, die zylindrisch ausgeführt ist und beim vorliegenden Ausführungsbeispiel im vorderen Bereich geschlitzt ist. Die Außenhülse 2 weist einen Flansch 2 b auf, der an der Außenseite des Maschinenelements 1 anliegt. Beim Ausführungsbeispiel besitzt die Bohrung 1 a einen erweiterten Bohrungsteil 1 b, in dem ein im Durchmesser kleinerer Flansch 2 c der Außenhülse 2 liegt. Dieser Flanschteil 2 c ist mit einem Dichtring 8 versehen.In this hole 1 a , an outer sleeve 2 is inserted, which is cylindrical and is slotted in the front region in the present embodiment. The outer sleeve 2 has a flange 2 b which bears on the outside of the machine element 1 . In the embodiment, the bore 1 a has an enlarged bore part 1 b , in which a smaller diameter flange 2 c of the outer sleeve 2 is located. This flange part 2 c is provided with a sealing ring 8 .

In die Außenhülse 2 ist eine Innenhülse 3 eingesetzt, die am vorderen Ende zwei einander gegenüberliegende Planflächen 3 a aufweist, zwischen denen ein Kraftmeßelement 4 angeordnet ist. Auch die Innenhülse 3 ist im vorderen Bereich geschlitzt.In the outer sleeve 2 , an inner sleeve 3 is inserted, which at the front end has two opposing plane surfaces 3 a , between which a force measuring element 4 is arranged. The inner sleeve 3 is also slotted in the front area.

Um das Kraftmeßelement 4 spielfrei im Grund der Bohrung 1 a verspannen zu können, sind im Bereich der Planflächen 3 a auf der Außenseite der Innenhülse 3 Keilflächen 3 b ausgebildet, die mit der zylindrischen Innenfläche 2 a der Außenhülse 2 zusammenwirken, wenn zwischen Außenhülse 2 und Innenhülse 3 in axialer Richtung eine Relativbewegung stattfindet. Beim Ausführungsbeispiel nach den Fig. 1 und 2 wird diese Relativbewegung durch eine Spannmutter 5 erzielt, die auf ein Gewinde 3 c aufgeschraubt ist, welches sich an dem aus der Außenhülse 2 herausragenden Teil der Innenhülse 3 befindet. Die Spannmutter 5 stützt sich unter Zwischenfügen einer Unterlegscheibe 6 am Flansch 2 b der Außenhülse 2 ab. In order to be able to clamp the force measuring element 4 without play in the bottom of the bore 1 a , 3 wedge surfaces 3 b are formed in the area of the flat surfaces 3 a on the outside of the inner sleeve 3 b , which interact with the cylindrical inner surface 2 a of the outer sleeve 2 when between the outer sleeve 2 and Inner sleeve 3 a relative movement takes place in the axial direction. In the embodiment according to FIGS. 1 and 2, this relative movement is achieved by a clamping nut 5 which is screwed onto a thread 3 c , which is located on the part of the inner sleeve 3 protruding from the outer sleeve 2 . The clamping nut 5 is supported by the interposition of a washer 6 on the flange 2 b of the outer sleeve 2 .

Nach dem Einsetzen der voranstehend beschriebenen Vorrichtung in die Bohrung 1 a des Maschinenelements 1 wird die Spannmutter 5 angezogen. Hierdurch bewegt sich die Innenhülse 3 relativ zur Außenhülse 2 in axialer Richtung, wodurch mit Hilfe der Keilflächen 3 b das Kraftmeßelement 4 zwischen den Planflächen 3 a eingespannt und gleichzeitig über die Außenhülse 2 spielfrei im Grund der Bohrung 1 a festgelegt wird. Auf diese Weise wird das Kraftmeßelement 4 in beliebigem Abstand von der Außenfläche des Maschinenelements 1 in den Kraftfluß der Maschine eingeschaltet, so daß die an dieser Stelle herrschenden Materialspannungen ermittelt werden können. Die vom Kraftmeßelement 4 erzeugten Signale werden durch Signalleitung 7 zu einer entfernt angeordneten und auf der Zeichnung nicht dargestellten Signalverarbeitung weitergeleitet.After inserting the device described above into the bore 1 a of the machine element 1 , the clamping nut 5 is tightened. As a result, the inner sleeve 3 moves relative to the outer sleeve 2 in the axial direction, as a result of which the force measuring element 4 is clamped between the flat surfaces 3 a with the help of the wedge surfaces 3 b and at the same time is fixed without play in the bottom of the bore 1 a via the outer sleeve 2 . In this way, the force measuring element 4 is switched into the force flow of the machine at any distance from the outer surface of the machine element 1 , so that the material stresses prevailing at this point can be determined. The signals generated by the force measuring element 4 are forwarded by signal line 7 to a signal processing arranged remotely and not shown in the drawing.

Mit der voranstehend beschriebenen Konstruktion lassen sich Materialspannungen in beliebigen Teilen und in beliebigen Tiefen von Maschinenelementen 1 feststellen, wobei die beschriebene Konstruktion miniaturisiert werden kann, weil ihre Herstellung mit Außendurchmessern kleiner 5 mm möglich ist. Hierdurch wird erreicht, daß durch die Bohrung 1 a keine Störungen im Kraftfluß der Maschine entstehen und selbst bei dünnsten Maschinenelementen 1 Meßwerterfassungen durchgeführt werden können. Da alle Abmessungen in großen Bereichen variabel sind, kann in nahezu beliebigen Tiefen gemessen werden, wobei die spielfreie Einspannung des Kraftmeßelements 4 die Möglichkeit schafft, die Materialspannungen unverfälscht und mit hoher Empfindlichkeit festzustellen.With the construction described above, material stresses in any parts and in any depths of machine elements 1 can be determined, the construction described being able to be miniaturized because it can be produced with outside diameters of less than 5 mm. This ensures that no disturbances occur in the power flow of the machine through the bore 1 a and 1 measured value recordings can be carried out even with the thinnest machine elements. Since all dimensions are variable in large areas, measurements can be made at almost any depth, with the backlash-free clamping of the force measuring element 4 creating the possibility of determining the material stresses in an unadulterated manner and with high sensitivity.

Während es sich bei dem in Fig. 1 dargestellten Kraftmeßelement 4 um einen piezo-elektrischen Aufnehmer handelt, deren bei Druckbelastung auf der Oberfläche entstehende Ladungen gemessen werden, zeigen die Ausführungsbeispiele nach den Fig. 3 und 4 sowie 5 und 6 Kraftmeßelemente 4, die mit Dehnungsmeßstreifen arbeiten. Zu diesem Zweck ist beim zweiten Ausführungsbeispiel das vordere Ende der Innenhülse 3 mit einer kreisförmigen Aussparung 3 f versehen, die eine Spannungs- und Dehnungskonzentration auf denjenigen Teil der Innenhülse 3 bewirkt, der auf beiden Seiten gemäß den Fig. 4 und 6 mit den aus Dehnungsmeßstreifen bestehenden Kraftmeßelementen 4 versehen ist. Während die Ausführungsform nach den Fig. 3 und 4 insbesondere für eine eindimensionale Spannungskonzentration bestimmt ist, zeigt das Ausführungsbeispiel nach den Fig. 5 und 6 eine Ausführungsform für eine zweidimensionale Spannungskonzentration, weil der die Kraftmeßelemente 4 tragende Teil der Innenhülse 3 in zwei senkrecht aufeinanderstehenden Richtungen eingeschnürt ist, wie insbesondere Fig. 6 erkennen läßt. Bei den Ausführungsbeispielen nach den Fig. 3 und 4 bzw. 5 und 6 sind zudem die zur spielfreien Festlegung der Kraftmeßelemente 4 in der Bohrung 1 a vorgesehenen Keilflächen sowohl auf der Außenfläche der Innenhülse 3 als auch auf der Innenfläche der Außenhülse 2 ausgebildet.While the force measuring element 4 shown in FIG. 1 is a piezoelectric sensor, the charges of which are generated on the surface when pressure is applied, the exemplary embodiments according to FIGS . 3 and 4 and 5 and 6 show force measuring elements 4 that are associated with Strain gauges work. For this purpose, in the second embodiment, the front end of the inner sleeve 3 is provided with a circular recess 3 f , which causes a stress and strain concentration on that part of the inner sleeve 3 that on both sides according to FIGS. 4 and 6 with the strain gauges existing force measuring elements 4 is provided. While the embodiment according to FIGS. 3 and 4 is intended in particular for a one-dimensional stress concentration, the embodiment according to FIGS. 5 and 6 shows an embodiment for a two-dimensional stress concentration because the part of the inner sleeve 3 carrying the force measuring elements 4 is in two mutually perpendicular directions is constricted, as can be seen in particular in FIG. 6. In the exemplary embodiments according to FIGS. 3 and 4 or 5 and 6, the wedge surfaces provided for the play-free fixing of the force measuring elements 4 in the bore 1 a are formed both on the outer surface of the inner sleeve 3 and on the inner surface of the outer sleeve 2 .

Bei der vierten Ausführungsform nach den Fig. 7 und 8 sind in der Bohrung 1 a des Maschinenelements 1 zwei Kraftmeßelemente 4 in unterschiedlicher Tiefe angeordnet. Zu diesem Zweck ist die Innenhülse 3 mit zwei in axialem Abstand voneinander liegenden Paaren von Planflächen 3 a zur Aufnahme jeweils eines Kraftmeßelements 4 versehen. Jedem Paar der Planflächen 3 a sind entsprechende Keilflächen 3 b an der Innenhülse 3 zugeordnet, die mit abgestuften Teilen der zylindrischen Innenfläche 2 a der Außenhülse 2 zusammenwirken. Auch bei dieser Ausführungsform erfolgt ein Verspannen und spielfreies Festlegen beider Kraftmeßelemente 4 durch ein Anziehen der Spannmutter 5, wodurch eine Relativbewegung zwischen Innenhülse 3 und Außenhülse 2 erzielt wird, die über die Keilflächen 3 b ein Einschalten jedes der Kraftmeßelemente 4 in den Kraftfluß des Maschinenelements 1 bewirkt. Die links neben Fig. 7 eingezeichneten Pfeile verdeutlichen, daß mit dieser Ausführungsform unterschiedliche Materialspannungen im Maschinenelement 1 erfaßt werden können. In the fourth embodiment according to FIGS. 7 and 8, two force measuring elements 4 are arranged at different depths in the bore 1 a of the machine element 1 . For this purpose, the inner sleeve 3 is provided with two axially spaced pairs of plane surfaces 3 a for receiving a force measuring element 4 each. Corresponding wedge surfaces 3 b on the inner sleeve 3 are assigned to each pair of the plane surfaces 3 a , which cooperate with stepped parts of the cylindrical inner surface 2 a of the outer sleeve 2 . In this embodiment, too, the two force measuring elements 4 are braced and fixed without play by tightening the clamping nut 5 , as a result of which a relative movement between the inner sleeve 3 and the outer sleeve 2 is achieved which, via the wedge surfaces 3 b, switches on each of the force measuring elements 4 into the force flow of the machine element 1 causes. The arrows drawn to the left of FIG. 7 illustrate that different material tensions in the machine element 1 can be detected with this embodiment.

Auch bei dem letzten Ausführungsbeispiel nach den Fig. 9 und 10 werden zwei Kraftmeßelemente 4 in unterschiedlicher Tiefe in die Bohrung 1 a eingebracht. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist die Innenhülse 3 in zwei Abschnitte 3 d und 3 e für jeweils ein Kraftmeßelement 4 unterteilt, die wiederum zwischen Planflächen 3 a angeordnet sind. Die Einspannung jedes Kraftmeßelements 4 zwischen diesen Planflächen 3 a erfolgt durch Keilflächen 2 f, die jeweils am vorderen Ende eines Außenhülsenabschnitts 2 d bzw. 2 e ausgebildet sind, und auf die teilzylindrische Außenfläche des jeweiligen Innenhülsenabschnitts 3 d bzw. 3 e wirken. Auch die Außenhülse 2 ist demgemäß in zwei voneinander getrennte Außenhülsenabschnitte 2 d und 2 e unterteilt, die konzentrisch ineinander angeordnet sind. Um unerwünschte Elastizitäten bei dieser Art der Einspannung zu vermeiden, ist der Außenhülsenabschnitt 2 e im Bereich der Keilflächen 2 f des Außenhülsenabschnitts 2 d mit Aussparungen 2 g versehen, so daß dieser Teil des Außenhülsenabschnitts 2 d unmittelbar an der Wandung der Bohrung 1 a anliegt, wie insbesondere aus Fig. 9 hervorgeht.Also in the last embodiment according to FIGS . 9 and 10, two force measuring elements 4 are introduced into the bore 1 a at different depths. In this embodiment, the inner sleeve 3 is divided into two sections 3 d and 3 e, each for a force measuring element 4 , which in turn are arranged between flat surfaces 3 a . Each force measuring element 4 is clamped between these plane surfaces 3 a by wedge surfaces 2 f , which are each formed at the front end of an outer sleeve section 2 d or 2 e, and act on the partially cylindrical outer surface of the respective inner sleeve section 3 d or 3 e . The outer sleeve 2 is accordingly divided into two separate outer sleeve sections 2 d and 2 e , which are arranged concentrically one inside the other. In order to avoid undesirable elasticities in this type of clamping, the outer sleeve section 2 e is provided with recesses 2 g in the area of the wedge surfaces 2 f of the outer sleeve section 2 d , so that this part of the outer sleeve section 2 d bears directly against the wall of the bore 1 a , as can be seen in particular from FIG. 9.

Um eine voneinander unabhängige Einspannung und spielfreie Festlegung der Kraftmeßelemente 4 zu erzielen, ist jeder Außenhülsenabschnitt 2 d und 2 e mit einem Innengewinde für eine Madenschraube 9 a bzw. 9 b ausgestattet. Die Madenschraube 9 b drückt den Innenhülsenabschnitt 3 d in die Keilflächen 2 f des Außenhülsenabschnittes 2 d. Die Madenschraube 9 a zieht nach Festlegung des oberen Kraftmeßelements 4 den Außenhülsenabschnitt 2 e in axialer Richtung gegen den Innenhülsenabschnitt 3 e, weil die Innenhülsenabschnitte 3 d und 3 e aneinanderstoßen, so daß die von der Madenschraube 9 a erzielte Relativbewegung eine Verspannung des im Grund der Bohrung 1 a angeordneten Kraftmeßelements 4 erzielt. Wie Fig. 9 erkennen läßt, liegt bei dieser Ausführungsform kein Teil der Außenhülse 2 bzw. Innenhülse 3 außerhalb des Maschinenelements 1, so daß sich die gesamte Vorrichtung in der Bohrung 1 a unterbringen läßt. In order to achieve independent clamping and play-free fixing of the force measuring elements 4 , each outer sleeve section 2 d and 2 e is equipped with an internal thread for a grub screw 9 a or 9 b . The grub screw 9 b presses the inner sleeve section 3 d into the wedge surfaces 2 f of the outer sleeve section 2 d . The grub screw 9 a pulls after fixing the upper force measuring element 4, the outer sleeve section 2 e in the axial direction against the inner sleeve section 3 e , because the inner sleeve sections 3 d and 3 e abut one another, so that the relative movement achieved by the grub screw 9 a causes tension in the base of the Hole 1 a arranged force measuring element 4 achieved. As can be seen in FIG. 9, in this embodiment no part of the outer sleeve 2 or inner sleeve 3 lies outside the machine element 1 , so that the entire device can be accommodated in the bore 1 a .

Selbstverständlich ist es mit den voranstehend beschriebenen Konstruktionen möglich, auch mehr als zwei Kraftmeßelemente 4 in einer einzigen Bohrung 1 a unterzubringen. Of course, with the constructions described above, it is also possible to accommodate more than two force measuring elements 4 in a single bore 1 a .

Bezugsziffernliste:List of reference numbers:

1 - Maschinenelement
1 a - Bohrung
1 b - Bohrungsteil
2 - Außenhülse
2 a - Innenfläche
2 b - Flansch
2 c - Flansch
2 d - Außenhülsenabschnitt
2 e - Außenhülsenabschnitt
2 f - Keilfläche
2 g - Aussparung
3 - Innenhülse
3 a - Planfläche
3 b - Keilfläche
3 c - Gewinde
3 d - Innenhülsenabschnitt
3 e - Innenhülsenabschnitt
3 f - Aussparung
4 - Kraftmeßelement
5 - Spannmutter
6 - Unterlagscheibe
7 - Signalleitung
8 - Dichtring
9 a - Madenschraube
9 b - Madenschraube 1 - machine element
1 a - hole
1 b - bore part
2 - outer sleeve
2 a - inner surface
2 b - flange
2 c - flange
2 d - outer sleeve section
2 e - outer sleeve section
2 f - wedge surface
2 g - recess
3 - inner sleeve
3 a - flat surface
3 b - wedge surface
3 c - thread
3 d - inner sleeve section
3 e - inner sleeve section
3 f - recess
4 - force measuring element
5 - clamping nut
6 - washer
7 - signal line
8 - sealing ring
9 a - grub screw
9 b - grub screw

Claims

1. Device for detecting a force occurring between two mutually movable machine parts with at least one cylindrical bore ( 1 a ) in at least one of the significant partial force, preferably in the form of material stresses, transmitting machine elements ( 1 ) and at least one by means of a two-part holder in the bore ( 1 a ) used free of play and da rin fixed force measuring element ( 4 ), the holder consists of an outer sleeve ( 2 ) and an increasing toward the front end diameter inner fastening element, which is carried out by an axial movement relative movement under clamping of the force-sensing element (4) are braced against one another in the bore (1 a), whereby the Außenhüle (2) can be fixed on the machine element (1), for use in the monitoring of, for example, reshaping or zerspannenden, especially cyclic repeating, production processes, characterized featured, that the inner fastening element is an inner sleeve ( 3 ) which has two truncated wedges at the front end, the opposing plane surfaces ( 3 a ) of the force measuring element ( 4 ).

2. Device according to claim 1 with a flange ( 2 b , 2 c ) on the outer sleeve ( 2 ), characterized in that the flange ( 2 b , 2 c ) is graduated and its small step ( 2 c ) in an expanded part ( 1 b ) in the machine element ( 1 ) trained hole ( 1 a ) can be used.

3. Apparatus according to claim 2, characterized in that at least the small step ( 2 c ) of the flange with a sealing ring ( 8 ) is provided.

4. Device according to one of claims 1 to 3, characterized in that the inner sleeve ( 3 ) with further pairs of flat surfaces ( 3 a ) for receiving a force measuring element ( 4 ) is provided, each additional flat surface pair ( 3 a ) corresponding wedge surfaces ( 3 b ) are assigned to the inner sleeve ( 3 ) and / or outer sleeve ( 2 ), and the plane surface pairs ( 3 a ) are located at an axial distance from one another.

5. The device according to claim 4, characterized in that the wedge surfaces ( 3 b ) are partially conical and cooperate with stepped parts of the cylindrical inner surface ( 2 a ) of the outer sleeve ( 2 ) and that the inner sleeve ( 3 ) is slotted in the front region.

6. Device according to one of claims 1 to 3, characterized in that the inner sleeve ( 3 ) is divided into individual sections ( 3 d , 3 e ) for a respective force measuring element ( 4 ) which are arranged axially one behind the other and whose force measuring elements ( 4 ) can be clamped independently of each other by a grub screw ( 9 a , 9 b ) between wedge surfaces ( 2 f ), which are formed on outer sleeve sections ( 2 d , 2 e ), which are also separate from one another.

7. The device according to claim 6, characterized in that the individual outer sleeve sections ( 2 d , 2 e ) are arranged concentrically one inside the other and are each equipped with an internal thread for a grub screw ( 9 a , 9 b ).

8. Apparatus according to claim 6 or 7, characterized in that each outer sleeve portion ( 2 d , 2 e ) at least in the region of its wedge surfaces ( 2 f ) bears directly on the inner wall of the bore ( 18 ) in the machine element ( 1 ), for which purpose because the outer sleeve section ( 2 e ) is provided with corresponding recesses ( 2 g ).