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DE4416874A1 - Edge tension measuring device for contact-point between workshop tool and workpiece - Google Patents

Edge tension measuring device for contact-point between workshop tool and workpiece

Info

Publication number
DE4416874A1
DE4416874A1 DE4416874A DE4416874A DE4416874A1 DE 4416874 A1 DE4416874 A1 DE 4416874A1 DE 4416874 A DE4416874 A DE 4416874A DE 4416874 A DE4416874 A DE 4416874A DE 4416874 A1 DE4416874 A1 DE 4416874A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
transmission element
tool
transducer
diameter
cylinder
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
DE4416874A
Other languages
German (de)
Inventor
Andreas Dipl Ing Kloeden
Gunter Dr Ing Lehmann
Ralph Dipl Ing Bernhardt
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Bergakademie Freiberg
Original Assignee
Bergakademie Freiberg
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Bergakademie Freiberg filed Critical Bergakademie Freiberg
Priority to DE4416874A priority Critical patent/DE4416874A1/en
Publication of DE4416874A1 publication Critical patent/DE4416874A1/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01LMEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L1/00Measuring force or stress, in general
    • G01L1/26Auxiliary measures taken, or devices used, in connection with the measurement of force, e.g. for preventing influence of transverse components of force, for preventing overload
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01LMEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L5/00Apparatus for, or methods of, measuring force, work, mechanical power, or torque, specially adapted for specific purposes
    • G01L5/0004Force transducers adapted for mounting in a bore of the force receiving structure
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01LMEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L5/00Apparatus for, or methods of, measuring force, work, mechanical power, or torque, specially adapted for specific purposes
    • G01L5/16Apparatus for, or methods of, measuring force, work, mechanical power, or torque, specially adapted for specific purposes for measuring several components of force
    • G01L5/161Apparatus for, or methods of, measuring force, work, mechanical power, or torque, specially adapted for specific purposes for measuring several components of force using variations in ohmic resistance
    • G01L5/1627Apparatus for, or methods of, measuring force, work, mechanical power, or torque, specially adapted for specific purposes for measuring several components of force using variations in ohmic resistance of strain gauges

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  • Physics & Mathematics (AREA)
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Abstract

The measuring device determines the tension imposed at the point of contact between the sensor and the material. It consists of a receiver (5) which guides the transmission element to the test point, under which the material is situated. A sphere (1) projects to within 0.1 mm of the tool's inner surface and rolls on contact with the material, applying tangential stress to a deformation sensitive rod (2), which together with the sphere forms the transmission element through which the contact friction is conveyed via a curvature impulse.The rod fixed by 2 screws (9) to a compressing cylinder (3) which applies a force via the sphere. The stretching of the rod and thus the compression of the material can be measured. A protective tube (4) shields the device from the effects of ambient heat, and the whole device is inserted into a recession and held by a nut (6).

Description

Die Erfindung betrifft das Gebiet der Ermittlung von Randspan­ nungen zwischen zwei in Kontakt miteinander stehenden Körpern und umfaßt somit einen weiten Bereich der Technik. Mit der vorgestellten Erfindung können z. B. Werkzeuge für die Warm- und Kaltformgebung mit unterschiedlichen geometrischen Ober­ flächenelementen instrumentiert werden. Die Messung erfolgt in der Wirkfuge zwischen Werkstück und Werkzeug oder anderen festen Kontaktkörpern und dient der Ermittlung von Tangential- und Normalkräften. Die Meßergebnisse finden Anwendung beiThe invention relates to the field of determining chip removal between two bodies in contact with each other and thus encompasses a wide range of technology. With the presented invention can, for. B. Tools for the warm and cold forming with different geometrical surfaces surface elements are instrumented. The measurement is made in the effective joint between workpiece and tool or others solid contact bodies and serves to determine tangential and normal forces. The measurement results are used by

  • - der Beurteilung des Werkstofflusses sowie der Reibungsver­ hältnisse- the assessment of the material flow and the friction ver ratios
  • - der Untersuchung des Verschleißverhaltens von Werkzeugen bzw. -teilen,- the investigation of the wear behavior of tools or parts,
  • - der Verifikation und Aktualisierung von Rand- und Anfangs­ daten für Simulationsbetrachtungen.- Verification and updating of marginal and initial data for simulation considerations.

Die Anwendung kann sowohl unter Laborbedingungen als auch im praktischen Betrieb unter Produktionsbedingungen erfolgen.The application can be used both under laboratory conditions and in practical operation under production conditions.

Zur Ermittlung von Spannungen in den Randzonen hat sich neben anderen Meßprinzipien das des Universalmeßstiftes durchge­ setzt. Ein Stift oder stabförmiges Element wird durch das Werkzeug hindurch an die Kontaktfläche zwischen Werkstück und Werkzeug so eingefügt, daß die Stiftspitze Teil der Randzone wird. Dieser Stift besteht aus einem Biegebalken und einen Stauchkörper, die in unterschiedlichen konstruktiven Formen ausgelegt sein können. Der in die Randzone eingefügte Stift­ teil überträgt die in Normal- und Tangentialrichtung wirkenden Kräfte auf diese beiden Stiftelemente.To determine tensions in the peripheral zones has also been used other measuring principles that the universal measuring pin puts. A pin or rod-shaped element is made by the Tool through to the contact surface between the workpiece and Tool inserted so that the pen tip is part of the edge zone becomes. This pin consists of a bending beam and one Compression bodies in different constructional forms can be designed. The pin inserted in the edge zone part transmits those acting in the normal and tangential direction Forces on these two pin elements.

Ein Universalmeßstift ist bekannt (Loewen, J.; Ein Beitrag zur Bestimmung des Reibungszustandes beim Gesenkschmieden; Dis­ sertation TU Hannover, 1971), bei dem die Stiftspitze als Teil des Biegebalkens kugelförmig ausgebildet ist. Das instrumen­ tierte Werkzeug wird entsprechend der Außenkontur dieser Kugel (Kugeldurchmesser) von innen her so ausgearbeitet und zur Werkzeugoberfläche aufgebohrt′ daß die Kugel schlüssig aufge­ nommen wird und ein Teil der Kugel (etwa 0,15 mm) in das Werk­ zeug hineinragt. Diese Lösung hat folgende Nachteile:A universal measuring pen is known (Loewen, J .; a contribution to Determination of the state of friction during drop forging; Dis sertation TU Hannover, 1971), in which the pen tip is part of the bending beam is spherical. The instrumen tated tool is made according to the outer contour of this ball (Ball diameter) so worked out from the inside and for Drilled tool surface 'that the ball conclusively opened is taken and part of the ball (about 0.15 mm) into the factory stuff protrudes. This solution has the following disadvantages:

  • - Die Bearbeitung des zu instrumentierenden Werkzeuges ist kompliziert und mit einem hohen fertigungstechnischen Auf­ wand gekoppelt. Vor allem die Bearbeitung des Kugelsitzes unter der Werkzeugoberfläche erfordert ein hohes Maß an Genauigkeit, da eine Fehlbearbeitung zum Ausschuß des gesam­ ten Werkzeuges führt.- The processing of the tool to be instrumented is complicated and with a high manufacturing technology wall coupled. Especially the machining of the ball seat under the tool surface requires a high level of Accuracy, as an incorrect processing to the committee of the whole tool.
  • - Der Meßstift ist so konstruiert, daß das Werkzeug quasi zur Aufnehmerhülle der Einzelteile wird.- The measuring pin is designed so that the tool is virtually Sensor cover of the individual parts.
  • - Bei Verschleiß der Kugeloberfläche des Übertragungsgliedes muß der gesamte Meßkörper, einschließlich Dehnungsmeßstrei­ fen, gewechselt werden. Letztlich kann der Werkstoff der Kugel auch nur in sehr engen Grenzen variiert werden, da der Balken bestimmte elastische Eigenschaften garantieren muß.- If the ball surface of the transmission link is worn the entire measuring body, including the strain gauge be changed. Ultimately, the material of the Ball can only be varied within very narrow limits, since the Beams must guarantee certain elastic properties.
  • - Das maximale Biegemoment tritt nahe des Übertragungsortes und damit an einer zur Dehnungsmeßstreifen-Applikation und im thermischen Sinne ungünstigen Stelle auf.- The maximum bending moment occurs near the transmission point and thus on a strain gauge application and unfavorable point in the thermal sense.
  • - Die Verwendung des Aufnehmers in anderen Werkzeugen ist nur mit einem großen fertigungstechnischen Aufwand möglich.- The use of the transducer in other tools is only possible with a large manufacturing effort.

Für die Messung der in der Wirkfuge von Werkzeugen herrschen­ den Kräfte in Normal- bzw. Tangentialrichtung ist ein Univer­ salmeßstift zu entwickeln, der als Kompaktkörper konzipiert ist und eine Minimierung des Werkzeugbearbeitungsaufwandes ermöglicht sowie in einem breiten Anwendungsgebiet einsetzbar ist. Als Sensoren kommen Dehnungsmeßstreifen zur Anwendung.For the measurement of the effective joint of tools the forces in the normal or tangential direction is a univer to develop a salt pen designed as a compact body is and a minimization of the tool processing effort enables and can be used in a wide range of applications is. Strain gauges are used as sensors.

Die erfindungsgemäße Meßeinrichtung besteht aus einem Aufneh­ mer, einem Übertragungselement, bestehend aus einem Kopfteil und einem zylindrischen Auslaufteil, sowie zwei separaten Meßkörpern in Form eines Biegebalkens und eines Stauchzylin­ ders und einem Schutzrohr.The measuring device according to the invention consists of a recording mer, a transmission element consisting of a head part and a cylindrical outlet part, as well as two separate ones Measuring bodies in the form of a bending beam and a compression cylinder ders and a protective tube.

Der der jeweiligen Wirkoberfläche geometrisch angepaßte Auf­ nehmer ist mit dem zylindrischen Schutzrohr verbunden. Das Innere des Aufnehmers in Richtung Werkzeug ist bis dicht unter die Oberfläche entsprechend der Form des Kopfteiles des Über­ tragungselementes ausgearbeitet und besitzt im Zentrum eine zur Oberfläche weisende Bohrung. In diese Kontur ist der Kopf­ teil des Übertragungselementes, der als Kugel, Zylinder oder Elipsoid ausgebildet sein kann, eingepaßt. Der Durchmesser des Kopfteiles des Übertragungselementes und der der Bohrung sind so aufeinander abgestimmt, daß das Übertragungselement um 0,05 bis 0,15 mm aus der Aufnehmeroberfläche herausragt. Im zylin­ drischen Auslaufteil des Übertragungselementes ist zur Auf­ nahme des Biegebalkens eine Bohrung eingebracht. Diese Bohrung gewährleistet im Zusammenwirken mit einem oder mehreren seit­ lichen Schlitzen definierter Länge, die im Auslauf als Grund­ bohrung aufgebohrt sind, einen festen Sitz des Biegebalkens. Der innere Bohrabsatz im Übertragungselement bewirkt, daß für die Krafteinleitungsstelle des Biegebalkens ein in Längsrich­ tung Kraftfreiheit garantierender Abstand vorhanden ist.The geometrically adapted to the respective active surface slave is connected to the cylindrical protective tube. The The interior of the sensor in the direction of the tool is up to just below  the surface according to the shape of the head part of the over elaborated support element and has one in the center bore pointing to the surface. The head is in this contour part of the transmission element, which as a ball, cylinder or Elipsoid can be fitted. The diameter of the Head part of the transmission element and that of the bore coordinated so that the transmission element by 0.05 protrudes up to 0.15 mm from the sensor surface. In the cylin The outlet part of the transmission element is open hole in the beam. This hole guaranteed in cooperation with one or more since slots of defined length, which are in the outlet as a reason bore are drilled out, a tight fit of the bending beam. The inner heel in the transmission element causes that for the force application point of the bending beam in the longitudinal direction There is a distance guaranteeing freedom from force.

Der Biegebalken befindet sich im Inneren eines Stauchzylin­ ders, dessen Innendurchmesser am zum Übergangselement gerich­ teten Ende kleiner ist, als der Durchmesser des Kopfteiles des Übertragungselementes, aber größer, als der des zylindrischen Auslaufteiles ist. Der Stauchzylinder ist durch eine Absatz­ bohrung im Aufnehmer fest an das Übertragungselement heran­ schiebbar. Nach dem Aufschieben sitzt er auf Wälzlagerkugeln auf, die sich in einer Rinne am Innendurchmesser des Stauch­ zylinders zum Übertragungselement hin befinden. Der Kopfteil des Übertragungselementes kann auch durch einen am oberen Ende des Stauchzylinders eingearbeiteten Hohlkugelsitz, dessen Form vom Durchmesser des Kopfteiles des Übertragungselementes ab­ hängt, aufgenommen werden. Am anderen Ende des Stauchzylinders sind eine oder mehrere Bohrungen angeordnet, durch die Zapf­ schrauben hindurchgehen und damit den Biegebalken fest arre­ tieren. Die so miteinander verbundenen Teile sind in das Schutzrohr einsetzbar und mit ihm verschraubbar, so daß das Übertragungselement nach dem Verschrauben wie beschrieben im Aufnehmer sitzt.The bending beam is located inside a compression cylinder ders, whose inner diameter at the transition element teten end is smaller than the diameter of the head part of the Transmission element, but larger than that of the cylindrical Outlet part is. The upsetting cylinder is through a paragraph bore in the transducer firmly to the transmission element slidable. After being pushed on, it sits on rolling bearing balls on, which is in a gutter on the inside diameter of the upset cylinder to the transmission element. The headboard the transmission element can also by one at the top of the upsetting cylinder incorporated hollow ball seat, its shape on the diameter of the head part of the transmission element depends on be included. At the other end of the upsetting cylinder one or more holes are arranged through the pin go through the screws and fix the bending beam firmly animals. The parts so interconnected are in that Protective tube can be used and screwed to it, so that Transmission element after screwing as described in Sensor sits.

Bei hohen Temperaturen an der Meßstelle (z. B. Warmumformung) sind das Schutzrohr und der Stauchzylinder mit einem oder mehreren Schlitzen versehen, die eine die tangentiale Luft­ umwirbelung der Meßkörper gewährleistende Form und Anordnung haben. Sie leiten die verbrauchte Kühlluft zu den zur Werk­ zeugaußenseite führenden Leitungskanälen ab.At high temperatures at the measuring point (e.g. hot forming) are the protective tube and the upsetting cylinder with one or  several slots, one of which is the tangential air whirling of the measuring body ensuring shape and arrangement to have. They direct the used cooling air to the factory cable ducts leading from the outside of the tool.

Der Meßstift ist als Kompaktkörper außerhalb der Meßzelle mon­ tierbar, kann als solcher im einbaufertigen Zustand extern ge­ eicht werden und ist durch eine entsprechend dimensionierte Absatzbohrung in das Werkzeug einschiebbar und mittels Schlitzmutter längskraftfrei gegen den Bohrungssatz verspann­ bar.The measuring pin is a compact body outside the measuring cell mon animal, can be used externally as such in the ready-to-install state become calibrated and is dimensioned accordingly Heel hole can be inserted into the tool and by means of Brace the slotted nut against the set of holes without longitudinal force bar.

Sowohl der Aufnehmer als auch das Übertragungselement sind als Verschleißteile ausgelegt. Der Aufnehmer kann dabei entspre­ chend dem Anwendungsfall aus zum Werkzeug unterschiedlichen dem Werkzeug angepaßten oder aus gleichen Werkstoff bestehen. Die dem Werkzeug zugewandte Oberfläche des Aufnehmers kann durch verschiedene Verfahren zur Oberflächenvergütung behan­ delt sein. Das Übertragungselement besteht in Abhängigkeit vom jeweiligen Verwendungszweck aus metallischem oder aus nichtme­ tallischem Werkstoff. Auch die Oberfläche des Übertragungs­ elementes zum Werkzeug hin kann durch unterschiedliche Ver­ fahren vergütet sein.Both the transducer and the transmission element are as Wear parts designed. The sensor can correspond depending on the application from the tool adapted to the tool or made of the same material. The surface of the pickup facing the tool can by various surface treatment processes delt be. The transmission element depends on respective use of metallic or non-me metallic material. Even the surface of the transmission element towards the tool can be created by different ver driving be compensated.

Durch die konstruktive Lösung der Momentübertragung wird eine funktionelle Trennung zwischen Meß- und Übertragungselement (Biegebalken - Übertragungskörper) erreicht. Folgende Vorteile ergeben sich somit:Due to the constructive solution of the moment transfer, a functional separation between measuring and transmission element (Bending beam - transmission body) reached. The following advantages this results in:

  • - Das maximale Biegemoment tritt an der, von der Wärmequelle (Meßort an der Werkzeugoberfläche) am weitesten entfernten Stelle auf. Die Sensoren (DMS) können an einer günstigen Stelle plaziert werden (minimierte Wärmebeeinflussung). Somit können Vorgänge mit im technischen Sinne langen Druck­ berührzeiten und hohen Kontakttemperaturen ausgemessen wer­ den.- The maximum bending moment occurs at the, from the heat source (Measuring location on the tool surface) furthest away Place on. The sensors (DMS) can be used on a cheap Place (minimized heat influence). Thus, processes with a long technical pressure can contact times and high contact temperatures the.
  • - Das Übertragungselement kann werkstoffseitig den jeweiligen Gegebenheiten angepaßt werden und stellt ein relativ einfach auswechselbares Verschleißelement dar. Die Verwendung metal­ lischer oder nichtmetallischer, vom Biegebalken verschiede­ ner Werkstoffe erweitert den Einsatzbereich des Meßstiftes, erbringt keinen Einfluß auf das Meßergebnis und kann den jeweiligen spezifischen Anforderungen angepaßt werden, wie z. B.: hohe Verschleißfestigkeit, geringe Wärmeleitfähig­ keit, variable Reibpartner oder unterschiedliche Oberflä­ chenbeschichtungen. Bei Verschleiß des Körpers wird die Funktion der Meßeinrichtung durch einfaches Auswechseln wiederhergestellt.- The transmission element can the respective material Circumstances are adjusted and makes it relatively easy  replaceable wear element. The use metal more metallic or non-metallic, different from the bending beam materials extends the area of application of the measuring pin, has no influence on the measurement result and can be adapted to specific requirements, such as e.g. E.g .: high wear resistance, low thermal conductivity speed, variable friction partners or different surfaces surface coatings. When the body is worn out, the Function of the measuring device by simple replacement restored.
  • - Die Applikation der DMS im Bereich des maximalen Biegemomen­ tes und weg von einer möglichen Wärmequelle erhöht die Empfindlichkeit des Biegebalkens.- The application of the strain gauge in the area of the maximum bending moment tes and away from a possible heat source increases the Bending beam sensitivity.
  • - Der Aufnehmer des Übertragungselementes selbst ist trennbar auf das Schutzrohr des Meßstiftes angebracht. Er kann somit ebenso wie das Übertragungselement selbst auf einfache Weise bei Verschleiß gewechselt werden. Weiterhin ermöglicht diese Variante, durch Anpassung des Aufnehmers an eine andere Gra­ vur-, Werkzeug- oder Körperoberfläche die Messung unter­ schiedlichster Vorgänge mit demselben Stift, vorausgesetzt die Dimensionierung der Meßkörper genügt den wirkenden Kräf­ ten.- The transducer of the transmission element itself is separable attached to the protective tube of the measuring pin. So he can just like the transmission element itself in a simple way be replaced when worn. This also enables Variant, by adapting the transducer to another Gra front, tool or body surface the measurement under various operations with the same pen, provided the dimensioning of the measuring body is sufficient for the acting force ten.
  • - Neben der konstruktiv gelösten thermischen Entkopplung der Meßsensoren vom Übertragungspunkt ist eine zusätzliche Luft­ kühlung des Meßstiftes möglich. Somit können Meßvorgänge bei langen Druckberührzeiten und hohen Temperaturen durchgeführt werden, ohne daß eine merkliche Erwärmung der Meßstelle ein­ tritt.- In addition to the structurally solved thermal decoupling of the Measuring sensors from the transmission point is an additional air cooling of the measuring pin possible. Thus, measuring processes can long pressure contact times and high temperatures without a noticeable heating of the measuring point occurs.

Eine konkrete Ausführungsform kann der Zeichnung entnommen werden. Hier wird der Meßstift in das Obergesenk einer rota­ tionssymmetrischen flanschförmigen Gravur, im Bereich des Einlaufradius, unter einem Winkel von 52,5°, relativ zur Tei­ lungsebene der Werkzeuge, eingebracht.A specific embodiment can be found in the drawing become. Here the measuring pin is placed in the upper die of a rota tion-symmetrical flange-shaped engraving, in the area of the Inlet radius, at an angle of 52.5 °, relative to the part level of the tools.

Ein in die Werkzeuginnenkontur eingesetzter und ihrer Oberflä­ che angepaßter Aufnehmer (5) nimmt das Übertragungselement auf. In diesem Beispiel besteht der Kopfteil aus einer Kugel (1). Die Kugel (1) ragt um einen Betrag von 0,1 mm in das Werkzeuginnere hinein. Durch den Kontakt mit dem vorbeiflie­ ßenden Werkstoff wird die Kugel (1), bezogen auf ihre Symme­ trieachse, normal und tangential beansprucht.An inserted into the inner contour of the tool and its surface surface adapted sensor ( 5 ) takes up the transmission element. In this example, the head part consists of a ball ( 1 ). The ball ( 1 ) protrudes 0.1 mm into the interior of the tool. Due to the contact with the material flowing past, the ball ( 1 ) is subjected to normal and tangential stress in relation to its symmetry axis.

Im zylindrischen Auslaufteil des Übertragungselementes ist eine Aufnehmerbohrung für den Biegebalken (2) vorhanden. Die Auslegung dieser Bohrung gewährleistet in Zusammenwirkung mit den um jeweils 120° versetzten Schlitzen, die zur Minimierung der Kerbwirkung und zur Verlängerung des elastischen Dehnweges an ihren Enden auf gebohrt sind, einen spielfreien Sitz des Biegebalkens (2). Da die Kräfte (Momente) längskraftfrei über­ tragen werden müssen, wird zwischen der Spitze des Biegebal­ kens (2) und dem inneren Absatz der Bohrung ein definierter Betrag eingestellt.A pick-up hole for the bending beam ( 2 ) is provided in the cylindrical outlet part of the transmission element. The design of this hole, in conjunction with the slots offset by 120 °, which are drilled at their ends to minimize the notch effect and to extend the elastic expansion path, ensures that the bending beam ( 2 ) is free of play. Since the forces (moments) must be transmitted without longitudinal force, a defined amount is set between the tip of the bending beam ( 2 ) and the inner shoulder of the bore.

Wird nun die Kugel (1) durch tangential wirkende Reibungskräf­ te verdreht, bewirkt das am Biegebalken (2) ein Biegemoment. Die daraus resultierende Dehnung wird durch DMS, welche auf dem Biegebalken (2) appliziert sind, gemessen. Verwendet wer­ den 350 Ω DMS bei 5 V Speisespannung mit Temperaturkompensa­ tion. Zur Vermeidung von Meßfehlern durch Kriechverhalten bei höheren Temperaturen sind alle DMS mit einem heißaushärtenden Kleber appliziert und mit Schutzlack beaufschlagt worden.If the ball ( 1 ) is rotated by tangentially acting friction forces, this causes a bending moment on the bending beam ( 2 ). The resulting elongation is measured by strain gauges, which are applied to the bending beam ( 2 ). Who uses the 350 Ω strain gauge with 5 V supply voltage with temperature compensation. In order to avoid measurement errors due to creep behavior at higher temperatures, all strain gauges have been applied with a thermosetting adhesive and a protective lacquer has been applied.

Der Stauchzylinder (3) nimmt die durch die Kugel (1) in Axial­ richtung übertragenen Normalkräfte auf. Dadurch wird er ge­ staucht. Die so entstehende Dehnung an der Mantelfläche wird wiederum durch applizierte DMS erfaßt (alle DMS sind in der Zeichnung engschraffiert dargestellt).The upsetting cylinder ( 3 ) absorbs the normal forces transmitted through the ball ( 1 ) in the axial direction. This will compress it. The resulting strain on the lateral surface is again recorded by applied strain gauges (all strain gauges are shown in cross-hatching in the drawing).

An der Übertragungsstelle zwischen Stauchzylinder (3) und Kugel (1) sind in einer Rille Wälzlagerkugeln (10) eingefügt, um ergebnisverfälschende Reibungskräfte an dieser Stelle zu minimieren.Rolling bearing balls ( 10 ) are inserted in a groove at the transfer point between the upsetting cylinder ( 3 ) and ball ( 1 ) in order to minimize frictional forces that falsify the result at this point.

Die thermische Entkopplung der Meßstellen vom heißen Schmiede­ werkstoff (δ ≈ 1100°C) bzw. dem schmiedewarmen Gesenk (je nach Belastungsdauer zwischen 200°C und 450°C) ist durch die besondere Konstruktion der Passung zwischen Kugel (1) und Biegebalken (2) (linienförmiger Kontakt) sowie die fast voll­ ständige Lösung des Stauchzylinders (3) von der Meßkugel (1) (lediglich punktförmige Kontakte durch Wälzlagerkugeln) ge­ währleistet.The thermal decoupling of the measuring points from the hot forging material (δ ≈ 1100 ° C) or the forge-warm die (depending on the load duration between 200 ° C and 450 ° C) is due to the special design of the fit between ball ( 1 ) and bending beam ( 2 ) (linear contact) and the almost completely permanent solution of the upsetting cylinder ( 3 ) from the measuring ball ( 1 ) (only point contacts through rolling bearing balls).

Ein Schutzrohr (4) schirmt den Stauchzylinder (3) vor der Wärmebeeinflussung durch das umgebende Schmiedegesenk ab.A protective tube ( 4 ) shields the upsetting cylinder ( 3 ) from the influence of heat by the surrounding forging die.

Zusätzlich wird noch eine Luftkühlung realisiert. Über einen Kühlluftkanal wird ein Luftstrom mit geringem Überdruck in den Meßstift geleitet, umwirbelt die Meßkörper und tritt am unte­ ren Ende des Meßstiftes durch eingefräßte Lüftungsschlitze aus.Air cooling is also implemented. About one Cooling air duct is an air flow with a slight overpressure in the Guided measuring pin, whirls around the measuring body and steps down Ren end of the measuring pin through milled ventilation slots out.

Die Meßkörper des Stiftes im Ausführungsbeispiel sind für eine maximale Nennspannung σNmax = 660 MPa und eine maximale Schub­ spannung τNmax = 330 MPa (nach Tresca) ausgelegt. Diese Werte ergeben sich aus der konstruktiven Auslegung und den verwende­ ten Werkstoffen. Das maximal übertragbare Nennbiegemoment am Balken beträgt 8310 Nmm. Um die Steifigkeitsverhältnisse opti­ mal anzupassen, wird der Stift aus dem gleichen Material wie das Werkzeug gefertigt und ebenso vergütet.The measuring body of the pin in the exemplary embodiment are designed for a maximum nominal stress σ Nmax = 660 MPa and a maximum shear stress τ Nmax = 330 MPa (according to Tresca). These values result from the structural design and the materials used. The maximum transferable nominal bending moment on the beam is 8310 Nmm. In order to optimally adjust the stiffness conditions, the pin is made of the same material as the tool and also tempered.

Die Einbauabmessungen des gesamten Aufnehmers betragen 80×⌀ 40.The installation dimensions of the entire transducer are 80 × ⌀ 40.

Der beschriebene Meßstift ist so konzipiert, daß seine Monta­ ge/Demontage in das Werkzeug jeweils komplett, d. h. im zu­ sammengebauten Zustand vorgenommen werden kann. Dazu werden Kugel (1), Biegebalken (2) und zylindrischer Stauchzylinder (3) zusammengefügt und anschließend im Schutzrohr (4) ver­ schraubt. Der Biegebalken (2) wird mit zwei Zapfenschrauben (9) fixiert. Der so vorbereitete Meßstift wird in den Aufneh­ mer (5) eingepaßt. Dieser wird dann mit dem Schutzrohr (4) fest verschraubt. Der gesamte Meßstift wird als Kompaktkörper kalibriert, in das vorbereitete Gesenk eingeschoben und mit­ tels Schlitzmutter (6) längskraftfrei gegen die Absatzbohrung arretiert.The measuring pin described is designed so that its assembly / disassembly in the tool can be done completely, ie in the assembled state. For this purpose, the ball ( 1 ), bending beam ( 2 ) and cylindrical upsetting cylinder ( 3 ) are put together and then screwed into the protective tube ( 4 ). The bending beam ( 2 ) is fixed with two tenon screws ( 9 ). The measuring pin thus prepared is fitted into the holder ( 5 ). This is then screwed tightly to the protective tube ( 4 ). The entire measuring pin is calibrated as a compact body, inserted into the prepared die and locked against the shoulder bore using a slot nut ( 6 ) without longitudinal force.

Claims (11)

1. Meßeinrichtung zur Ermittlung von Randspannungen in der Wirkfuge zwischen Werkstück und Werkzeug, gekennzeichnet dadurch, daß ein Aufnehmer, ein Übertragungselement sowie zwei separate Meßkörper in Form eines Biegebalkens und eines Stauchzylinders und ein Schutzrohr so angeordnet sind,
  • - daß der Aufnehmer geometrisch der jeweiligen Werkzeug­ oberfläche angepaßt ist und das Innere des Aufnehmers in Richtung Werkzeug so aufgebohrt ist, daß es der Außenkon­ tur des einzulagernden Übertragungselementes und des Stauchzylinders entspricht,
  • - daß das Übertragungselement aus einem Kopfteil und einem zylindrischen Auslaufteil, das so aufgebohrt ist, daß zwischen dem inneren Bohrungsabsatz und der Krafteinlei­ tungsstelle des Biegebalkens ein in Längsrichtung Kraft­ freiheit garantierenden Abstand vorhanden ist, besteht,
  • - daß der Biegebalken, der sich in einem Stauchzylinder be­ findet, in die Bohrung des zylindrischen Auslaufteiles einschiebbar angeordnet ist und der Stauchzylinder über den Biegebalken fest an das Übertragungselement heran­ schiebbar und der Biegebalken am anderen Ende des Stauch­ zylinders arretierbar ist und die so miteinander verbun­ denen Teile in das Schutzrohr eingesetzt und fest mit ihm verbunden sind und
  • - daß das Schutzrohr und der Stauchzylinder bei Bedarf mit einem oder mehreren Schlitzen versehen sind, die eine die tangentiale Luftumwirbelung der Meßkörper gewährleistende Form und Anordnung haben und die die verbrauchte Kühlluft zu den zur Werkzeugaußenseite führenden Leitungskanälen ableiten.
1. Measuring device for determining edge stresses in the active joint between the workpiece and the tool, characterized in that a transducer, a transmission element and two separate measuring bodies in the form of a bending beam and a compression cylinder and a protective tube are arranged
  • - That the transducer is geometrically adapted to the respective tool surface and the interior of the transducer is drilled towards the tool so that it corresponds to the outer cone of the transmission element to be stored and the upsetting cylinder,
  • - That the transmission element consists of a head part and a cylindrical outlet part, which is drilled out so that between the inner bore shoulder and the Krafteinlei processing point of the beam, a freedom in the longitudinal direction guaranteeing freedom exists,
  • - That the bending beam, which can be found in a compression cylinder, is inserted into the bore of the cylindrical outlet part and the compression cylinder can be pushed firmly over the bending beam to the transmission element and the bending beam at the other end of the compression cylinder can be locked and thus connected to one another which parts are inserted into the protective tube and firmly connected to it and
  • - That the protective tube and the upsetting cylinder are provided, if necessary, with one or more slots which have a shape and arrangement which ensure the tangential air swirling around the measuring body and which discharge the used cooling air to the line channels leading to the outside of the tool.
2. Einrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß der Aufnehmer als Verschleißteil ausgeführt ist und ent­ sprechend dem Anwendungsfall aus zum Werkzeug unterschied­ lichen, dem Werkzeug angepaßten, oder aus gleichen Werk­ stoff besteht.2. Device according to claim 1, characterized in that the transducer is designed as a wearing part and ent differentiated according to the application to the tool Lichen, adapted to the tool, or from the same work fabric exists. 3. Einrichtung nach Anspruch 1 und 2, gekennzeichnet dadurch, daß die dem Werkzeug zugewandte Oberfläche des Aufnehmers durch verschiedene Verfahren behandelt ist.3. Device according to claim 1 and 2, characterized in that that the surface of the transducer facing the tool is treated by various procedures. 4. Einrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß der Aufnehmer durch Verschrauben lösbar oder durch eine nicht trennbare Verbindung mit dem Schutzrohr verbunden ist.4. Device according to claim 1, characterized in that the transducer can be detached by screwing or by a inseparable connection connected to the protective tube is. 5. Einrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß das Kopfteil des Übertragungselementes kugelförmig, zylin­ drisch oder ellipsoid ausgebildet ist, und das zylindrische Auslaufteil mit einem oder mehreren Schlitzen definierter Länge versehen ist, die im Auslauf aufgebohrt sind, wobei die Bohrung als Grundbohrung ausgeführt ist.5. Device according to claim 1, characterized in that the head part of the transmission element spherical, cylin drisch or ellipsoid is formed, and the cylindrical Outlet part with one or more slots defined Length is provided, which are drilled out in the outlet, where the hole is designed as a basic hole. 6. Einrichtung nach Anspruch 1 und 5, gekennzeichnet dadurch, daß der Durchmesser des Kopfteiles des Übertragungselemen­ tes und der Bohrungsdurchmesser so aufeinander abgestimmt sind, daß das Übertragungselement 0,05-0,15 mm aus der Bohrung in der Aufnehmeroberfläche herausragt.6. Device according to claim 1 and 5, characterized in that that the diameter of the head part of the transmission element tes and the bore diameter matched to each other are that the transmission element 0.05-0.15 mm from the Hole in the sensor surface protrudes. 7. Einrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß das Übertragungselement als Verschleißteil ausgeführt ist, wobei das Übertragungselement aus metallischen oder nicht­ metallischen, dem jeweiligen Verwendungszweck angepaßten Werkstoff gefertigt ist. 7. Device according to claim 1, characterized in that the transmission element is designed as a wearing part, the transmission element made of metallic or not metallic, adapted to the respective purpose Material is made.   8. Einrichtung nach Anspruch 1 und 7, gekennzeichnet durch, daß die Oberfläche des Übertragungselementes unterschied­ lich beschichtet oder behandelt ist.8. Device according to claim 1 and 7, characterized by that the surface of the transmission element differed is coated or treated. 9. Einrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß der Innendurchmesser des Stauchzylinders am zum Übergangs­ element gerichteten Ende kleiner ist als der Durchmesser des Kopfteils des Übertragungselementes, aber größer als der Durchmesser des zylindrischen Auslaufteiles des Über­ tragungselementes.9. Device according to claim 1, characterized in that the inside diameter of the upsetting cylinder at the transition element-directed end is smaller than the diameter of the head part of the transmission element, but larger than the diameter of the cylindrical outlet part of the over support element. 10. Einrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß am zum Übergangselement gerichteten Ende des Stauchkörpers in einer Rinne am Innendurchmesser des Stauchzylinders Wälzlagerkugeln gelagert sind.10. Device according to claim 1, characterized in that at the end of the compression body facing the transition element in a groove on the inside diameter of the upsetting cylinder Rolling bearing balls are stored. 11. Einrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß zur Aufnahme des Kopfteiles des Übertragungselementes ein an das obere Ende des Stauchzylinders eingearbeiteter Hohlkugelsitz, dessen Form vom Durchmesser des Kopfteiles des Übertragungselementes abhängt, vorhanden ist.11. The device according to claim 1, characterized in that for receiving the head part of the transmission element worked into the upper end of the upsetting cylinder Hollow ball seat, the shape of which depends on the diameter of the head part depends on the transmission element, is present.
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