Die Erfindung betrifft einen Kraftmeßring mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Patentanspruchs 1.The invention relates to a force measuring ring with the Merkpaint the preamble of claim 1.
Solche Kraftmeßringe werden zur Messung von Vorschubkräften bzw. von deren Reaktionskräften in Tisch- und Standbohrmaschinen sowie bei sonstigen Bohrmaschinen, in denen Bohrspindeln verwendet werden, eingesetzt. Bekannte Bohrmaschinen dieser Art mit einem gattungsgemäßen Kraftmeßring sind jedoch im Bereich ihres ersten Axiallagers ihrer vortreibbaren Bohrspindel von einem Gehäuse, meist einem Maschinenteil, umschlossen. Sie lassen daher eine Messung geringer Bohrkräfte, wie sie bei kleindimensionierten Bohrmaschinen auftreten nicht oder nur mit starken Fehlern behaftet zu, da die auf die Bohrspindel wirkende und zu messende Vorschubkraft nicht direkt auf den Kraftmeßring übertragen werden kann, so daß ein Teil der zu messenden Vorschubkraft durch Reibungsverluste aufgezerrt und daher nicht erfaßt werden kann.Such load cells are used to measure feed forcesor their reaction forces in table and stand drillingmachines and other drilling machines in which drillingspindles are used. Known Bohrmamachines of this type with a generic force measuring ringHowever, they are in the area of their first thrust bearingdrivable drilling spindle from a housing, usually a Marail part, enclosed. You therefore leave a measurementlower drilling forces, as with small dimensionsDrilling machines do not occur or only with strong errorslearn afflicted because the acting on the drilling spindle andThe feed force to be measured is not directly on the force measuring ringcan be transferred so that part of the measuredFeed force is dragged by friction losses and thereforecannot be detected.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Kraftmeßring zu schaffen, der eine fehlerfreie Messung von kleinen und großen Bohrvorschubkräften bzw. von deren Reaktionskräften auf eine Bohrspindel einer Bohrmaschine nahe am Entstehungsort der Kräfte und unter Ausschaltung von Reibungsverlusten ermöglicht.The invention is therefore based on the object of a forceto create a measuring ring that measures theand large drilling feed forces or their reactionforces on a drilling spindle of a drilling machine close to thePlace of origin of the forces and with the exclusion of Reiloss of exercise.
Diese Aufgabe wird gelöst durch einen erfindungsgemäßen Kraftmeßring mit den Merkmalen im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1.This object is achieved by an inventive oneForce measuring ring with the features in the characterizing partof claim 1.
Der besondere Vorteil des erfindungsgemäßen Kraftmeßringes ist darin zu sehen, daß er direkt hinter einem ersten Axialkugellager der Bohrspindel eingebaut wird, so daß die auf die Bohrspindel wirkende Bohrvorschubkraft zwangsweise über den Kraftmeßring geleitet wird, so daß unmittelbar am Entstehungsort der Bohrvorschubkraft diese ohne Reibungsverluste gemessen werden kann.The particular advantage of the force measuring ring according to the inventioncan be seen in the fact that he is directly behind a firstAxial ball bearing of the drilling spindle is installed so thatthe drilling feed force acting on the drilling spindleis passed over the load cell, so that immediatelycash at the point of origin of the drilling feed force without itFrictional losses can be measured.
Die an sich bekannten, zur Kraftmessung verwendeten Dehnungsmeßstreifen, die an den speziell dafür ausgelegten Meßzonen des erfindungsgemäßen Kraftmeßrings appliziert werden, ermöglichen in einfacher Weise eine Kombination des erfindungsgemäßen Kraftmeßrings mit üblichen Gleichspannungs- oder Trägerfrequenzmeßverstärkern.The known Deh used for force measurementmeasuring strips, which are attached to the specially designedMeasuring zones of the force measuring ring according to the invention appliedallow a combination in a simple mannerof the force measuring ring according to the invention with usual equalsvoltage or carrier frequency measuring amplifiers.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Kraftmeßrings gehen aus den Unteransprüchen hervor.Further advantageous embodiments of the inventionForce measuring rings emerge from the subclaims.
Nachfolgend wird anhand eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Kraftmeßringes und unter Zuhilfenahme einer Zeichnung die Erfindung näher erläutert und beschrieben, wobei auf eine Darstellung nicht erfindungswesentlicher, an sich bekannter Einzelheiten der Bohrmaschine verzichtet wird.In the following, an exemplary embodiment of theforce measuring ring according to the invention and with the aida drawing explains the invention in more detail and bewrote, not according to the inventionessential, known details of the Bohrmachine is dispensed with.
Dabei zeigen:Show:
Fig. 1 eine Längsschnittdarstellung des erfindungsgemäßen Kraftmeßringes;Figure 1 is a longitudinal sectional view of the force measuring ring according to the Invention.
Fig. 2 eine Schnittdarstellung des Kraftmeßringes gemäßFig. 1 als Darstellung des Querschnittes entsprechend einer inFig. 1 durch II-II veranschaulichten Schnittebene;Fig. 2 is a sectional view of the force measuring ring ofFigure 1 as a representation of the cross-section corresponding to a cutting plane illustrated inFigure 1 by II-II.
Fig. 3 eine weitere Schnittdarstellung des Kraftmeßringes gemäßFig. 1 als Querschnittdarstellung einer durch III-III inFig. 1 dargestellten Schnittebene;Fig. 3 shows a further sectional view of the force measuring ring according toFIG 1 as a cross-sectional representation of a section represented by III-III inFIG. 1;
Fig. 4 eine Schnittdarstellung eines vorderen Teils einer mit dem Kraftmeßring gemäßFig. 1 versehenen Bohrmaschine.FIG. 4 is a sectional view of a front part of a drilling machine provided with the force measuring ring according toFIG. 1.
Fig. 1 zeigt einen erfindungsgemäßen Kraftmeßring10 mit seinem Kraftmeßringkörper12 und seiner Längsachse14. In einer durch II-II veranschaulichten Querschnittebene (s. dazuFig. 2) des Kraftmeßringkörpers12 sind eine sektorförmige, schlitzartige erste Ausnehmung16 und eine sektorförmige, schlitzartige zweite Ausnehmung18 im Kraftmeßringkörper12 vorgesehen. In einer zweiten durch III-III veranschaulichten Querschnittsebene des Kraftmeßringkörpers12 sind eine dritte sektorförmige, schlitzartige Ausnehmung20 und eine vierte sektorförmige, schlitzartige Ausnehmung22 vorgesehen (s. dazuFig. 3). Die zur Herstellung der sektorförmigen, schlitzartigen Ausnehmungen16,18,20,22 aus dem rohrförmigen Kraftmeßringkörper12 herausgearbeitete Wandstärke ist in ihrer Sektorfläche größer als die zwischen den Ausnehmungen16,18 (Fig. 2) bzw.18, 20 (Fig. 3) verbliebene Sektorfläche des stehengebliebenen Materials.Fig. 1 shows a force measuring ring10 of the invention with its Kraftmeßringkörper12 and its longitudinal axis14. In a cross-sectional plane (seeFIG. 2) of the force measuring ring body12 illustrated by II-II, a sector-shaped, slot-like first recess16 and a sector-shaped, slot-like second recess18 are provided in the force measuring ring body12 . In a second cross-sectional plane of the force measuring ring body12 illustrated by III-III, a third sector-shaped, slot-like recess20 and a fourth sector-shaped, slot-like recess22 are provided (seeFIG. 3). The wall thickness worked out to produce the sector-shaped, slot-like recesses16 ,18 ,20 ,22 from the tubular force measuring ring body12 is greater in its sector area than that between the recesses16 ,18 (FIG. 2) and18, 20 (FIG. 3) remaining sector area of the remaining material.
Von einer Querschnittebene (II-II) zur anderen Ebene (III-III) sind die Ausnehmungen16,18 bzw.20,22 zueinander versetzt angeordnet, so daß sie sich von einer zur anderen Ebene teilweise, wie inFig. 1 dargestellt, überlappen, so daß in axialer Richtung auf dem Umfang des Kraftmeßringkörpers12 zwischen jeweils gegenüberstehenden Ausnehmungen16,18,20,22 in der Mantelfläche des rohrförmigen Kraftmeßringkörpers12 Stege24 gebildet werden, die als Meßzonen für die Kraftmessung dienen.From a cross-sectional plane (II-II) to the other plane (III-III), the recesses16 ,18 and20 ,22 are arranged offset from one another, so that they partially move from one plane to the other, as shown inFIG. 1, overlap, so that in the axial direction on the circumference of the force measuring ring body12 between opposing recesses16 ,18 ,20 ,22 in the lateral surface of the tubular force measuring ring body12 webs24 are formed, which serve as measuring zones for the force measurement.
Im Bereich der Stege24 werden auf dem Kraftmeßringkörper12 Dehnungsmeßstreifen26, jeweils pro Steg24 vorzugsweise innen und außen (also insgesamt bei dem dargestellten Auführungsbeispiel8 Stück) angebracht, beispielsweise aufgeklebt. Es ergeben sich also vier Stege24, entsprechend mit Dehnungsmeßstreifen26 beklebten vier Meßzonen, wobei die Dehnungsmeßstreifen26 in üblicher Weise unter einem Winkel von vorzugsweise 45° zur Längsachse14 angebracht werden und zu einer Wheatstone′schen Brückenschaltung zusammengeschaltet werden. Jedoch ist auch ohne Einschränkung des Erfindungsgedankens dabei in Abwandlung der dargestellten Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Kraftmeßrings10 eine Ausführung mit 2,6 oder mehr Meßzonen denkbar. Vorzugsweise ist die Wandstärke des rohrförmigen Kraftmeßringkörpers12 im Bereich seiner Stege24 (Meßzonen) reduziert. In seinem inFig. 1 dargestellten oberen Teil ist der Kraftmeßringkörper12 mit einem Bohrspindelrohr28 verbunden, wobei diese Verbindung, vorzugsweise eine zentrierende Passung, als drehfeste Verbindung durch wenigstens zwei Paßstifte30 hergestellt wird. Statt der Paßstifte30 können auch Hohlspannstifte verwendet werden. In seinem unteren Bereich ist bei dem Kraftmeßringkörper12 seine hier nicht näher bezeichnete zentrische Innenbohrung im Durchmesser erweitert, so daß ein Radiallagersitz32 für ein Radiallager48 (s. dazuFig. 4) gebildet wird.In the area of the webs24 , strain gauges26 , each per web24 preferably inside and outside (that is to say8 pieces in the embodiment example shown) are attached, for example glued, to the force measuring ring body12 . So there are four webs24 , accordingly with strain gauges26 stuck to four measuring zones, the strain gauges26 being brought in the usual manner at an angle of preferably 45 ° to the longitudinal axis14 and connected to a Wheatstone bridge scarf device. However, an embodiment with 2.6 or more measuring zones is also conceivable without a restriction of the inventive concept in a modification of the illustrated embodiments of the force measuring ring10 according to the invention. Preferably, the wall thickness of the rohrför shaped force measuring body12 is reduced in the region of its webs24 (measuring zones). In its upper part shown inFIG. 1, the force measuring ring body12 is connected to a drill spindle tube28 , this connection, preferably a centering fit, being produced as a rotationally fixed connection by at least two dowel pins30 . Instead of the dowel pins30 , hollow spring pins can also be used. In its lower region, the central inner bore of the force measuring ring12, which is not described in more detail here, is expanded in diameter, so that a radial bearing seat32 for a radial bearing48 (seeFIG. 4) is formed.
Zum Schutz der auf den Stegen24 angebrachten Dehnungsmeßstreifen26 ist außen auf dem Kraftmeßringkörper12 ein äußeres Schutzrohr34 und im Innern des Kraftmeßringkörpers12 ein inneres Schutzrohr36 jeweils einseitig am Kraftmeßringkörper12 befestigt. Zum Schutz gegen mechanische Überbeanspruchung kann der Kraftmeßring10 mittels justierbarer Anschlagschrauben38, vorzugsweise zwei, von denen inFig. 1 eine zu sehen ist, geschützt werden. Diese Anschlagschrauben38 sind in mit entsprechendem Innengewinde versehenen Bohrungen40 im oberen Bereich des Kraftmeßringkörpers12 justierbar. Die Bohrungen40 sind zur Längsachse14 des Kraftmeßrings10 parallel und durchgreifen die Wandstärke im oberen Bereich des Kraftmeßringkörpers12 und münden in die erste sektorförmige Ausnehmung16 bzw. die zweite sektorförmige Ausnehmung18. Zur Einstellung eines gewünschten Anschlages und damit zur Justierung des Überlastungsschutzes des Kraftmeßringes10 werden die Schrauben38 in den Bohrungen40 gegen eine untere Kante42 der ersten bzw. zweiten Ausnehmung16,18, wie inFig. 1 dargestellt, durch einstellbare Anschlagkraft verspannt. Die auf den Stegen24 angebrachten Dehnungsmeßstreifen26 sind mit elektrischen Anschlußleitungen44 verbunden, die zum Anschluß der Dehnungsmeßstreifen26 an eine externe Meßauswerte- und Versorgungseinheit dienen. Diese Anschlußleitungen44 werden vorzugsweise zwischen dem Kraftmeßringkörper12 und dem äußeren Schutzrohr34 herausgeführt.To protect the strip mounted on the lands24 strain gauge26 is outside of the12 Kraftmeßringkörper an outer protective tube34 and the interior of the Kraftmeßringkör pers36 respectively12 is fixed, an inner protective tube on the one side Kraftmeßringkörper12th To protect against mechanical overload, the force measuring ring10 can be protected by means of adjustable stop screws38 , preferably two, one of which can be seen inFIG. 1. These stop screws38 are adjustable in bores40 provided with a corresponding internal thread in the upper region of the force measuring ring body12 . The bores40 are parallel to the longitudinal axis14 of the force measuring ring10 and by gripping the wall thickness in the upper region of the force measuring ring body12 and opening into the first sector-shaped recess16 or the second sector-shaped recess18th To set a desired stop and thus to adjust the overload protection of the force measuring ring10 , the screws38 in the holes40 against a lower edge42 of the first or second recess16 ,18 , as shown inFig. 1, clamped by adjustable stop force. The mounted on the lands24 Deh nungsmeßstreifen26 are connected with electrical Anschlußlei obligations44, the strip for connection of the strain gauge26 serving unit to an external supply and Meßauswerte-. These connecting lines44 are preferably carried out between the force measuring ring body12 and the outer protective tube34 .
Zur Verdeutlichung des Einbaus des erfindungsgemäßen Kraftmeßrings10 in eine übliche einem Fachmann geläufige Spindel-Bohrmaschine dientFig. 4. Der Kraftmeßringkörper12 wird nahe einem unteren Ende einer Bohrspindel46 der Bohrmaschine eingebaut. Zur drehbeweglichen Lagerung der Bohrspindel46 im Kraftmeßring10 dient das Radiallager48, dessen Sitz32 inFig. 1 dargestellt ist. Zur axialen Lagerung der Bohrspindel46 dient ein erstes Axiallager50 direkt in deren vorderem Bereich, wo eine hier nicht näher bezeichnete Aufnahme für ein Bohrfutter vorgesehen ist. Das die Bohrspindel46 umschließende Bohrspindelrohr28 ist mit einer an sich bekannten Außenverzahnung versehen und aus der Bohrmaschine bzw. deren Gehäuse herausfahrbar. Die weiteren Lagerungen und der Antrieb der Bohrspindel46 sind der Einfachheit halber nicht dargestellt.To illustrate the installation of the force measuring ring10 according to the invention in a usual ge skilled ge spindle drillFig. 4. The Kraftmeßringkör by12 is installed near a lower end of a drill spindle46 of the drill. The radial bearing48 , the seat32 of which is shown inFIG. 1, is used for the rotatable mounting of the drilling spindle46 in the force measuring ring10 . For the axial mounting of the drilling spindle46 , a first axial bearing50 is used directly in the front area thereof, where a receptacle for a drill chuck, not shown here, is seen. The drilling spindle46 surrounding the drilling spindle tube28 is provided with a known external toothing and from the drill or its housing can be moved out. The other bearings and the drive to the drill spindle46 are not shown for the sake of simplicity.
Im Bohrbetrieb wird das Bohrspindelrohr28 mit der darin befindlichen, rotierenden Bohrspindel46 aus der Bohrmaschine herausgefahren. In dieser Position können nun auf die Bohrspindel46 wirkende Bohrvorschubkräfte (s.Fig. 1) bzw. ihre auf die Bohrmaschine wirkenden Reaktionskräfte nur direkt über den erfindungsgemäßen Kraftmeßring10 in die Bohrspindel46 geführt werden. Die im Kraftmeßringkörper12 durch die Stege24 gebildeten und mit Dehnungsmeßstreifen26 versehenen Meßzonen werden ähnlich kurzen Biegebalken, durch einen ihrer Anzahl entsprechenden Bruchteil der Bohrvorschubkräfte jeweils auf Biege- und Schubspannung beansprucht. Die dadurch an den Stegen24 auftretenden Dehnungen werden von den in Vollbrückenschaltung zusammengeschalteten Dehnungsmeßstreifen26 erfaßt und liefern somit ein Maß für die durch den PfeilF (Fig. 4) veranschaulichte Bohrandruckkraft, die wiederum der aufzubrinqenden Bohrvorschubkraft proportional ist. Eventuell an den einseitig befestigten dünnwandigen Schutzrohren34,36 auftretende Reibungsverluste sind vernachlässigbar und haben daher keinen Einfluß auf das Meßergebnis.In drilling operation, the drilling spindle tube28 with the rotating drilling spindle46 located therein is moved out of the drilling machine. In this position, drilling feed forces acting on the drilling spindle46 (seeFIG. 1) or their reaction forces acting on the drilling machine can only be guided directly into the drilling spindle46 via the force measuring ring10 according to the invention. The measuring zones formed in the force measuring ring body12 by the webs24 and provided with strain gauges26 are similarly short bending beams, each stressed by a fraction of the drilling feed forces corresponding to their number on bending and shear stress. The resulting strains on the webs24 are detected by the strain gauges26 connected in full-bridge circuit and thus provide a measure of the drilling pressure force illustrated by the arrowF (FIG. 4), which in turn is proportional to the drilling feed force to be applied. Frictional losses that may occur on the thin-walled protective tubes34 ,36 are negligible and therefore have no influence on the measurement result.
Die Ausführung der sektorförmigen Ausnehmungen16,18,20,22 wird erfindungsgemäß so vorgenommen, daß die in den Stegen24 bei jeweiliger Nennlast entstehende Schubspannung für große Meßbereiche von ca. 4 kN bis über 20 kN ausreicht.The execution of the sector-shaped recesses16 ,18 ,20 ,22 is carried out according to the invention so that the shear stress generated in the webs24 at the respective nominal load is sufficient for large measuring ranges from approximately 4 kN to over 20 kN.
Vorteilhafterweise werden die Anschlagschrauben38 so justiert, daß sie oberhalb von ca. 120% der Nennlast den größten Teil der aus der Bohrdruckkraft resultierenden Überlast übernehmen, so daß ein ausreichender mechanischer Schutz des erfindungsgemäßen Kraftmeßrings10 gewährleistet ist.Advantageously, the stop screws38 are adjusted such that they take over most of the overload resulting from the drilling pressure force above approximately 120% of the nominal load, so that adequate mechanical protection of the force measuring ring10 according to the invention is ensured.
In weiterer, hier nicht dargestellter Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Kraftmeßringes ist vorgesehen, den Kraftmeßring fest mit dem Bohrspindelrohr zu verbinden, beispielsweise aus einem Stück zu fertigen. Dabei ist weiterhin denkbar, die aus den Dehnungsmeßstreifen gebildete Meßbrücke z. B. durch Piezokristalle, induktive oder piezoresistive Meßelemente zu ersetzen.In a further, not shown embodiment of theForce measuring ring according to the invention is providedTo connect the force measuring ring firmly to the drill spindle tube,for example, to manufacture from one piece. It isstill conceivable, the ge from the strain gaugesformed measuring bridge z. B. by piezo crystals, inductiveor to replace piezoresistive measuring elements.
Bezugszeichenliste:Reference symbol list:
10 Kraftmeßring
12 Kraftmeßringkörper
14 Längsachse
16 1. sektorförmige Ausnehmung
18 2. sektorförmige Ausnehmung
20 3. sektorförmige Ausnehmung
22 4. sektorförmige Ausnehmung
24 Steg
26 DMS
28 Bohrspindelrohr
30 Paßstift
32 Radiallagersitz
34 äußeres Schutzrohr
36 inneres Schutzrohr
38 Anschlagschraube
40 Bohrung für (38)
42 Anschlagkante von (16) für (38)
44 Anschlußleitungen von (26)
46 Bohrspindel
48 Radiallager
50 1. Axiallager
f Wirklinien der Bohrvorschubkraft
F Bohrandruck-Kraft10 force measuring ring
12 load cell bodies
14 longitudinal axis
16 1st sector-shaped recess
18 2. sector-shaped recess
20 3rd sector-shaped recess
22 4th sector-shaped recess
24 bridge
26 DMS
28 drill spindle tube
30 dowel
32 radial bearing seat
34 outer protective tube
36 inner protective tube
38 stop screw
40 hole for (38 )
42 stop edge of (16 ) for (38 )
44 connecting cables from (26 )
46 drilling spindle
48 radial bearings
50 1. Axial bearing
f Lines of action of the drilling feed force
F drilling pressure force
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|---|---|---|---|
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title | 
|---|---|---|---|
| DE3828550ADE3828550A1 (en) | 1988-08-23 | 1988-08-23 | Force measuring ring | 
| Publication Number | Publication Date | 
|---|---|
| DE3828550A1true DE3828550A1 (en) | 1990-03-01 | 
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date | 
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| Date | Code | Title | Description | 
|---|---|---|---|
| 8139 | Disposal/non-payment of the annual fee |