DE2648192A1 - Vorrichtung zur messung und/oder ueberwachung der axialkraft an einer werkzeugspindel - Google Patents

Vorrichtung zur messung und/oder ueberwachung der axialkraft an einer werkzeugspindel

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Description

Prof. Dr. Ing. Theodor Stöferle, 6101 Seelieim Dipl.-Ing. Volfhard Sack, 6io1 ¥eiterstadt
Vorrichtung zur Messung und/oder Überwachung der Axialkraft an einer Werkzeugspindel
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Messung und/oder Überwachung der Axialkraft an einer ¥erkzeugspindel, die mittels eines Spindellagers in einem Spindelgehäuse einer Werkzeugmaschine gelagert ist, mit einer zwischen dom Spindellager und dem Spindelgehäuse angeordneten Meßbüchse«
Die Messung und/oder Überwachung der auf eine Werkzeugspindel einer Werkzeugmaschine einwirkenden Axialkraft ist für viele Ahwendungsfalle wichtig. Bei der spanenden Bearbeitung gibt der Verlauf der Axialkraft Aufschluß über die Axialkomponente der an der Schneide auftretenden Zerspankraft. Ein Anstieg der Axialkraft stellt beispielsweise einen Hinweis auf zunehmenden Verschleiß dar, insbesondere an der Hauptschneide. Darüber hinaus stellt die Axialkraft aber eine für den Bearbeitungsvorgang kennzeichnende Größe dar, so daß während des Bearbeitungsvorgangs gewonnene Informationen über die Axialkraft in sogenannten AC (Adaptive Control) - Systemen zur Optimierung der Bearbeitungsbedingungen herangezogen werden.
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Die vorliegende Erfindung findet in erster Linie Anwendung zur Vorschubkraftmessung bei spanenden Bearbeitungsverfahren, bei denen der Vorschub in Richtung der Spindelachse erfolgt, z. B. beim Bohren, Reiben mit kegeligen Werkzeugen, Senken. ¥eitere Anwendungsgebiete sind aber auch andere Bearbeitungsverfahren, bei denen der Verlauf der Axialkraft eine für den Bearbeitungsvorgang kennzeichnende Aussage liefert.
Aufgabe der Erfindung ist es, durch eine mit geringem Bauaufwand mögliche und weitestgehend von Störeinflüssen unbeeinträchtigte Axialkrafterfassung einen verbesserten Schutz der Werkzeuge, des Werkstücks und der Werkzeugmaschine zu erreichen, den Automatisierungsgrad der Fertigungseinrichtungaizu erhöhen und die Möglichkeit zu schaffen, durch Regelsysteme (Adaptive Control) den Ablauf des Bearbextungsvorgangs in wirtschaftlicher Hinsicht zu verbessern.
Bei einer bekannten Meßvorrichtung mit den eingangs genannten Merkmalen ist zwischen dem in das Spindelgehäuse eingepaßten Außenring des Spindelkopflagers und einer zugehörigen axialen Anschlagfläche ein in seinen Einzelheiten nicht näher beschriebenes ringförmiges Meßelement eingelegt. Diese Vorrichtung ist für den genannten Zweck nicht geeignet, weil die unmittelbare Berührung des Lageraußenrings mit der Bohrung des Spindelgehäuses eine Reibungskraft verursacht, die dazu führt, daß das Meßsignal mit einer erheblichen Hysterese behaftet ist.
Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird erfindungsgemäß dadui-ch gelöst, daß die zwischen dem Spindellager und dem Spindelgehäuse angeordnete Meßbüchse eine im wesentlichen zylindrische, das Spindellager aufnehmende Spindellagerhülse aufweist, die sich an mindestens einem axialen Ende über elastisch verformbare, Dehnungsmeßelemente tra-
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gende Stege an einem mit dem Spindelgehäuse verbundenen äußeren Meßbüchsenteil abstützt.
Die Meßbüchse stellt ein in sicli geschlossenes Bauelement dar, das unabhängig von der Lagerausführung eingesetzt werden kann und dessen Meßcharakteristik durch die Art der Spindellagerung nicht beeinflußt wird. Der Platzbedarf ist sehr gering, so daß diese Meßbüchse ohne wesentliche Änderungen an der Werkzeugmaschine eingebaut werden kann. Beispielsweise reicht eine nur geringfügige Vergrößerung der Aufnahmebohrung im Spindelgehäuse aus, um den Einbau der erfindungsgemäßen Meßbüchse zu ermöglichen. Die Dehnungsmeßelemente können beispielsweise Dehnungsmeßstreifen, piezoelektrische oder andere elektromechanisch^ ¥andler sein.
Die mit den Dehnungsmeßelementen versehenen, elastisch verformbaren Stege lassen sich mit geringem Iconstruktivem Aufwand und mit geringem Arbeitsaufwand bei der Fertigung an den jeweils gewünschten Meßbereich derart anpassen, daß einerseits die Verformung unter der Nennbelastung ausreichend groß ist, um ein brauchbares Signal zu erhalten, daß aber andererseits die Steifigkeit dieser als Verformungskörper wirkenden Stege noch groß genug ist, um das Spindellager in axialer Richtung abzustützen. Es hat sich gezeigt, daß die Optimierung dieser beiden an sich entgegengerichteten Forderungen ein lies entliches Kriterium dafür ist, ob eine derartige Axialkrafterfassung im praktischen Betrieb wirtschaftlich eingesetzt werden kann.
Der Einsatz der erfindungsgemäßen Meßbüchse zur Erfassung der Axialkraft an der Werkzeugspindel bringtwährend der Bearbeitung eine wesentliche Schutzfunktion in verschiedener Hinsicht mit sich. So kann die Werkzeugmaschine oder mindestens der Vorschub der Spindel beim Erreichen der zulässigen oberen Grenze der Vorschub-
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kraft abgeschaltet werden. Dadurch werden Werkzeugbrüche vermieden, die durch Überlast oder unzulässig hohen Verschleiß zustande kommen können. Außerdem werden Folgeschäden verhindert, die bei einem plötzlichen, nicht vorangekündigten Werkzeugbruch auftreten können, beispielsweise wenn ein Bohrvorgang nach einer Beschädigung des Werkzeugs fortgesetzt wird, so daß es zur Zerstörung des Werkzeugschafts und/oder des Werkstücks kommt, oder beispielsweise bei der Feinbearbeitung von nicht fertiggestellten Bohrungen, was zwangsläufig zu einem Bruch des Feinbearbeitungswerkzeugs führen würde.
Durch die Erfindung wird auch ein höherer Automatisierungs grad ermöglicht. Durch den verbesserten Schutz und das selbsttätige Verarbeiten der Meßsignale wird Bedienungspersonal eingespart. Steuerungselemente für die axiale Spindelbewegung können eingespart werden, weil durch Erfassen des Axialkraftanstiegs selbsttätig erkannt wird, wenn das Werkzeug die Werkstückoberfläche erreicht hat; dann kann beispielsweise das Umschalten von Eil- in Arbeitsvorschub erfolgen. Beim Bohren von Durchgangslöchern kann der Axialkraftabfall am Ende des Bohrvorgangs als Signal verwendet werden, das die Umschaltung auf den Eilrücklauf bewirkt.
In Adaptive Control-Systemen kann das Axialkraftsignal in Regelkreisen verarbeitet werden, um eine Verbesserung oder Optimierung des Zerspanungsvorgangs nach wirtschaftlichen Gesichtspunkten zu erreichen. Beispielsweise kann der Axialvorschub so optimal gesteuert werden, daß eine ausreichend hohe Zerspanungsleistung bei wirtschaftlicher Werkzeugstandzeit erreicht wird.
Die Schutzfunktion der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird aber nicht nur während der Bearbeitung, sondern auch in den sogenannten Nebenzeiten wirksam: Schäden infolge von
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Bedienungsfehlern oder von Fehlern im Programmablauf (beispielsweise zu spätes Abschalten des EiIvorschubs) können verhindert werden.
Vorteilhafte Ausgestaltungen des Erfindungsgedankens sind Gegenstand der Unteransprüche.
Die Erfindung wird nachfolgend an Ausfülirungsbeispielen näher erläutert. Es zeigt:
Fig. 1 eine Spindellagerung einer Werkzeugmaschine im Schnitt mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Messung und/ oder Überwachung der Axialkraft,
Fig. 2 die in der Spindellagerung nach Fig. 1 verwendete Meßbüchse im Längsschnitt,
Fig. 3 einen Teilschnitt längs der Linie III-III in Fig.2, v/obei der Schnitt verlauf des Längsschnitts der Fig. 2 in Fig. 3 durch die Linie ΙΙ-ΙΣ angedeutet ist,
Fig. h die Schaltung der Dehnungsmeßstreifen bei der Vorrichtung nach Fig. 1,
Fig. 5 eine weitere Schaltungsmöglichkeit der Dehnungsmeßstreifen bei der Vorrichtung nach Fig. 1,
Fig. 6 eine andere Ausfuhrungsform einer ¥erkzeugspindellagerung mit einer gegenüber der Fig. 1 abgewandelten Meßbüchse zur Axialkraftmessung,
Fig. 7 ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Werkzeugspindellagerung mit einer anderen Axialkraft-Meßbüchse,
Fig. 8 die bei der Spindellagerung nach Fig. 7 verwendete Meßbüchse im Längsschnitt,
Fig. 9 eine Stirnansicht in Richtung des Pfeiles IX in Fig. 8, wobei der Schnittverlauf für die Darstellungen nach den Fig. 7 und 8 mit der Linie W-V//angedeutet ist,
Fig.10 in der linken Hälfte einen Schnitt längs der Linie A-A und in der rechten Hälfte einen Schnitt längs der Linie B-B in Fig. 8,
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Pig. 11 in vereinfachter Darstellungsweise die Schaltung der bei der Meßbüchse nach den Fig. 7-10 verwendeten Dehnungsmeßstreifen,
Fig. 12 eine Mcßbüchse mit abgewandelter* Ausführungsform der verformbaren Stege im Längsschnitt,
Fig. 13 in schematischer Darstellungsweise die Schaltung der an der Meßbüchse nach Fig. 8 angebrachten Dehnungsmeßstreifen,
Fig. Ik eine Meßbüchse ähnlich der Ausführung nach Fig. 12, jedoch ohne Ringmembranen zwischen der Spindellagerhülse und dem äußeren Meßbüchsenteil,
Fig. 15 die Führung der Spindellagerhülse mittels einer Kugelbüchse im Spindelgehäuse und
Fig. 16 eine Meßbüchse, wie sie bei der Spindellagerung nach Fig. 6 verwendet wird.
Fig. 1 zeigt im Längsschnitt die Spindellagerung einer Werkzeugmaschine, beispielsweise einer Bohrmaschine oder einer Bohreinheit. Die das (nicht dargestellte) Werkzeug aufnehmende Spindel 1 ist mittels eines Spindellagers 2, beim dargestellten Ausfülirungsbeispiel zwei Radial-Axial-Kegelrollenlager in einem Spindelgehäuse 3 gelagert. Außerdem weist die Spinde11agerung ein weiteres Zylinderrollenlager h zwischen der Spindel 1 und dem Spindelgehäuse 3 auf.
Zwischen dem Spindellager 2 und einer Lagerbohrung 5 im Spindelgehäuse 3 ist eine Meßbüchse 6 angeordnet, die in den Fig. 2 und 3 in Einzelheiten dargestellt ist. Die Meßbüchse weist eine im wesentlichen zylindrische, das Spindellager 2 aufnehmende Spindellagerhülse 7 auf, die sich an ihren beiden Enden über elastisch verformbare Stege S an einem vorderen, mit einem Flansch 9 versehenen Ring 10 und an einem hinteren Ring 11 abstützt. Die Ringe 10 und 11 bilden mit einer äußeren Hülse 12 das äußere Meßbüchsenteil, das in die Bohrung 5 eingepaßt ist. Schrauben I3 halten den Flansch 9 der Meßbüchse 6 am Spindelgehäuse 3·
Nahe an den beiden axialen Enden der Spindellagerbuch.se 7
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ist diese einstückig mit Ringmembranen 1 A- ausgeführt, die jeweils in einer Radialebene der Spindelachse liegen. Diese Ringmembranen 14 sowie die Ringe 10 und 11 sind mit der äußeren Hülse 12 mittels Elektronenstrahischweißung verbunden. In Fig. 2 erkennt man, daß die dabei gebildeten Schweißnähte verhältnismäßig schmal sind und tief in das Material hineinreichen. Statt der Elektronenstrahlschweissung können andere Fügeverfahren angewendet werden, beispielsweise andere Schweißverfahren, Lötverfahren, Verschraub en, Schrumpfen od. dgl.
Die elastisch verformbaren Stege 8 tragen Dehnungsmeßstreifen 15· 1 15· ^. Bei der in Fig. 2 gezeigten Anordnung
werden bei einer axial auf die Spindel 1 wirkenden Druckkraft die Dehnungsmeßstreifen 15·1 und 15.2 auf Zug beansprucht, während die Dehnungsmeßstreifen 15·3 und 15. ^ auf Druck beansprucht werden.
Fig. 4 zeigt die Schaltung der Dehnungsmeßstreifen 15*1
15·^ in einer Vollbrückenschaltung. Jeweils die beiden Dehnungsmeßstreifen 15·3 und 15·A- sind zur Vermeidung von Fehlern, die durch Biegebeanspruchung der Spindel oder Axialschlag der Spindellagerung verursacht werden, um jeweils ISO zueinander um die Spindelachse versetzt am umfang der Meßbüchse angeordnet. In die Brücke ist zusätzlich noch ein temperaturabhängiger ¥iderstand 15*5 zur Temperaturkompensation geschaltet, der an einer Stelle der Meßbüchse 5 angebracht wird, die im allgemeinen keiner mechanischen Dehnung ausgesetzt ist, an der aber ein zeitabhängiger Temperaturverlauf herrscht, der zur Temperaturkompensation im gewünschten Maße herangezogen werden kann. Zur Einstellung der Temperaturkompensation ist dem ¥iderstand 15·5 ein verstellbarer Widerstand 16 parallelgeschaltet. Die Zuleitungen für die Dehnungsmeßstreifen sind in Kanälen 17 der Meßbüchse 6 und des Spindelgehäuses 3 verlegt. Zwischen der äußeren Hülse 12 und der Spindellagerhülse 7 der Meßbüchse 6 sind Hohlräume 18 gebildet, die mit einer ¥ärmeleitpaste gefüllt werden können, um einen rascheren und besseren
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Temperaturausgleich innerhalb der Meßbüchse herbeizuführen; durch die Hohlx-äume 18 kann aber auch zur Kühlung ein Kühlflüssigkeitsstrom geleitet werden. ;
Fig. 5 zeigt eine abgewandelte Schaltungsmöglichkeit der Dehnungsmeßstreifen. Im Vergleich zu der Brückenschaltung nach Fig. h sind anstelle von vier Dehnungsmeßstreifen 15·1 ..... 15·^ acht Dehnuiigsmeßstreifen vorgesehen, und zwar ist der Dehnungsmeßstreifen 15·1 der Schaltung nach Fig. h aufgeteilt in zwei Dehnungsmeßstreifen 15·1' und 15·1" usw. Jeweils die beiden Dehnungsmeßstreifen 15·!' und 15·1" usw. jedes Brückenzweiges sind um 180° um die Spindelachse versetzt am Umfang der Meßbüchse angeordnet; die diagonal gegenüberliegenden Brückenzweige mit den Dehnungsmeßstreifen 15·1'» 15·1" und 15·2·, 15.2" usw. sind jeweils um 90 zueinander versetzt. Durch diese Anordnung lassen sich Fehler aus Biegebeanspruchung und Axialschlag der Lager, insbesondere das durch letzteres hervorgerufene Signalrauschen (d.h. der nicht durch Meßgrößenänderung hervorgerufenen Welligkeitsanteil des Signals) weiterhin verringern. Es versteht sich, daß auch eine noch größere Anzahl von Dehnungsmeßstreifen vorgesehen werden kann, wobei sich die Anzahl der verwendeten Dehnungsmeßstreifen beispielsweise nach der Anzahl der elastischen Stege 0 richtet.
Bei dem in dan Fig. 1 - 5 dargestellten Ausführungsbeispiel erfolgt die Zentrierung der mit den Spindellagern 2 verbundenen Spindellagerhülse 7 der Meßbüchse 6 durch die in axialer Richtung federnden Ringmembranen 14, die in radialer Richtung sehr steif sind. Über diese Membranen 14 werden die vom Spindellager 2 eingeleiteten radialen Kräfte auf das Spindelgehäuse 3 abgestützt.
Wenn man- wie in Fig. 6 gezeigt - die Spindellagerung so aufbaut, daß sich die radialen Kräfte über ein vorderes Lager, beispielsweise ein Zylinderrollenlager 2.1 auf das Spindelgehäuse 3 abstützen, wobei dieses Lager 2.1 keine oder fast keine Axialkräfte überträgt, kann man das in der Meßbüchse aufgenommene Spindellager als reines Axiallager 2.2 ausführen, Eeim Beispiel nach Fig. 6 greift ein mit der Spindellagerbüchse 7 (siehe auch Fig. 16) verbundener Stützring 7«1
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zwischen zwei Axialkugellager 2.2. Da bei dieser Ausführungsform eine radiale Führung der Spindellagerhülse 7 nicht erforderlich ist, sind keine ringförmigen Membranfedern od.dgl. vorgesehen. Die Spinde 11agerhülse 7 ist nur über die ver forin- ; baren Stege 8 mit dem äußeren Meßbüchsenteil 10, 11, 12 verbunden. Ein mit dem Flansch 9 nach Fig. 2 vergleichbarer Flansch fehlt, da die Meßbüchse 6 in der Spindelgehäusebohrung 5 axial festgelegt ist.
Eine abgewandelte Ausführungsform einer Spindellagerung und einer Meßbüchse ist in Fig. J dargestellt. Die Spindellagerhülse 7 ist hierbei nur an ihrem einen axialen Ende mit einem Ring 10 und einem Flansch 9 verbunden, die das äußere Meßbüchsenteil bilden. Die verbindenden elastischen Stege sind durch Abschnitte eines axial zwischen der Spindellagerhülse 7 und dem äußeren Meßbüchsenteil 9s 10 angeordneten Verformungsrings 8.1 derart gebildet, daß jeder Ringabschnitt an seinem einen Ende über einen Verbindungssteg 8.2 mit der Spindellagerhülse 7 und an seinem anderen Ende über einen Verbindungssteg 8.3 mit dem äußeren Meßbüchsenteil 9> 10 verbunden ist. ¥ie man aus Fig. 8 erkennt, ist die gesamte Meßbüchse einstückig ausgeführt; der Verforrnungsring 8,1 und die Stege 8.2, 8.3 sind zwischen schlitzförmigen Ausnehmungen gebildet.
Im Gegensatz zu den vorher beschriebenen Ausführungsformen sind die Abschnitte des Verformungsringes 8.1 Biegefedern, so daß die Dehnungsmeßstreifen 15· 1 e.... 15·^ auf den Stirnflächen des Verformungsringes 8.1 angebracht werden müssen. Aus der ¥indungs richtung der Delinungsmeßstreif en in Fig. 9 erkennt man, daß die Dehnungsmeßstreifen 15·1 und 15*3 aktive Dehnungsmeßstreifen sind, d. h. sie ändern bei einer Verformung des Ringes 8,1 ihren Widerstand. Die Dehnungsmeßstreifen 15.2 und 15·^ sind passive Dehnungsmeßstreifen, d. h. sie ändern ihren ¥iderstand bei einer Verformung des Ringes 8.1 nicht. Aus Fig.9 erkennt man auch, daß in dem Ring 10 Ausnehmungen 10.1 vorgesehen sind, damit die Dehnungsmeßstreifen auf dem Ring 8.1 angebracht werden können.
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Aus Fig. 10 erkennt man, daß die die einzelnen Biegestege bildenden Abschnitte des Verformungsrings 8.1 jeweils von einem Verbindungssteg 8.2 über einen Umfang von 45 bis zu einem Verbindungssteg 8.3 reichen. Die in Fig. 11 gezeigte Schaltung der Dehnungsmeßstreifenbrücke entspricht der Schaltung nach Fig. 4. jedoch handelt es sich um eine sogenannte Halbbrücke, weil die Dehnungsmeßstreifen 15·2 und 15· 4 passiv sind.
Die in Fig. 12 gezeigte Meßbüchse unterscheidet sich von der Meßbüchse nach Fig. 2 nur dadurch, daß die verformbaren Stege 8 beim Beispiel nach Fig. 2 zwischen Ausnehmungen (Langlöchern) eines konzentrisch zur Spindelachse angeordneten, verhältnismäßig dünnwandigen Hohlzylinders gebildet sind, während die verformbaren Stege beim Beispiel nach Fig. 12 durch einen ringförmigen Abschnitt 8.4 eines im Querschnitt mäanderförmigen Balges 8.5 gebildet wird, der die Spindellagerhülse 7 mit dem Ring 10 bzw. 11 des äußeren Meßbüchsenteils verbindet. Hierbei sind am äußeren Umfang jedes der beiden ringförmigen Abschnitte 8.4 jeweils zwei aktive Dehmuigsmeßstreifen 15· 1> 15·2 bzw. 15·3ι 15·4 angebracht, die wieder zu einer Vollbrücke (Fig. 13) geschaltet sind.
Da der Balg 8.5 an beiden axialen Enden der Spindellagerhülse 7 vollständig geschlossen ist, sind hierbei die Hohlräume 18 gegenüber der Umgebung vollständig abgeschlossen. Da die Anbringung der äußeren Hülse 12 mittels Elektronenstrahl schv.'eiGixng ohne wesentliche Wärmeentwicklung und ohne sonstige störende Einflüsse erfolgt, können die Dehnungsmeßstreifen 15.1 ..... 15.4 schon vorher aufgebracht werden. Die Zuleitungen können vakuumdicht durch eine Bohrung 11.1 in dem einen Ring 11 hindurchgeführt werden. Nach dem Anschweißen der äußeren Hülse 12 sind die Dehnungsmeßstreifen dann in den Hohlräumen 18 vollständig vakuumdicht untergebracht.
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Da die Dehnungsmeßstreifen bei der Meßbuchse nach Fig. 12 ähnlich wie bei der Meßbuchse nach Fig. 8 im Biegebereich des Verf orrnungskörpers angebracht sind, können damit verhältnismäßig geringe Kr.äfte erfaßt werden. Aus der in Fig. 13 gezeigten Schaltung erkennt man, daß durch die Bohrung 11.1 außer den Leitungen für die Speisespannung und die Meßleitung noch Leitungen für vier Stützpunkte zur Temperaturkompensation hindurchgeführt werden müssen.
Fig. 14 zeigt im Längsschnitt eine Meßbüchse, die sich von der in den Fig. 6 und 16 gezeigten Meßbüchse nur dadurch unterscheidet, daß statt der Stege 8 die im Querschnitt mäanderförmigen Bälge 8.5 vorgesehen sind, wie sie auch bei der Meßbüchse nach Fig. 12 verwendet werden. Auch hierbei ist der Hohlraum 18 vollständig abgeschlossen, so daß eine vollständig geschützte Unterbringung der Dehnungsmeßstreifen möglich ist.
Rechts unten in Fig. 16 ist gezeigt, daß auch bei der dortigen Ausführungsform der Meßbüchse mit den Stegen 8 eine vollständige Abkapselung des die Dehnungsmeßstreifen aufnehmenden Raumes möglich ist, wenn auf der Innenseite der verformbaren Stege 8 ein Membranring I9 vakuumdicht angebracht wird, der leicht verformbar ist und deshalb nur einen wenig störenden Kraftnebenschluß zu den Stegen 8 bildet.
Bei dem in Fig. 15 gezeigten Beispiel ist die Spindellagerhülse 7 durch eine Kugelbüchse 20 radial am Spindelgehäuse 3 abgestützt. Die Kugelbüchse 20 übernimmt somit die Führungsfunktion der ringförmigen Membranen 14 beim Beispiel nach Fig. 12. Fig. 15 zeigt außerdem, daß es für viele Anwendungsfälle bereits ausreicht,die verformbaren Stege 8 nur an einem axialen Ende der Spindellagerhülse 7 vorzusehen. Weiter erkennt man aus Fig. 15 > daß die Stege auch so ausgeführt sein können, daß sie in radialer Richtung eine größere Ausdehnung haben, während ihre Dicke in
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Umfangs rieht ting nur verhältnismäßig gering ist.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann außer bei Werkzeugspindeln auch bei anderen rotierenden Wellen und Bauteilen angewendet werden, bei denen eine Axialkraftmessung oder -erfassung gewünscht wird.
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Claims (11)

  1. Pa tentansprüche
    (i.j Vorrichtung zur Messung und/oder Überwachung der Axialkraft an einer Werkzeugspindel, die mittels mindestens eines Spindellagers in einem Spindelgehäuse einex· Werkzeugmaschine gelagert ist, mit einer zwischen dem Spindellager und dem Spindelgehäuse angeordneten Meßbüchse, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßbüchse (6) eine im we sentliehen zylindrische, das Spindellager (2) aufnehmende Spindellagerhülse (7) aufweist, die sich an mindestens einem axialen Ende über elastisch verformbare, Dehnungsmeßelemente (15.1 .... 15.2O tragende Stege (8, 8.1, 8.4) an einem mit dem Spindelgehäuse (3) verbundenen äußeren Meßbüchsenteil (9, 10, 11, 12) abstützt.
  2. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die verformbaren Stege (8, 8.1, 8.4) an beiden axialen Enden der Spindellagerhülse (7) angeordnet sind.
  3. 3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die verformbaren Stege (8, 8.1, 8.4) mit der Spindellagerhülse (7) und dem äußeren Meßbüchsenteil (8, 9» 1°» 11) einstückig ausgeführt sind.
  4. 4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 - 3> dadurch gekennzeichnet, daß die verformbaren Stege (8, S.I) zwischen Ausnehmungen eines konzentrisch zur Spindelachse angeordneten Ilohlzylinders gebildet sind.
    - 14 -
    809817/0432
    ORIGINAL INSPECTED
    L -
  5. 5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 -4, aaaureh. gekennzeichnet, daß die Spindellagerhülse (7) mit dem äußeren Meßbuchsenteil (9> 10, 11, 12) über mindestens eine in einer Radialebene der Spindelachse liegende Ringmerabran 04) verbunden ist.
  6. 6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 - 5j dadurch gekennzeichnet, daß eine äußere Hülse (12) der Meßbüchse (6) mit dem äußeren Meßbüchsenteil (1O, 11) und gegebenenfalls den Ringmembranen (14) verbunden ist und zwischen sich und der Spindellagerhülse (7) und den verformbaren Stegen (8, 8.1, 8.4) Hohlräume (18) einschließt.
  7. 7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die äußere Hülse (12) mit dem äußeren Meßbüchsenteil (1O, 11) und gegebenenfalls den Ringembranen (i4) mittels Elektronenstrahlschweißung oder Photonenstrahlsciiweißung verbunden ist.
  8. 8. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die verformbaren Stege durch Abschnitte eines axial zwischen der Spindellagerhülse (7) und dem äußeren Meßbüchsenteil (1O) angeordneten Verformungsrings (8.1) derart gebildet werden, daß jeder Ringabschnitt an seinem einen Ende über einen Verbindungssteg (8.2) mit der Spindellagerhülse (7) und an seinem anderen Ende über einen Verbindungssteg (8*3) mit dem äußeren Meßbuchsenteil (lO) verbunden ist.
  9. 9« Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die verformbaren Stege durch einen ringförmigen Abschnitt (8.4) eines im Querschnitt mäanderförmigen Balges (8.5) gebildet wird, der die Spindellagerhülse (7) mit dem äußeren Meßbüchsenteil (10,11) verbindet.
    809817/0432
    - ORiQIMAL INSPECTED
  10. 10. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Spindellagerhülse (7) mittels einer Kugelbüchse (20) im Spindelgeliäuse (j) axial beweglich geführt ist.
  11. 11. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Spindellagerbüchse (7) einen Stützring (7·1) aufweist, der zwischen zwei Axiallagern (2.2) der
    Spindellagerung liegt.
    809817/0^32
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Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0163213A2 (de) * 1984-06-01 1985-12-04 Licentia Patent-Verwaltungs-GmbH Schubmesseinrichtung
DE10219430B4 (de) * 2002-05-02 2007-06-14 Audi Ag Vorrichtung zur Axiallagerkraftmessung
EP1916056A1 (de) * 2006-10-26 2008-04-30 Step-Tec AG Federhülse
WO2016027024A1 (fr) * 2014-08-19 2016-02-25 Hispano-Suiza Reducteur de vitesse pour une turbomachine
WO2018024517A1 (de) * 2016-08-01 2018-02-08 Nuton GmbH Werkzeugspindel mit kraftmesseinrichtung
DE102018102327A1 (de) 2018-02-01 2019-08-01 Nuton GmbH Kraftmesseinrichtung zur Erfassung von Bearbeitungskräften an einer Werkzeugmaschine sowie Werkzeugmaschine mit Kraftmesseinrichtung
DE102018130303A1 (de) * 2018-11-29 2020-06-04 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Messvorrichtung sowie Messanordnung

Families Citing this family (22)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3025088C2 (de) * 1980-07-02 1983-09-08 Bosch-Siemens Hausgeräte GmbH, 7000 Stuttgart Wäschebehandlungsmaschine
DE3405168A1 (de) * 1984-02-14 1985-08-22 M.A.N. Maschinenfabrik Augsburg-Nürnberg AG, 8000 München Taktiler sensortraeger fuer elastomechanische strukturen
DE3617380C1 (de) * 1986-05-23 1987-07-02 Berstorff Gmbh Masch Hermann Einrichtung zum Messen des Massedruckes in einem Zweischneckenextruder
DE3916314A1 (de) * 1989-05-19 1990-11-22 Ford Werke Ag Verfahren und vorrichtung zum feststellen der erforderlichen anstellung von waelzlagern in getrieben
JPH07217649A (ja) * 1994-02-04 1995-08-15 Nippon Seiko Kk 複列転がり軸受の予圧隙間を測定する方法と装置
US5905212A (en) * 1997-06-04 1999-05-18 Continental Emsco Company Load and deflection measurement system for elastomeric bearings
US5952587A (en) * 1998-08-06 1999-09-14 The Torrington Company Imbedded bearing life and load monitor
US6724183B2 (en) * 2002-01-02 2004-04-20 Intel Corporation Method and apparatus for detecting bearing failure
DE10254814A1 (de) * 2002-11-23 2004-06-03 Fag Kugelfischer Ag Kraftmesslager
DE10303876A1 (de) * 2003-01-31 2004-08-12 Fag Kugelfischer Ag Messanordnung, Wälzlager und Verfahren zur Ermittlung der Bewegungsrichtung eines Wälzlagerbauteils
SE0302239L (sv) * 2003-08-19 2004-10-05 Skf Ab En metod och en anordning för integrerad kabelsignaljustering
US7497131B2 (en) * 2004-11-22 2009-03-03 Jtekt Corporation Sensor-mounted roller bearing apparatus
EP1764186A1 (de) * 2005-09-14 2007-03-21 Werner Kluft Bearbeitungsprozessüberwachungseinrichtung mit piezoelektrischen Axialkraftsensoren in der Arbeitsspindel
WO2007043885A1 (en) 2005-10-12 2007-04-19 Ab Skf Group Headquarters Bearing assembly with a strain sensor
DE112006003783T5 (de) 2006-03-03 2009-04-02 Flowserve Management Co., Irvin Verfahren und Vorrichtung zur Lastmessung
CN103123288B (zh) * 2006-03-03 2016-03-16 芙罗服务管理公司 载荷测量方法和装置
DE102007012586B3 (de) * 2007-03-13 2008-03-27 Sirona Dental Systems Gmbh Dentale Bearbeitungsmaschine
US7644636B2 (en) 2008-01-18 2010-01-12 Honeywell International Inc. Load pin brake cell apparatus
WO2010139350A1 (en) 2009-06-05 2010-12-09 Skf Bv Load-measuring bearing unit
JP5597095B2 (ja) * 2010-10-15 2014-10-01 日東精工株式会社 ワッシャ型ロードセルおよびスラスト荷重検出機構
DE102016223199A1 (de) * 2016-11-23 2018-05-24 Schaeffler Technologies AG & Co. KG Werkzeughalter für ein Bearbeitungswerkzeug einer Bearbeitungsmaschine und Messeinrichtung
EP3330493B1 (de) * 2016-12-02 2019-05-01 Rolls-Royce Deutschland Ltd & Co KG Steuerungssystem und -verfahren für einen gasturbinenmotor

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE2105784A1 (de) * 1971-02-08 1972-08-24 Gildemeister Werkzeugmasch Werkzeugmaschine mit Drehmomenten-Meßeinrichtung

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2367017A (en) * 1943-09-10 1945-01-09 Gen Motors Corp Thrust meter
US3082621A (en) * 1959-06-22 1963-03-26 Soderholm Arne Olof Extensometer
SU372463A1 (ru) * 1971-01-25 1973-03-01 ЗС^СОЮЗНАЯ I ||.ггрмт5^^^.|;':?;'^^ц^"КД"^
GB1381946A (en) * 1972-02-28 1975-01-29 Westland Aircraft Ltd Load measuring equipment

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE2105784A1 (de) * 1971-02-08 1972-08-24 Gildemeister Werkzeugmasch Werkzeugmaschine mit Drehmomenten-Meßeinrichtung

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
DE-Z.: Industrie-Anzeiger 96.Jg. Nr.28 v. 03.04.76 S.617-618 *

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0163213A2 (de) * 1984-06-01 1985-12-04 Licentia Patent-Verwaltungs-GmbH Schubmesseinrichtung
EP0163213A3 (en) * 1984-06-01 1987-01-14 Licentia Patent-Verwaltungs-Gmbh Apparatus for measuring thrust
DE10219430B4 (de) * 2002-05-02 2007-06-14 Audi Ag Vorrichtung zur Axiallagerkraftmessung
EP1916056A1 (de) * 2006-10-26 2008-04-30 Step-Tec AG Federhülse
WO2016027024A1 (fr) * 2014-08-19 2016-02-25 Hispano-Suiza Reducteur de vitesse pour une turbomachine
WO2018024517A1 (de) * 2016-08-01 2018-02-08 Nuton GmbH Werkzeugspindel mit kraftmesseinrichtung
DE102018102327A1 (de) 2018-02-01 2019-08-01 Nuton GmbH Kraftmesseinrichtung zur Erfassung von Bearbeitungskräften an einer Werkzeugmaschine sowie Werkzeugmaschine mit Kraftmesseinrichtung
DE102018130303A1 (de) * 2018-11-29 2020-06-04 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Messvorrichtung sowie Messanordnung

Also Published As

Publication number Publication date
CH623260A5 (de) 1981-05-29
US4168160A (en) 1979-09-18
DE2648192C2 (de) 1985-08-01

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