力测量设备的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种力测量设备，用于综合测量尤其径向压力机或夹头的至少三个在 中心作用的径向力，它包括与测量轴线同心、具有至少一个应变件的应变件装置。
【背景技术】
[0002] 在许多工业应用中，尤其涉及径向压力机和夹头，可以在中心，亦即朝中心测量轴 线，作用三个或更多个径向力。在径向压力机中，出现的这些径向力可例如由现有的一些压 钳确定。有必要获知所述径向力它们在空间综合测量意义上的总体，并由此能确定一个体 现叠加所作用的径向力的作用力。
[0003] 由DE68915875T2已知一种设备，用它将流动介质沿径向作用在肋状保持架的多 个肋上的力，转换为与肋耦合的压杆的增强的轴向作用力。为了将径向力转换为轴向力，肋 借助弹簧预紧，弹簧的弹性紧度随时间逐渐减小。这同样适用于用弹性材料制成的肋。借 助压杆的轴向力可以操纵开关。DE68915875T2尚未启示将该设备使用于力测量。而且这种 设备也不能良好地适用于测量力，因为众多弹性元件的挠性对测量精度起不利的作用。此 外，按该发明的这些肋很弱，它们不能承受大的力量。尤其当如作为替代方式同样应设置的 这些肋能相互回转地固定时，此设备没有能力能经受住并能测量如它们例如在径向压力机 中或在使用夹头时出现的那种大的力。
[0004] DE4025353A1公开了两个基本上圆柱形的传感器，用于测量垂直作用在它们各自 外表面上的力。在这里规定，传感器例如推入一个孔内，以便在其中连续测量径向力的变 化。按一种实施形式，传感器为此有对径向力产生反应的管状(iOtiflrmig)压电双晶体。这 种方案非常昂贵。按另一种实施形式，采用一种注油的传感体。若径向力作用在传感体上， 则处于其内部的油经受压力改变，通过压阻式传感器传输这种压力改变。为了通过所说明 的这两个传感器测量力，需要机电转换装置，不可能用纯机械装置直接测量。此外，这些传 感器更适用于长期动态的力变化，而不那么适用于短时改变的径向力，如在径向压力机或 夹头中出现的那样。
[0005] 通过US4259863A展示了一种非常昂贵的设备，用于借助多个传感器和弹簧，测量 在x、y和z轴内以及围绕这些轴的力和弯矩。然而该设备只是有严格条件限制地适用于检 测径向力。
[0006] 在这方面还有DE10051010A1和EP419129构成本发明其他的【背景技术】，不过并 没有呈现前言提及类型的应变件装置。通过DE10051010A1展示了一种力测量工具，其 中将两个杆匹配于四芯压头的挤压几何结构，在挤压时这两个杆作用在压力传感器上。 EP0419129A1展示了一种压力机，它有设置在压力机内的力测量设备，例如应变测量带。 [0007] 援引的这些设备中没有一个能在前面提及的意义上以令人满意的方式用简单的 装置实施准确而可靠地综合测量，尤其在径向压力机或夹头中。
【发明内容】
[0008] 鉴于由现有技术已知的设备上述疑难问题、限制和缺点，本发明的目的是创造一 种简单的力测量设备，用它可以更好地综合测量径向力，尤其在径向压力机或夹头中。
[0009] 此目的通过按权利要求1所述的力测量设备达到。按本发明的力测量设备，通过 与前言所提及特征的功能性组合，其特征在于，所述力测量设备包括至少三个沿周向彼此 间隔的加压件，其中，两个扩张件与所述至少一个应变件在该应变件的端侧连接，加压件通 过加压斜面支承在扩张件的对应的滑动斜面上，在两个扩张件的第一个上固定传输件，以 及测量传感器作用在两个扩张件中第二个与传输件之间。
[0010] 采用按本发明的力测量设备，能够将至少三个在其上作用的径向力，在内部转换 成一个与径向力之和垂直的、与该作用力对应的轴向力，并能测量此轴向力。在这里，轴向 力之值由扩张件的伸展以及可能还由所述至少一个应变件沿轴向的伸长确定。
[0011] 下面，只要没有另外提及，在本发明说明书的范围内，涉及一种有至少三个压钳的 典型的径向压力机，借助适用的加力机构，压钳可以沿径向向内垂直于共同的中心轴线移 动，由此能径向压制处于压钳之间的工件。这种径向压力机意味着是本发明一种尽管优选 的，但不限于它的应用领域。采用按本发明的力测量设备，同样能够例如测量由夹头产生的 作用力。
[0012] 所述力测量设备有至少三个加压件，压钳在中心作用的径向力可以施加在加压件 上。为了测量压钳的作用力，可以将力测量设备取代工件定位在压钳之间。通过这种优选 的并作为进一步说明的基础的使用，可以特别简单而又非常准确地测量作用力。此外还提 供可能性，不仅工件而且力测量设备同时定位在压钳之间，不过这样做对于可操作性和测 量精度而言会带来不良的后果。特别优选的是，要测量的径向力数量与加压件的数量一致。 若例如径向压力机有四个压钳，通过它们可以作用四个径向力，则优选地规定，力测量设备 有四个加压件，它们与压钳对应布置。压钳可以沿径向朝定位在它们之间的力测量设备的 方向移动。当压钳的数量与加压件的数量一致时，压钳朝力测量设备的方向移动，直至将压 钳贴靠在加压件上以及进一步将力传入压钳，因此这些力便能传输给加压件，并因而使它 们沿径向垂直于测量轴线移动。
[0013] 所述力测量设备基本上可以是圆柱形，在其圆周有容纳加压件的凹槽。每个加压 件优选地可以分别置入一个凹槽中，并通过适用的装置保险，防止无意中从凹槽脱出。每个 加压件可以通过传输给它的径向力，在按本发明的意义上沿径向朝测量轴线方向移动一个 行程。例如为了保护力测量设备的其余部分免受压钳径向力的作用，可以规定，在不加载状 态令加压件突起达移动行程的长度，或除此之外沿径向突起超过力测量设备的圆周。为了 使加压件在其朝测量轴线沿径向移动期间不互相阻塞，加压件相互不直接接壤，而是彼此 间隔。
[0014] 所述至少一个应变件设置在加压件之间，以及在端侧与两个扩张件连接。应变件 和扩张件用弹性材料制成，尤其扩张件设计为能沿轴向，亦即横向于径向力方向和沿测量 轴线的方向以及平行于测量轴线伸展和重新收缩。按本发明的伸展通过加压件垂直于测量 轴线的径向移动引起。
[0015] 为了能将加压件垂直于测量轴线作用的径向力，转换成沿测量轴线作用的导致扩 张件沿测量轴线的方向以及平行于测量轴线伸展的轴向力，加压件有加压斜面以及扩张件 有对应的滑动斜面。在不加载状态，亦即当没有径向力作用在加压件上时，加压件、应变件 和扩张件处于它们的起始位置，在此位置，加压件通过加压斜面支承在扩张件的滑动斜面 上。因此在扩张件上仅作用加压件的自重造成的负荷，它不导致扩张件在按本发明意义上 的伸展，并在必要时可例如作为偏置通过相应合适的装置从测量中减去。扩张件和应变件 在配合作用方面设计为，使加压件在不加载状态保持在离测量轴线有一个为它规定的径向 距离，这例如可以通过选择应变件和扩张件为此适用的弹性模量、几何形状和连接达到。若 加压件基于传输给它们的径向力横向于测量轴线移动时，则通过加压斜面和滑动斜面，可 以将与径向力之和成比例的轴向力传输给扩张件，并由此使扩张件沿测量轴线的方向以及 平行于测量轴线伸展，与此同时还能使应变件伸长。若减小作用在加压件上的径向力，则扩 张件的伸展和必要时还有应变件的伸长均能重新相应地减小，直至扩张件、应变件和加压 件在加压件不加载状态重新处于它们各自的起始位置。
[0016] 在扩张件之一上固定传输件。它将轴向力供给测量传感器用于其测量。测量传 感器作用在第二个扩张件与传输件之间。第二个扩张件可例如沿轴向构成测量传感器的 支座，以及测量传感器与传输件固定连接，或与传输件接触并通过使用相应的装置，例如弹 簧，沿轴向跟随其运动。于是，通过将传输件固定在第一个扩张件上，两个扩张件的伸展以 及，如果存在，还有应变件的伸长便能传给传输件，并因而可以由测量传感器检测。
[0017] 按第一种实施形式，应变件装置通过应变套筒构成，加压件围绕它沿周向彼此间 隔并沿径向相对于应变套筒有间距地排列。应变元件装置由通过应变套筒构成的应变件组 成。应变套筒是在中心的元件，离其外表面有一定距离处，沿周向彼此间隔地排列加压件。 这种实施形式提供可能性，能将径向力特别均匀地转换成轴向力，由此能特别准确地实施 力的测量。此外，有可能在应变套筒与和它连接的扩张件之间特别牢固地连接。除此之外， 传输件还能特别良好地安装在应变套筒内部并通过它导引。在加压件与应变件之间规定径 向间隙，以便用特别简单的方式提供可能性，通过加压件的径向运动使扩张件沿轴向伸展， 但并不沿径向挤压应变套筒。应变套筒的材料厚度基本上仅受用于容纳加压件和传输件的 凹槽的限制。因此材料厚度可以选择得特别大，这对于应变套筒的稳定性起有利的作用，并 因而能测量特别大的作用力。
[0018] 按第二种实施形式规定，应变件装置通过多个平行于测量轴线、分别设置在两个 相邻加压件之间的应变杆构成。应变件装置由多个分别由应变杆构成的应变件组成。所述 多个应变杆同心地围绕测量轴线排列。每个应变杆在端侧总是与两个扩张件连接。这些应 变杆构成应变件装置一种特别节省材料的实施形式，由此能减轻力测量设备的重量以及降 低其成本。此外还有利的是，能特利轻松地导引传输件。
[0019] 特别有利地规定，应变件用一种弹性模量小于加压件的材料制成。由此带来的好 处是，作用在加压件上的径向力能导致应变件非常明显的伸长。于是加压件垂直于测量轴 线的移动，能引起所述至少一个应变件和与之连接的扩张件特别大的总伸展量，由此可以 提高力测量设备的灵敏度。
[0020] 此外特别有利的是，扩张件与应变件一起构成一个整体单元。以此方式可以达到 应变件与扩张件之间强度特别高的连接，这也能对应变件和扩张件的使用寿命起积极的作 用。此外也有利的是，可以取消用于应变件与扩张件之间连接的开销。
[0021] 按另一种有利的实施形式，扩张件有比应变件大的径向尺寸。由此扩张件的滑动 斜面可以为加压件的加压斜面提供特别长的导引。
[0022] 若这两个扩张件设计为端部盘的形式，则可以有助于制备两个连续的、在端侧贴 靠在加压件上的扩张件，它们有特别高的强度。
[0023] 也特别有利的是，传输件设计为轴向设置的传输杆。传输杆能特别准确地被导引。 传输杆设计为能承受轴向拉力和压力。由此，借助传输杆以特别简单的方式提供可能性，既 能