Einrichtung zum Messen des Zuges von band- oder strangförmigem Gut
Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zum Messen des Zuges von band- oder strangförmigem Gut in Arbeitsmaschinen, insbesondere in Papiermaschinen, bei der das Gut über eine Walze geführt ist.
Zur Zugmessung ist es bereits bekannt, eine Fühlrolle auf die Bahn aufzusetzen und die Auslenkung der Fühlrolle entgegen einer Federkraft als Mass für den Zug zu benutzen. Dies ist insofern nachteilig, als eine mechanische Abtastung der Bahn erforderlich ist, die bei empfindlichem Papier unter Umständen nicht zulässig ist. Es ist ferner bekannt, die Papierbahn über eine Umlenkwalze zu führen und durch aus der Walze ausströmende Druckluft anzuheben.
Die Menge der ausströmenden Luft ist dann ein Mass für den Zug. Diese Anordnung erfordert aber einen relativ komplizierten Aufbau und ist nicht immer genau.
Weiterhin ist es bekannt, den Zug indirekt durch Stromoder Drehzahlmessung aufeinanderfolgender Motoren in der Arbeitsmaschine zu messen. Diese Grössen sind jedoch nur Ersatzgrössen für den Zug und geben nicht immer genaue Werte für die tatsächlichen Verhältnisse in der Bahn.
Es ist ferner bekannt, die Papierbahn über Umlenkwalzen zu führen und den dabei auftretenden Lagerdruck als Mass für die Zugspannung zu benützen. Bei einer dieser bekannten Anordnungen wird der Lagerdruck mit Dehnungsmessstreifen gemessen. Bei einer anderen Ausführung werden die bei der elastischen Verformung des aus geschichteten Blechen aufgebauten Lagers auftretenden magnetischen Flussänderungen zur Anzeige des Lagerdruckes benutzt. Dieses Verfahren erfordert jedoch infolge der nichtlinearen Kennlinie beträchtlichen elektrischen Aufwand. Ausserdem können die bekannten Messlager nicht beliebig angeordnet werden, da sie nur in einer Richtung beanspruchbar sind.
Die Aufgabe der Erfindung besteht nun darin, die vorstehend beschriebenen Nachteile zu vermeiden und eine einfache und betriebssichere Einrichtung zum Messen der Zugspannung unter Verwendung von Dehnungsmessstreifen zu schaffen. Diese Aufgabe wird erfindungs gernass aadurcn gelost, dass mmdestens ein Walzenlager einen Lagerring und einen Lagerbock enthält und dass diese über zwei parallelwirkende, federnde und mit Dehnungsmessstreifen ausgestattete Elemente zu einer baulichen Einheit verbunden sind. Bei geeigneter Anordnung führt der Lagerring bei Zug und Druck geradlinige Bewegungen in einer Ebene aus, und es kann der Lagerbock in jeder Lage montiert werden. Die Anordnung misst vorzugsweise die Komponentensumme der Bahnzüge in der zulässigen Bewegungsrichtung des Lagerringes.
Komponenten senkrecht zu dieser Richtung können beispielsweise ebenfalls von den elastischen Dehnungsmesselementen aufgenommen werden bis zur Grösse der zulässigen Traglast. Werden die Dehnungsmesselemente praktisch als eine Art Parallelführung für das Lager ausgebildet, brauchen zur Aufnahme der Querkräfte keine besonderen Konstruktionselemente vorgesehen zu werden. Vorteilhafterweise sind ferner die zur Lagerung der Walze benötigten Wälz- oder Gleitlager in ein gesondertes, in den Lagerring eingebautes Gehäuse eingesetzt, wodurch eine Trennung von Messanordnung (Lagerbock + Lagerring + Messelemente) von dem maschinenbaulichen Teil gegeben ist, so dass bei Montage oder Demontage der Anlage die Messanordnung nicht geöffnet zu werden braucht.
Zweckmässigerweise ist ferner der die Dehnungsmessstreifen aufnehmende Raum staub- und feuchtedicht abgeschlossen, so dass Feuchtigkeit und agressive Gase die Eigenschaften der Dehnungsmesselemente nicht verändern können.
Weitere Einzelheiten ergeben sich anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles:
Fig. 1 zeigt eine Prinzipskizze der Anordnung. Das Ende einer Umlenkwalze 1, über die eine nichtgezeigte Papierbahn geführt ist, läuft in einem Lagerring 14. Dieser Lagerring 14 ist an Dehnungsmesselementen 13 befestigt, die ihrerseits auf dem Lagerbock 21 aufliegen und dort befestigt sind. Der Lagerring kann sich infolge der elastischen Eigenschaften der Dehnungsmesselemente bei Belastung in Richtung des Doppelpfeiles R bewegen. Die dabei auftretenden elektrischen Widerstandsänderungen der Dehnungsmesselemente dienen als Mass für den Zug oder Druck, den die Papierbahn auf das Lager ausübt.
Fig. 2 zeigt in einem Querschnitt Einzelheiten der Zugmesseinrichtung. Die Umlenkwalze 1 ist an ihrem Ende in einem Wälzlager, z.B. wie dargestellt in einem Pendelrollenlager 2, gelagert, das im Lagergehäuse 6 mittels eines Ringes 4 und eines Sicherungsringes 5 befestigt ist. Ein Dichtungsring 3 sowie ein Lagerdeckel 7 schliessen den Lagerraum ab. Das Lagergehäuse 6 wird durch einen Flansch 19 mit Schrauben 18 an den Lagerring 14 gepresst und dadurch gehalten.
Fig. 3, in der die gleichen Teile mit den gleichen Bezugsziffern wie in Fig. 2 bezeichnet sind, zeigt einen Schnitt längs der Linie (I-I) in Fig. 2.
Fig. 4a zeigt Einzelheiten des Dehnungsmesselementes 13, wobei mit 24 kreisförmige Aussparungen und mit 25 die Dehnungsmessstreifen bezeichnet sind. Die Flächen 13a sind mit dem Lagerring 14 und die Flächen 13b mit dem Lagerbock 21 verbunden. In Fig. 4b ist das Dehnungsmesselement 13 zusätzlich in perspektivischer Sicht dargestellt.
Auf dem Lagerbock 21 (Fig. 2 und 3) liegen die Aussenteile 13b der Dehnungsmesselemente 13 auf. Die Mittelteile 13a, die beispielsweise mit Zylinderstiften 20 in ihrer Lage zum Lagerring 14 fixiert sind, werden durch Klemmplatten 10 gehalten, die mit Schrauben 11 am Lagerring 14 befestigt sind. Die Aussenteile 13b sind über Klemmplatten 22, 23 durch Schrauben 12 mit dem Lagerbock 14 verbunden. Damit sich die durch Wülste 17 versteiften Ränder der Dehnungsmesselemente frei bewegen können, sind im Lagerbock 21 Ausnehmungen 29 angeordnet. Zur Ausschaltung von Toleranzeinflüssen sind die den Mittelteilen 13a und den Aussenteilen 1 3b zugeordneten Auflageflächen am Lagerring und am Lagerbock gemeinsam bearbeitet. Für diese gemeinsame Bearbeitung werden Lagerbock und Lagerring durch Vorrichtungen miteinander verspannt.
Die Dehnungsmesselemente 13 sind durch Faltenbälge 15 und Deckel 9 gegen den Aussenraum abgeschlossen und dadurch vor dem Eindringen von Fremdstoffen geschützt. Den Faltenbälgen 15 sind Mäntel 16 zum Schutz gegen mechanische Beschädigung zugeordnet. Seitlich sind die Dehnungsmesselemente durch Abschirmungen 8 geschützt.
Die Gewindestifte 27 werden mit Muttern 28 so justiert, dass im unbelasteten Zustand ein Abstand 26 von z.B. 0,15 mm zwischen Lagerring und Lagerbock eingehalten wird. Durch diese als Anschläge wirkenden Gewindestifte sind Lagerring und Lagerbock so gegeneinander abgesichert, dass die Messelemente durch Überlastungen nicht beschädigt werden.
Bei Belastung der Umlenkwalze 1 tritt eine relative Verschiebung senkrecht zur Zeichenebene (Fig. 4a) zwischen dem inneren Teil 13a und den äusseren Teilen 13b der Dehnungsmesselemente auf. Der sich dabei ändernde elektrische Widerstand der Dehnungsmessstreifen 25 dient als Mass für den Zug der Papierbahn.
Der Übersichtlichkeit halber sind in Fig. 4a noch auf dem an sich bekannten Dehnungsmesselement die Klemmplatten 22, 23 und 10 gestrichelt eingezeichnet. Die Lage der Befestigungsschrauben 11, 12 ist dabei durch Kreuze angedeutet.
Durch die vorstehend beschriebene Einrichtung zur Zugmessung, ein sogenanntes Zugmesslager, lässt sich sowohl ein Lager der Umlenkwalze als auch beide ersetzen. Die von diesem Zugmesslager abgegebenen Werte können dann mit Vorteil zum Regeln von strang- oder bandförmiges Arbeitsgut führenden Maschinen benutzt werden, wie z.B. von Papiermaschinen, Textilmaschinen und Bandwalzstrassen.
Device for measuring the tension of strip or strand-shaped material
The invention relates to a device for measuring the tension of strip or strand-like material in work machines, in particular in paper machines, in which the material is guided over a roller.
To measure tension, it is already known to place a sensing roller on the web and to use the deflection of the sensing roller against a spring force as a measure of the tension. This is disadvantageous insofar as a mechanical scanning of the web is required, which may not be permissible with sensitive paper. It is also known to guide the paper web over a deflection roller and to raise it by means of compressed air flowing out of the roller.
The amount of air flowing out is then a measure of the draft. However, this arrangement requires a relatively complicated structure and is not always accurate.
It is also known to measure the train indirectly by measuring the current or speed of successive motors in the work machine. However, these quantities are only substitute quantities for the train and do not always give exact values for the actual conditions in the train.
It is also known to guide the paper web over deflection rollers and to use the bearing pressure that occurs as a measure of the tensile stress. In one of these known arrangements, the bearing pressure is measured with strain gauges. In another embodiment, the changes in magnetic flux that occur during the elastic deformation of the bearing constructed from laminated metal sheets are used to display the bearing pressure. However, due to the non-linear characteristic, this method requires considerable electrical outlay. In addition, the known measuring bearings cannot be arranged as desired, since they can only be stressed in one direction.
The object of the invention is now to avoid the disadvantages described above and to create a simple and operationally reliable device for measuring the tensile stress using strain gauges. This object is achieved according to the invention so that at least one roller bearing contains a bearing ring and a bearing block and that these are connected to a structural unit via two parallel-acting, resilient elements equipped with strain gauges. With a suitable arrangement, the bearing ring executes linear movements in a plane under tension and compression, and the bearing block can be mounted in any position. The arrangement preferably measures the total of components of the webs in the permissible direction of movement of the bearing ring.
Components perpendicular to this direction can, for example, also be absorbed by the elastic strain gauges up to the size of the permissible load. If the strain gauges are practically designed as a kind of parallel guide for the bearing, no special structural elements need to be provided to absorb the transverse forces. Advantageously, the roller or plain bearings required for mounting the roller are also used in a separate housing built into the bearing ring, whereby a separation of the measuring arrangement (bearing block + bearing ring + measuring elements) from the mechanical part is given, so that during assembly or disassembly of the System the measuring arrangement does not need to be opened.
The space that receives the strain gauges is expediently sealed against dust and moisture, so that moisture and aggressive gases cannot change the properties of the strain gauges.
Further details result from an exemplary embodiment shown in the drawing:
Fig. 1 shows a schematic diagram of the arrangement. The end of a deflection roller 1, over which a paper web (not shown) is guided, runs in a bearing ring 14. This bearing ring 14 is attached to strain measuring elements 13, which in turn rest on the bearing block 21 and are attached there. Due to the elastic properties of the strain gauges, the bearing ring can move in the direction of the double arrow R when loaded. The electrical resistance changes that occur in the strain gauges serve as a measure of the tension or pressure that the paper web exerts on the bearing.
Fig. 2 shows details of the tension measuring device in a cross section. The deflection roller 1 is at its end in a roller bearing, e.g. as shown in a spherical roller bearing 2, which is fastened in the bearing housing 6 by means of a ring 4 and a retaining ring 5. A sealing ring 3 and a bearing cover 7 close off the storage space. The bearing housing 6 is pressed against the bearing ring 14 by means of a flange 19 with screws 18 and is thereby held.
FIG. 3, in which the same parts are denoted by the same reference numerals as in FIG. 2, shows a section along the line (I-I) in FIG.
4a shows details of the strain measuring element 13, with 24 circular recesses and 25 denoting the strain gauges. The surfaces 13a are connected to the bearing ring 14 and the surfaces 13b to the bearing block 21. In Fig. 4b, the strain measuring element 13 is also shown in perspective.
The outer parts 13b of the strain measuring elements 13 rest on the bearing block 21 (FIGS. 2 and 3). The middle parts 13a, which are fixed in their position relative to the bearing ring 14 with cylindrical pins 20, for example, are held by clamping plates 10 which are fastened to the bearing ring 14 with screws 11. The outer parts 13b are connected to the bearing block 14 via clamping plates 22, 23 by screws 12. So that the edges of the expansion measuring elements stiffened by beads 17 can move freely, recesses 29 are arranged in the bearing block 21. To eliminate tolerance influences, the bearing surfaces on the bearing ring and on the bearing block assigned to the middle parts 13a and the outer parts 13b are machined together. For this joint processing, the bearing block and bearing ring are clamped together using devices.
The expansion measuring elements 13 are closed off from the outside space by bellows 15 and cover 9 and are thus protected from the ingress of foreign matter. The bellows 15 are assigned jackets 16 for protection against mechanical damage. The strain gauges are laterally protected by shields 8.
The threaded pins 27 are adjusted with nuts 28 so that in the unloaded state a distance 26 of e.g. 0.15 mm between the bearing ring and bearing block is observed. These threaded pins, which act as stops, secure the bearing ring and bearing block against one another in such a way that the measuring elements are not damaged by overloads.
When the deflecting roller 1 is loaded, a relative displacement occurs perpendicular to the plane of the drawing (FIG. 4a) between the inner part 13a and the outer parts 13b of the strain measuring elements. The changing electrical resistance of the strain gauges 25 serves as a measure for the tension of the paper web.
For the sake of clarity, the clamping plates 22, 23 and 10 are also shown in broken lines in FIG. 4a on the strain measuring element known per se. The position of the fastening screws 11, 12 is indicated by crosses.
The above-described device for tension measurement, a so-called tension measurement bearing, can replace both one bearing of the deflection roller and both. The values given by this tension measuring bearing can then be used to advantage for regulating machines that carry work goods in the form of strands or strips, e.g. of paper machines, textile machines and strip rolling lines.