Vorrichtung zum Messen der Zugspannung in einem biegsamen Teil
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Messen der Zugspannung in einem biegsamen Teil mit Hilfe von drei Rollen, bei welcher auf dem über zwei benachbarte ortsfeste Rollen laufenden biegsamen Teil eine lageveränderliche, in den Spalt zwischen diesen Rollen eintauchende und ein Potentiometer verstellende dritte Rolle mit Druck aufliegt, deren Eintauchtiefe und Umschlingungswinkel sich mit wachsender Spannung im biegsamen Teil verkleinern.
Für die Erfindung g kommen flexible Erzeugnisse mit beliebigem Querschnitt in Frage, wie Papier-und Textilbahnen, Kunststoff- oder Metallfolien, Schnüre, Drähte, dünne Kabel, extrudierte Profile usw.
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Vorrichtung schematisch dargestelIt.
Über zwei benachbarte ortsfeste Rollen (1) und (2) und unter einer dritten lageveränderlichen Rolle (3) durchläuft das Band (4) die Messvorrichtung, indem es mit diesen drei Rollen in ständiger Berührung bleibt.
Die Rolle (1) dreht sich auf Kugellagern frei um ihre Welle (5), die auch ihrerseits drehbar gelagert ist.
Die Lager selbst sind im Schema nicht dargestellt.
Bei der Rolle (2) ist es gleichgültig, ob sie sich um ihre Welle (6) dreht und diese feststeht, oder ob sie auf der Welle (6) aufgekeilt und diese dafür drehbar gelagert ist.
Die Rolle (3) muss dagegen frei um ihre Welle (7) umlaufen, während letztere fest im Auge des Armes (8) sitzt. Die Nabe dieses Armes, welche mit einem Segment (9) ausgestattet ist, sitzt auf der Welle (5) und ist mit dieser auf Drehung verbunden. Nur bei schmalem Band (4) wird man mit einem einzigen Arm (8) auskommen, während für breitere Waren ein zweiter Arm auf der anderen Seite der Rolle (3) erforderlich wird.
Das Segment (9) hat zwei Funktionen zu erfüllen: erstens wirkt es als Gegengewicht für die Rolle (3) und balanciert diese aus, zweitens versetzt es das teilverzahnte Rad (10) und seine mit ihm fest verbundene Welle (11) in drehende Bewegung und ist deshalb ebenfalls teilverzahnt.
Fest auf der Welle (11) sitzen ferner der Hebel (12) mit einem Belastungsgewicht (13) und ein weiteres teilverzahntes Rad (14). Die Drehbewegung des Systems entgegen dem Uhrzeigersinn ist durch einen Anschlag (15) begrenzt.
Das Rad (14) treibt auf ein Zahnrad (16), welches auf der Achse (17) eines Potentiometers fest aufsitzt.
Die Bewicklung des letzteren ist mit (18) und sein Schleifer mit (19) bezeichnet.
In der gezeichneten Lage der Rolle (3) liegt der Hebel (12) am Anschlag (15). Dies entspricht somit der grössten Eintauchtiefe der Rolle (3) im Spalt zwischen den beiden ortsfesten Rollen (1) und (2). Dabei ist auch ihr Umschlingungswinkel durch das Band am grössten. Da ihr Eigengwicht durch das Segment (9) ausbalanciert, das Belastungsgewicht (13) aber im vorliegenden Ausführungsbeispiel ganz unten und daher unwirksam ist, muss die Zugspannung im Band (4) gleich Null sein. Bei dem gezeigten Gleichspannungs Anschluss an die Potentiometerwicklung (18) gibt auch der Schleifer (19) in seiner gezeichneten Ausgangsstel- lung einen Nullwert ab.
Beim Auftreten einer Bandspannung wird deren Komponente aus dem Umschlingungswinkel die Rolle (3) so weit aus dem Spalt herausdrücken und das Bela stungsgewicht (13) im Uhrzeigersinn ausschwenken lassen, bis sich ein Gleichgewicht einstellt. Je grösser die Bandspannung wird, umso kleiner die Eintauchtiefe und der Umschlingungswinkel der Rolle (3). Beim Winkelwert Null ist die Bandspannung unendlich.
Es sei angenommen, dass die punktiert gezeichnete Lage der Rolle (3) der geringsten für den Messvorgang zugelassenen Umschlingung entspricht und dass die Welle (5) zu dieser Verstellung eine Drehung von 30 vollführen muss. Macht man ferner das Zahn-Überset- zungsverhältnis der Teile (9) zu (10) gleich 3:1 und (14) zu (16) gleich 2:1, so werden Gewicht (13) und Schleifer (19) ihre punktiert gezeichneten Lagen einnehmen. Dabei wird das Belastungsgewicht nach erfolgter Schwenkung um 900 seine Höchstwirkung aus üben und der Schleifer nach einer halben Umdrehung den Maximalwert an Spannung abgeben.
Wie ersichtlich, besteht bei diesem Ausführungsbeispiel kein lineares Verhältnis zwischen der Schleifer stellung und der Bandspannung, weil diese durch die Sinusfunktion des Belastungsgewichtes und die variable Kraftzerlegung sowohl gegen veränderlicher Umschlingung der Rolle (3), als auch Winkelstellung des Armes (8) bestimmt wird.
Wenn also bei der Herstellung der Potentiometerwicklung (18) diesem Umstand keine Rechnung getragen wurde, so sind die am Schleifer (19) auftretenden elektrischen Werte der Zugspannung im Bande (4) nicht proportional. Deswegen muss das Anzeigeinstru- ment bzw. Voltmeter eine nichtlineare Skala erhalten.
Für den Erfindungsgedanken ist es unerheblich, mit welchen Mitteln der Auflagedruck der Rolle (3) auf dem Bande (4) erzeugt wird. Statt des schwenkbaren Gewichtes (13) können es ein geradlinig verstellbares Gewicht, eine Spiralfeder, ein pneumatischer oder hydraulischer Kolben, ein Elektromagnet, ein Servomotor, das Eigengewicht der Rolle usw. sein.
Es ist ferner unerheblich, auf welcher Bahn die Rolle (3) ihre Eintauchbewegung in den Spalt zwischen den beiden ortsfesten Rollen (1) und (2) vollführt.
Denkbar ist eine geradlinige Bahn in Parallelführungen oder eine Kreisbahn mit Mittelpunkt ausserhalb der Achse der Welle (5).
Wenn für das Funktionsprinzip der Messvorrichtung die beiden Rollen (1) und (2) als ortsfest angesehen werden und während des Messprozesses auch ortsfest bleiben, ist deren Verstellfähigkeit für Einrichtezwecke, beispielsweise zur parallelen Ausrichtung, nicht ausgeschlossen.
Für gewisse Regelprobleme könnten Dämpfungsorgane notwendig werden, die jedoch an sich und in ihrer Anwendung bekannte technische Mittel sind.
Die üblichen Vorrichtungen zum Messen von Bandspannungen enthalten ebenfalls zwei ortsfeste und eine lageveränderliche Rolle, doch hat diese den Zweck, auf eine Messdose zu wirken. Solche Messdosen verwandeln mechanische Kräfte in streng proportionale elektrische Werte und benötigen hierzu fast keinen Weg, weil ihr Gesamthub etwa 0,2-0,3 mm beträgt. Deswegen führt auch die auf sie wirkende Rolle praktisch keine Bewegung aus. Auch muss hier während des Messprozesses der Umschlingungswinkel absolut konstant bleiben, denn sonst wäre die Linearität der Messdose gestört. Aus diesem Grunde vermeidet man es auch, die bewegliche Rolle in den Spalt zwischen zwei ortsfesten Rollen eintauchen zu lassen, während beim Erfindungsgegenstand diese Massnahme eine Grundbedingung darstellt.
Die Messdosen, an sich schon teuere Präzisionsgeräte, können nur ganz leistungsschwache Signale hergeben, die zu ihrer Verwertung weitere kostspielige elektronische Verstärker benötigen. Beim Erfindungsgegenstand kann das unvergleichlich preisgünstigere Potentiometer die benötigten leistungsstarken Signale selbst hergeben.
Der Nachteil der Messdosen, die praktisch keinen Hub besitzen, tritt besonders in Erscheinung, wenn durch ihre Signale die Geschwindigkeit oder das Drehmoment der das Band befördernden Mittel, beispielsweise Elektromotoren, geregelt werden müssen. Wegen der Massenträgheit solcher Maschinenelemente ist der Regelkreis mit erheblichen Zeitkonstanten behaftet.
Die geringste Verzögerung in der Verarbeitung des Regelbefehls kann aber wegen der Hublosigkeit der Messdose, speziell bei nichtelastischem Band, entweder zu seinem Durchhang oder zum Riss führen.
Der Erfindungsgegenstand kann dagegen einen wesentlich grösseren Hub aufweisen und in der Lage sein, die Zeitkonstanten zu kompensieren. Auch kann er nie durch eine plötzlich auftretende sehr hohe Bandspannung überlastet oder beschädigt werden, was bei einem Blick auf die Zeichnung klar wird. Die Messdose dagegen muss die ganze Überspannung aufnehmen, weil dort der Umschlingungswinkel konstant bleibt. Aus dem gleichen Grund wird auch die Bandoberfläche bei hohen Spannungen viel mehr geschont als bei Messdosen.
Abschliessend sei noch auf die leichte Einführung des Bandes von Hand in die Mess-Station gemäss dem Ausführungsbeispiel hingewiesen. Man braucht nur den Hebel (12) im Uhrzeigersinn um ca. 2000 zu schwenken, damit sich die Rolle (3) über der Rolle (1) befindet. Danach kann das Band durch den Spalt zwischen diesen Rollen geradlinig durchgezogen werden.