DE10118887C1 - Vorrichtung zum Erfassen der Spannkraft einer laufenden Warenbahn - Google Patents

Abstract

Eine Vorrichtung (1) dient zum Erfassen der Spannkraft einer laufenden Warenbahn (2). Die Vorrichtung (1) wird von einer drehbaren, von der Warenbahn (2) umschlugenen Walze (3) gebildet. Diese Walze (3) ist zur Erfassung der Radialkraft (10) über mindestens eine Kraftmeßvorrichtung (9) auf einer stationär gehaltenen Achse (17) abgestützt. Die Kraftmeßvorrichtung (9) ist innerhalb der Walze (3) auf der Achse (17) aufschiebbar gehalten. Zur Bildung einer kraftschlüssigen Arretierung der Kraftmeßvorrichtung (9) ist mindestens ein radial verstellbarer Nutenstein (19) vorgesehen, der in eine Nut (19a) der Kraftmeßvorrichtung (9) eingreift (Figur 1).

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Erfassen der Spannkraft einer laufenden Warenbahn gemäß dem Oberbe­ griff des Patentanspruchs 1.

Aus der DE 33 36 727 C2 ist eine Vorrichtung zur Linear­ kraftmessung bekannt, die zur Erfassung der Spannkraft einer von einer Walze umschlungenen Warenbahn dient. Die­ se Vorrichtung wird von zwei Doppelbiegebalken gebildet, die von der Lagerkraft der Walze S-förmig gebogen werden. Diese Doppelbiegebalken sind in axialer Richtung beid­ seits neben der Walze angeordnet und mit Preßsitz auf ei­ ner festen Achse gelagert. Diese bekannte Kraftmeßvor­ richtung hat sich in der Praxis aufgrund ihrer hohen Meß­ genauigkeit gut bewährt. Sie hat jedoch den Nachteil, daß sie relativ groß bauend ist, was insbesondere bei kleinen Walzen zu entsprechenden Platz- und Montageproblemen führt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrich­ tung der eingangs genannten Art zu schaffen, die bei prä­ ziser Erfassung der Spannkraft der Warenbahn möglichst wenig Platz beansprucht.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.

Die Vorrichtung gemäß Anspruch 1 wird von einer Walze ge­ bildet, die durch eine laufende Warenbahn umschlungen wird. Dabei übt die Warenbahn in Abhängigkeit von ihrer Spannkraft und vom Umschlingungswinkel eine veränderliche Kraft auf die Lager der Walze aus. Durch Messung dieser Lagerkräfte kann bei bekanntem Umschlingungswinkel sehr einfach die Spannkraft der Warenbahn ermittelt werden. Zur Erfassung der Lagerkräfte wird eine Radialkraftmeß­ vorrichtung eingesetzt, da diese auf die radial wirkenden Lagerkräfte wesentlich empfindlicher als eine Axialkraft­ meßvorrichtung reagiert. Vorzugsweise ist die Kraftmeß­ vorrichtung von mindestens einem Doppelbiegebalken gebil­ det, dessen von der Kraft hervorgerufene Verbiegung durch Dehnungsmeßstreifen erfaßt wird. Die Kraftmeßvorrichtung ist auf einer vorzugsweise festen Achse gestützt. Zur Er­ zielung einer exakten, hysteresefreien Kraftmessung ist es insbesondere wichtig, daß die Verbindung zwischen der Kraftmeßvorrichtung und der Achse kraftschlüssig und spielfrei ist. Um die Vorrichtung kompakt aufzubauen, ist erfindungsgemäß vorgesehen, die Kraftmeßvorrichtung innerhalb der Walze vorzusehen. Damit beansprucht die Kraftmeßvorrichtung neben der Walze keinen zusätzlichen Platz, so daß sich ein besonders kompakter und platzspa­ render Aufbau ergibt. Insbesondere ist es damit auch mög­ lich, bestehende Anlagen, die keinerlei Platz für Kraft­ meßvorrichtungen vorgesehen haben, mit Kraftmeßwalzen nachzurüsten. Um innerhalb der Walze die Kraftmeßvorrich­ tung montieren zu können, ist diese axial auf diese auf­ schiebbar. Damit kann die Kraftmeßvorrichtung jedoch nicht im Preßsitz auf der Achse gehalten sein, wodurch sich die Genauigkeit der Erfassung der Lagerkraft ent­ sprechend reduzieren würde. Zur Lösung dieser wider­ sprüchlichen Forderung ist vorgesehen, die Kraftmeßvor­ richtung mit einer Nut auszubilden, in die ein radial verstellbarer Nutenstein der Achse eingreift. Damit kön­ nen der Außendurchmesser der Achse und der Innendurchmes­ ser der Kraftmeßvorrichtung derart dimensioniert sein, daß beide gegeneinander axial gleiten können. Auf diese Weise ist eine einfache Montage der Vorrichtung im Inne­ ren der Walze gegeben. Während dieser Montage befindet sich der Nutenstein in einer in die Walze zurückgezogenen Lage. Grundsätzlich ist es auch vorstellbar, während der Montage den Nutenstein geringfügig über die Achse über­ stehen zu lassen, sofern er das Aufschieben der Kraftmeß­ vorrichtung auf die Achse nicht behindert. Nachdem sich die Kraftmeßvorrichtung in der vorgesehenen Lage inner­ halb der Walze befindet, wird der Nutenstein radial nach außen verstellt, so daß dieser in deren Nut eindringt und die Kraftmeßvorrichtung verspannt. Auf diese Weise ergibt sich eine kraftschlüssige Verbindung zwischen der Kraft­ meßvorrichtung und der Achse, so daß eine exakte hysteresefreie Erfassung der Lagerkraft möglich ist. Um die Kraftmeßvorrichtung wieder von der Achse demontieren zu können, wird der Nutenstein radial in die Achse zurückge­ zogen, so daß die Kraftmeßvorrichtung wieder axial ent­ lang der Achse verschiebbar ist.

Um den Nutenstein einfach radial gegen die Kraftmeßvor­ richtung verstellen zu können, ist es gemäß Anspruch 2 günstig, diesen durch eine Schraube zu verstellen, die in eine axiale Gewindebohrung der Achse eingreift. Die Schraube kann leicht verdreht werden, da sie am axialen Ende der Achse zugänglich ist. Die Schraube bildet außer­ dem ein untersetzendes Getriebe, welches die Drehbewegung der Schraube in eine axiale Bewegung umwandelt. Dieses Getriebe ist zusätzlich selbsthemmend, so daß die Schrau­ be nach dem Festziehen in ihrer Lage verbleibt. Damit bleibt auch der Nutenstein in seiner, die Kraftmeßvor­ richtung festlegenden Lage, um eine gute, kraftschlüssige Verbindung der Kraftmeßvorrichtung mit der Achse sicher­ zustellen.

Um die axiale Bewegung der Schraube einfach in die erfor­ derliche radiale Bewegung des Nutensteines umzusetzen, ist es gemäß Anspruch 3 günstig, wenn der Nutenstein bzw. die Schraube Berührungsflächen aufweisen, die mit der Drehachse der Walze einen spitzen Winkel einschließen. Durch Wahl eines kleinen Anstellwinkels ergibt sich eine vorteilhafte Untersetzung der axialen Schraubenbewegung in die radiale Bewegung des Nutensteins. Der Anstellwin­ kel der Berührungsfläche sollte vorzugsweise im Bereich zwischen 10° und 50° liegen, um einerseits einen ausreichend großen Verstellweg des Nutensteins und andererseits eine gute Kraftwirkung des Nutensteins auf die Kraftmeß­ vorrichtung zu erzielen. Bei sehr klein bauenden Walzen ist es auch ausreichend, wenn sich die Schraube und der Nutenstein entlang von Kanten berühren.

Zur Ausbildung der Berührungsflächen zwischen dem Nuten­ stein und der Schraube ist es gemäß Anspruch 4 günstig, wenn der Nutenstein bzw. die Schraube einen keilförmig, konisch oder ballig ausgebildeten Bereich aufweist. Ein derartiger Bereich ist leicht herzustellen und bietet ei­ ne ausreichend sichere Kraftübertragung von der Schraube auf den Nutenstein.

Alternativ oder zusätzlich ist es gemäß Anspruch 5 vor­ teilhaft, wenn die Schraube über eine Kugel mittelbar ge­ gen den Nutenstein drückt. Die Kugel sorgt für eine be­ sonders günstige Kraftübertragung und -umlenkung von der Schraube auf den Nutenstein.

Um zu verhindern, daß sich der Nutenstein in einer die Kraftmeßvorrichtung festlegenden Lage verklemmt, ist es gemäß Anspruch 6 vorteilhaft, den Nutenstein durch die Schraube in beiden Richtungen zwangsverschiebbar auszu­ bilden. Dies läßt sich sehr einfach dadurch bewerkstelli­ gen, daß die Schraube in eine Ausnehmung des Nutensteins eingreift. Damit kann die Schraube den Nutenstein sowohl in Zug- als auch Druckrichtung belasten, so daß die ge­ wünschte Zwangsverschiebbarkeit des Nutensteins in beiden Richtungen gegeben ist. Vorzugsweise besitzt die Ausneh­ mung einen größeren Querschnitt als die Schraube, um eine leichtgängige Verschiebbarkeit des Nutensteins zu gewähr­ leisten. Es ist grundsätzlich nicht erforderlich, den Nu­ tenstein durch die Schraube zwangsweise vollständig in die Achse einfahrbar auszubilden. Es reicht vielmehr aus, den Nutenstein durch die Schraube geringfügig in Richtung der Drehachse der Walze bewegen zu können, damit dieser anschließend frei in radialer Richtung bewegbar ist.

Insbesondere beim Einsatz zweier Kraftmeßvorrichtungen an beiden Enden der Achse ist es günstig, die Meßleitungen beider Kraftmeßvorrichtungen zu einem Achsenende zu füh­ ren. Damit müssen die Meßleitungen einer der Kraftmeßvor­ richtungen zwischen der Achse und der anderen Kraftmeß­ vorrichtung durchgeführt werden. Um trotz der Meßleitun­ gen einen sicheren Sitz der Kraftmeßvorrichtung auf der Achse zu gewährleisten, ist es gemäß Anspruch 7 vorteil­ haft, diese Meßleitungen in einer axialen Nut der Achse aufzunehmen. Zur Montage der Kraftmeßvorrichtung auf der Achse kann vorteilhaft die in der Kraftmeßvorrichtung vorgesehene Nut zur Aufnahme der Meßleitungen genutzt werden, bis diese in der axialen Nut der Achse eingelegt und durch Verdrehen der Kraftmeßvorrichtung fixiert sind.

Schließlich ist es gemäß Anspruch 8 vorteilhaft, die Kraftmeßvorrichtung von mindestens einem Doppelbiegebal­ ken zu bilden. Ein Doppelbiegebalken besitzt eine hohe Ansprechempfindlichkeit, so daß auch kleine Bahnzugkräfte mit hoher Präzision erfaßt werden können. An diesem Dop­ pelbiegebalken sind die Dehnungsmeßstreifen zur Erfassung der auf die Kraftmeßvorrichtung wirkenden Radialkraft an­ gebracht. Diese Dehnungsmeßstreifen wandeln die Biegung des Doppelbiegebalkens in ein elektrisches Signal um, das zur Spannkraft der Warenbahn proportional ist.

Der Erfindungsgegenstand wird beispielhaft anhand der Zeichnung erläutert, ohne den Schutzumfang zu beschrän­ ken.

Es zeigt:

Fig. 1 eine Schnittdarstellung durch eine Vorrichtung zum Erfassen der Spannkraft einer laufenden Wa­ renbahn,

Fig. 2 eine zugeordnete Schnittdarstellung durch die Vorrichtung gemäß Fig. 1 entlang der Schnitt­ linie II-II,

Fig. 3 eine Detaildarstellung einer alternativen Aus­ führungsform der Vorrichtung gemäß Fig. 2,

Fig. 4 eine Detaildarstellung einer weiteren alterna­ tiven Ausführungsform und

Fig. 5 eine Detaildarstellung einer Vorrichtung mit zwangsweise zurückziehbarem Nutenstein.

Eine Vorrichtung 1 zum Erfassen der Spannkraft einer lau­ fenden Warenbahn 2 wird beispielhaft anhand der zugeord­ neten Schnittdarstellungen gemäß den Fig. 1 und 2 er­ läutert.

Die Vorrichtung 1 weist eine Walze 3 auf, die um eine Achse 3b drehbar an Wälzlagern 4 abgestützt ist. Dieses Wälzlager 4 wird von zwei Lagerschalen 5, 6, gebildet, zwischen denen Wälzelemente 7 in Form von Kugeln 7 gehal­ ten sind.

Die innere Lagerschale 6 des Wälzlagers 4 ist über Hal­ temittel 8 mit einer Kraftmeßvorrichtung 9 verbunden, die eine Radialkraft 10 erfaßt. Diese Radialkraft 10 ist die resultierende Spannkraft, die die Warenbahn 2 auf das Wälzlager 4 ausübt.

Die Kraftmeßvorrichtung 9 wird von einem Ring 11 gebil­ det, an dem innenseitig eine Meßbalkeneinheit 12 ange­ formt ist. Diese Meßbalkeneinheit 12 ist ringförmig auf­ gebaut, an zwei einander gegenüberliegenden Verbindungs­ stellen 13 mit dem Ring 11 verbunden und im übrigen vom Ring 11 freigestellt. In der Meßbalkeneinheit 12 sind zwei Schnitte 14 vorgesehen, die zwei Doppelbiegebalken 15 freistellen.

An den Doppelbiegebalken 15 sind an den Endbereichen Deh­ nungsstreifen 16 angebracht, die die S-förmige Verbiegung der Doppelbiegebalken 15 registrieren und in ein elektri­ sches Signal umwandeln. Im Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 besitzen die Doppelbiegebalken 15 einen konstanten Querschnitt. Alternativ ist es auch vorstellbar, den Querschnitt der Doppelbiegebalken 15 zur Balkenmitte hin zu verjüngen, um eine konstante Krümmung des Doppelbiege­ balkens im Bereich der Dehnungsmeßstreifen 16 zu erzie­ len.

Das Wälzlager 4 und die Meßbalkeneinheit 12 sind inner­ halb der Walze 3 angeordnet, was insbesondere aus Fig. 2 zu ersehen ist. Um eine einfache Montage der Meßbalken­ einheit 12 innerhalb der Walze 3 zu ermöglichen, ist die Meßbalkeneinheit 12 mit Spiel gleitend auf einer Achse 17 abgestützt. Diese Achse 17 ist stationär in einem nicht dargestellten Rahmen gehalten.

In der Achse 17 ist eine axiale Nut 17a vorgesehen, die zur Aufnahme von Meßleitungen 17b dient. Dies ist insbe­ sondere in jenen Fällen günstig, in denen zwei Kraftmeß­ vorrichtungen 9 an den Endbereichen der Achse 17 gehalten sind. Durch die Nut 17a können die Meßleitungen 17b einer der Kraftmeßvorrichtungen 9 zum gegenüberliegenden Ende der Achse 17 geleitet werden.

Um zu verhindern, daß aufgrund des Spiels zwischen der Meßbalkeneinheit 12 und der Achse 17 Meßfehler, insbeson­ dere in Form einer Hysterese entstehen, ist in einer ra­ dialen Ausnehmung 18 der Achse 17 ein Nutenstein 19 radi­ al verschiebbar gehalten. Dieser Nutenstein 19 greift in eine entsprechend geformte axiale Nut 19a der Kraftmeß­ vorrichtung 9 ein. Der Nutenstein 19 wird von einer Schraube 20 radial nach außen gedrückt, so daß sich eine kraftschlüssige Verbindung zwischen der Meßbalkeneinheit 12 und der Achse 17 ergibt. Die Schraube 20 ist hierzu in einer Gewindebohrung 21 der Achse 17 drehbar gehalten.

Beim Verdrehen der Schraube 20 innerhalb der Gewindeboh­ rung 21 verschiebt sich die Schraube 20 in axialer Rich­ tung. Damit diese axiale Bewegung einfach in eine radiale Bewegung des Nutensteins 19 umgeformt werden kann, be­ sitzt die Schraube 20 einen konischen Kopfbereich 22, der eine Berührungskante 23 mit dem Nutenstein 19 bildet. Der Nutenstein 19 ist zu diesem Zweck keilförmig ausgebildet. Der Anstellwinkel α des konischen Kopfbereichs 20 und der keilförmigen Ausbildung des Nutensteins 19 beträgt etwa 15°, so daß die axiale Bewegung der Schraube 20 bei der Übertragung auf den Nutenstein 19 untersetzt wird.

Fig. 3 zeigt einen Ausschnitt einer alternativen Ausfüh­ rungsform der Vorrichtung 1 gemäß Fig. 2, wobei gleiche Bezugszeichen gleiche Teile benennen. Der Nutenstein 19 ist bei dieser Ausführungsform nicht keilförmig sondern gerade ausgebildet, wobei eine Ausbildung des Nutensteins 19 entsprechend der Fig. 2 ebenfalls möglich ist.

Die Schraube 20 besitzt einen ballig gerundeten Kopfbe­ reich 24. Diese besondere Ausbildung des Kopfbereichs 24 der Schraube 20 hat den Vorteil, daß das Übersetzungsver­ hältnis zwischen der axialen Bewegung der Schraube 20 und der radialen Bewegung des Nutensteins 19 über deren Ver­ stellweg variabel ist. Insbesondere ergibt sich bei die­ ser Ausbildung der Schraube 20 bei eingefahrenem Nuten­ stein 19 eine Übersetzung der Schraubenbewegung und bei voll ausgefahrenem Nutenstein 19 eine Untersetzung. Damit wird der Verstellweg der Schraube 20 optimal zur Verstel­ lung des Nutensteins 19 genutzt, wobei trotzdem eine aus­ reichend hohe Anpreßkraft des Nutensteins 19 an der Meß­ balkeneinheit 12 gegeben ist.

Fig. 4 zeigt eine weitere alternative Ausführungsform der Vorrichtung 1 gemäß Fig. 3. Bei dieser Ausführungs­ form besitzt die Schraube 20 keinerlei Kopfbereich, wobei alternativ auch Schrauben 20 gemäß den Fig. 2 oder 3 einsetzbar sind. Zwischen der Schraube 20 und dem Nuten­ stein 19 ist eine Kugel 25 vorgesehen, die die axiale Be­ wegung der Schraube 20 auf den Nutenstein 19 überträgt - und diesen radial verschiebt. Die Kugel 25 hat gegenüber der Ausführungsform gemäß Fig. 3 den Vorteil, daß die axiale Bewegung der Schraube 20 reibungsarm auf den Nu­ tenstein 19 übertragen wird.

Schließlich zeigt Fig. 5 eine weitere alternative Aus­ führungsform der Vorrichtung 1 gemäß Fig. 2. Bei dieser Ausführungsform weist der Nutenstein 19 eine Ausnehmung 26 auf, die beispielhaft als Durchbrechung ausgebildet ist. Grundsätzlich könnte die Ausnehmung 26 auch zur Wal­ zenmitte hin geschlossen sein, ohne die Funktion des Nu­ tensteins 19 zu beeinträchtigen. Die Ausbildung der Aus­ nehmung 26 in Form einer Durchbrechung hat jedoch den Vorteil einer einfacheren Herstellbarkeit des Nutensteins 19.

Die Schraube 20 besitzt einen konischen Kopfbereich 22, der sich zur Walzenmitte hin verjüngt. Die Ausnehmung 26 des Nutensteins 19 besitzt eine hierzu passende konische Fläche 27, über die eine nach rechts gerichtete, axiale Schubbewegung der Schraube 20 in eine nach oben gerichte­ te Radialbewegung des Nutensteins 19 übertragen wird.

An den konischen Kopfbereich 22 schließt sich gewindesei­ tig eine Hinterschneidung 28 an, die im Ausführungsbei­ spiel gemäß Fig. 5 als weitere konische Fläche darge­ stellt ist. Diese Hinterschneidung 28 korrespondiert mit einem unterseitigen Vorsprung 29 des Nutensteins 19 in­ nerhalb der Ausnehmung 26. Dieser Vorsprung 29 ist derart geformt, daß beim Zurückziehen der Schraube 20 nach links diese mit ihrer Hinterschneidung 28 gegen den Vorsprung 29 drückt und damit den Nutenstein 19 nach unten ver­ schiebt. Auf diese Weise wird erreicht, daß sich ein festsitzender Nutenstein 19 beim Zurückziehen der Schrau­ be 20 wieder löst, so daß die Meßbalkeneinheit 12 leicht von der Achse 17 demontiert werden kann.

Bezugszeichenliste

1

Vorrichtung

2

Warenbahn

3

Walze

3

b Drehachse

4

Wälzlager

5

,

6

Lagerschale

7

Wälzelement

8

Haltemittel

9

Kraftmeßvorrichtung

10

Radialkraft

11

Ring

12

Meßbalkeneinheit

13

Verbindungsstelle

14

Schnitt

15

Doppelbiegebalken

16

Dehnungsmeßstreifen

17

Achse

17

a Nut

17

b Meßleitung

18

radiale Ausnehmung

19

Nutenstein

19

a Nut

20

Schraube

21

Gewindebohrung

22

konischer Kopfbereich

23

Berührungskante

24

ballig gerundeter Kopfbereich

25

Kugel

26

Ausnehmung

27

konische Fläche des Nutensteins

28

Hinterschneidung

29

Vorsprung des Nuten­ steins
α Anstellwinkel

Claims (8)

1. Vorrichtung zum Erfassen der Spannkraft einer laufen­ den Warenbahn (2), wobei die Vorrichtung (1) von einer drehbaren, von der Warenbahn (2) umschlungenen Walze (3) gebildet ist, die über mindestens eine, Radialkräfte (10) erfassende Kraftmeßvorrichtung (9) auf einer Achse (17) abgestützt ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Kraftmeß­ vorrichtung (9) innerhalb der Walze (3) auf der Achse (17) aufschiebbar gehalten ist, die zur kraftschlüssigen Arretierung der Kraftmeßvorrichtung (9) mindestens einen radial verstellbaren Nutenstein (19) aufweist, der in ei­ ne Nut (19a) der Kraftmeßvorrichtung (9) eingreift.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Nutenstein (19) durch eine Schraube (20) radial verstellbar ist, welche in eine axiale Gewindebohrung (21) der Achse (17) eingreift.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Nutenstein (19) und/oder die Schraube (20) Berührungsflächen oder -kanten (23) aufweisen, die zur Drehachse (3b) der Walze (3) einen spitzen Winkel (α) einschließen.

4. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Nutenstein (19) und/oder die Schraube (20) einen keilförmig, konisch (22, 27) oder ballig ausgebildeten Bereich (24) aufweisen.

5. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Schraube (20) gegen den Nutenstein (19) mittelbar über eine zwischen beiden vorgesehene Kugel (25) drückt.

6. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Nutenstein (19) eine Ausnehmung (26) aufweist, in welche die Schraube (20) zur zwangsweisen, bidirektionalen Verschiebung des Nuten­ steins (19) eingreift.

7. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Achse (17) eine axiale Nut (17a) zur Aufnahme von Meßleitungen (17b) einer der Kraftmeßvorrichtungen (9) aufweist, wobei zu deren Monta­ ge auf der Achse (17) die Meßleitungen (17b) in die Nut (19a) der gegenüberliegenden Kraftmeßvorrichtung (9) ein­ legbar sind.

8. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Kraftmeßvorrichtung (9) von mindestens einem Doppelbiegebalken (15) gebildet ist, an dem Dehnungsmeßstreifen (16) zur Erfassung der Radialkraft (10) angebracht sind.