DE102014003274A1

DE102014003274A1 - Messvorrichtung zur Messung einer Normalkraft oder Flächenlast innerhalb eines begrenzten Abschnitts der Nutzfläche eines Messkörpers

Info

Publication number: DE102014003274A1
Application number: DE102014003274.4A
Authority: DE
Inventors: Raino Petricevic; Herbert Reigl; Clemens Launer
Original assignee: iNDTact GmbH
Current assignee: iNDTact GmbH
Priority date: 2014-03-12
Filing date: 2014-03-12
Publication date: 2015-09-17

Abstract

Messvorrichtung zur Messung einer Normalkraft und der Flächenlast innerhalb eines begrenzten Abschnitts der Nutzfläche eines Messkörpers, wie z. B. einer Planheitsmessrolle dadurch gekennzeichnet, dass die Komponente der Messvorrichtung aus einem kugelförmigen Kopplungselement (1), einem Krafteinleitungselement (3), einem druckempfindlichen Sensorelement (4), einem Stützelement (5), einem Gegenlagerelement (6), sowie einem einstellbaren federnden Druckelement (7) in einem Gehäuse (2) bestehen.

Description

Die Erfindung betrifft eine Messvorrichtung zur Messung einer Normalkraft oder Flächenlast innerhalb eines begrenzten Abschnitts der Nutzfläche eines Messkörpers, wie z. B. einer Planheitsmessrolle, nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Solche Messvorrichtungen sind beispielsweise aus DE 198 38 457 B4 , DE 10 2006 003 792 B4 , DE 196 16 980 A1 und EP 1 432 536 B1 bekannt. Nachteil dieser Messvorrichtungen ist deren notwendige massive Gegenlagerung im Messkörper und der hohe Installationsaufwand, um die Querkraftkopplung zu minimieren. Dies geht einher mit hohem Bauteilgewicht des Messkörpers bzw. der Messrolle und hoher Signaldämpfung.
Aufgabe der Erfindung ist es, die Nachteile nach dem Stand der Technik zu beseitigen und eine Messvorrichtung zu ermöglichen, die den Einbau bzw. Austausch in Messrollen stark vereinfacht. Zudem soll eine Messvorrichtung ermöglicht werden, die in Messrollen aus Leichtbauwerkstoffen wie z. B. Faserverbundwerkstoffen eingesetzt werden kann, und dadurch das zusätzliche wirtschaftliche Potential der Gewichtsreduktion bei solchen Messelementen ausgeschöpft.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. Zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Merkmalen der Patentansprüche 2 bis 7.
Nach Maßgabe der Erfindung wird vorgeschlagen, dass die Komponenten der Messvorrichtung aus einem Kopplungselement, einem Krafteinleitungselement, einem druckempfindlichen Sensorelement, einem Stützelement, einem Gegenlagerelement und einem federnden Druckelement bestehen, welche sich in einem Gehäuse befinden. Das Kraftübertragungselement kann dabei kugelförmig sein. Auf der einen Seite ist das Sensorelement stoffschlüssig mit dem Krafteinleitungselement verbunden. Auf der Gegenseite ist das Sensorelement stoffschlüssig mit einem Stützelement verbunden. Das Kopplungselement sitzt lose auf dem Krafteinleitungselement und wird durch eine Öffnung im Gehäuse in einer zentrierten Lage so gelagert, dass es beweglich bleibt. Das Stützelement befindet sich über einem Gegenlagerelement.
Der Verbund aus Krafteinleitungselement, Sensorelement und Stützelement hat keinen direkten Kraftschluss zum Gehäuse. Dazu befindet sich beispielsweise ein Spalt zwischen diesem Verbund und dem Gehäuse.
Das Gegenlagerelement ist fest (kraftschlüssig) mit dem Gehäuse verbunden. Dazu kann das Gegenlagerelement über eine gegen Lockerung gesicherte Schraubverbindung mit dem Gehäuse verbunden sein. Das Gegenlagerelement enthält eine federndes Druckelement mit Einstellschraube. Diese kann auch mit einer Schraubensicherung versehen sein.
Der Signalabgriff vom Sensor erfolgt über Signalleitungen wofür sich im Stützelement und/oder im Gegenlagerelement Kanäle bzw. Bohrungen befinden können. Bei den Signalleitungen kann es sich um ein geschirmtes Kabel handeln. Zusätzlich kann eine Zugentlastung für die Signalleitungen bzw. Kabel im Gegenlagerelement eingebracht sein.
Nach dem Einbau der Messvorrichtung in den Messkörper kann über die Einstellschraube des federnden Druckelements das Stützelement mit definierter Vorspannung fixiert werden und die Sensorempfindlichkeit variiert werden.
Das Sensorelement kann ein piezoelektrischer Sensor sein.
Sensorelement, Stützelement oder Gegenlagerelement können auch notwendige elektronische Elemente wie beispielsweise Vorverstärker oder Filter enthalten. Elektronische Elemente können sich zumindest teilweise auch zwischen Sensor-, Stützt- und Gegenlagerelement befinden. Jedoch können sich elektronische Elemente auch ohne Weiteres zumindest teilweise außerhalb des Gehäuses befinden.
Eine derartige Messvorrichtung kann beispielsweise durch Schrauben und/oder Kleben in eine dafür vorgesehene Vertiefungen im inneren einer hohlzylinderförmigen Messrolle angebracht werden, wodurch es möglich wird, die Bandzugspannungsverteilung in Walzprozessen zu überwachen.
Eine derartige Messvorrichtung kann beispielsweise auch in eine dafür vorgesehene Vertiefung eines beliebig geformten Messkörper eingeschraubt und/oder eingeklebt werden, wodurch es möglich wird, Flächenlasten innerhalb eines begrenzten Abschnitts dieses Messkörpers zu messen.
Des Weiteren ermöglicht eine derartige Messvorrichtung im eingebauten Zustand eine einfache und effiziente Querkraftentkopplung bei besonders hoher punktueller Empfindlichkeit. Dies macht den Einsatz von Messrollen oder Messkörpern aus Leichtbauwerkstoffen möglich, die keine massive Gegenlagerung aufweisen.
Nachfolgend werden vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Es zeigt:
1 Eine schematische Schnittansicht der Messvorrichtung,
In den 1 ist mit Bezugszeichen 1 das Kopplungselement bezeichnet. Dies kann beispielsweise eine Kugel aus Metall, Kunststoff, Glas, Keramik oder Faserverbundwerkstoff sein. Mit dem Bezugszeichen 2 ist das Gehäuse bezeichnet. Es kann aus Metall, Keramik, Kunststoff oder Faserverbundwerkstoff bestehen. Es kann neben einem Innengewinde zusätzlich ein Außengewinde oder Nuten enthalten.
Mit dem Bezugszeichen 3 ist das Krafteinleitungselement bezeichnet. Es kann aus Metall, Keramik, Kunststoff oder Faserverbundwerkstoff bestehen und zumindest eine Vertiefung (z. B. eine Senkbohrung) zur Zentrierung des Kopplungselements aufweisen. Mit Bezugszeichen 4 ist das Sensorelement bezeichnet. Dabei kann es sich um einen druckempfindlichen piezoelektrischen Sensor handeln. Dieser kann an Signalleitungen oder Elektronikkomponenten angeschlossen sein. Mit dem Bezugszeichen 5 ist das Stützelement für den Sensor bezeichnet. Es kann einen Kanal zur Durchführung von Signalleitungen bzw. Kabel sowie Elektronikkomponenten enthalten und es kann aus Metall, Keramik, Kunststoff oder Faserverbundwerkstoff bestehen. Es kann auch Vertiefungen (z. B. Senkbohrungen) für die Zentrierung eines Druckelements aufweisen. Der Verbund aus Krafteinleitungselement, Sensorelement und Stützelement ist stoffschlüssig und kann ein Klebeverbund sein. Zwischen diesem Verbund und dem Gehäuse kann sich ein Luftspalt bzw. Ringspalt (bei zylinderförmiger Bauweise) befinden. Mit dem Bezugszeichen 6 ist das Gegenlagerelement bezeichnet. Es kann ebenfalls einen Kanal zur Durchführung von Signalleitungen bzw. Kabeln sowie Elektronikkomponenten und eine Kabelzugentlastung enthalten und es kann aus Metall, Keramik, Kunststoff oder Faserverbundwerkstoff bestehen. Das Gegenlagerelement kann in das Gehäuse eingeschraubt und/oder eingeklebt sein. Mit dem Bezugszeichen 7 ist das federnde Druckelement bezeichnet. Dies kann aus einem federnden Stift bestehen, der in einer schraubbaren Fassung gelagert ist. Das Druckelement kann in das Gegenlagerelement eingeschraubt sein, so dass die federnde Spitze gegen das Stützelement drückt. Der Stift und die Fassung können ebenfalls aus Metall, Keramik, Kunststoff oder Faserverbundstoff bestehen. Mit dem Bezugszeichen 8 ist die Zugentlastung bezeichnet. Dies kann beispielsweise eine PG-Verschraubung sein.
Bezugszeichenliste

1: Kopplungselement
2: Gehäuse
3: Krafteinleitungselement
4: Sensorelement
5: Stützelement
6: Gegenlagerelement
7: federndes Druckelement mit Einstellschraube
8: Zugentlastung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 19838457 B4 [0002]
DE 102006003792 B4 [0002]
DE 19616980 A1 [0002]
EP 1432536 B1 [0002]

Claims

Messvorrichtung zur Messung einer Normalkraft und der Flächenlast innerhalb eines begrenzten Abschnitts der Nutzfläche eines Messkörpers, wie z. B. einer Planheitsmessrolle dadurch gekennzeichnet, dass die Komponente der Messvorrichtung aus einem kugelförmigen Kopplungselement (1), einem Krafteinleitungselement (3), einem druckempfindlichen Sensorelement (4), einem Stützelement (5), einem Gegenlagerelement (6), sowie einem einstellbaren federnden Druckelement (7) in einem Gehäuse (2) bestehen dadurch gekennzeichnet, dass das der Verbund zwischen Krafteinleitungselement (3), Sensorelement (4) und Stützelement (5) stoffschlüssig ist, und dieser Verbund keinen direkten Kontaktkraftschluss zum Gehäuse aufweist, und das Kopplungselement (1) beweglich auf dem Krafteinleitungselement (3) lagert, und das Stützelement (5) sich über dem Gegenlagerelement (6) befindet, wobei das Gegenlagerelement (6) zumindest kraftschlüssig mit dem Gehäuse (2) verbunden ist und ein einstellbares federndes Druckelement (7) enthält.
Messvorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei das druckempfindliche Sensorelement (4) ein piezoelektrischer Sensor ist.
Messvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei Gehäuse (2), Krafteinleitungselement (3), Sensorelement (4), Stützelement (5), Gegenlagerelement (6) und federndes Druckelement (7) zylinderförmig sind.
Messvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Gegenlagerelement (6) stoffschlüssig mit dem Gehäuse (2) verbunden ist.
Messvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei sich mittels einer Einstellschraube am federnden Druckelement (7) das Stützelement (5) variabel vorspannen und damit die Sensorempfindlichkeit einstellen lässt.
Messvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei in das Sensorelement (4) oder in das Stützelement (5) oder in das Gegenlagerelement (6) auch elektronische Elemente wie beispielsweise Vorverstärker oder Filter eingebaut sind.
Messvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei Signalleitungen und Kabel durch das Stützelement (5) und das Gegenlagerelement (6) unter Zugentlastung durchgeführt sind.