DE102014209109A1 - Force transducer, arrangement with several load cells and use of the arrangement - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft einen Kraftaufnehmer (10), mit zwei, jeweils als Doppelbiegebalken (21, 22) ausgebildeten Kraftaufnehmerelementen (16, 17), die dazu ausgebildet sind, zwei senkrecht zueinander angeordnete Kraftkomponenten (F1, F2) an einem zu vermessenden Element (1) zu erfassen, wobei die beiden Kraftaufnehmerelemente (16, 17) jeweils eine im Wesentlichen rechteckförmige Außenkontur (27, 28) mit einer Breite (B1, B2) und einer Länge (L1, L2) aufweisen, wobei die Länge (L1, L2) jeweils größer ist als die Breite (B1, B2), wobei die die beiden Kraftaufnehmerelemente (16, 17) rechtwinklig zueinander angeordnet sind, wobei das erste Kraftaufnehmerelement (16) dazu ausgebildet ist, in Wirkverbindung mit dem zu vermessenden Element (1) angeordnet zu werden, wobei das zweite Kraftaufnehmerelement (17) mit einem Trägerelement (15) für den Kraftaufnehmer (10) verbunden ist, und wobei das erste Kraftaufnehmerelement (16) im Bereich einer dem zweiten Kraftaufnehmerelement (17) abgewandten Seite mit dem zu vermessenden Element (1) zumindest mittelbar verbunden ist.The invention relates to a force transducer (10) having two force transducer elements (16, 17), each designed as a double bending beam (21, 22), which are designed to have two mutually perpendicular force components (F1, F2) on an element (1 ), wherein the two Kraftaufnehmerelemente (16, 17) each have a substantially rectangular outer contour (27, 28) having a width (B1, B2) and a length (L1, L2), wherein the length (L1, L2) each greater than the width (B1, B2), wherein the two Kraftaufnehmerelemente (16, 17) are arranged at right angles to each other, wherein the first Kraftaufnehmerelement (16) is adapted to be arranged in operative connection with the element to be measured (1) be, wherein the second force transducer element (17) with a support member (15) for the force transducer (10) is connected, and wherein the first force transducer element (16) in the region of the second Kraftaufnehmerelement (17) abge turned side is at least indirectly connected to the element to be measured (1).
Description
Stand der TechnikState of the art
Die Erfindung betrifft einen Kraftaufnehmer zur Ermittlung zweier, senkrecht zueinander angeordneter Kraftkomponenten. Ferner betrifft die Erfindung eine Anordnung, bestehend aus einer Vielzahl von erfindungsgemäßen Kraftaufnehmern sowie die Verwendung einer Anordnung zur Ermittlung von auf eine Bahn, insbesondere eine Packstoffbahn wirkenden Kräften.The invention relates to a force transducer for determining two mutually perpendicular force components. Furthermore, the invention relates to an arrangement consisting of a plurality of force transducers according to the invention and to the use of an arrangement for determining forces acting on a web, in particular a packaging material web.
Aus der
Bei der Verarbeitung von Packstoffbahnen auf Verpackungsmaschinen, beispielsweise auf sogenannten Schlauchbeutelmaschinen, ist es für eine optimale Funktion der Schlauchbeutelmaschine wichtig, die auf die Packstoffbahn wirkenden Spannungen bzw. Kräfte erfassen zu können. Insbesondere ist dabei die quer zur Längserstreckung der Packstoffbahn wirkende Spannung in der Packstoffbahn sowie die Reibkraft, verursacht durch von Charge zu Charge wechselnden Materialeigenschaften der Packstoffbahn von wesentlicher Bedeutung. Wichtig bei der Erfassung der Bahnspannung ist darüber hinaus, dass die zur Berechnung der Bahnspannung erfassten Kräfte an einer Vielzahl von quer zur Förderrichtung bzw. zur Längserstreckung der Packstoffbahn angeordneten Stellen, möglichst lückenlos, erfasst werden. Dies bedingt eine Anordnung einer Vielzahl von Kraftaufnehmern, die parallel und möglichst unmittelbar nebeneinander angeordnet sind. Zur Erzielung einer möglichst hohen Auflösung über die gesamte Breite der Packstoffbahn ist daher ein Kraftaufnehmer wünschenswert, der eine möglichst geringe Breite aufweist, damit möglichst viele Kraftaufnehmer nebeneinander quer zur Längserstreckung der Packstoffbahn angeordnet werden können. Der aus der
Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention
Ausgehend von dem dargestellten Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Kraftaufnehmer derart auszubilden, dass dieser insbesondere in Verbindung mit auf eine Packstoffbahn als zu vermessendem Element wirkenden Kräften bzw. Spannungen eine optimierte Anordnung ermöglicht und gleichzeitig eine gewünschte (hohe) Auflösung auch bei relativ kleinen Kräften (gemeint ist dabei eine maximale Kraft von etwa 20N) aufweist. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einem Kraftaufnehmer mit den Merkmalen des Anspruchs 1 im Wesentlichen dadurch gelöst, dass die beiden Kraftaufnehmerelemente über einen stegförmigen Verbindungsabschnitt einstückig miteinander verbunden sind, wobei die beiden Kraftaufnehmerelemente jeweils eine im Wesentlichen rechteckförmige Außenkontur mit einer Breite und einer Länge aufweisen, wobei die Länge jeweils größer ist als die Breite, wobei die die beiden Kraftaufnehmerelemente rechtwinklig zueinander angeordnet sind, wobei das erste Kraftaufnehmerelement dazu ausgebildet ist, in Wirkverbindung mit dem zu vermessenden Element (Packstoffbahn) angeordnet zu werden, und wobei das zweite Kraftaufnehmerelement mit einem Trägerelement für den Kraftaufnehmer verbunden ist. Mit anderen Worten gesagt bedeutet dies, dass die beiden, jeweils als Doppelbiegebalken ausgebildeten Kraftaufnehmerelemente in Form eines „T“ zueinander angeordnet sind, wobei das eine freie Ende des einen Kraftaufnehmerelements zumindest mittelbar mit dem zu vermessenden Element verbunden ist. Dadurch wird eine Ausbildung des Kraftaufnehmers ermöglicht, bei dem eine Packstoffbahn in einem relativ großen Umschlingungswinkel um das freie Ende des Kraftaufnehmerelements geführt werden kann. Dies ermöglicht eine besonders einfache und effektive Erfassung der auf die Packstoffbahn wirkenden Kräfte. Based on the illustrated prior art, the invention has the object, a force transducer in such a way that this particular in conjunction with forces acting on a packaging material web as a measuring element forces or stresses an optimized arrangement and at the same time a desired (high) resolution also at relatively small forces (meaning a maximum force of about 20N) has. This object is achieved in a force transducer with the features of claim 1 essentially in that the two Kraftaufnehmerelemente are integrally connected to each other via a web-shaped connecting portion, wherein the two Kraftaufnehmerelemente each having a substantially rectangular outer contour with a width and a length, wherein the length is greater than the width, wherein the two Kraftaufnehmerelemente are arranged at right angles to each other, wherein the first Kraftaufnehmerelement is adapted to be arranged in operative connection with the element to be measured (packaging material web), and wherein the second Kraftaufnehmerelement with a support element for connected to the load cell. In other words, this means that the two, each formed as a double bending beam Kraftaufnehmerelemente are arranged in the form of a "T" to each other, wherein the one free end of a Kraftaufnehmerelements is at least indirectly connected to the element to be measured. This allows a design of the force transducer, in which a packaging material web can be guided in a relatively large wrap around the free end of the Kraftaufnehmerelements. This allows a particularly simple and effective detection of the forces acting on the packaging material.
Vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Kraftaufnehmers sind in den Unteransprüchen aufgeführt.Advantageous developments of the force transducer according to the invention are listed in the subclaims.
Zur besonders einfachen und effektiven Verbindung des Kraftaufnehmers an einem Trägerelement wird vorgeschlagen, dass das zweite Kraftaufnehmerelement über einen weiteren stegförmigen Verbindungsabschnitt mit einem Basisabschnitt verbunden ist, der dazu ausgebildet ist, mit dem Trägerelement verbunden zu werden.For a particularly simple and effective connection of the force transducer to a Carrier element is proposed that the second force transducer element is connected via a further web-shaped connecting portion with a base portion which is adapted to be connected to the carrier element.
Zur Kopplung des Kraftaufnehmers mit dem Trägerelement bzw. mit dem zu vermessenden Element ist es darüber hinaus vorgesehen, dass der Basisabschnitt und das erste Kraftaufnehmerelement jeweils eine Aufnahme aufweisen. Unter einer Aufnahme wird dabei im einfachsten Fall eine Bohrung, ein Gewinde o.ä. verstanden, das eine mechanische Kopplung bzw. Verbindung des Kraftaufnehmers ermöglicht.For coupling the force transducer with the carrier element or with the element to be measured, it is furthermore provided that the base portion and the first force transducer element each have a receptacle. Under a recording is in the simplest case a hole, a thread o.ä. understood that allows a mechanical coupling or connection of the force transducer.
Zur Erzeugung einer Vorspannkraft auf ein Kraftaufnehmerelement zur Verbesserung der Messung der Kraftkomponente ist es möglich, dass auf wenigstens eines der Kraftaufnehmerelemente mittels einer Spanneinrichtung eine Vorspannkraft aufbringbar ist. To generate a biasing force on a force transducer element to improve the measurement of the force component, it is possible that a biasing force can be applied to at least one of the force transducer elements by means of a clamping device.
Weiterhin kann es vorgesehen sein, dass wenigstens einer der beiden Kraftaufnehmerelemente Dehnmessstreifen zur Ermittlung der Kraftkomponenten aufweist. Derartige Dehnmessstreifen können in üblicher Art und Weise beispielsweise in Form einer wheatstoneschen Brücke elektrisch geschaltet sein. Durch entsprechende Ausgestaltung des Doppelbiegebalkens bzw. der Empfindlichkeit der Dehnmessstreifen ist dabei in der Praxis beispielsweise ein Messbereich bei dem ersten Kraftaufnehmerelement zwischen 0N und 5N und bei dem zweiten Kraftaufnehmerelementen zwischen 0N und 15N möglich.Furthermore, it can be provided that at least one of the two force transducer elements has strain gauges for determining the force components. Such strain gauges may be electrically connected in the usual manner, for example in the form of a wheatstone bridge. By appropriate design of the double-cantilever or the sensitivity of the strain gauges in practice, for example, a measuring range in the first load cell between 0N and 5N and in the second Kraftaufnehmerelementen between 0N and 15N is possible.
Es kann jedoch auch vorgesehen sein, dass wenigstens eine zu vermessende Kraftkomponente mittels eines Abstandssensors erfasst wird, der an einem ortsfesten Teilabschnitt des Kraftaufnehmerelements oder ortsfest und von dem Kraftaufnehmerelement getrennt angeordnet ist. However, it can also be provided that at least one force component to be measured is detected by means of a distance sensor which is arranged on a fixed partial section of the force transducer element or fixed and separated from the force transducer element.
In weiterhin besonders bevorzugter geometrischer Dimensionierung des Kraftaufnehmers ist es vorgesehen, dass die beiden Kraftaufnehmerelemente plattenförmig mit einer Dicke ausgebildet sind, die einen kleineren Wert aufweist als die Breite der Kraftaufnehmerelemente. Dadurch ist es in der Praxis beispielsweise möglich, einen Kraftaufnehmer mit einer Dicke von lediglich 10mm auszubilden. In a further particularly preferred geometric dimensioning of the force transducer, it is provided that the two force transducer elements are plate-shaped with a thickness which has a smaller value than the width of the force transducer elements. This makes it possible in practice, for example, form a force transducer with a thickness of only 10mm.
Die Erfindung umfasst auch eine Anordnung, bestehend aus einer Vielzahl von parallel und fluchtend zueinander angeordneten Kraftaufnehmern, die in erfindungsgemäßer Art und Weise ausgebildet sind. The invention also encompasses an arrangement consisting of a multiplicity of force transducers arranged parallel to one another and in alignment with one another and formed in the manner according to the invention.
In bevorzugter Weiterbildung der Anordnung kann es vorgesehen sein, dass zwischen den Kraftaufnehmern Distanzelemente angeordnet sind. Damit ist es beispielsweise bei einer vorgegebenen Breite einer Packstoffbahn möglich, in Abhängigkeit von der gewünschten Auflösung bzw. Erfassung der Kräfte quer zur Packstoffbahn die Kraftaufnehmer auf einem Trägerelement in definierten Abständen zueinander anzuordnen.In a preferred embodiment of the arrangement, it may be provided that spacer elements are arranged between the force transducers. This makes it possible, for example, for a given width of a packaging material web, depending on the desired resolution or detection of the forces across the packaging material web to arrange the force transducer on a support member at defined distances from each other.
Weiterhin kann die Anordnung zur Erfassung einer Dickenverteilung einer Packstoffbahn ein Andrückelement aufweisen, das mit den Kraftaufnehmern zusammenwirkt.Furthermore, the arrangement for detecting a thickness distribution of a packaging material web can have a pressure element which interacts with the force transducers.
Zuletzt umfasst die Erfindung auch die Verwendung einer entsprechenden Anordnung zur Ermittlung von auf eine Packstoffbahn wirkenden Kräften. Bei den Kräften handelt es sich dabei insbesondere um Reibungskräfte, verursacht durch verpackungsmaterialspezifische Oberflächeneigenschaften sowie um Kräfte, mittels derer auf eine Bahnspannung in der Packstoffbahn geschlossen werden kann.Finally, the invention also includes the use of a corresponding arrangement for determining forces acting on a packaging material web. In particular, these forces are frictional forces caused by packaging material-specific surface properties as well as forces by means of which a web tension in the packaging material web can be deduced.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnung. Diese zeigt inFurther advantages, features and details of the invention will become apparent from the following description of preferred embodiments and from the drawing. This shows in
Gleiche Elemente bzw. Elemente mit gleicher Funktion sind in den Figuren mit den gleichen Bezugsziffern versehen.The same elements or elements with the same function are provided in the figures with the same reference numerals.
In den
Wie insbesondere anhand der Darstellung der
Die jeweils identisch ausgebildeten Kraftaufnehmer
Entsprechend der Darstellung der
Entsprechend der
Entsprechend der Darstellung der
Gleichzeitig oder alternativ kann die Durchgangsbohrung
Die beiden Kraftaufnehmerelemente
Ergänzend wird darauf hingewiesen, dass die Dehnmessstreifen
Das erste Kraftaufnehmerelement
Zusätzlich oder aber alternativ ist es auch denkbar, anstelle von Dehnmessstreifen
In der
Der soweit beschriebene erfindungsgemäße Kraftaufnehmer
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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