DE1800024A1 - Vorrichtung zum Messen der Zugspannung in einem biegsamen Band - Google Patents

Description

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795 Biberachi
Marktplatz 38

DipL-lng. Herbert Braiio

Patentanwalt Telefon (073Sl)e4S5 1800024

6 S 1086

Dr.G.Sohaohenmann 1 Co. Bas· 1/Sohwels

Vorrichtung sum Messen der Zugspannung in tins« biegsamen Band

Di· Erfindung betrifft ein« Vorrichtung sua Messen der Zugspannung in eine» biegsamen Band alt Hilfβ von drei !tollen·

Bekannt· !lesevorrichtungen dieser Art «eisen swei ortsfeste !tollen und eine lageveränderliehe Rolle auf» welch letstere auf eine liesedose wirkt. Solehe Kessdosen verwandeln mechanisohe Kräfte in proportionale elektrische werte und benötigen hiersu fast keinen Weg, weil ihr eesamthub nur etwa, 0,2 -0,3 et beträgt. Deswegen führt auch die auf die wirkende Rolle praktisch keine Bewegung aus.

Der wesentliche Maohteil solcher Vorriehtungen besteht darin, dal sie gegenüber fibermässig hohen Zugspannungen Im Bande ungesehütst und damit Beschädigungen ausgesetst sind. Es ist nämlich nicht su vermeiden, daft in einer ein biegsasjes Band» s.B. eine Papierbahn» verarbeitenden Maschine» besonders wenn sie mehrere mit Sinselantrieben ausgerüstete Förderetellen besitst» gelegentlieh ein Durchhang im Bande auftritt.

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Wird dieser Durchhang dann aufgefangen„ indem die öesoliwisidigkeit einer Förderatelle erhöht wird, dann wirkt sieh beim Straffwerden des Bandes die gesamt® kinetisch® Energie dieser Fördere teile, einsehlie&iioh der des Motoranke», in einer ausserordentlieh hohen Bairtspaimiinge-Spitie aws, wt-lohe die Ifessvorslehtung wi® ein Sehlag trifft und beschädigt, wenn nieht gar zerstört.

Ferner können MmMQmU₁, ai® teure FHLsieloiwesrät· darstellen, swf leistimgfieehwaete Signale aligeben_e Misten· «1® W©öhs®lep«raung®n, di® bu ihrer Verwertung' ©lÄtroni·©!!· ¥or-

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»treeke mit «itebiieiii« Zeitkonstantcn behaftet» Di« Fjjijpti· Tersdpanins in der Vererbeifeung des RegolbefeUs k&m, ab«f> wegen der Hublosigkeit d*r Me8iiote₈ sp@isi®ll bei sdels&$lfy§Mf!®ii@ii BuEd₉ «ntweder i%a seinem Mr@hhang ®ü®w> sun Riss führen.

Sfe Erfindung hmt sur Aufgabe» eine ¥®rriehtung der einleitend angegebenen Bauart su schaffen, die frei von den geselsil derten Mängeln der bekannten Vorriehtungen ist, insbesondere bei einfachstem Aufbau einen verhältnismäßig großen Terstellweg bat und einen RelAen des Bandes bei dessen Straffung entgegenwirkt·

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Dies geschieht erfindungsgemäß vor allem dadurch, daß «wischen swei benachbarten ortsfesten Rollen, über welche da· Band mit einer Seite läuft, eine auf der anderen Seite des Bandes dauernd mit Druck aufliegende lageveränderliche dritte Rolle gegen die von Band ausgeübte Rückstellkraft in den Raum swisehen den beiden ortsfesten Rollen hineinbewegbar ist, wobei die Eindringtiefe und der Berührungewinkel swischen den Band und der dritten Rolle sich mit wachsender Zugspannung verkleinern.

Bei gestrafftem Band wäre hier der Itesohlingungswinkel Null und die zu messende Kraft unendlich groß. Der praktisch ausnutsbare Meßbereich liegt hier swischen Umsehlingungswinkeln von etwa 5 und 90°· Bandspannung, Eindringtiefe und Umschlingungswinkel stehen swar nicht unmittelbar in linearer Beziehung, die im Band wirkende Spannkraft ist aber eine ■ stetige Punktion der Eindringtiefe bsw. der Lage der bewegbaren Rolle. Aus dieser Lage läßt sich daher unmittelbar die Bandspannung bestimmen, so daß man ohne großen Aufwand vom Träger der bewegbaren Rolle her einen Signalgeber für ein Meßgerät o.dgl. verstellen kann. Dies wird durch den relativ großen Verstellweg ebenso begünstigt wie dadurch ein sanftes Abbremsen des sich plötslich spannenden Bandes ermöglicht wird. Selbst bei gleichbleibender Belastung der Rolle wird bei großer Eindringtiefe infolge des großen ümschlingungswinkels die auf das Band ausgeübte Spannkraft verhältnismäßig klein, so daß ein lose hängendes Band beim Straffen sunächst nur mit einer äußerst kleinen Kraft belastet wird, die beim weiteren Straffvorgang stetig ansteigt. Die Anfangs· belastung beim Straffvorgang kann ferner dadurch noch beliebig gesenkt werden, daß man die auf die bewegbare Rolle

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wirkende Andruekkraft oder Belastung mit steifender Sindringtiefe kleiner werden läßt.

Unter einen biegsamen "Band« als Saraaelbegrift werden hier alle flexiblen Erzeugnisse «it beliebigem Querschnitt vor« standen, wie Papier- und Textilbahnen, Kunststoff- oder Metallfolien» Schnüre, Fäden, dünne Drähte usw.

In der Zeichnung ist ein AusfOhrungsbeispiel der Vorrichtung nach der Erfindung schematisoh dargestellt«

Ober Bwei benachbarte ortsfeste Rollen 1 und 2 und unter einer dritten» lageveränderliehen Rolle 3 durchläuft das Band It die Messvorrichtung, wobei es mit diesen drei Rollen in ständiger BerOhrung steht.

Die Rolle 1 dreht sieh in Kugellagern frei um eine Welle 5, die ihrerseits ebenfalls drehbar gelagert ist. Die Lager selbst sind in der Zeichnung nicht dargestellt.

Bei der Rolle 2 ist es gleichgültig, ob sie eich um ihre Welle 6 dreht und diese feststeht, oder ob sie auf der Welle 6 aufgekeilt und diese drehbar gelagert ist.

Die Rolle 3 «oll dagegen vorsugsweige frei um ihre Welle umlaufen, während letstere fest im Auge eines Armes 8 sitst. Die Nabe dieses Armes, die mit einem Segment 9 ausgestattet ist» eitst auf der Welle 5 und ist mit dieser auf Drehung verbunden. Nur bei einem schmalen Band 4 wird ein einsiger Arm 8 ausreichen, wogten für breitere Bänder ein «weiter

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Am am «»deren End· der Roll· 3 erforderlioh ist.

Das Segment 9 hat swel Punktionen tu erfüllen: erstens wirkt es mis Gegengewicht far die Rolle 3 und balanciert diese aus» und sweltens versetst es das teilirersahnte Rad IO und seine «it ihm fest verbundene welle U in drehende Bewegung und 1st deshalb ebenfalls tcilversahnt.

fest auf der Velle 11 sitsen ferner ein Hebel 12 nit eine« Belastungsgewieht 13 und ein weiteres teilversahntes Rad Ik, Die Drehbewegung des Systems entgegen de« Uhrseigersinn wird durch einen Anschlag 15 begrenst.

Das Rad IH treibt ein Zahnrad 16 an» das auf der Drehaohse 17 eines Potentiometers fest aufsltst. Die Bewicklung des Potentiometers ist mit 18 und sein Sohleifer mit 19 beseiohnet.

In der geseiehnften Lage der Rolle 3 liegt der Eeibel 12 am Anschlag 15·.Dies entspricht somit der grOAten Absenktiefe der Rolle 3 in den Raum swisehen den beiden ortsfesten Rollen 1 und 2· Dabei ist auch ihr BerOhrungswinkel mit dem Band am grOBten. Da das Eigengewicht der Rolle 3 durch das Segment 9 ausbalanciert ist und das Belastungsgewieht 13 im betrachteten Zustand der Vorrichtung gans unten und daher unwirksam i£, «uß die Zugspannung im Band 4 gleich Hull sein· Bei dem geseigten Qleichspannungs-Anschlufi an die Potentlometerwloklung 18 gibt auch der Schleifer 19 in seiner geseiohneten Ausgangsstellung einen Nullwert ab.

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Beia Auftreten einer Zugspannung in Bande wird deren Vertialkomponente la UBschlingungsbereioh der Rolle 3 diese Rolle so weit aus des Rau« swischen den Rollen 1 und 2 heraus drucken und das Belastungsgewloht 13 ie Uhrseigersinn aufsehwenken lassen» bis sich ein Qlelehgewioht einteilt. Je grOfter die Zugspannung wird» ubso kleiner werden die Absenktiefe und der Itasehlingungs- bsw. BerOhrungswinkel der Rolle 3· Bein Winkelwert Null i& die Zugspannung unendlich groA.

Es sei angenonen» daft die punktiert geselohnete Lage der Rolle 3 de» geringsten für den Mesvorgang sugelassenen Winkel wert entspricht und daft die Well· 5 su dieser Verstellung eine Drehung von 30° vollführen buA. Venn ferner das Zahn-Obersetsungsverhlltnis swischen den W.len 9 und 10 den Vert 3s1 und swisohen den Teilen 14 und 16 den Vert 2:1 hat, so werden das Gewicht 13 und der Schleifer 19 ihre punktiert geseiohneten Lagen elnnehaen. Dabei wird das Belastungsgewioht nach erfolgter Schwenkung un 90° seine Höohstwirkung ausüben und der Sohleifer nach einer halben Uadrehung den Maximalwert an Spannung abgeben.

Vie ersichtlich» besteht bei diesen Ausfflhrungsbeispiel kein lineares Verhältnis swischen der Sehleiferstellung der Bandspannung» weil dieses Verhältnis einerseits durch die Sinusfunktion des Belaetungsgewiehtes und anderseits durch die variable Kraftserlegung an der Rolle 3» sowohl wegen veränderlicher Uasehlingung dieser Rolle als auch wegen der ver-Inderlichen Winkelstellung des Atoms 8, bestimmt wird.

Venn also bei der Herstellung der Fotentiomttorwlcklung 18

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diesem umstand keine Rechnung getragen wurde, so sind die am Sohleifer 19 auftretenden elektrischen Werte der Zugspannung .Im Bande * nicht proportional. Deswegen muA das Anseigeinstrument bsw. Voltmeter eine nichtlineare Skala erhalten*

Xm vorliegenden AusfÜhrtmgsbeispiels: wurde als elektrischer Signalgeber ein Potentiometer verwendet, well es ein preiswertes und handelsübliches Element ist. Ein solcher Drehwiderstand erfordert su seiner Verstellung eine Drehbewegung und hiersueignet sich besonders gut eine Zmhnradübersetsung.

Es 1st aber denkbar, da* andere Signalgeber, etwa auf induktiver oder photoelektrischer Basis, su ihrer Verstellung keine Zahnräder benötigen.

wesentlich ist, daß die Signalgeber hier mit weit größerem Hub als dem der eingangs erwähnten Messdosen verwendet werden, nicht nur preisgünstiger sind, sondern auch eine gewisse Kompensierung der Zeitkonstanten in der Regelstrecke gestatten.

Für den Erfindungsgedanken ist es unerheblich, mit welchen Mitteln der Auflagedruck der Rolle 3 auf dem Band H erseugt wird. Statt des schwenkbaren Gewichtes 13 kann dasu ein geradlinig verstellbares Gewicht, eine Spiralfeder, Tellerfedern, ein pneumatischer oder hydraulischer Kolben, ein Elektromagnet, ein Sevomtor, das Eigengewicht der Rolle usw. dienen.

Es 1st ferner unerheblich, auf welcher Bahn die Rolle 3 ihre

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Absenkbewegung in den Raum zwischen den beiden ortsfesten Rollen 1 und 2 vollführt. Denkbar ist z.B. eine geradlinige Bahn in Parallelführungen oder eine Kreisbahn mit einem Mittelpunkt ausserhalb der Achse der Welle 5<>

Wenn auch für das Funktionsprinzip der Messvorrichtung die beiden Rollen 1 und 2 als ortsfest angesehen werden und während des Messvorganges auch ortsfest bleiben, ist eine Verstellbarkeit derselben für Einstellzwecke, beispielsweise zur parallelen Ausrichtung, durchaus möglich.

Pur gewisse Regelprobleme könnten Dämpfungsorgane notwendig werden, wie z.B. hydraulische Kolben, die jedoch an sich und in ihrer Anwendung bekannte technische Mittel darstellen.

Es 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 etwa 200° zu schwenken, bis sich die Rolle 3 über der Rolle 1 befindet. Danach kann das Band durch den Spalt zwischen diesen Rollen geradlinig durchgezogen werden.

Der im Vorstehenden wiederholt erwähnte Raum zwischen den beiden ortsfesten Rollen 1 und 2 ist durch das straff gespannte Band und die sich nähernden Oberflächen-Partien dieser Rollen begrenzt, weil es unzweckmäßig wäre, die bewegliche Rolle 3 noch tiefer wandern zu lassen, wo der Sijplt wieder größer wird: die Kraftzerlegung führt dort kaum mehr zur Verkleinerung des Umschlingungswinkels mit wachsender Zugspannung.

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Die Grundidee der Erfindung ist es eoeit, die Messbewegungen der dritten Rolle 3 auf den soeben umrissenen Raun su besohränken. Dabei hat man die Möglichkeit, die beiden ortsfesten Rollen 1 und 2 viel näher aneinander su bringen, als lsi geseiehneten Beispiel.

Die punktierten Linien der Zeichnung beziehen sieh auf den Fall der größten noch messbaren Zugspannung. Doch auch eine beliebige Oberspannung, bei der das Blindstück unter der Rollt 3 su einer Ebene wird, sohadf der Meββvorrichtung keinesfalls, auch wenn sie schlagartig kommt. Gleichseitig wird auch die Oberfläche des Bandes vor jeder übermässigen RoI-lenanpressung verschont.

In den bekannten Vorrichtungen sub Messen einer Zugspannung in biegsamen Band arbeitet die bewegliche Rolle nicht innerhalb des hier uarissenen Raumes, sondern so, als würde sich die Rolle 3 des hier geseigten Ausführungsbeispieles unter den ortsfesten Rollen 1 und 2 befinden.

Es gibt dagegen Torrichtungen für andere Zwecke, etwt in eine Papierbahn so su belasten, daß sie bei mangelhafter Qualität durchbrochen wird und reisst, in denen das belastende Element - auch wenn es keine Rolle ist - innerhalb des Raumes swisoben sweiaseitliehen Auflagen wirkt.

Es J£ auch bekannt, eine Rolle, beispielsweise sub Abtasten des Durchmesser· einer absuwiekelnden Spule, Bitteis dues ο Gewichtes su belasten und ihre Bewegung Bit Hilfe von Zahn-

O₀ rädern sub Lockern oder Anspannen einer Bremse beransusiehen.

^ Schließlich verwendet Ban Signalgeber aller Art, bei- ° spielsweise auf kapasitiver Baie oder als Drehwiderstände oo in Potentioaeter-SebaHangen, üb Längenäderungen, s.B. ~* Dehnungen von FIder su messen.

Dipl.-Ing. H/Braito

Patentanwalt BAD

Claims (6)

Dipl.-Ing. Herbert Braito 795 Bibermh/Riß ™ $eP. J9f>8 Patentanwalt Marktplatz 38 Tetefon (07351) 6455 Ä 6 S 1086 Pa t in t an epr Qo he

1. Vorrichtung sub Messen der Zugspannung in einem biegsamen Band mit Hilfe von drei Rollen, dadurch gekennseichnet, daß »wischen swei benachbarten, ortsfesten Rollen (1, 2), fiber welche das Band mit einer Seite läuft, eine auf der anderen Seite des Bandes dauernd mit Druck aufliegende lageYeränderHohe dritte Rolle (3) gegen die vom Band ausgeübte Rückstellkraft in den Raum swisohen den beiden ortsfesten Rollen (1,2) hineinbewegbar ist, wobei die Eindringtiefe und der Berühungswinkel «wischen den Band (4) und der dritten Rolle (3) sich mit wachsender Zugspannung verkleinern.

2« Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dafi die bewegbare Rolle (3) mit einem deren Lage abtastenden elektrischen Signalgeber wie einem Potentiometer verbunden ist.

3· Vorrichtung naoh Anspmueh 2, dadurch gekennzeichnet, daß die bewegbare Rolle (3) auf einer Kreisbahn geführt und durch Zahnräder mit dem Signalgeber verbunden ist.

H, Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, da£ der bewegbaren Druckrolle (3) eine Belastung»vorrichtung (11,13) zugeordnet ist, deren auf die Druckrolle ausgeübte Andruckkraft mit Vergrößerung der Eindringtiefe und des Onsohlingungswinkels kleiner wird.

5. Vorrichtung nach Anspruch *, gekennseichnet durch ein schwenkbares Belastungegewicht (13)· dessen Ausladung mit steigender Slndi^ngjb|sffi ^r bewegbaren Rolle (3) abnimmt.

Dipl.-! ng. H. Braito Patentanwalt