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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Umschaltung des Meßbereiches
in Anlagen, bei denen mit Hilfe einer beweglichen Meßrolle und zweier ortsfester
Leitrollendie Zugspannung im band- oder drahtförmigen Gut durch geringfügige Bewegungen
der Meßrolle erfaßt wird.
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Eine Meßbereichsumschaltung ist bei derartigen Anlagen dann erforderlich,
wenn die Werte der zu messenden Zugspannungen so weit auseinanderliegen, daß sie
durch den Signalgeber nicht mehr genügend genau erfaßt werden können. Jeder Signalgeber
besitzt ein federndes Element, welches der zu messenden Kraft entgegenwirkt, sei
es eine Tellerfeder, eine Membrane oder ein anders geformtes elastisches Glied.
Für genaue Messungen wird eine strenge Proportionalität zwischen den beiden gegeneinander
wirkenden Kräften verlangt, welche aber nach Unter- oder Überschreitung gewisser
Grenzen (1:5 bis 1:10) nicht mehr gegeben ist. Wenn es sich um eine rein mechanische
Übertragung des Federweges auf einen Zeiger handelt, besitzt der Signalgeber ferner
ein Element, beispielsweise einen Differentialtransfommator, mit dessen Hilfe der
Federwegin eine elektrische Größe (Spannung bzw. eingeprägter Strom) umgewandelt
wird. Auch hierfür bestehen etwa die gleichen Proportionalitätsgrenzen.
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Liegen also die zu erfassenden Zugspannungswerte außerhalb dieser
Grenzen, so ist eine Meßbereichsumschaltung unerläßlich.
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Es ist bekannt, zur Erfüllung dieser Erfordernisse, bei rein mechanischer
Wegübertragung auf einen Zeiger, mehrere Federn anzuordnen und diese mittels eines
Umschaltmechanismus einzeln oder gruppenweise in den Kraftweg einzuführen (USA-Patentschrift
1 659 919). Bei elektrischen Signalgebern mit induktivem Meßglied ist ferner bekannt,
den Anker dieses Gliedes in verschiedene Ausgangslagen zu bringen (deutsche Patentschrift
953 840), was allerdings die Proportionalitätsgrenzen unberücksichtigt läßt.
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Bei diesen bekannten Lösungen ändert sich der Anpreßdruck des druchlaufenden
Gutes an die Meßrolle infolge des gleichbleibenden Umschlingungswinkels verhältnisgliech
der jeweils herrschenden Zugspannung und erreicht somit bei hohen Zugkräften Werte,
die sowohl für die Oberfläche des Gutes als auch für die Lager der Meßrolle schädlich
werden können.
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Der Erfindung liegt, die Aufgabe zugrunde, eine Meßbereichsumschaltung
zu schaffen, bei welcher in allen Stufen trotz der sehr verschiedenen Zugspannungen
im Gut die gleichen Kraftverhältnisse an der Meßrolle und arn Signalgeber gewährleistet
bleiben.
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die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch minestens zwei einstellbare
Positionen der Meßrolle zu den beiden Leitrollen mit unterschiedlichen Umschlingungswinkeln
des band- oder drahtförmigen Gutes an der Meßrolle gelöst.
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Die Beziehung zwischen der im Gut herrschenden Zugspannung Z, dem
Umschlingungswinkel u und der auf die Meßwalze sowie auf den Signalgeber einwirkenden
Kraft F ist: F=2#Z#sinu/2. Nach einer weiteren Ausbildung der Erfindung werden die
Umschlingungswinkel der aufeinanderfolgenden Stufen so ausgelegt, daß die Sinuswerte
der halben Umschlingungswinkel eine ganzzahlige geometrische Reihe bilden. Durch
diese Maßnahme kann die 4
Skala des Anzeigeinstrumentes übersichtlicher gestaltet
werden, wie es die vorstehende Formel beweist.
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Schließlich wird als weitere Ausbildung der Erfindung über die der
Meßbereichsumschaltung dienenden Positionen hinaus eine weitere Position der Meßrolle
zu den beiden Leitrollen vorgesehen, die das Durchziehen des band- oder drahtförmigen
Gutes durch die Meßanlage erleichtert. Zwar ist es bei Handgeräten zur Zugkraftmessung
bekannt, die gegenseitige Lage der drei Rollen durch Fingerdruck so einzustellen,
daß man mit dem Gerät wie mit einer Zange das zu messende Gut erfassen kann (deutsche
Patentschrift 1046 368), doch werden dort zu diesem Zweck die beiden Leitrollen
verstellt und nicht die Meßrolle. i-Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen
insbesondere darin, daß bei allen Meßbereichsstufen auf alle Teile der Meßanlage
genau die gleichen Kräfte einwirken, obschon sich die Zugkraft im Gut in weiten
Grenzen verändert. Damit wird einerseits die Oberfläche des Gutes geschont und andererseits
jeder Eingriff in den Signalgeber vermieden.
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Zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt
und werden im folgenden näher beschrieben. Es zeigt Fig. 1 und 2 zwei- Positionen
der Meßwalze zu den Leitwalzen in einer Anlage mit einseitiger Berührung der Walzen
durch das Meßgut, Fig. 3 und 4 zwei Positionen der Meßwalze zu den Leitwalzen in
einer Anlage mit beidseitiger Berührung der Walzen durch das Meßgut.
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Eine Meßanlage nach dem ersten Ausführungsbeispiel (Fig. 1 und 2)
ist dann zu empfehlen, wenn eine Seite des Gutes besonders empfindlich oder feucht
bzw. klebrig ist, während für andere Güter eine Meßanlage nach dem zweiten Ausführungsbeispiel
(Fig. 3 und 4) deswegen oft vorteilhafter ist, weil sie das Gut auch im entspannten
Zustand am Herausgleiten hindert.
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Die Meßwalze 1 bifindet sich stets zwischen den beinden Leiwalzen
2, 3, wobei das band- oder drahtförmige Gut 4 entweder über alle Walzen läuft (Fig.
1 und 2) oder zwischen ihnen durchgeführt wird (Fig. 3 und 4). Ublicherweise sind
die Leitwalzen 2, 3 orts-Cfèst.-:gelagert während diea walze 1 unter dem Einfluß
der im Gut4 herrschenden ZugspannungZ eine geringfügige Bewegung ausführen kann,
um auf den elastischen Signalgeber 5 eine Kraft F auszuüben.
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Der hierfür notwendige Weg ist so gering, daß er für die Betrachtung
des gegenseitigen Verhältnisses der Kräfte Z und F außer acht gelassen werden kann.
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Der Signalgeber 5 stützt sich über eine in der Führung 6 gleitende
Stange 7 auf einen zweiarmigen Hebel 8 mit dem Drehpunkt 9 ab. Dieser Hebel 8 nimmt
also den von der Meßrolle 1 auf den Signalgeber 5 ausgeübten Druck auf und muß daher
in seinen gezeichneten Stellungen fest eingerastet sein.
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Die Fixierung ist in der schematischen Darstellung nicht gezeichnet.
~ Mit Hilfe des Hebels 8 kann die Position der Meßrolle 1 zu den beiden Leitrollen
2, 3 geändert werden, wobei sich auch der Zentriwinkel u, um welchen das Gut4 die
Meßrolle umschlingt, ändert. Gezeichnet simd zwei Positionen für jede Bauart, nämlich
die Positionen nach Fig. 1 und 3 für einen kleineren und die Positionen nach F i
g. 2 und 4 für einen gröseren Umschlingungswinkel u.
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Durch die Kräftedreiecke wird das Verhältnis des
Signalgeberdruckes
F zur Zugkraft Z beim jeweiligen Umschlingungswinkel u veranschaulicht. Es drückt
sich durch die Gleichung = 2 zu Z - sinn/2 aus.
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Ist keinerlei Umschlingung der Meßrolle 1 vorhanden, also ze = 0,
so entsteht auch keine Komponente am Signalgeber (F = O). Wird aber die Hälfte des
Meßrollen-Umfanges umschlungen, also u= 180°, so entsteht die größtmögliche Einwirkung
auf den Signalgeber, nämlich F = 2 Z.
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Der auf die Meßrolle 1, den Signalgeber 7 und den Hebel 8 durch die
Oberfläche des Gutes 4 ausgeübte DruckF ist überall gleich groß, obschon die Zugkraft
Z in den Positionen nach F i g. 1 und 3 wesentlich größer ist als in den Positionen
nach Fig.2 und 4. Diese Eigenart der Erfindung gewährleistet eine Schonung sowohl
der Oberfläche des zu messenden Gutes, als auch der Lager der Meßrolle und vermeidet
jeglichen Eingriff in den Signalgeber.
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Es sei angenommen, daß mit Hilfe einer solchen Einrichtung Zugkräfte
zwischen 5 und 100 kp gemessen werden sollen, wobei aber der Signalgeberbereich
nur 1:5 beträgt.
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Eine genügende Erweiterung dieses Bereiches könnte man erfindungsgemäß
schon mit zwei Positionen der Meßrolle erreichen: einer solchen mit u = 11,5° und
einer zweiten mit u = 60°. Für diese beiden Umschlingungswinkel errechnen sich die
Signalgeberkräfte mit F = 0,2Z und F = Z. In der ersten Position mißt man dann Zugspannungen
von 25 bis 125 kp und in der zweiten von 5 bis 25 kp.
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Damit kann man sogar einen Gesamtbereich der Zugkraft von 1:25 beherrschen,
während der Signalgeber lediglich den für ihn zulässigen Bereich von 1:5 bestreicht.
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Vorzuziehen wäre es allerdings, wenn die den jeweiligen Positionen
zugeordneten Kräfte sich teilweise überdecken. Diese Forderung ist leicht mit drei
einstellbaren Positionen zu erfüllen: in der ersten Position mißt man Zugkräfte
von 20 bis 100 kp, in der zweiten von 10 bis 50 kp und in der dritten von 5 bis
25 kp. Hier halbiert also jede nachfolgende Position die Zugkraft-Werte der vorangegangenen.
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Um das zu erreichen, muß der Sinuswert des halben Umschlingungswinkels
bei jeder nachfolgenden Position verdoppelt werden.
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Obschon es prinzipiell gleichgültig ist, wie die einzelnen Stufensprünge
des erweiterten Meßbereiches beschaffen sind, besteht praktisch ein großer Vorteil,
wenn die Sinuswerte der halben Umschlingungswinkel eine ganzzahlige geometrische
Folge bilden, und zwar deswegen, weil man dann nicht für jede Position eine spezielle
Skala am Anzeigeinstrument, welches vom Signalgeber beaufschlagt wird, anzubringen
braucht. Im soehen besprochenen Beispiel wird man zweckmäßigerweise das Instrument
(z. B. ein Voltmeter) mit 10 bis 50 kp beschritten und sagen, daß diese Skala für
die erste Position mit 2 zu multiplizieren und für die dritte Position durch 2 zu
dividieren ist, während sie, so wie sie ist, für die zweite Position gilt.
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Beim Betrachten der Fig.4 wird klar, daß ein Durchziehen des Gutes
von Hand zwischen der Meßrolle und den beiden Leitrollen schwierig ist.
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Selbst in der Stellung nach Fig.3 wird es nicht viel leichter. Es
erscheint daher angebracht, über die Positionen zur Erweiterung des Meßbereiches
hinaus noch eine zusätzliche Position zu schaffen, in welcher die Meßrolle noch
weiter von den Leitrollen entfernt ist als in F i g . 3, damit der Bedienende seine
Hand durch den dabei entstehenden Spalt schieben und das Gut geradlinig durch die
Meßanlage durchziehen kann.
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Dabei ist es unerheblich, ob die verschiedenen Positionen durch eine
geradlinige Bewegung der Meßrolle, wie in den Zeichnungen dargestellt, erreicht
werden oder durch eine Schwenkbewegung um einen beliebigen Drehpunkt. An Stelle
des gezeichneten Hebels 8 kann beispielsweise ein Exzenter-Verwendung finden. Schließlich
ist das aus den Zeichnungen ersichtliche Mitwandern des Signalgebers 5 bei der Verstellbewegung
kein kennzeichnendes Merkmal der Erfindung.
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Patentansprüche: 1. Vorrichtung zur Umschaltung des Meßbereiches
in Anlagen, bei denen mit Hilfe einer beweglichen Meßrolle und zweier ortsfester
Leitrollen die Zugspannung im Band- oder drahtförmigen Gut durch geringfügige Bewegungen
der Meßrolle erfaßt wird, gekennzeichnet durch mindestens zwei einstellbare Positionen
der Meßrolle (1) zu den beiden Leitrollen (2, 3) mit unterschiedlichen Umschlingungswinkeln
des band-oder drahtförmigen Gutes an der Meßrolle.
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2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Sinuswerte
der halben Umschlingungswinkel eine ganzzahlige geometrische Reihe bilden.