-
a.trlfft: Mit Dehnungsmessern bestückter Lastfühler Die Erfindung
betrifft einen mit Dehnungsmessern bestückten Lastfühler, der im Vergleich zu bekannten
tastfühlern geringe Länge besitzt.
-
Die bekannten Lastfühler, die zur Messung der Walzen-Andruckkraft
eines Walzwerks benutzt werden, sollten wünschenswerterweise gleichmäßigen Querschnitt
über ihre Längsausdehnung hinweg besitzen und möglichst kurz sein, wenn sie für
ein Walzwerk verwendet werden, wie dies bei einem säulenförmigen Körper von zylindrischem
oder mehreckigem Querschnitt aus einem Spezialstahl o.dgl. Werkstoff mit vergleichsweise
hohem Elastizitätsmodul und hoher mechanischer Festigkeit der Fall ist. Die bekannten
Lastfühler sind so aufgebaut, daß zwei Dehnungsmesser auf den Außenumfang des tastfühlers
in Umfangsrichtung am Mittelpunkt der Längserstreckung und an diametral gegenüberliegenden
Stellen aufgesteckt sind, während zwei weitere Dehnungsmesser in den Mittelstellungen
zwischen den ersten beiden Dehnungsmessern in Längsrichtung ausgerichtet auf der
gleichen Fläche angeordnet sind. Die Last W (W = b zu E = Elastizitätsmodul eines
Lastfühlers, A = eine Querschnittsfläche eines Lastfühlers) kann durch inverse Berechnung
aus der Dehnung £ des Lastfühlers gemessen werden, welche durch die Dehnungsmesser
festgestellt werden soll.
-
Selbst wenn hierbei die mechanische Festigkeit des Lastfühlers durch
entsprechende Auswahl seines Werkstoff 5 außerordentlich hoch wäre, ist die höchstzulässige
Beanspruchung bzw. Dehnung t o der Dehnungsmesser auf einen vorbestimmten Wert von
etwa 600 - 800 x 10 - 6 beschränkt und ist auch der Elastizitätsmodul E des Lastfühlers
begrenzt, so daß für eine vorgegebene Größe der Last WO der Querschnitt A des Lastfühlers
auf größer als
beschränkt ist und der Lastfühler mithin nicht dünner als dieser Grenzwert ausgebildet
werden kann.
-
Da außerdem bei der Anlegung einer abwärts gerichteten Last W an die
Oberseite des Lastfühlers eine Reibungskraft zwischen der Oberseite des Lastfühlers
und einer Belastungsfläche, wie diejenige eines Walzwerks, ausgeübt wird, wird bei
kurzem Lastfühler die mit seiner Kompression verbundene Querbelastung durch die
Reibungskraft unterdrückt, wodurch die auf den Lastfühler aufgesetzten Dehnungsmesser
beeinflußt werden. Wenn die auf die Stirnfläche des Lastfühlers a einwirkende Last
W nicht gleichmäßig über diese Fläche hinweg verteilt ist, beeinflußt sie außerdem
ebenfalls die Dehnungsmesser.
-
Bei derartigen bekannten Lastfühlern muß daher die Länge des Lastfühlers
größer als etwa das Zwei- bis Dreifache des Durchmessers seines Querschnitts sein,
so daß der Last fühler nicht verkürzt und gleichzeitig seine MeßgenauLgkeit über
einem vorbestimmten Wert gehalten werden kann.
-
Der Erfindung liegt daher in erster Linie die Aufgabe zugrunde, die
den bisher bekannten, mit Dehnungsmessern bestückten Lastfühlern innewohnenden vorgenannten
Nachteile zu beseitigen und einen Lastfühler minimaler Länge für
eine
vorbestimmte Last zu schaffen. In diesem Zusammenhang soll die Erfindung die Aufgabe
lösen, einen Last fühler guter Meßgenautgkeit zu schaffen, bei welchem der Einfluß
von auf die Stirnfläche ausgeübten ungleichmäßigen Belastungen und/oder der auf
die Stirnfläche einwirkenden Reibungskraft auf die Querbelastung auf ein Mindestmaß
herabgesetzt wird. Außerdem soll bei diesem Lastfühler vorzugsweise die Große der
Belastung bzw. Dehnung der auf die Umfangsfläche des Lastfühlers aufgesetzten, in
Axial- und Umfangsrichtung ausgerichteten Dehnungsmesser jeweils praktisch gleich
groß sein, so daß eine große Neßgenauigkeit erzielt wird.
-
Schließlich soll der erfindungsgemäße Last fühler zweckmäßigerweise
von Anfang an eine dauernde Verformung eines andrückenden Abschnitts eines Walzwerk
o.dgl. verhindern, welcher mit der Stirnfläche des Lastfühlers in Berührung steht
und eine Belastung darauf ausübt.
-
Diese Aufgaben werden bei einem mit Dehnungsmessern bestückten Lastfühler
erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß er einen säulenförmigen zentralen Abschnitt
mit über eine vorbestimmte Länge hinweg gleichmäßigem Querschnitt aufweist, an dessen
Ober- und Unterseite sich einstückig mit ihm ausgebildete Abschnitte von kleinerem
Querschnitt als der zentrale Abschnitt anschließen.
-
Obgleich auch der Querschnitt des zentralen Abschnitts infolge der
höchstzulässigen Belastung bzw. Dehnung der auf seinen Außenumfang aufgesetzten
Dehnungsmesser auf einen größeren als einen vorbestimmten Wert beschränkt ist, da
der säulenförmige zentrale Abschnitt über eine vorbestimmte Länge hinweg einen größeren
Querschnitt aufweist als die außenliegenden Abschnitte, kann die Fläche der freien
Stirnfläche des außenliegenden Abschnitts, auf welchen die Last unmittelbar einwirkt,
verkleinert werden, was zu einer weitgehenden
Milderung des Einflusses
einer auf die Stirnfläche des Lastfühlers ausgeübten ungleichmäßigen Belastung und/oder
des Einflusses der Querbelastung der auf die Stirnfläche des Lastfühlers einwirkenden
Reibungskraft führt, so daß in2igedessen die Gesamtlänge des Lastfühlers durch Verkürzung
der Länge der außenliegenden Abschnitte verkleinert und gleichzeitig die Meßgenauigkeit
über einem vorbestimmten Wert gehalten werden kann.
-
Durch entsprechende Auswahl des Durchmessers und der Länge des zentralen
Abschnitts sowie des Durchmessers und der Länge der außenliegenden Abschnitte wird
es weiterhin möglich, die Belastungsgrößen der auf die Außenumfangsfläche des Lastfühlers
aufgesetzten, axial und umfangsmäßig gerichteten Dehnungsmesser praktisch einander
gleich zu machen und auf diese Weise einen großen Meßwert zu erreichen.
-
Im folgenden sind einige bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung
im Vergleich zum Stand der Technik anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine Seitenansicht eines bekannten, mit Dehnungsmessern bestückten Lastfühlers,
Fig. 2 eine Seitenansicht einer bevorzugten Ausführungsform eines mit Dehnungsmessern
bestückten Lastfühlers mit den Merkmalen der Erfindung, Fig. 3 ein Schaltbild für
die auf den Lastfühler aufgegesetzten Dehnungsmesser, Fig. 4 eine Seitenansicht
einer abgewandelten AusfUhrungsform des erfindungsgemäßen Lastfühlers,
Fig.
5 Bne Aufsicht auf eine Lastfühler-Anordnung, bei welcher mehrere Lastfühler gemäß
Fig. 4 vorgesehen sind, und Fig. 6 einen Schnitt längs der Linie VI-VI in Fig. 5.
-
Fig. 1 zeigt einen bekannten Lastfühler, auf dessen Umfang am Mittelpunkt
der Längserstreckung vier Dehnungsmesser b paarweise an diametral gegenüberliegenden
Stellen aufgesteckt sind, von denen zwei Dehnungsmesser b1 und 2 Belastungen bzw.
-
Dehnungen in Umfangsrichtung und die beiden anderen Dehnungsmesser
b3, von denen nur der eine sichtbar ist, Belastungen bzw. Dehnungen in Längsrichtung
feststellen. Die Richtung der einwirkenden Kraft ist mit W bezeichnet.
-
Die in Fig. 2 dargestellte bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen
Lastfühlers weist einen säulenförmigen zentralen Abschnitt 1 mit über eine vorbestimmte
Länge hinweg gleichmäßigem Querschnitt auf. Der Querschnitt dieses zentralen Abschnitts
1 ist so gewählt, daß er mit einem auf der Basis der Höchstbelastung WO des Lastfühlers,
der höchstzulässigen Belastung bzw. Dehnung 50 eines an der Mantelfläche des Abschnitts
1 vorgesehenen Dehnungsmessers 3 und dem Elastizitätsmodul E des Lastfühlers bestimmten
Wert übereinstimmt.
-
Zu beiden Seiten des zentralen Abschnitts 1 des Lastfühlers ist je
ein einstückig mit dem zentralen Abschnitt 1 ausgebildeter, koaxialer, dünnerer
Abschnitt 2 vorgesehen. Die Ubergangsbereiche zwischen den Mantelflächen der dünneren
Abschnitte 2 sowie der Ober- und Unterseite des zentralen Abschnitts 1 sind als
gekrümmte Flächen solcher KrUmmung ausgebildet, daß sich die Belastungen nicht an
diesen Stellen konzentrieren.
-
Von den an der Mantelfläche des zentralen Abschnitts 1 vorgesehenen
Dehnungsmessern 3 sind zwei/Dehnungsmesser 3a, 3b in Umfangsrichtung weisende
am
Längsmittelpunkt und an diametral gegenüberliegenden Stellen angeordnet und zwei
in Längsrichtung weisende Dehnungsmesser 3c, 3d an Punkten in der Mitte zwischen
den Dehnungsmessern 3a, gb angeordnet.
-
Die vier Dehnungsmesser 3a - 3d sind gemäß Fig. 3 in einer an eine
Stromquelle 4 angeschlossenen Wheatstonetschen Brücke zusammengeschaltet, deren
Spannung an zwei Ausgangsklemmen 5 abgenommen werden kann.
-
Obgleich bei der in Fig. 2 dargestellten Ausführungsform der Erfindung
die Querschnittsfläche des zentralen Abschnitts 1 nicht kleiner ausgelegt werden
kann, als ein Wert, der durch die Höchstlast WO, die höchstzulässige Dehnung £ O
der Dehnungsmesser 3 und den Elastizitätsmodul E des Lastfühlers bestimmt wird,
ist es möglich, den auf die Querbelastung ausgeübten Einfluß einer ungleichmäßigen
Lastverteilung auf dem Lastfühler und/oder der auf seine Stirnfläche ausgeübten
Reibungskraft weitgehend zu unterdrücken, indem die Fläche der freien Stirnflächen
der anschließenden Abschnitte, auf welche die Last unmittelbar einwirkt, verkleinert
und gleichzeitig auch die Länge der benachbarten Abschnitte verkürzt wird, wodurch
die Gesamtlänge des Lastfühlers ausreichend verkleinert werden kann.
-
Wie erwähnt, sind die außenliegenden Abschnitte 2 dünner als der zentrale
Abschnitt 1 und koaxial und einstückig mit seinen Stirnflächen verbunden. Wenn daher
eine Last auf den Lastfühler ausgeübt wird, wird, auch wenn im Mittelbereich des
zentralen Abschnitts 1 eine große, in Axialrichtung wirkende Druckspannung erzeugt
und mithin der zentrale Abschnitt 1 einer großen mechanischen Spannung in Axialrichtung
unterworfen wird, im Außenumfangsbereich des zentralen Abschnitts 1 keine so große,
axial gerichtete
Druckspannung erzeugt, so daß die axial gerichtete
Belastung bzw. Dehnung in diesem Bereich klein ist. Selbst wenn daher eine große
Last auf den Lastfllhler einwirkt, werden die an der Mantel fläche des Mittelabschnitts
1 angeordneten, axial gerichteten Dehnungsmesser 3c, 3d keiner die höchstzulässige
Belastung bzw. Dehnung e0 Ubersteigenden Druckspannung unterworfen.
-
Die axial gerichteten, durch die axial angeordneten Dehnungsmesser
3c, 3d festzustellenden Belastungen bzw. Dehnungen £Cs gd können auf oben beschriebene
Weise reduziert werden. Andererseits ist neben der Belastung bzw. Dehnung in Uinfangsrichtung,
welche durch die im Mittelabschnitt 1 auftretende axiale Druckspannung hervorgerufen
wird, eine andere Dehnungsbelastung in Umfangsrichtung infolge der Verpressung der
Stirnflächen des zentralen Abschnitts 1 durch die außenliegenden Abschnitte 2 vorhanden,
so daß es möglich ist, die Belastungen bzw. Dehnungen Ea tb in Umfangsrichtung,
welche durch die Dehnungsmesser 3a, Db festgestellt werden sollen, zu erhöhen; diese
Belastungen sind wesentlich kleiner als die axialen Belastungen C id bei den herkömmlichen
Lastfühlern der in Fig. 1 dargestellten Art, d+ie praktisch genau so groß sind wie
die axialen Belastungen, die auf vorher beschriebene Weise herabgesetzt worden sind.
-
Wenn mit K ein Meßfaktor der Dehnungsmesser bezeichnet wird, tritt
an den Ausgangsklemmen 5 der Wheatestoneschen Brücke eine Spannung auf.
Wenn die Druckspannungen fa und #b negative Werte besitzen, läßt sich die obige
Gleichung wie folgt umschreiben:
Wenn die Absolutwerte der Belastungen bzw. Druckspannungen ga gbv
Ec und Ed jeweils dieselbe Größe besitzen, kann das maximale Ausgangssignal erzielt
werden, wenn alle diese Spannungen bzw. Dehnungen ihre höchstzulässigen Werte erreichen,
wodurch die Meßgenauigkeit verbessert werden kann.
-
Da bei der Ausführungsform gemäß Fig. 2 die Fläche der Stirnflächen
der außenliegenden Abschnitte 2, auf welche die Last unmittelbar ausgeübt wird,
klein ist, kann es, obgleich sich der Lastfühler ausreichend gegen die Last abstützt,
möglicherweise vorkommen, daß dem Lastfühler gegenüberliegende oder entgegenwirkende
Glieder einer ihre zulässige Belastung überschreitenden Dauerverformung unterworfen
werden. Dieser Nachteil kann jedoch dadurch ausgeräumt werden, daß die freien Stirnflächen
der außenliegenden Abschnitte 12 gemäß Fig. 4 mit Last-Aufnahmeteilen 13 versehen
werden, die breiter sind als die außenliegenden Abschnitte 12.
-
Wenn beispielsweise gemäß Fig. 5 und 6 jeweils ein Aufnahmeteil 13
des in Fig. 4 dargestellten Lastfühlers in eine Bohrung 15 einer Abschlußplatte
14 eingeführt wird, die an vier auf gleiche Umfangsabstände verteilten Stellen mit
derartigen Bohrungen 15 versehen ist, und der andere Aufnahmeteil 13 auf eine andere
Abschlußplatte 16 aufgesetzt oder mittels Klebstoffs daran befestigt wird, so kann
die höchstzulässige Last mit dem Faktor 4 multipliziert werden, ohne daß sich die
Höhe des Lastfühlers im Vergleich zu einem einzigen Lastfühler vergrößert.
-
Zusammenfassend schafft die Erfindung mithin einen Dehnungsmesser-LastfUhler,
bei welchem an Ober- und Unterseite eines säulenförmigen Mittelabschnitts mit gleichmäßigem
Querschnitt über eine vorbestimmte Länge hinweg anschließende Abschnitte einstückig
mit dem Mittelabschnitt ausgebildet sind, die kleineren Querschnitt besitzen als
letzterer, wobei gegebenenfalls an den freien Enden der anschließenden Abschnitte
einstückig
damit verbundene Aufnahmeteile von größerem Querschnitt als diese Abschnitte vorgesehen
sein können.
-
Obgleich die Erfindung vorstehend in Verbindung mit bevorzugten Ausführungsformen
dargestellt und beschrieben ist, soll sie selbstverständlich keinesfalls darauf
beschränkt sein, sondern vielmehr alle innerhalb des Rahmens der Erfindung liegenden
Anderungen/Abwandlungen mit umfassen.