DE29520129U1

DE29520129U1 - Zugkraftmeßeinrichtung

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Publication number: DE29520129U1
Application number: DE29520129U
Authority: DE
Original assignee: TENSOMETRIC MESTECHNIK STROEHM
Current assignee: TENSOMETRIC MESTECHNIK STROEHM
Priority date: 1995-12-21
Filing date: 1995-12-21
Publication date: 1996-02-29
Anticipated expiration: 2005-12-22

Description

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Die Erfindung betrifft eine Zugkraftmeßeinrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Zur elektronischen Zugkraftmessung, die bei der Herstellung und Weiterverarbeitung von Garnen, Fasern, Drähten, Kabeln, Seilen, Bändern od. dgl. längsgestreckte bzw. Endlos-Erzeugnisse, die im Sinne der Erfindung unter dem einheitlichen Begriff 'Faden' zusammengefaßt sind, von großer Bedeutung ist, werden Meßeinrichtungen eingesetzt, deren Meßwertaufnehmer unmittelbar die Zugkraft mißt und diese in ein elektrischen Signal umwandelt. Das Signal wird über ein Kabel einem Gerät zugeführt, welches die gemessenen Werte anzeigt und zur Registrierung, Auswertung oder Steuerung zur Verfügung stellt.

Zur Umwandlung der Kraft in ein elektrisches Signal wird der Faden üblicherweise in einem konstanten, definierten Winkel von einer Meßrolle oder auch einem Keramikstift als Fadenumlenkeinrichtung insgesamt oder als Bestandteil

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(BLZ 360 100 43) 445 04-431

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Tensometric-Meßtechnik Ströh,nTanh**Sc CoI

einer solchen ausgelenkt. Für die definierte Auslenkung werden ggf. zwei Leitrollen benötigt, von denen eine in Fadenlaufrichtung vor und die andere hinter der Meßrolle so angeordnet ist, daß die drei Rollen im wesentlichen W-förmig alternierend vom Faden teilumschlungen werden, so daß auf die Meßrolle bzw. deren Achse eine resultierende Querbzw. Radialkraft ausgeübt wird. Die Fadenzugkraft läßt sich aus der gemessenen radialen Kraft und dem ümschlingungswinkel berechnen (Kräfteparalellogramm).

Die Meßrolle ist bei den meisten Zugkraftmeßwertaufnehmern auf bzw. an einem Biegezapfen montiert, und zwar an dessen frei beweglichem, auslenkbarem Endabschnitt. Auf dem ggf. als Doppelbiegebalken ausgeführten Biegezapfen sind auf den definierten Biegestellen Dehnungsmeßstreifen als Sensoren zur Erfassung der Kräfte aufgeklebt. Diese Dehnungsmeßstreifen werden üblicherweise in Halbbrücken- oder Vollbruckenschaltung verdrahtet. Die radial aufgenommene Kraft der Meßrolle wird durch eine aufgrund Dehnung und/oder Stauchung der Dehnungsmeßstreifen erzeugte Verstimmung der Brückenschaltung in ein elektrisches Signal umgewandelt, das der Radialkraft mit sehr großer Genauigkeit proportional ist. Der allgemein bekannte und verwendete Doppelbiegebalken mit aufgeklebten Dehnungsmeßstreifen zeichnet sich besonders dadurch aus, daß er in weitem Bereich hebelarmunabhängig die Kraft in ein elektrisches Signal umsetzen kann.

Einen vergleichbaren Stand der Technik zeigt beispielsweise die DE 34 08 497 A1, insbesondere in ihrer Fig.

1. Dort ist in einer Mantelhülse ein (als 'feststehende Welle 1 ' bezeichneter) Biegezapfen mit seinem einen Ende,

Tensometric-Meßtechnik Ströhniänh**&

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dem Fußabschnitt, fest eingespannt. Sein anderes, unter Krafteinwirkung auslenkbares Ende, der Kopfabschnitt, ragt frei aus dem zweiten Hülsenende vor und trägt eine Seilrolle, über die das Seil läuft, dessen Zugkraft zu messen ist. Der Biegebalken mit den an ihm angebrachten Dehnungsmeßstreifen erstreckt sich zwischen dem Fußabschnitt und dem Kopfabschnitt des Biegezapfens in einer gemeinsamen Flucht mit diesen.

Fig. 1 der DE 34 08 497 A1 läßt gut erkennen, daß diese Konstruktion der gesamten Meßeinrichtung, in Längsrichtung des Biegezapfens betrachtet, eine sehr lange Bauform verleiht, die sich an vielen Meßstellen einer Maschine aufgrund beschränkter Platzverhältnisse dort nicht einbauen läßt. Folglich können an vielen Maschine an wesentlichen Stellen gar keine Zugkraftmessungen durchgeführt werden.

Hier setzt die Erfindung ein. Sie geht mit den im Oberbegriff des unabhängigen Anspruchs angegebenen Merkmalen aus von der DE 34 08 497 A1 und setzt darüber hinaus die allgemeine Bekanntheit von Doppelbiegebalken voraus. Ihr liegt die Aufgabe zugrunde, eine solche Zugkraftmeßeinrichtung in geschickter Weise insbesondere in Achsrichtung besonders kleinbauend auszuführen, so daß ihr Einsatz weniger als bisher eingeschränkt ist und selbst an schwer zugänglichen Maschinenbereichen möglich wird.

Die Erfindung löst diese Aufgabe mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs und folglich insbesondere durch eine neuartige und besonders geschickte integrierte Anordnung von Doppelbiegebalkensystem und Meßrolle. Statt einer herkömmlichen Meßrolle ist dem Gehäuse ein Meßkranz zugeord-

Tensometric-Meßtechnik Strohmann**! Co;

net, über den der Faden läuft. Damit kann erstmals der bislang lediglich zur Rollenlagerung genutzte Innenraum einer Meßrolle - so man sie erfindungsgemäß nur noch als Meßkranz ausführt - weitestgehend zum Einbau des Kraftmeßsystems herangezogen werden. Das spart an axialer Baulänge in erheblichem Maße ein, zumal man den Meßkranz in sogar vollständiger axialer Überdeckung mit dem Biegebalkensystem anordnen kann. Außerdem werden gleichzeitig praktisch alle bei dem bekannten System noch möglichen Torsionsmomente erzeugenden Kraftkomponenten vermieden, da der Vektor der Meßkraft unmittelbar durch das Biegebalkensystem verlaufen kann. Die Kraftübertragung ist folglich optimiert und somit das Meßergebnis frei von Verfälschungen.

In weiterer Ausgestaltung kann das Gehäuse als Nabenkörper für den vorzugsweise wälzgelagert auf ihm drehbar angeordneten Meßkranz ausgebildet sein.

Ein weiteres zum besonders kompakten Aufbau erheblich beitragendes Merkmal der Erfindung besteht darin, daß das zentrale Festlager in einer Ebene zwischen den von zueinander parallelen Biegebalken definierten Ebenen und die Achse des Festlagers quer zur Längserstreckung der Biegebalken ausgerichtet angeordnet ist.
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Um diese erfindungspezifische, geradezu eigenwillig anmutende Verlagerung der Achsausrichtung aus einer mit der Längserstreckung üblicher Biegezapfen übereinstimmenden Richtung in eine Richtung quer bzw. lotrecht zum Biegekörper als geeignet aufzufinden, mußte die Befürchtung zurückgestellt werden, daß aufgrund der neuartigen Krafteinleitungsrichtung in die Biegebalkenanordnung meßwertverfäl-

Tensometric-Meßtechnik StröhmacirT& Ca· <&iacgr;&pgr;&phgr;&EEgr;;**;

sehende Torsionen auftreten könnten. Tatsächlich hat sich überraschend gezeigt, daß diese Kräfte jedoch vernachlässigbar sind.

Aus der Erfindung ergibt sich weiter der Vorteil, daß zur Befestigung der Kraftmeßvorrichtung am Maschinengestell nur eine kleine Bohrungen oder ein Gewinde vorzusehen ist, das selbst an bestehenden Maschinen mit Handwerkzeugen leicht anzubringen ist. Die Vorrichtung entsprechend der Erfindung läßt sich praktisch an jeder Stelle des Maschinengestells anbringen, an welcher der Faden vorbeiläuft, da sie einen nur äußerst geringe Einbautiefe beansprucht.

Sonstige Weiterbildungen und zusätzliche vorteilhafte sowie zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der noch nicht erörterten Unteransprüche. Zudem ergibt sich die Erfindung besonders deutlich aus ihrer nachfolgenden detaillierten Beschreibung anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels. In der Zeichnung zeigen:

Fig. T eine schematische Aufsicht auf ein geöffnetes Gehäuses mit Meßkranz und mit im Gehäuse enthaltenen Doppelbiegebalken mit Dehnungsmeßstreifen und deren Anschlußdrähten, sowie

Fig. 2 einen schematischen Querschnitt durch die Anordnung nach Fig. 1 entlang der dort mit II-II angegebenen Schnittlinie.
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In der Zeichnung ist mit 10 eine Zugkraftmeßeinrichtung im wesentlichen bezeichnet. 11 ist ein Gehäuse, wel-

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ches in einem kammerartigen Aufnahmeraum 12 einen Biegekörper 13 aufnimmt, der im Unterschied zum Stand der Technik keine Zapfenform mehr aufweist, wie nachfolgend im einzelnen beschrieben.

Das Gehäuse 11 kann man sich z.B. als Gehäusetopf mit einem Gehäuseboden 23 und einer kreisförmig umlaufenden Wand 31 vorstellen. Der Biegekörper 13 umfaßt beim Ausführungsbeispiel zwei paarig angeordnete Doppelbiegebalken, so daß das Biegebalkensystem also praktisch einen Vierfachbiegebalken darstellt.

Der Biegekörper 13 weist nämlich die vier Biegebalken 14, 15 sowie 14', 15' auf, wobei die Biegebalken 14 und 15 einerseits und die Biegebalken 14' und 15' andererseits jeweils, also in paariger Anordnung, einen Doppelbiegebalken mit eigenen Fußabschnitten 18, 18' ausbilden. Dehnungsmeßstreifen 35 sind jeweils auf den Oberflächen der beiden (bezüglich Fig. 1 oberen) Biegebalken 14 und 14' aufgeklebt. Ihre elektrischen Anschlußdrähte 36 führen zu einer aus dem Gehäuse 11 austretenden ummantelten Leitung 37.

In einem zentralen Bereich des Systems münden alle vier Biegebalken 14, 14', 15, 15' praktisch in einen gemeinsamen, zentralen Kopfabschnitt 19, der bei diesem Ausführungsbeispiel im wesentlichen die Form einer Hülse 43 aufweist. Die Zentralbohrung 44 der ein Festlager darstellenden bzw. ortsfest zu lagernden Hülse 43 (und somit des Biegebalken-Kopfstücks 19) dient zur Aufnahme eines in Fig.

2 strichpunktiert angedeuteten Befestigungsbolzen 21 an einem Teil 20 des Maschinengestells.

Tensometric-Meßtechnik Strohmann*^ Cc?. 'GrqfoH ;"·;***

Die beiden Fußabschnitte 18, 18' der Vierfach-Biegebalkenanordnung sind mit Schrauben 24 am Boden 23 des Gehäuses 11 befestigt. Unterlegscheiben 25 distanzieren den Biegekörper 13 von der Bodenfläche 23 und schaffen einen gewissen, spaltartigen Freiraum 26, damit bei der unter Krafteinwirkung parallel zur Bodenfläche 23 auslenkenden Bewegung der Biegebalken 14, 14' und 15, 15' sowie ihres gemeinsamen Kopfabschnitts 19 kein behindernder Schleifkontakt mit dem Gehäuseboden 23 zustandekommt. Der Boden 23 des Gehäuses 11 weist eine mittige Öffnung 29 auf zum Durchtritt eines Endabschnitts 43a des Hülsenkörpers 43. Der Durchmesser der Öffnung 29 ist größer als der Außendurchmesser des sie durchgreifenden Hülsen-Endabschnitts 43a und berücksichtigt somit das betriebsmäßig erforderliehe Auslenkspiel. Die Durchmesserdifferenz dieser Teile kann so ausgelegt sein, daß ein automatischer Sicherheits-Begrenzungsanschlag ausgebildet ist, indem sich die Teile berühren.

Die Biegebalken 14 und 14' definieren eine Ebene 16, die Biegebalken 15 und 15' eine zweite, zur Ebene 16 parallel verlaufende Ebene 17. Die (geometrische) Mittelachse 32 der Hülse 43 liegt in einer Ebene, die in Fig. 1 mit 27 bezeichnet ist und parallel zwischen den Biegebalkenebenen 16 und 17 verläuft (und im übrigen mit einer Systemmittelachse zusammenfällt). Im übrigen weisen die Biegebalken 14, 14' sowie 15 und 15' jeweils im wesentlichen flach-rechteckige Querschnitte auf und unterscheiden sich insoweit nicht von herkömmlichen Biegebalken.

Ein weiteres bedeutsames Merkmal besteht darin, daß sich das Festlager (Hülse 43) mit seiner Achse 32 nicht in

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Tensometric-Meßtechnik

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oder parallel zur Längsrichtung der Biegebalken 14, 15 erstreckt, sondern quer, beim Ausführungsbeispiel genau lotrecht, dazu.

Eine vom laufende Faden 28 unter einem Winkel teilumschlungene Meßrolle liegt hier in Gestalt eines ringförmigen Meßkranzes 22 vor. Dieser umgibt das Gehäuse 11 (bzw. dessen kreisringförmige Wand 31 ) konzentrisch sowie in vollkommener Axialüberdeckung. Mit 33 sind zwei Kugeln bezeichnet, die hier stellvertretend für ein in Fig. 2 insgesamt dargestelltes Fertig-Wälzlager 39 gezeigt sind.

Das Gehäuse 11 weist einen umlaufenden Flansch 46 auf und ist von einem Deckel 38 verschließbar. Nicht gezeigte Deckelbefestigungsschrauben greifen in die mit 45 bezeichneten Gewinde im Gehäuse 11 ein. Der Deckel 38 ist ebenfalls mit einem Flansch 38a versehen. Die Flansche 46 und 38a kommunizieren - wie Fig. 2 zeigt - derart miteinander, daß sie den Innenring 40 des Wälzlagers 39 zwischen sich fassen. Der Meßkranz 22 kann somit frei und überaus leichtgängig auf dem Gehäuse 11 umlaufen.

Der Faden 28 (Fig. 1), dessen Zugkraft zu messen ist, umschlingt den Meßkranz 22 über einen relativ kurzen Umfangsabschnitt unter Bildung eines Scheitelwinkels. Aufgrund dieses Scheitelwinkels übt die Zugkraft als Resultierende eine Radialkraft 30 auf den Meßkranz 22 aus. Diese Radialkraft 30 überträgt sich unmittelbar über das Wälzlager 39 auf das Gehäuse 11 und die Kraftkomponenten werden über die Schraubbefestigung 24 in die Fußabschnitte 18, 18' des Biegekörpers 13 eingeleitet. Da nun der gemeinsame Kopfabschnitt 19 aller Biegebalken 14, 14', 15 und 15' auf-

grund der maschinengestellseitige Befestigung des Hülsenkörpers 43 raum- bzw. ortsfest gehalten ist, lenkt die Radialkraft 30 die Fußabschnitte 18, 18' der Biegebalken 14, 14', 15, 15' gegenüber ihrem festgehaltenen Kopfabschnitt - mit Bezug zu Fig. 1 nach unten - aus, und die Biegebalken 14, 15 und 14', 15' erfahren die zur Messung mittels der Dehnungsmeßstreifen 35 erforderliche sowie kraftproportionale Verformung.

Die Erfindung integriert in einzigartiger Weise Meßrolle und Kraftmeßsystem durch Integration des Meßsystemgehäuses mit Biegebalkensystem in den Innenumfang der auf einen Meßkranz reduzierten Fadenauslenkeinrichtung. Beide Zeichnungsfiguren zeigen recht deutlich den kompakten Aufbau der Kraftmeßeinrichtung 10. Das gilt in besonderem Maße für die enorm geringe Einbautiefe in Richtung der Achse 32.

Entsprechend der Erfindung ist es auch ohne weiteres möglich, zur gleichzeitigen Zugkraftmessung mehrerer parallellaufender Fäden mehrere, unabhängig voneinander wirkende Meßeinrichtungen auf einer gemeinsamen, fest am Maschinengestell zu befestigenden Achse 21 koaxial hintereinander anzuordnen. Mit Blick auf Fig. 2 kann man dies so vorstellen, daß mehrere der dort dargestellten Systeme längs der Systemachse 32 parallel zueinander aufgereiht sind.

Claims

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Ansprüche

1 , Zugkraftmeßeinrichtung für einen laufenden Faden, mit einem Sensor mit Doppelbiegebalken, wobei die Biegebalken einenends an einem Fußabschnitt und andernends an einem Kopfabschnitt angebunden sind, wobei einer der Abschnitte ortsfest gehalten ist und der andere Abschnitt unter Einfluß der zu messenden Zugkraft des über eine Fadenumlenkeinrichtung laufenden Fadens auslenkbar angeordnet ist, und wobei die der jeweiligen Fadenzugkraft zugeordnete Meßgröße die am Doppelbiegebalken jeweils vorliegende Biegung ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (11) einen Meßkranz (22) als Fadenumlenkeinrichtung trägt und ein zentrales Festlager (43) für eine starre Befestigung am Maschinengestell aufweist und daß das Gehäuse (11) mit Meßkranz (22) entsprechend der Fadenzugkraft gegenüber dem ortsfest gehaltenen zentralen Festlager (43) im wesentlichen radial auslenkbar angeordnet ist.
2. Zugkraftmeßeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (11) als Nabenkörper für den auf ihm drehbar gelagerten Meßkranz (22) ausgebildet ist.
3. Zugkraftmeßeinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Meßkranz (22) auf dem Gehäuse (11) als Nabenkörper wälzgelagert (39) ist.
4. Zugkraftmeßeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das zentrale Festlager (43) in einer Ebene (27) zwischen den von zueinander parallelen Biegebalken (14, 14'; 15, 15') definierten Ebenen (16; 17) und die

Tensometric-Meßtechnik Ströknfan*ri*i& Co.

Achse (32) des Festlagers (43) quer zur Längserstreckung der Biegebalken (14, 1; 14', 15') ausgerichtet angeordnet ist.
5. Zugkraftmeßeinrichtung nach Anspruch 1 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß in paariger Anordnung zwei Doppelbiegebalken (14, 15; 14', 15') vorhanden sind mit zwei außenliegenden, im Gehäuse (11) verankerten Fußabschnitten (18, 18') und einem gemeinsamen mittigen, alle Biegebalken (14, 14', 15, 15') zusammenfassenden Kopfabschnitt (19), an dem das Festlager (43) angebracht ist.
6. Zugkraftmeßeinrichtung nach einem der Ansprüche 1, 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß alle Sensoren (35), vorzugsweise vier, an den beiden Biegebalken (14, 14') angebracht sind, die zu jeweils einem Doppelbiegebalken (14, 15 bzw. 14', 15') gehören und im wesentlichen in derselben Ebene (16) liegen.
7. Zugkraftmeßeinrichtung nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die Fußabschnitte (18, 18') der Doppelbiegebalken (14, 15; 14', 15') jeweils mit geringem Freiraumabstand (26) zu einer Grundfläche (23) des Gehäuses (11) befestigt sind.
8. Zugkraftmeßeinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (11) die Form eines mit Flanschdeckel (38) verschließbaren Flanschtopfes aufweist und zwischen den Flanschen (46, 38a) von Topf (11) und Deckel (38) ein Fertig-Wälzlagers (39) mit seinem Innenring (40) gehalten ist.

Tensometric-Meßtechnik Strohmannes CcJ. '6ItJbH;¹

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9. Zugkraftmeßeinrichtung nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere, unabhängig voneinander wirkende Meßeinrichtungen auf einer gemeinsamen, fest am Maschinengestell zu befestigenden Achse (21) koaxial hintereinander angeordnet sind.