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BESCHREIBUNG:
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Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Messung der Spannungsverteilung
über die Breite von biegsamen Bändern gemäß der im Oberbegriff des Patentanspruchs
1 bezeichneten Art.
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Eine derartige Vorrichtung ist nach der DE-OS 29 44 723 bekannt.
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Die bei diesen Umlenkmeßrollen zur Anwendung gelangenden Meßscheiben
sind hiernach funktionell differenziert gestaltet, so daß es Bereicheder Meßscheiben
gibt, die sich auf die Messung beziehen, und andererseits Bereiche bestehen, welche
die Abstützung übernehmen.
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Die Gestaltung führt einerseits zu zweiteiligen Scheiben, bei welchen
ein innerer, konzentrischer Teil die Abstützung übernimmt, während der äußere, periphere
Teil für den Einbau der Kraftmeßgeber Anwendung findet, wobei im genannten äußeren
peripheren Teil ein Kraftschluß in achsialer Richtung nicht zustande kommt. Andererseits
finden bei dieser Entwicklung auch einteilige Meßscheiben Anwendung, bei denen ebenfalls
der äußere, periphere Teil vom achsialen Kraftschluß ausgeschlossen ist und den
Kraftmeßgeber aufnimmt. Während die erstgenannte Ausführungsform im Hinblick auf
die einzuhaltenden Toleranzen einen sehr hohen Fertigungsaufwand erforderlich macht,
kann es bei der zweitgenannten Ausführungsform dazu kommen, daß der periphere Bereich
bei einer vorzunehmenden Härtung eine Verwerfung erfährt; wenngleich letztere, insbesondere
bei gleichmäßiger thermischer Belastung, sehr gering sein kann, führt sie dennoch
zu Verfälschungen der Meßergebnisse bzw. zu Beschädigungen der Bandoberfläche, da
bereits im Bereich von /ccm liegende änderungen hierfür störend sind. Diese Anderungen
lassen sich lediglich durch ein entsprechendes Nachschleifen beheben.
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Bei beiden Ausführungsformen der Meßscheiben ist gemeinsam, daß nur
ein verhältnismäßig kleiner, stützender Kerndurchmesser wirksam ist.
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Dies birgt die Gefahr der Rollendurchbiegung in sich. Die Trägheitsmomente
sind entsprechend der Masseverteilung sehr groß, und schließlich lassen sich in
den peripheren Zonen die den Kraftfluß unterbindenden Spalten mit der erforderlichen
Präzision nur durch hohen Fertigungsaufwand genau einstellen.
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Von diesem Stand der Technik ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe
zugrunde, eine Umlenkmeßrolle für eine Vorrichtung der einleitend beschriebenen
Art dahingehend weiterzuentwickeln, daß die erwähnten Nachteile nicht mehr auftreten.
Die Rollen sollen also einen großen tragenden Durchmesser aufweisen, wobei Durchbiegungen
vermieden werden sollen, oder zumindest in ihrer Auswirkung auf die Meßergebnisse
bedeutungslos werden sollen. Weiterhin sollen die Meßscheiben zu einem möglichst
kleinen Trägheitsmoment der Umlenkmeßrolle führen und sich mit geringerem Fertigungsaufwand
herstellen lassen.
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Diese Aufgabenstellung wird erfindungsgemäß nach dem Vorschlag des
Kennzeichnungsteils des Patentanspruchs 1 gelöst, für welchen die Vorschläge der
Unteransprüche 2 bis 13 vorteilhafte Weiterentwicklungen vorsehen.
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Somit ist das Prinzip, die periphere Zone von einer tragenden bzw.
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stützenden Funktion auszuschließen, grundsätzlich aufgegeben worden,
indem die periphere Zone der Meßscheibe mit nahezu geschlossenen Ringflächen ausgeführt
wird, die der Verspannung der Scheiben gegeneinander dienen. Der Ausschluß des für
die Aufnahme eines Kraftmeßgebers ausgesparten Sektors von der Ringfläche läßt sich
sehr leicht verwirklichen, denn es ist bereits ein nur geringer Abstand erforderlich,
um den Kraftfluß zu unterbinden. Der genannte Sektor braucht demgemäß lediglich
etwa fünf 100stel mm gegenüber der übrigen Ringfläche zurückgesetzt zu werden. Er
ist weiter für den Kraftmeßgeber ausgespart.
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Gleichwohl führt dies nach einem weiteren Vorschlag der Erfindung
nicht etwa zu einer Herabsetzung des Widerstandsmomentes, wenn der
umfangsnahe
Bereich der Meßscheibe in Nähe der Kraftmeßgeber mit größerer Masse als im übrigen
Teil ausgeführt wird, wobei die Ringfläche eine konzentrische Form besitzt. Auf
diese Weise wird eine größere Steifigkeit erreicht, so daß sich Biegespannungen
weniger stark in Form von Deformationen der peripheren Zone auswirken können; einaldemgemäße
Verfälschung der Meßwerte wird vermieden.
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In ihrer sodann folgenden, mittleren Zone sind die Meßscheiben zweckmäßig
von herabgesetzter achsialer Dicke, wohingegen die zentrale Zone wiederum verdickt
sein kann, ohne daß es jedoch dort zu einer kraftschlüssigen Berührung der Meßscheiben
kommt.
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Man erreicht die vorgeschlagene Formgebung in besonders wirkungsvoller
Weise mit sehr geringem Fertigungsaufwand, wenn die mittlere Zone durch eine exzentrische
Aussparung in ihrer Dicke verringert wird, im Anschluß an welche Aussparung die
achsiale Dicke zu den peripheren Ringflächen hin größer wird. Eine solche exzentrische
Aussparung läßt sich als Dreharbeit ausführen, so daß die Herstellungskosten gering
bleiben.
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Eine Zunahme der achsialen Dicke kann auch, von der genannten Aussparung
ausgehend, zur zentralen Zone hin erfolgen. Dies ist besonders dann von Vorteil,
wenn die zentrale Zone noch im Hinblick auf eine Zentrierung Aufgaben zu erfüllen
hat. Dies ist dann der Fall, wenn Meßscheiben mit konzentrischen Lochkreisen versehen
sind, durch welche Zuganker geführt sind, so daß die zentrale Zone im übrigen leer
bleibt. Die genannten Zuganker durchsetzen nämlich die im Aussparungsbereich befindlichen
Löcher mit Abstand, so daß sich eine Durchbiegung nicht auf die Meßscheiben auswirken
kann. Mann kann dann zum Zwecke der Ausrichtung der Meßscheiben die zentralen Zonen
derselben durch nachgiebige Zentrierringe miteinander verbinden.
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Die Vorspannung läßt sich jedoch nicht nur mit mehreren Zugankern
erzielen, sondern insbesondere mittels eines einzigen zentralen Zugankers, der beidendig
Stirnscheiben beaufschlagt, die die Meß-
scheiben zusammenpressen.
Die Stirnscheiben sind in diesem Falle für die Anlage einer Schraubenmutter oder
dergleichen ausgebildet.
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Um bei der Fertigung nicht die gesamte Spannung mittels der Schraubenmutter
aufbringen zu müssen, kann man Stirnscheiben dann leicht hydraulisch vorspannen
und dann in gespanntem Zustand die Muttern nachstellen. Die Verwendung eines einzigen
Zugankers hat den Vorteil, daß man ihn zugleich an seinen beiden Enden als Lagerzapfen
ausbilden kann.
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Daneben läßt sich mit dem Zuganker jedoch auch eine Zentrierung der
Meßscheiben vornehmen, wobei jedoch darauf geachtet werden muß, daß die in den einzelnen
Scheiben vorgesehenen Fassungen gegenüber dem Zuganker nachgiebig gehalten sind.
Man kann also zwischen der zentralen Uffnung der Scheibe und dem Zuganker verformungsfähige
Büchsen, beispielsweise aus Kunststoff, einsetzen. Eine andere Möglichkeit besteht
darin, den Zuganker nur punktuell zur Einwirkung gelangen zu lassen, indem von der
Innenwand der Uffnung der Meßscheiben Vorsprünge ausgehen. Diese punktuellen Berührungen
erfolgen dann mit hoher Kraft und gestatten es, daß elastische Verformungen aufgenommen
werden.
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Damit durch die Anordnung der Kraftmeßgeber innerhalb der Meßscheiben
bei deren Zusammenschluß zur Umlenkmeßrolle keine einseitig "weiche" Zone in achsialer
Richtung entsteht, werden die Meßscheiben wie es an sich nach der DE-OS 26 30 410.9
bekannt ist, grundsätzlich gegeneinander versetzt. Dies geschieht zweckmäßig in
der Weise, daß Kraftmeßgeber bei aufeinanderfolgenden Meßscheiben einander etwa
diametral gegenüber liegen, ohne indes den Versetzungswinkel von 1800 aufzuweisen.
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Eine weitere Besonderheit während des Betriebes ergibt sich dadurch,
daß es bei hohen Bandtemperaturen auch die Umlenkmeßrolle von Temperaturänderungen
nicht unbetroffen bleibt. Die hierdurch verursachten Dehnungen der Umlenkmeßrolle
verändern die Vorspannkräfte der in der Rolle befindlichen Kraftmeßgeberuid führen
notwendigerweise
zu einem Driften der Meßsignale. Werden mehrere
Kraftmeßgeber, wie es nach der schon erwähnten DE-OS 26 30 410.9 vorgeschlagen ist,
parallel zueinander geschaltet, so läßt sich die Auswirkung des genannten Driftens
bei Kraftmeßgebern mit Druckquarzen dadurch vermeiden, daß die oberen und unteren
Quarzscheiben jeweils aufeinander folgnder Kraftmeßgeber einander entgegengesetzte
Kennlinien aufweisen. In diesem Falle bedeutet die Aufeinanderfolge der Kraftmeßgeber
nicht, daß sie sich geometrisch in Nachbarstellung befinden.
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Vielmehr ist die Aufeinanderfolge in diesem Falle unter dem Gesichtspunkt
der Signalfolge bei der Umdrehung der Umlenkmeßrolle zu verstehen.
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Von einer nach der US-PS 39 02 363 vorgesehenen Umlenmeßrolle ist
es bekannt gewesen, die Meßscheiben in Form von Ringen auszubilden, die exzentrisch
um eine feststehende Nabe umlaufen. Diese Ringe tragen noch einen Mantel, der konzentrisch
zu ihnen ist und die Anpaßkraft eines umzulenkenden Bandes auf mit der feststehenden
Nabe verbundene Kraftmeßgeber überträgt. Dank der Exzentrizität lassen sich hierbei
Lageabweichungen des zu untersuchenden Bandes ausgleichen, die sonst zu Verfälschungen
der Meßwerte führen könnten.
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Zur weiteren Veranschaulichung der Erfindung wird auf die sich auf
Ausführungsbeispiele beziehenden Zeichnungen verwiesen. Darin zeigen: Figur 1 eine
stirnseitige Ansicht auf eine Meßscheibe, Figur 2 einen Längsschnitt durch die neue
Meßscheibe, Figur 3 die Anordnung mehrerer Meßscheiben gemäß den Figuren 1 und 2
bei einer Umlenk-Meßrolle, Figur 4 eine Umlenkmeßrolle mit abgewandelt gestalteten
Meßscheiben, Figur 5 die schematische Darstellung von Kraftmeßgebern mit Quarz-
scheiben
positiver und negativer Kennlinie und Figur 6 eine graphische Darstellung der erfindungsgemäßen
Driftkompensation.
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Bei,tler in Figur 1 dargestellten Meßscheibe erkennt man die peripheren
Ringflächen 12, welche der Anpressung dienen. Der Sektor 11 ist etwas zurückgesetzt,
wie man gleichfalls der Figur 2 entnehmen kann. In diesem Sektor 11 befindet sich
ein Kraftmeßgeber 10.
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Der umfangsnahe Bereich 13 ist in Nähe des Kraftmeßgebers 10 von größerer
Masse als im übrigen Teil der Meßscheibe. Zu diesem Zweck ist die mittlere Zone
14 exzentrisch ausgespart, so daß die achsiale Dicke 15 in dieser mittleren Zone
herabgesetzt ist. die zentrale Zone 16 ist indes wiederum verdickt, jedoch bleibt
sie hinter der achsialen Dicke der peripheren Zone zurück.
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Die Meßscheiben sind von exzentrischen Zugankern 27 durchsetzt, welche
in der mittleren Zone der Meßscheiben vorgesehene oeffnungen 28 mit Abstand durchdringen.
Bei Figur 3, die teilweise im Längsschnitt dargestellt ist, erkennt man einen dieser
Zuganker 27. Die Zuganker 27 greifen an abweichend gestalteten Endscheiben 29 an
und halten somit die gesamten Meßscheiben 18 zusammengepreßt.
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Bei der in Figur 4 dargestellten Ausführungsform besteht insofern
eine Abweichung, als lediglich ein zentraler Zuganker 17 Anwendung findet. Dieser
durchsetzt eine zentrale Uffnung der Meßscheiben 18 und beaufschlagt mittels Schraubmuttern
19 die Stirnscheiben 20.
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Figur 4 zeigt die Anordnung auf lediglich einer Seite der Umlenkmeßrolle
, jedoch ist die Anordnung auf der anderen Seite derselben in gleicher Weise getroffen.
Der zentrale Zuganker 17 findet seinen Fortsatz im Lagerzapfen 21. Der genannte
Zuganker kann mit den erwähnten Einschränkungen gleichfalls für Zwecke der Zentrierung
verwendet werden. Letztere läßt sich auch verwirklichen, wenn gemäß Figur 3 Zentrierringe
22 vorgesehen sind, welche die einzelnen Meß-
scheiben in Bezug
zueinander ausrichten. Hierbei ist jedoch wichtig, daß die Zentrierringe 22 aus
einem weichen Material, beispielsweise aus einem Kunststoff, bestehen, weil eine
Kraftübertragung durch letztere ausgeschlossen bleiben soll.
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Die(Kraftmeßgeber 10 sind, wie schon erwähnt, mit Druckquarzen 24
ausgeführt, wie aus Figur 5 schematisch erkennbar ist. Diese Druckquarze bestehen
jeweils aus oberen Quarzscheiben 25 bzw. 25' sowie aus unteren Quarzscheiben 26
bzw. 26'. Im oberen Teilbild sind die genannten Quarzscheiben so angeordnet, daß
sich eine positive Kennlinie bei Druckbelastung in Richtung der vertikalen Pfeile
ergibt.
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Demgegenüber sind die Quarzscheiben im unteren Teilbild der Figur
5 in umgekehrter Weise angeordnet, so daß in diesem Falle eine negative Kennlinie
entsteht. Diese Anordnung wird, wie schon beschrieben, dabei für in der Umdrehung
aufeinander folgende Kraftmeßaeber aeschaffen. Somit lassen sich Meßwertverfälschungen
durch ein Driften vermeiden. Ansich ist es möglich, die Kraftmeßgeber bezüglich
ihres Signalsdurch ein elektronisches Glied im Meßverstärker beim Uberschreiten
einer vorgegebenen Spannung infolge Driftens auf Null zurückzusetzen. Dies bedeutet
aber, daß zumindest bei einer derartigen Umdrehung die angefallenen Meßwerte zu
verwerfen sind, weil die Nullsetzung einen nicht vorhandenen Meßzustand vortäuschen
würde. Durch die abwechselnde Anordnung von Kraftmeßgebern mit positiver und negativer
Kennlinie, deren Wirkungsbereich zweckmäßig eine teilweise Oberdeckung aufweist,
wird bezüglich des Meßsignals U die Driftstörung behoben. Figur 6 zeigt diesen Verhalt
schematisch. Man erkennt im oberen Teilbild in vertikaler Richtung die Abwicklung
der Umlenkmeßrolle zwischen einem Anfangswinkel von 0° bis zu einem halben Umdrehungswinkel
von1800. Es folgen hierbei jeweils Kraftmeßgeber mit positiver Kennlinie P auf Kraftmeßgeber
mit negativer Kennlinie N. Im Verlaufe der vorerwähnten Abwicklung kommt man zu
einem Verlauf der Einzelsignale, wie sie im mittleren Teilbild der Figur 6 als Amplitudenwerte
dargestellt sind. Die störende Drift ist im mittleren Teilbild ebenfalls wiedergegeben,
und zwar als eine zunehmende Abweichung der Lage der Abszisse von der Null-Linie
bei
fortschreitender Drehung. Dies würde mit zunehmender Abweichung
zu Meßsignalen führen, die entsprechend zu hoch liegen. Bei der vorgenommenen Prallelschaltung
der Kraftmeßgeber kommt man jedoch anstatt der im mittleren Teil der Figur 6 dargestellten
Einzelsignale zu einem einzigen Signalverlauf, wie er im unteren Teilbild(der Figur
6 dargestellt ist. Hierbei sind die Amplitudenwerte U1, U2, U3 und U4 von der Verfälschung
durch die Drift nicht mehr betroffen. Die teilweise Oberdeckung der genannten Signale
führt lediglich dazu, daß die Flanken der Signalverläufe wegen der vorgenommenen
Additionen im Oberdeckungsbereich steiler als außerhalb desselben sind. Somit erhält
man ein Summensignal, wie es dem tatsächlichen Belastungsfall entspricht, ohne daß
Signalverluste entstehen können.
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