DE4108555C2

DE4108555C2 - Force measuring device for measuring the tensile force of a web-shaped material guided over a rotatable roller

Info

Publication number: DE4108555C2
Application number: DE19914108555
Authority: DE
Inventors: Juergen Herhaus
Original assignee: HONIGMANN IND ELEKTRONIK GmbH
Current assignee: HONIGMANN IND ELEKTRONIK GmbH
Priority date: 1991-03-15
Filing date: 1991-03-15
Publication date: 1997-02-06
Anticipated expiration: 2011-03-16
Also published as: DE4108555A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Kraftmeßeinrichtung nach dem Ober begriff des Anspruchs 1.The invention relates to a force measuring device according to the upper Concept of claim 1.

Eine derartige Kraftmeßeinrichtung ist bekannt aus der US 4 899 599 sowie aus der US 4 326 424.Such a force measuring device is known from the US 4,899,599 and from US 4,326,424.

Derartige Kraftmeßeinrichtungen sind auch bekannt aus der DE 33 36 727 C2 oder der DE 36 03 187 C2.Such force measuring devices are also known from DE 33 36 727 C2 or DE 36 03 187 C2.

Nachteilig ist, daß bei diesen Bauformen hohe Genauigkeitsklas sen nur mit verhältnismäßig hohem Aufwand realisierbar sind. Weiterhin benötigt diese Bauform einen relativ großen Meßhub zur Erzielung eines bestimmten Ausgangssignals. Deshalb besitzen solche Sensoren nur eine geringe Eigenfrequenz aufgrund der kleinen realisierbaren Federkonstante.The disadvantage is that these types of designs have a high accuracy class sen can only be realized with relatively high effort. Furthermore, this design requires a relatively large measuring stroke Obtaining a specific output signal. Therefore own such sensors only have a low natural frequency due to the small realizable spring constant.

Weitere Bauformen, die jedoch nicht die oben genannte Proble matik der Doppelbiegebalken aufweisen, sind bekannt aus der DE 27 16 024 A1, sowie der EP 0 310 095 A1, sowie der CH 477 356.Other designs, but not the problem mentioned above Matik the double beam have, are known from DE 27 16 024 A1, and EP 0 310 095 A1, and CH 477 356.

Die Erfindung hat sich zur Aufgabe gesetzt, unter Vermeidung der Nachteile des Standes der Technik einen Bahnzugsensor zu schaf fen, der in einer Kraftmeßeinrichtung untergebracht ist, und über seinen gesamten Meßbereich Langzeitstabilität aufweist.The invention has set itself the task of avoiding the Disadvantages of the prior art to create a web tension sensor fen, which is housed in a force measuring device, and has long-term stability over its entire measuring range.

Diese Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale des Anspruchs 1. Es soll ausdrücklich gesagt sein, daß die Aufgabe auch dann noch gelöst wird, wenn der tatsächliche Verlauf der mathematischen Funktion gering von dem idealen Verlauf abweicht. Es sind also auch geringfügig voneinander abweichende Verformungen (etwa in der Größenordnung bis zu 10%) in benachbarten Nor malschnittebenen der Aufgabenlösung noch förderlich, solange die Verformung benachbarter Normalschnittebenen im wesentlichen übereinstimmt.This object is achieved by the features of claim 1. It should be said explicitly that the task still continues is solved when the actual course of the mathematical Function deviates slightly from the ideal course. So there are also slightly different deformations (e.g. in of the order of up to 10%) in neighboring Nor Painting cut levels of the task solution still conducive as long as the Deformation of adjacent normal section planes essentially matches.

Wenn im Folgenden von gleichen Verformungen gesprochen wird, sind demnach auch Verformungen mitumfaßt, die im wesentlichen gleich sind.If we talk about the same deformations in the following, are therefore also includes deformations that are essentially the same are.

Aus der Erfindung ergibt sich der Vorteil, daß der Meßkörper für jeden Meßbereich vollkommen überlastsicher und ohne jegliche Ma terialermüdung ausgelegt ist. Dies liegt darin begründet, daß zum Erreichen eines bestimmten Ausgangssignals mit einer vorbestimmten Höhe die Bauweise gemäß Anspruch 1 sicherstellt, daß keine lokalen Verformungen entstehen, die über den vom DMS erfaßten Wert hi nausgehen. Im Gegensatz zu der bekannten Lösung stellt die Erfin dung sicher, daß die gemessene Dehnung im gesamten Längenbereich der Biegebalken, in welchem sich die DMS befinden, gleich der Dehnung in jeder Normalschnittebene ist. Mit anderen Worten ist der durch die DMS erfaßte Mittelwert der Dehnung gleich der Dehnung in jedem infinitesimal kleinen Abschnitt. Durch die Quer schnittsform nach Anspruch 1 wird demzufolge erreicht, daß zur Erzielung eines Ausgangssignals der DMS, dessen Höhe vorbestimmt sein soll, der Biegebalken im DMS Bereich einer Verformung zu unterwerfen ist, die in jedem infinitesimalen Abschnitt denselben Wert, mithin denselben Mittelwert und mithin denselben Spitzen wert besitzt. Eine lokale Materialermüdung durch lokale Spitzen wertverformungen, die oberhalb der für den Mittelwert des erwar teten Ausgangssignals notwendigen Verformung liegen, findet folglich nicht statt, und demzufolge ist ein Werkstoffkriechen und eine zeitabhängige Drift des Ausgangssignals ausgeschlossen. Durch die Merkmale des Anspruchs läßt sich deshalb die reproduzierbare Genauigkeit des Sensors erhöhen. Dadurch können Reserven im Mate rial ausgenutzt werden, mit insbesondere positiver Auswirkung hinsichtlich der Langzeitstabilität, der Langzeitgenauigkeit, der Langzeitnullpunktsfixierung und der Lebensdauer der Klebung zwi schen dem DMS und dem jeweils zugeordneten Doppelbiegebalken.The advantage of the invention is that the measuring body for every measuring range completely overload-proof and without any measure material fatigue is designed. This is because the Reaching a certain output signal with a predetermined one Height the construction according to claim 1 ensures that no local Deformations occur that exceed the hi go out. In contrast to the known solution, the Erfin sure that the measured elongation is in the entire length range the bending beam in which the strain gauges are located is equal to that Elongation in every normal section plane. In other words the mean strain measured by the strain gage equals that Elongation in every infinitesimally small section. Through the cross sectional shape according to claim 1 is therefore achieved that for Obtaining an output signal from the strain gauge, the level of which is predetermined should be, the bending beam in the strain gauge area to a deformation is the same in each infinitesimal section Value, therefore the same mean and therefore the same peaks owns value. Local material fatigue due to local peaks deformations above the expected for the mean of the tied output signal necessary deformation, consequently takes place does not take place, and consequently is a material creep and one time-dependent drift of the output signal excluded. Through the Features of the claim can therefore be reproducible Increase the accuracy of the sensor. This allows reserves in the Mate rial are used, with a particularly positive impact with regard to long-term stability, long-term accuracy, the Long-term zero fixation and the lifespan of the bond between between the strain gauge and the associated double bending beam.

Die Berechnung des Querschnitts des Doppelbiegebalkens ergibt sich aus dem Zusammenhang zwischen Spannung und Dehnung durch Her leitung der zu einem Doppelbiegebalken gehörenden Dehnungs funktion, in welcher die Dehnung eine Konstante zu sein hat. Hat man auf diese Weise die mathematische Funktion für den erforder lichen Verlauf des Biegebalkenquerschnitts berechnet, so liegt auch der Verlauf der schlitzartigen Ausnehmungen fest. Hierfür sind Ausführungsbeispiele angegeben, aus denen ersichtlich ist, daß der Querschnitt sowohl hinsichtlich der Breite als auch hin sichtlich der Höhe variiert werden kann. Zusätzlich soll ausdrück lich gesagt sein, daß auch prinzipiell die Balkenlänge als auch prinzipiell der Elastizitätsmodul des Werkstoffs in der Berechnung des Querschnittsverlaufs zu berücksichtigen sind.The cross-section of the double bending beam is calculated from the connection between tension and elongation by Her Conduction of the expansion belonging to a double bending beam function in which the elongation has to be a constant. Has this way the mathematical function for the required calculates the course of the bending beam cross section, so lies the course of the slot-like recesses is also fixed. Therefor Examples are given from which it can be seen that the cross section both in terms of width and back obviously the height can be varied. In addition to express Lich said that in principle the bar length as well basically the elastic modulus of the material in the calculation of the cross-sectional profile are to be taken into account.

Die Bauweise eignet sich für geringste Lasten genauso wie für höchste Lasten oberhalb von 5000 Newton. Wesentlich ist, daß die Nennlast der Kraftmeßeinrichtung von dem Querschnitt der Doppel biegebalken im Längsbereich der DMS bestimmt wird. The design is suitable for the lowest loads as well as for highest loads above 5000 Newton. It is essential that the Nominal load of the force measuring device from the cross section of the double bending beam in the longitudinal area of the strain gauge is determined.

Weiterhin läßt die Bauweise unterschiedliche DMS zu, wie z. B. auch Scherkraftaufnehmer.Furthermore, the design allows different strain gauges, such as. Belly Shear force transducer.

Die Funktion der gekoppelten Doppelbiegebalken entsteht dadurch, daß jeder Biegebalken beidseitig eingespannt ist. Infolge der beidseitigen Einspannung ist jeder Doppelbiegebalken so geführt wie ein beidseitig biegesteif eingespannter Lenker und durch die beidseitige Anlenkung erfährt jeder Doppelbiegebalken eine s- förmige Krümmung.The function of the coupled double bending beam arises from that each bending beam is clamped on both sides. As a result of each double bending beam is guided on both sides like a handlebar clamped on both sides and by the each double bending beam experiences an s- shaped curvature.

Die erforderliche Querschnittszunahme kann auf verschieden Weisen erreicht werden, so z. B. mit einer Konkaven als Außenkontur des Meßkörpers und zugehörig einer geradlinigen schlitzförmigen Aus nehmung bzw. einer konkaven schlitzförmigen Ausnehmung mit grö ßerem Krümmungsradius als der Außenkontur. Dasselbe Ergebnis wird mit einer geradlinigen Begrenzung der Außenkontur des Meßkörpers und einer konvexen schlitzförmigen Ausnehmung erreicht. Dabei kann der Meßkörper sowohl auf seinem Umfang als auch auf seinen anderen Außenseiten, insbesondere seiner Vorder- bzw. Rückseite ent sprechende Kontur aufweisen.The required increase in cross-section can be done in different ways can be achieved, e.g. B. with a concave as the outer contour of the Measuring body and associated with a straight slit-shaped Aus Take or a concave slit-shaped recess with size radius of curvature than the outer contour. The same result will be with a straight line limitation of the outer contour of the measuring body and a convex slot-shaped recess. It can the measuring body both on its circumference and on its other Outside, especially its front or back ent have a speaking contour.

Strebt man an, den Verformungseinfluß zwischen den beidseitig zur Mittelsenkrechten der Doppelbiegebalken sitzenden DMS möglichst gering zu halten, um einerseits einen geringen Hub zu erzielen und andererseits ein hohes Ausgangssignal zu behalten, so bietet sich die Erhöhung der Federsteifigkeit durch Querschnittsvergrößerung im Zwischenbereich der DMS gemäß Anspruch 2. Erheblich größer ist der Querschnitt etwa ab einer Verdopplung des Querschnitts im Zwischenbereich im Vergleich zum Querschnitt im Bereich der Meß wertaufnehmer.If one strives to influence the deformation between the two sides As far as possible, perpendicular to the strain gauges of the double bending beams to be kept low, on the one hand to achieve a small stroke and on the other hand, keeping a high output signal is a good idea the increase in spring stiffness by enlarging the cross-section in the intermediate area of the strain gauge according to claim 2. Is considerably larger the cross section from about a doubling of the cross section in Intermediate area compared to the cross section in the area of the measurement value sensor.

Die Ausführung nach Anspruch 3 bietet den Vorteil, daß allein durch die Linie der schlitzartigen Ausnehmung die angestrebte Querschnittsverdickung erreicht wird. Diese Maßnahme läßt sich insbesondere auf programmierbaren CNC-Werkzeugmaschinen leicht durchführen. In einem Ausführungsbeispiel wird die Quer schnittsverdickung durch einen in das volle Material weisenden Schlitzverlauf im Zwischenbereich besonders einfach erzielt. The embodiment according to claim 3 offers the advantage that alone by the line of the slit-like recess the desired Cross-sectional thickening is achieved. This measure can be especially easy on programmable CNC machine tools carry out. In one embodiment, the cross cut thickening due to one pointing into the full material The slot profile in the intermediate area is particularly easy to achieve.

Die Begrenzung der schlitzartigen Ausnehmung durch je eine Endboh rung gemäß dem Kennzeichen des Anspruchs 4 hat sich als vorteil haft erwiesen. Der Bohrungsdurchmesser ist einerseits größer als die Schlitzbreite, und stellt andererseits einen Kompromiß zwis chen Kerbeinflußverringerung und verbleibender Wandstärke, also unkontrollierbarer Verformung dar. Um den Kerbeinfluß zu ver ringern, strebt man einerseits möglichst große Bohrungsdurchmesser an, während andererseits große Bohrungsdurchmesser die verbleiben de Wandstärke zum Innenring des Walzenlagersitzes herabsetzen. Andererseits wird die Maximalabmessung der Bohrung auch begrenzt durch die Forderung nach einem möglichst großen Hebelarm des Doppelbiegebalkens. Der tangentiale Übergang der äußeren Schlitz begrenzungswand in die Mantelfläche der Bohrung läßt einen mö glichst großen Hebelarm entstehen, der sich auf die Meßauflösung günstig auswirkt.The delimitation of the slot-like recess by one end hole each tion according to the characterizing part of claim 4 has proven to be an advantage proven. The hole diameter is larger than on the one hand the slot width, and on the other hand compromises Chen notch influence reduction and remaining wall thickness, so uncontrollable deformation. To ver notch influence wrestle, on the one hand one strives for the largest possible bore diameter on, while on the other hand large bore diameters remain de Reduce the wall thickness to the inner ring of the roller bearing seat. On the other hand, the maximum dimension of the hole is also limited by calling for the lever arm of the Double bending beam. The tangential transition of the outer slot boundary wall in the lateral surface of the hole leaves a poss Largest possible lever arm arise, which affects the measurement resolution has a favorable effect.

Die kennzeichnenden Merkmale der Ansprüche 5 und 6 stellen sicher, daß die Zugkraftmeßeinrichtung auch jeglicher Überlast standhält. Durch die Anordnung des Stufenschlitzes senkrecht zur Kraftwir kungslinie ist sichergestellt, daß die sich gegenüberliegenden Begrenzungswände des Stufenschlitzes in Anlagekontakt kommen, bevor der Sensor durchs Überlast zerstört ist. Bei Anlagekontakt ist der Sensor starr, und verformt sich deshalb nicht weiter.The characterizing features of claims 5 and 6 ensure that the tensile force measuring device withstands any overload. By arranging the step slot perpendicular to the force line ensures that the opposite Boundary walls of the step slot come into contact with the system, before the sensor is destroyed by overload. With system contact the sensor is rigid and therefore does not deform any further.

Die Merkmale des Anspruchs 7 bietet Vorteile einer kostengünstigen Fertigung, die sich insbesondere auf programmierbaren Maschinen bemerkbar machen, z. B. durch einfache Datenspiegelung.The features of claim 7 offers advantages of an inexpensive Manufacturing, particularly on programmable machines make noticeable, e.g. B. by simple data mirroring.

Die Merkmale des Anspruchs 8 ergeben eine optimal für das Aufkle ben von Dehnungsmeßstreifen geeignete Klebfläche.The features of claim 8 result in an optimal for the sticker suitable adhesive surface.

Durch die Merkmale des Anspruchs 9 wird eine Variante der Erfin dung bereitgestellt, bei der zweierlei verschiedene Kräfte gleich zeitig gemessen werden können. Mit dieser Variante läßt sich zu sätzlich zur Zugkraft beispielsweise die Gewichtskraft an einer Aufwickelhülse für Kunststoffolien bestimmen. In diesem Fall ersetzt die Aufwickelhülse die Walze, hinsichtlich der Funktion der beanspruchten Kraftmeßeinrichtung ist dies jedoch uner heblich. Sofern die Foliengeschwindigkeit bekannt ist, läßt sich die gemessene Gewichtskraftveränderung in einer gemessenen Zeit zum Beispiel zur Berechnung der Foliendicke verwenden.Due to the features of claim 9, a variant of the inven provided that two different forces are the same can be measured in time. With this variant you can in addition to the tensile force, for example, the weight on a Determine the winding sleeve for plastic films. In this case the winding sleeve replaces the roller in terms of function However, this is not essential for the claimed force measuring device considerable. If the film speed is known, the measured change in weight in a measured time for example to calculate the film thickness.

Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert.In the following, the invention is illustrated using exemplary embodiments explained in more detail.

Fig. 1 zeigt die Erfindung in vollständiger Seitenansicht. Die Fig. 2-7 zeigen wichtige Details des Meßkörpers 2. Fig. 1 shows the invention in full side view. Figs. 2-7 show important details of the measuring body. 2

Fig. 1 zeigt eine Kraftmeßeinrichtung 1. Die Kraftmeßeinrichtung besteht aus einem ringförmigen Gehäuse mit einem Befestigungs flansch 30 an der Gehäuseaußenseite. In das Innere des Ringes ist ein Meßkörper 2 eingebaut, und zwar so, daß er auf einem Teil seines Außenumfangs 6 starr mit dem Innendurchmesser 8 des ring förmigen Gehäuses verschraubt ist. Die Verschraubung 17 soll durch die beiden radial gerichteten strichpunktierten Linien verdeutlicht werden, die innerhalb des Anschlußbereichs 9 zwischen der Kraftmeßeinrichtung und dem Meßkörper sitzen. Mit Anschlußbe reich ist der gemeinsame Berührungsbereich zwischen der Kraftmeß einrichtung und dem Meßkörper gemeint. Fig. 1 shows a force-measuring device 1. The force measuring device consists of an annular housing with a mounting flange 30 on the outside of the housing. In the interior of the ring, a measuring body 2 is installed, in such a way that it is rigidly screwed to part of its outer circumference 6 with the inner diameter 8 of the ring-shaped housing. The screw connection 17 is to be illustrated by the two radially directed dash-dotted lines which sit within the connection area 9 between the force measuring device and the measuring body. With connection area is the common area of contact between the force measuring device and the measuring body meant.

Der Meßkörper besteht aus einer einstückigen Scheibe, welche zentrisch von einem Lagerauge 3 durchsetzt ist. Dieses Lagerauge dient der Aufnahme eines Lagers für die dort mit ihrer einen Seite gelagerte Walze. Der Walzenmittelpunkt 23 liegt deckungsgleich auf dem Mittelpunkt des Lagerauges. Das bahnförmige Gut wird in be kannter Weise über diese Walze geführt und wirkt mit einer aus der Umschlingung und der Zugkraft resultierenden Kraft auf die Walze ein, wodurch wiederum die zu messende Kraft 4 entsteht, die an dem Innendurchmesser des Lagerauges angreift. Die Höhe der zu messen den Kraft 4 hängt von der Lage zwischen der Meßachse und der jenigen Kraft ab, die auf die Walze einwirkt. Grundsätzlich kommen als Kräfte alle Kräfte in Betracht welche an der Walze angreifen können, also prinzipiell z. B. auch Unwuchtkräfte. Die Kraft 4 liegt auf der Wirkungslinie 7, die in diesem Fall zufälligerweise exakt vertikal verläuft. Außerhalb des Anschlußbereichs besteht zwischen der Kraftmeßeinrichtung und dem Meßkörper an allen Stel len ein berührungsvermeidender Spalt 10, der mindestens so groß ist, daß der Meßkörper den Gehäuseinnendurchmesser bei den zu erwartenden kleinen Verformungen niemals berühren kann.The measuring body consists of a one-piece disk, which is centrally penetrated by a bearing eye 3 . This bearing eye serves to accommodate a bearing for the roller supported there with one side. The roller center 23 is congruent on the center of the bearing eye. The web-like material is guided in known manner over this roller and acts on the roller with a force resulting from the wrapping and the tensile force, which in turn produces the force 4 to be measured, which acts on the inner diameter of the bearing eye. The height of the force 4 to be measured depends on the position between the measuring axis and that force which acts on the roller. Basically, all forces come into consideration as forces which can act on the roller. B. also unbalance forces. The force 4 lies on the line of action 7 , which in this case happens to be exactly vertical. Outside the connection area, there is a contact-avoiding gap 10 between the force measuring device and the measuring body at all positions, which is at least so large that the measuring body can never touch the inside diameter of the housing with the small deformations to be expected.

Oberhalb und unterhalb des Lagerauges 3 ist der Meßkörper von je einer quer verlaufenden schlitzförmigen Ausnehmung 13 durch brochen, welche sich sekantial zur Ringkontur von Außenring bzw. Meßkörper jeweils beidseitig der Wirkungslinie 7 erstreckt.Above and below the bearing eye 3 , the measuring body is broken by a transverse slot-shaped recess 13 , which extends secantially to the ring contour of the outer ring or measuring body on both sides of the line of action 7 .

Die schlitzartigen Ausnehmungen 13 sind bezüglich einer horizon talen Linie durch den Walzenmittelpunkt spiegelsymmetrisch, und weisen an ihrem dem Anschlußbereich 9 zugewandten Ende je eine erweiternde Bohrung 19 auf, welche einen größeren Durchmesser als die Schlitzbreite besitzt. An diesem Ende endet der Schlitz also in der erweiternden Bohrung, die fast einen Vollkreis beschreibt. Der Übergang der radial weiter vom Mittelpunkt entfernten Schlitz begrenzungswand 20 in die Bohrung ist tangential (21) an die Boh rung angelegt (=Übergangsstelle), während die Bohrung nach Durch laufen von annähernd einem Vollkreis die in radialer Richtung näher liegende Schlitzbegrenzungswand 22 deutlich ohne Übergang an der Stelle 22a schneidet (= Schnittstelle). Weiterhin tritt zu sätzlich ein Verbindungsschlitz 14 aus jeder der Bohrungen aus, nachdem die Bohrungen etwa einen Halbkreis von 180 Grad nach dem tangentialen Übergang der schlitzartigen Ausnehmungen in die Bohrungen (= Übergangsstelle) durchlaufen haben. Die schlitzar tigen Ausnehmungen sowie der Verbindungsschlitz durchsetzen den Meßkörper vollständig und lassen auf diese Weise je einen oberen und einen unteren Doppelbiegebalken 11 entstehen. Jeder Doppel biegebalken ist einerseits fest an dem Meßkörper 2 angelenkt, und andererseits sind die Doppelbiegebalken über den verbindenden beweglichen jedoch biegesteifen Teil 31 in ihrer Bewegung gekop pelt. Die den Doppelbiegebalken zugeordneten Außenflächen 26 des Meßkörpers sind hier zueinander parallel und tragen je zwei jeweils rechts und links der Wirkungslinie 7 angeordnete DMS 12, die jeweils einen Abstand zu der Wirkungslinie bilden. Die jewei ligen Abstände müssen nicht identisch sein, auch wenn sie hier mit dem Buchstaben d gleich bezeichnet sind. Dies liegt daran, daß der Querschnitt 15 des Doppelbiegebalkens im Bereich der DMS so be rechnet ist, daß die Oberfläche 16 in jeder normal zur Papierebene liegenden Schnittebene des Doppelbiegebalkens um ein exakt glei ches Maß gedehnt wird, wie die benachbarte Ebene. Diese Forderung bedingt, daß der Querschnitt des Doppelbiegebalkens mit wachsender Entfernung der Koordinate d von der Wirkungslinie zunehmen muß, wobei gesagt sein soll, daß die Zeichnung nicht maßstäblich ist. Deutlich sichtbar ist aber die Zunahme in besagter Richtung.The slot-like recesses 13 are mirror-symmetrical with respect to a horizon tal line through the center of the roller, and each have an expanding bore 19 at their end facing the connection area 9 , which has a larger diameter than the slot width. At this end, the slot ends in the widening hole that almost describes a full circle. The transition of the radially further from the center slot boundary wall 20 into the bore is tangential ( 21 ) to the drilling tion (= transition point), while the bore after running through approximately a full circle, the closer to the radial boundary wall 22 clearly without transition intersects at point 22 a (= interface). Furthermore, a connecting slot 14 also emerges from each of the bores after the bores have passed through a semicircle of 180 degrees after the tangential transition of the slot-like recesses into the bores (= transition point). The slot-like recesses and the connecting slot penetrate the measuring body completely and in this way each create an upper and a lower double bending beam 11 . Each double bending beam is on the one hand firmly articulated to the measuring body 2 , and on the other hand, the double bending beams are coupled in their movement via the connecting movable but rigid part 31 . The outer surfaces 26 of the measuring body assigned to the double bending beams are parallel to each other here and each carry two strain gages 12 arranged on the right and left of the line of action 7 , each forming a distance from the line of action. The respective distances do not have to be identical, even if they are identified with the letter d here. This is because the cross section 15 of the double bending beam in the area of the strain gauge is calculated so that the surface 16 is stretched in every section plane of the double bending beam lying normal to the paper plane by an exactly same amount as the neighboring plane. This requirement means that the cross section of the double bending beam must increase with increasing distance of the coordinate d from the line of action, it being said that the drawing is not to scale. But the increase in said direction is clearly visible.

Hinsichtlich der Bohrungen, der Übergangsstellen und der Schnitt stellen besitzen die schlitzartigen Ausnehmungen dieselbe Ausprä gung an ihren anderen Enden.With regard to the holes, the transition points and the cut places the slot-like recesses have the same expression at their other ends.

Will man einen besonders federsteifen Doppelbiegebalken erzielen, so zeigt Fig. 2 die geeignete Maßnahme. Dort ist der Doppel biegebalken durch eine radial angebrachte Querschnittsverdickung deutlich versteift worden, wobei die Verdickung hier zufällig in Richtung zum Walzenmittelpunkt weist. Die Verdickung könnte bei entsprechender Form der Außenfläche, z. B. entsprechend Fig. 6, auch in die entgegengesetzte Richtung zeigen.If you want to achieve a particularly spring-stiff double bending beam, Fig. 2 shows the appropriate measure. There, the double bending beam has been significantly stiffened by a radially attached cross-section thickening, the thickening here pointing randomly towards the center of the roll. The thickening could with an appropriate shape of the outer surface, for. B. according to Fig. 6, also show in the opposite direction.

Fig. 3 zeigt darüberhinaus einen auschnittsweisen Meßkörper 2, bei welchem aus der Bohrung 19, etwa diametral gegenüber der Stelle, an welcher der tangentiale Übergang der schlitzförmigen Ausnehmung in die Bohrung stattfindet, ein im wesentlichen parallel zum Doppelbiegebalken liegender Stufenschlitz 24 aus der Bohrung herausführt, der in der gezeigten Ansicht an der Stelle des tan gentialen Übergangs 25 und von der Wirkungslinie wegweisend ver läuft. Dies muß jedoch keinesfalls zwangsläufig so sein, denn der Stufenschlitz 24 kann auch sekantial abstehen, bzw. zur Wirkungs linie hinweisen. Wesentlich ist die zum Doppelbiegebalken paral lele Lage, da sie sicherstellt, daß zuerst die sich gegenüber liegenden Wände des Stufenschlitzes aneinander liegen, bevor der Schlitz an einer anderen Stelle zusammenliegt. Somit ist ein eindeutiger Anlagezustand bei Überlast hergestellt. Die Schlitz länge l ist im Verhältnis zum Bohrungsradius so groß, daß das Schlitzende die Bohrung in Richtung zum Verbindungsschlitz 14 überragt. Fig. 3 also shows a auschnittsweisen measuring body 2, in which from the bore 19, about a lying substantially parallel to the double bending beam stages slot 24 leads out diametrically opposite the point at which the tangential junction of the slot-shaped recess takes place in the bore from the bore, the ver in the view shown at the location of the tan gential transition 25 and pioneering from the line of action. However, this does not necessarily have to be the case, because the step slot 24 can also protrude secantially, or indicate the line of action. What is essential is the position parallel to the double bending beam, since it ensures that the opposing walls of the stepped slot lie against one another before the slot lies together at another point. This creates a clear system status in the event of an overload. The slot length l is so large in relation to the bore radius that the slot end projects beyond the bore in the direction of the connecting slot 14 .

Fig. 4 zeigt eine Ausführung für sehr große Lasten (z. B. oberhalb von 5000 N), bei welcher die schlitzartigen Ausnehmungen sehr kurz sind (13), um diesen hohen Belastungen standhaltende Doppel biegebalken zu erzeugen. Ansonsten gilt die bisherigen Figuren beschreibung analog. Fig. 4 shows an embodiment for very large loads (z. B. above 5000 N), in which the slot-like recesses are very short ( 13 ) in order to produce these double beams withstanding high loads. Otherwise, the previous figure description applies analogously.

Fig. 5a, 5b zeigen eine Anordnung, bei welcher an Stelle der DMS der Fig. 1-4 und 6, 7 sogenannte Scherkraftaufnehmer 27 Verwendung finden, die bezüglich der neutralen Faser e des Stegs 28 beid seitig sitzen. Die Ansicht von oben zeigt Fig. 5b. Man erkennt, daß der Steg eine geringere Breite B als die Dicke D des Meßkörpers ist, besitzt. FIGS. 5a, 5b show the Figure an arrangement in which instead of the DMS. 1-4 and 6, 7 so-called shear force transducer 27 can find use, with respect to the neutral axis e of the ridge 28 seated beid other. The top view, FIG. 5b. It can be seen that the web has a smaller width B than the thickness D of the measuring body.

Fig. 6 zeigt einen Meßkörper 2, bei welchem wiederum im Unter schied zu den bisherigen Darstellungen die Außenfläche konvex gekrümmt ist (26). Dies soll zeigen, daß die Erfindung keinesfalls auf planparallele Außenflächen 26 zu beschränken ist. Die ge strichelte Linie zeigt einen möglichen Verlauf für die Quer schnittsverdickung. Fig. 6 shows a measuring body 2 , in which, in turn, in contrast to the previous representations, the outer surface is convexly curved ( 26 ). This is to show that the invention is in no way to be restricted to plane-parallel outer surfaces 26 . The dashed line shows a possible course for the cross-sectional thickening.

Fig. 7 zeigt einen Meßkörper 2 in der Ansicht von oben, dessen Außenkontur auf der Vorderseite 32 und auf der Rückseite 33 den nach Maßgabe der entsprechenden mathematischen Funktion berech neten Querschnittsverlauf hat, wobei zusätzlich im Zwischenbereich zwischen den DMS 12 die Federsteifigkeit durch Querschnittsver dickung erheblich vergrößert wurde. Fig. 7 shows a measuring body 2 in the view from above, whose outer contour on the front 32 and on the back 33 has the calculated according to the corresponding mathematical function cross-sectional profile, in addition, in the intermediate area between the strain gauges 12, the spring stiffness by cross-section Ver significantly was enlarged.

BezugszeichenlisteReference list

1 Kraftmeßeinrichtung
2 Meßkörper
3 Lagerauge
4 Zugkraft
5 Außenring
6 Teil des Außenumfangs
7 Wirkungslinie
8 Innendurchmesser
9 Anschlußbereich
10 berührungsvermeidender Spalt
11 Doppelbiegebalken
12 DMS
13 schlitzartige Ausnehmung
14 Verbindungsschlitz
15 Querschnitt des Doppelbiegebalkens im Bereich eines DMS
d Entfernungskoordinate in zunehmender Richtung
16 Oberfläche
17 Verschraubung
18 Querschnittsverdickung
19 Bohrung
20 radial weiter entfernte Schlitzbegrenzungswand
21 tangentialer Übergang, Übergangsstelle
22 radial näherliegende Schlitzbegrenzungswand
22a Schnittstelle
23 Walzenmittelpunkt
24 Stufenschlitz
25 tangentiale Herausführung
l Schlitzlänge
r Bohrungsradius
26 parallele Außenflächen
e neutrale Faser
27 Scherkraftaufnehmer
28 Steg
29 konvexe Außenfläche
30 Befestigungsflansch
31 biegesteifer Verbindungsteil
32 Vorderseite
33 Rückseite 1 force measuring device
2 measuring bodies
3 bearing eye
4 traction
5 outer ring
6 part of the outer circumference
7 line of action
8 inner diameter
9 connection area
10 contact-avoiding gap
11 double bending beams
12 strain gauges
13 slot-like recess
14 connecting slot
15 Cross section of the double bending beam in the area of a strain gauge
d Distance coordinate in increasing direction
16 surface
17 screw connection
18 cross-sectional thickening
19 hole
20 radially further away slot boundary wall
21 tangential transition, transition point
22 radially closer slot boundary wall
22 a interface
23 roller center
24 step slot
25 tangential lead-out
l slot length
r bore radius
26 parallel outer surfaces
e neutral fiber
27 shear force transducers
28 footbridge
29 convex outer surface
30 mounting flange
31 rigid connection part
32 front
33 back

Claims

1. Force measuring device ( 1 ), for measuring the tensile force ( 4 ) of a web-shaped material guided over a rotatably mounted roller, with a fixed bearing and with a measuring body ( 2 ) with support for the force to be measured, the measuring body ( 2 ) using a connection area ( 9 ) is rigidly closed to the fixed bearing, and outside the connection area ( 9 ) has a contact-avoiding gap ( 10 ), and in which the measuring body ( 2 ) transversely to the line of action of the force has two parallel double bending beams ( 11 ), which can be filled with strain gauges (DMS) ( 12 ) on their surfaces, and which are each formed by a slit-like recess ( 13 ) in the measuring body ( 2 ), are clamped in place on one side, and which are rigid at their other ends ver connected that the connection also carries the support, characterized in that the cross section of each double bending beam ( 11 ) at least in the area of the strain gage ( 12 ) runs according to such a mathematical function that its surface ( 16 ) experiences the same constant deformation in each of its normal planes.

2. Force measuring device according to claim 1, characterized in that the spring stiffness of each double bending beam ( 11 ) outside the area (s) in which (the) the (the) strain gauge ( 12 ) sits (s) is greater than in Area of the strain gage that its deformation there is considerably less than in the area of the strain gage.

3. Force measuring device according to claim 2, characterized in that the increased spring stiffness due to cross-sectional thickening is called.

4. Force measuring device according to one of claims 1 to 3, characterized in that
the slot-like recesses ( 13 ) at the beginning and end of each double bending beam ( 11 ) each end in a bore ( 19 ) of larger diameter than the slot width in such a way that the slot boundary wall ( 20 ), which is further away from the center of the roller in the radial direction, has a practically tangential transition ( 21 ) runs into the bore ( 19 )
and in continuation after passing through at least one semicircle, the slot wall ( 22 ) which is closer to the center of the roll ( 23 ) intersects slot wall ( 22 ).

5. Force measuring device according to claim 4, characterized in that the double bending beam (11) each respectively having on their stationary clamped side of a bending beam substantially parallel to the double (11) step-slot (24), and in that a connection slot, the stage slots (24) connects with each other.

6. Force measuring device according to claim 5, characterized in that the step slots ( 24 ) with respect to the bores ( 19 ) are arranged practically diametrically opposite the transition points, and that they lead tangentially out of the bore ( 19 ), ie point away from the line of action, and so far lead out that the slot length (l) is larger than the bore radius (r).

7. Force measuring device according to one of claims 4 to 6, characterized in that the slot-like recesses ( 13 ) between their bores ( 19 ) with respect to the perpendicular to the double bending beam ( 11 ) are symmetrical, and that they and the connecting slot ( 14 ) with respect to one vertical line are symmetrical.

8. Force measuring device according to one of claims 1 to 7, characterized in that the measuring body ( 2 ) in the region of the double bending beams ( 11 ) has zueinan parallel secantially cut outer surfaces.

9. Force measuring device according to one of claims 1 to 8, characterized in that the measuring body ( 2 ) is connected coaxially and in one plane with a further measuring body ( 2 ) such that both measuring bodies ( 2 ) are rotated by exactly 90 degrees to each other.

10. Force measuring device according to claim 4, characterized in that the farther from the center of the roll ( 23 ) slot wall ( 20 ) which is closer to the center of the roll ( 23 ) lies the slot boundary wall ( 22 ) practically after passing through a full circle of the bore ( 19 ).