DE4312843A1 - Zugkraftmeßeinrichtung - Google Patents
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Description
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Zugkraftmeßeinrichtung zur
Messung von Zugkräften von laufenden Endlosmaterialien, welche
über eine Umlenkeinrichtung geführt sind und dort mit ihrer resul
tierenden Kraft auf den federnden Teil eines ortsfesten Meßkörpers
einwirken, dessen dabei auftretende Verformung erfaßt und aus
gewertet wird.
Eine solche Zugkraftmeßeinrichtung ist bekannt in der Verwendung
als Bandzugmeßnabe mit einem Nabengehäuse, welches mittels eines
ortsfesten Flansches am Maschinengestell festgelegt wird. In dem
Gehäuse ist der Meßkörper angeordnet, welcher in einem Innen
durchmesser eine Lagerung trägt. Diese Lagerung dient der Lagerung
einer Welle, Walze oder dergleichen. Der Meßkörper ist einseitig
fest im Gehäuse angeschlagen. Hieraus ergibt sich, daß derartige
Bandzugmeßnaben nur bei endseitiger Lagerung verwendbar sind.
Insbesondere ist eine fliegende Lagerung der Umlenkeinrichtung
nicht möglich. Weiterhin wird bei dieser Bauform die maximal
ertragbare Überlast durch das Gehäuse bestimmt. Deshalb ist die
Dimensionierung des Gehäuses nach dem maximal möglichen Lastfall
auszulegen.
Dies gilt auch, wenn man berücksichtigt, daß der Meßkörper gegen
über dem Gehäuse mit Anschlagschrauben gegen Überlast gehalten
wird. Es hat sich herausgestellt, daß sich die Anschlagschrauben
lösen können, sowohl durch den regulären Betrieb infolge von
Vibrationen als auch durch unbefugtes Manipulieren. Außerdem zeigt
sich, daß sich die Anschlagschrauben bei häufigem Auftreten von
Überlasten in den Meßkörper einarbeiten und sich deshalb der
vorgegebene Maximalhub im Lauf der Zeit verändert. Will man diesen
nachjustieren, so bleibt nur die Möglichkeit, die Verdrehsicherung
der Schrauben bei ausgebautem Sensor zu zerstören und diesen in
einem geeichten Prüfstand nachzujustieren.
Hieraus ergibt sich der Nachteil, daß, sofern hohe Überlasten zu
erwarten sind, nur Sensoren mit relativ großen Gehäusen und / oder
geringer Auflösung Verwendung finden können. Demzufolge ist bei
diesen Bandzugmeßnaben die Auflösung abhängig von der maximalen
Überlast.
Weiterhin ist aus der DE-OS 41 08 555 (=Fü/1/3) eine Meßdose
bekannt. Auch diese Meßdose verlangt nach endseitiger Befestigung.
Eine fliegende Lagerung ist mit dieser Meßdose ebenfalls nicht
möglich. Allerdings tritt bei dieser Meßdose eine erheblich ver
besserte Überlastfähigkeit auf, da der Meßkörper einen integrier
ten Überlastanschlag besitzt. Dieser Überlastanschlag ist jedoch
nur in der Meßrichtung wirksam, bzw. solange die Kraftrichtung im
wesentlichen mit der Meßrichtung zusammenfällt.
Beiden bekannten Zugkraftmeßeinrichtungen ist zueigen, daß eine
modulare Bauweise ermöglicht ist, diese jedoch ihre Grenzen an den
oben gezeigten Nachteilen findet.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine Zugkraftmeßeinrichtung zu
schaffen, die eine modulare Bauweise ermöglicht, indem sowohl eine
endseitige Befestigung, als auch eine fliegende Lagerung der
Umlenkeinrichtung an ein und demselben Meßkörper vorgesehen werden
kann, wobei insbesondere bei einfachster Fertigung nur ein
einziges Prinzip verfolgt werden soll.
Diese Aufgabe wird bei der bekannten Zugkraftmeßeinrichtung da
durch gelöst, daß der Meßkörper mit einem Einspannbereich fest auf
einem ortsfest eingespannten Dorn (Wellenachse) sitzt und einen
Lagerbereich mit Wälzkörperlagerung für die Umlenkeinrichtung
aufweist, der in Kraftrichtung frei beweglich gegenüber dem Dorn
ist, wobei Einspannbereich und Lagerbereich über Biegefedern
miteinander verbunden sind.
Aus der Erfindung ergibt sich der Vorteil, daß die Zugkraftmeßein
richtung, nachfolgend auch Sensor genannt, eine kompakte Bauform
aufweist.
Es ist wesentlich für die Erfindung, daß sie ohne zusätzliche
Beanspruchung von Platz innerhalb aller bereits vorhandenen Befes
tigungsbauweisen angewandt werden kann. Somit verbleibt die ge
samte Befestigungsperipherie der Umlenkeinrichtung unverändert,
wendet man die Erfindung zur Zugkraftmessung an. Zusätzliche, den
Platzbedarf erweiternde Maßnahmen sind nicht erforderlich.
Ein weiterer Vorteil ist darin zu sehen, daß die Messung mit einer
variablen Winkeleinbaulage erfolgen kann. In diesem Fall hat die
Erfindung nämlich richtig erkannt, daß der Meßkörper in beliebigem
Drehwinkel auf dem Dorn befestigt werden kann. Außerdem läßt sich
mit der Erfindung die Winkellage zwischen der Richtung der resul
tierenden Kraft und der Meßachse der Zugkraftmeßeinrichtung ver
stellbar vorsehen. Hierzu ist lediglich die Einspanneinrichtung
für den Dorn drehbar zu lagern, so daß der Dorn zusammen mit der
erfindungsgemäßen Zugkraftmeßeinrichtung bei Bedarf gedreht werden
kann.
Hierauf wird noch eingegangen.
Ein weiterer wesentlicher Vorteil liegt darin, daß die bewegten
und federnd gelagerten Massen sehr gering sind. Die bewegten
Massen werden lediglich von der Masse der Umlenkeinrichtung und
der Masse des Lagerbereichs mit dem jeweils zugehörigen Lager
bestimmt. Der Dorn ist im Verhältnis zu diesen Massen mit einer
erheblich größeren Masse ausgestattet, so daß er an einer etwaigen
Schwingungsanregung praktisch unbeteiligt ist. Folglich läßt sich
mit der Erfindung vorteilhaft die Eigenfrequenz des Systems er
höhen. Die damit erreichbare hohe Steifigkeit ist für derartige
Sensoren erwünscht.
Ein weiterer Vorteil der Erfindung ist die Möglichkeit, erstmalig
einen Sensor zu haben, mit dem eine fliegende Lagerung realisier
bar ist, und dies bei exakter Einhaltung der reproduzierbaren
Meßgenauigkeit unabhängig von der Krafteinleitungsstelle, wie im
folgenden noch gezeigt wird.
Der Vorteil, der sich hieraus ergibt, liegt in einer vereinfachten
Lagerhaltung mit einer sehr geringen Anzahl unterschiedlicher
Baugrößen, die trotzdem den gesamten geforderten Meßbereich ab
deckt. Dieser Vorteil wird unter anderem dadurch unterstützt, daß
mit der Erfindung, sofern der Dorn drehbar gelagert ist, die
Nennmeßkraft durch einfache Einstellung eines Winkels zwischen der
Meßachse und der Richtung der resultierenden Kraft vorbestimmt
werden kann.
Ein weiterer Vorteil der Erfindung liegt in der Hebelarm-unab
hängigen Messung beim Einsatz zur Bahnzugmessung. Die Erfindung
macht sich dann nämlich die Erkenntnis zunutze, daß die zu mes
sende Kraft stets auf beide Sensoren einwirkt und zwar mit kon
stanter Summe durch Addition beider Meßsignale. Unabhängig von der
Stelle der Krafteinleitung in die Umlenkeinrichtung wird die Kraft
nämlich stets durch Summenbildung erfaßt.
Die Weiterbildung nach Anspruch 2 bietet den Vorteil, daß die
maximale Überlast, welcher der Sensor standzuhalten hat, nicht vom
Sensor bestimmt wird, sondern lediglich von der Dimensionierung
und Festigkeit des Dorns. Demzufolge ist auch bei hohen zu erwar
tenden Überlasten die Möglichkeit sehr feiner Auflösung für die zu
messenden Nennlasten gegeben, ohne den Meßkörper auf die Überlast
auslegen zu müssen. Die Baugröße ist somit unabhängig von der
Überlast. Außerdem ist ein wesentlicher Vorteil darin zu sehen,
daß der überlastanschlag in jedem Winkel innerhalb eines Vollkrei
ses von 360 Grad wirkt. Bei dem bekannten Sensor wirkt der durch
die Anschlagschrauben definierte Überlastanschlag lediglich in
Längsrichtung der Schrauben. Erfahrungsgemäß tritt jedoch eine
Überlast stets aus unvorhersagbarer Richtung auf, so daß der Über
lastanschlag des bekannten Sensors nur in einer sehr geringen Zahl
von Überlastfällen voll wirksam sein kann.
Die Merkmale des Anspruchs 3 betreffen eine Weiterbildung mit dem
Vorteil, daß sich hieraus ein sogenannter Doppelbiegebalken er
zeugen läßt. Dessen Vorteile sind jedoch allgemein bekannt. Des
halb soll hierauf nicht weiter eingegangen werden.
Die freien Enden der Biegefedern sind mit dem Lagerbereich der
Wälzkörperlagerung verbunden. Dieser Lagerbereich übernimmt die
Funktion des starren Lenkers für beide Doppelbiegebalken. Die
Weiterbildung nach Anspruch 4 bietet den Vorteil, daß sich der
artige Sensoren ohne weiteres in großen Stückzahlen und im Durch
laufverfahren auf entsprechend programmierbaren Maschinen herstel
len lassen.
Die damit erzeugbare gleichbleibende Federsteifigkeit einer Viel
zahl von Sensoren kommt der Forderung nach universellen und aus
tauschbaren Funktionsmodulen vorteilhaft entgegen.
Die Weiterbildung nach Anspruch 5 dient der Erhöhung der Empfind
lichkeit. Mit diesen Maßnahmen wird eine Beseitigung des Rohrquer
schnitts in den elastischen Zonen erreicht, so daß die Zonen linear
elastisch verformt werden. Dazwischenliegende Bereiche können
jedoch zur Erhöhung der Steifigkeit mit einem entsprechenden
Querschnitt höheren Widerstandsmoments versehen werden.
Die Merkmale des Anspruchs 6 dienen einer einfachen Montage eben
so, wie der einfachen Auswechselbarkeit. Hierzu bieten sich insbe
sondere die Weiterbildungen nach den Ansprüchen 7 und 8 an.
Die Weiterbildung nach Anspruch 9 betrifft eine Zugkraftmeßein
richtung, die zur Zugkraftmessung bahnförmigen Gutes geeignet ist.
In diesem Fall ist ein Paar von Meßkörpern von jeweils einer der
offenen Walzenseiten in das Walzeninnere hineinragend angeordnet
und auf jeweils einem separaten, frei auskragenden Dorn gelagert.
Eine andere Ausführungsform sieht vor, den Dorn durchgehend aus
zugestalten und an beiden Enden jeweils fest einzuspannen. Ande
rerseits sitzen jedoch die beiden Meßkörper paarweise auf dem Dorn
und tragen die Wälzkörperlagerung für die Umlenkwalze.
Die Weiterbildung nach Anspruch 10 bietet erstmals die Möglich
keit, eine Umlenkwalze mit Hebelarm-unabhängigem Meßergebnis
fliegend zu lagern.
Hierbei kommt der Weiterbildung nach Anspruch 10 besonderes Augen
merk zu. In diesem Fall läßt sich nämlich mit Hilfe der Erfindung
eine Bahnzugmessung mit einem einzigen Sensor zuverlässig durch
führen, wobei allerdings die axiale Länge der Umlenkwalze not
wendigerweise begrenzt sein muß. Diese Weiterbildung bietet sich
vorteilhaft dann an, wenn man übersehen kann, daß die zu messende
Kraft stets an der gleichen Stelle in den Sensor eingeleitet wird.
Diesen drei Ausführungsformen kommt die Weiterbildung nach An
spruch 12 zugute, womit eine Verschmutzung des Walzeninneren
vermieden wird.
Anspruch 13 betrifft eine Weiterbildung mit spiel freier Passung
zwischen Dorn und Meßkörper, so daß bereits mit geringen Klemm
kräften ein fester Sitz des Meßkörpers auf dem Dorn gewährleistet
ist. Die geringen Klemmkräfte bewirken geringe Materialverspannun
gen und ermöglichen somit hohe Meßgenauigkeit.
Durch diese Merkmale kann der Sensor sehr leicht und kompakt
ausgeführt werden, und dies mit hoher Steifigkeit und hoher Eigen
frequenz.
Die Weiterbildung nach Anspruch 14 bietet den Vorteil, daß sich
die Erfindung die, an sich bekannte, Stützwirkung eines Werkstoffs
zunutze macht. Diese Stützwirkung beruht, wie an sich bekannt,
darauf, daß die äußeren Materialschichten des Dornes eine höhere
Festigkeit besitzen als der Dorn im Bereich seiner neutralen
Faser.
Demzufolge wirkt der Dorn steifer und stabiler und kann bei glei
cher Baugröße höhere Lasten aufnehmen.
Als Härteverfahren kommen insbesondere die Oberflächenhärteverfah
ren wie Nitrieren oder Abschrecken in Frage.
Die Weiterbildung nach Anspruch 15 bietet den Vorteil der ein
fachen Herausführung der elektrischen Verbindungsleitungen aus dem
Bereich des Meßkörpers.
Grundsätzlich ist es jedoch auch möglich, die Verformung des
Meßkörpers optisch oder kapazitiv, das heißt berührungslos, zu
erfassen.
Die Ausführungsform nach Anspruch 15 kann zum Beispiel als soge
nannte Wheatstone′sche Vollbrücke realisiert werden, die bereits
bei geringen Verstimmungen zu einem zuverlässigen Ausgangssignal
führt.
Hierzu bietet die Weiterbildung nach Anspruch 16 den Vorteil, daß
die Verbindungsleitungen unsichtbar verlegt werden können.
Die Weiterbildung nach Anspruch 17 ist mit einfachen Mitteln zu
fertigen.
Die Weiterbildungen nach den Ansprüchen 18-20 betreffen vorteil
hafte Ausgestaltungen.
Die Weiterbildung nach Anspruch 20 ermöglicht sowohl das berüh
rungslose Abtasten des Belastungsweges als auch den Einsatz von
kapazitiven, induktiven Meßwertaufnehmern oder Hall - Elementen
zur Verwendung im Sinn der Erfindung. Gleichsam kann ein berüh
rungsloses Laser - Abtastsystem von Vorteil sein.
Wesentlich ist, daß die Wegerfassung nicht zwangsläufig an den
Biegefedern erfolgen muß, sondern grundsätzlich an allen beweg
baren Teilen der Zugkraftmeßeinrichtung stattfinden kann.
Die Weiterbildung der Erfindung nach Anspruch 22 ermöglicht, daß
der Meßbereich des Sensors durch einfaches Verdrehen zwischen der
Richtung der angreifenden Kraft und der Meßachse beliebig einges
tellt werden kann. Hierdurch lassen sich mit einer sehr geringen
Anzahl von Meßkörpern praktisch alle auftretenden Meßbereiche
abdecken.
Im folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen
näher erläutert.
Es zeigen:
Fig. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung
mit einer Umlenkeinrichtung für einen Faden.
Fig. 1a ein Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 mit
einem drehbar gelagerten Dorn.
Fig. 2 ein weiteres Ausführungsbeispiel entsprechend
Fig. 1 mit einem Anschlag am Dorn.
Fig. 3 eine Detailansicht des Meßkörpers in Seiten
ansicht.
Fig. 4 eine Ansicht von oben des Meßkörpers gemäß
Fig. 3.
Fig. 5 eine Detailansicht des zweiteiligen Meßkör
pers in Seitenansicht.
Fig. 6 eine axiale Aufsicht des Ausführungs
beispiels nach Fig. 5.
Fig. 7 ein Ausführungsbeispiel der Erfindung mit
einer auskragend gelagerten Bahnumlenkwalze.
Fig. 8 ein Ausführungsbeispiel der Erfindung mit
einer beidseitig gelagerten Bahnumlenkwalze.
Fig. 8a ein Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 8 mit
drehbar gelagertem Dorn.
Fig. 9 ein Ausführungsbeispiel mit einer beidseitig
auskragend gelagerten Bahnumlenkwalze.
Fig. 10 ein Ausführungsbeispiel für einen erfindungs
gemäßen Dorn mit Längsschlitz zur Kabelver
legung.
Fig. 11 ein weiteres Ausführungsbeispiel mit zentra
ler Kabelverlegung.
Fig. 12 ein weiteres Ausführungsbeispiel mit Bahnum
lenkwalze und einem einzigen Sensor.
Sofern im folgenden nichts anderes gesagt ist, gilt die nun fol
gende Beschreibung stets für alle Fig. 1-12.
Die Figuren zeigen eine Zugkraftmeßeinrichtung 1 zur Messung von
Zugkräften an laufenden Endlosmaterialien, welche über eine Um
lenkeinrichtung 2 geführt sind und dort mit ihrer resultierenden
Kraft auf den federnden Teil eines ortsfesten Meßkörpers ein
wirken, dessen dabei auftretende Verformung erfaßt und ausgewertet
wird.
Eine derartige Zugkraftmeßeinrichtung ist z. B. gemäß Fig. 1 und
2 mit einer Umlenkrolle 4 für einen laufenden Faden 31 versehen.
Im Fall der Fig. 7 ist die Umlenkeinrichtung als Umlenkwalze 5
ausgebildet, welche der Umlenkung einer laufenden Bahn 32 dient.
Im vorliegenden Fall ist jeder Meßkörper 3 mit einem Einspann
bereich 6 und einem Lagerbereich 7 versehen. Der Einspannbereich
6 und der Lagerbereich 7 sind vorzugsweise zueinander koaxial und
konzentrisch ausgebildet und über die Biegefedern 10, auf welche
noch genauer eingegangen wird, miteinander verbunden.
Der Einspannbereich weist eine Innenbohrung für den Dorn auf. Der
Lagerbereich bildet auf seinem Außenumfang einen Lagersitz für
Wälzkörperlagerung.
Jeder Meßkörper 3 sitzt nun mit seinem Einspannbereich 6 fest auf
einem ortsfest eingespannten Dorn 8, der die Wellenachse für die
Umlenkeinrichtung, nämlich die Umlenkrolle 4 bzw. die Umlenkwalze
5, bildet.
An dem Lagerbereich des Meßkörpers 3 ist eine Wälzkörperlagerung
vorgesehen, die aus einem Wälzlager 9 besteht, an welchem die
Umlenkeinrichtung 4, 5 drehbar gelagert ist.
Mit dem Einspannbereich 6 ist der Meßkörper 3 derart fest an dem
Dorn 8 angebracht, daß der Lagerbereich 7 gegenüber dem Dorn 8
wenigstens in Richtung der resultierenden Kraft, mit welcher das
Endlosmaterial am Lagerbereich angreift, frei beweglich ist. Es
ist ersichtlich, daß das Endlosmaterial die Umlenkeinrichtung
teilweise umschlingt, und somit mit einer resultierenden Kraft an
der Umlenkeinrichtung angreift. Hierauf soll jedoch nicht weiter
eingegangen werden, da dies allgemein bekannt ist.
Im Fall des Ausführungsbeispiels nach Fig. 1 ist der Lagerbereich
7 gegenüber dem Dorn 8 vollkommen frei beweglich. Eine derartige
Zugkraftmeßeinrichtung ist dann zu wählen, wenn die Gefahr einer
Überlastung des Meßkörpers 3 nicht besteht. Dies kann zum Beispiel
bei sehr dünnen Fäden mit lediglich geringer Reißfestigkeit der
Fall sein, wenn zu erwarten ist, daß vor einer Überlastung des
Sensors ein Fadenriß auftritt.
Für bestimmte Anwendungsfälle kann es jedoch vorteilhaft sein,
eine Überlastsicherheit vorzusehen. In diesem Fall bieten sich die
Ausführungsbeispiele gemäß Fig. 2 bis 9 an.
In diesem Fall sind nämlich Dorn 8 und Meßkörper 3 derart zueinan
der angeordnet, daß der Lagerbereich 7 einen durch Anschlag am
Dorn 8 begrenzten Hub ausführt. Wie sich erkennen läßt, ist der
Lagerbereich ringförmig ausgebildet und trägt auf seinem Außenum
fang das Wälzlager 9. Die Innenbohrung des Lagerbereichs 7 ist mit
einem Durchmesser ausgestattet, der gegenüber dem Außendurchmesser
des Dornes 8 geringfügig größer ist.
In diese Bohrung des Lagerbereichs 7 stößt der Dorn 8 mit seinem
freien Ende hinein.
Es ist ersichtlich, daß zwischen dem Innendurchmesser des Lager
bereichs 7 und dem Dorn 8 ein Ringspalt 11 verbleibt, der im
Normallastfall berührungsfrei ist.
Tritt jedoch, aus welchen Gründen auch immer, eine Überlast auf,
so wird der Lagerbereich 7 zunächst innerhalb des freien Hubes 12,
den der Ringspalt 11 gewährleistet, soweit ausfedern, daß er auf
den Anschlag 13 trifft, den der Dorn 8 mit seinem freien Ende
bietet. Dabei erfolgt ein flächiges Anliegen der beiden Anschlag
zonen gegeneinander. Somit läßt sich bei geringer Flächenpressung
eine gute Kraftverteilung erzielen.
In diesem Fall liegt der Lagerbereich 7 nun auf dem Anschlag 13
auf. Eine weitere Belastung des Lagerbereichs wird also ohne
weitere Verformung der Biegefedern unmittelbar in das freie Ende
des Dornes 8 eingeleitet, der, im Verhältnis zu den Biegefedern 10
so stabil ist, daß er dieser Last spielend standhält. Eine Defor
mation der Biegefedern 10 außerhalb des elastischen Bereichs ist
somit vollkommen ausgeschlossen.
Der Meßkörper ist somit nicht im Hinblick auf Überlasten zu dimen
sionieren, sondern lediglich im Hinblick auf die Größe der zu
messenden Kraft.
Wie weiterhin aus den Fig. 3 und 4 zu erkennen ist, sind Ein
spannbereich 6 und Lagerbereich 7 durch zwei bezüglich der Dorn
achse (strichpunktierte Linie) diametrale Biegefedern 10 ver
bunden. Die Biegefedern 10 sind gleichartig ausgebildet und er
strecken sich vom Einspannbereich 6 zum Lagerbereich 7 beidseits
der Oberfläche des Dornes 8 und mit Abstand zu dieser. Im Lager
bereich sind sie mit dem als Lenker wirkenden zylindrischen Ende
des Meßkörpers 3 verbunden. Im Einspannbereich sitzen sie fest an
dem ebenfalls zylindrischen Einspannteil des Meßkörpers 3. Auf
diese Weise werden Doppelbiegebalken gebildet, deren Vorteile
hinlänglich bekannt sind. Auf diesen an sich bekannten Sachverhalt
wird deshalb nicht weiter eingegangen.
Es ist jedoch ersichtlich, daß der Meßkörper 3 aus einem ein
stückigen rohrförmigen Teil besteht, aus welchem die Biegefedern
10 durch sekantiale Ausnehmungen 14 aus den Rohrwandungen erzeugt
wurden, gegebenenfalls mit Rundungsradien endseitig. Wie hierzu
Fig. 4 erkennen läßt, die eine Ansicht des Ausführungsbeispiels
gemäß Fig. 3 aus Richtung IV ist, wurden aus dem einstückigen,
ursprünglich rohrförmigen Teil, z. B. mit Hilfe eines Fräsers, die
Ausnehmungen 14 sekantial herausgetrennt, wodurch lediglich die
schmalen Biegefedern stehengeblieben sind, deren Verformung letzt
lich gemessen und ausgewertet wird.
Es ist ersichtlich, daß man mit der Tiefe T der sekantialen Aus
nehmungen die Empfindlichkeit des Sensors beeinflussen kann. Eine
weitere Möglichkeit der Beeinflussung liegt darin, daß die Biege
federn senkrecht zu der Ebene der Ausnehmung sekantial abgeflacht
sein können. Wie hierzu Fig. 3 zeigt, können die Biegefedern
sowohl vom Rohrinneren als auch vom Rohraußenmantel her abgeflacht
sein. In diesen Fällen wird die ursprünglich gekrümmte Rohrman
telkontur der Biegefedern zu einer Kontur rechteckigen Quer
schnitts mit dem Vorteil einer linearen und genau reproduzierbaren
Verformung.
Hierin ist, darauf soll besonders hingewiesen werden, ein wesent
licher Vorteil der Erfindung zu sehen, da mit einfachsten Fer
tigungsverfahren ein vielseitig verwendbarer Sensor erzeugt wird.
Wie die Fig. 3 bis 6 insbesondere zeigen, ist es vorteilhaft,
wenn der Einspannbereich 6 am Dorn 8 mit einer Klemmbefestigungs
einrichtung 16 angebracht ist.
Die Fig. 3 und 4 unterscheiden sich jedoch von dem Ausführungs
beispiel gemäß den Fig. 5 und 6. Während bei den Ausführungs
beispielen nach Fig. 3 und 4 der Einspannbereich 6 einen radial
verlaufenden Schlitz, der den Dorn schneidet, aufweist, so daß
beidseits der Schlitzebene ein Flansch 19a, sowie ein Flansch 19b
stehenbleiben, die mittels einer Achsialschraube 18 gegeneinander
verspannt werden, so ist das Ausführungsbeispiel nach den Figuren
5 und 6 zweiteilig ausgebildet. Hierauf wird im folgenden noch
eingegangen werden. Es ist ersichtlich, daß nach dem Ausführungs
beispiel gemäß Fig. 3 der unmittelbar mit den Biegefedern 10
verbundene Flansch 19a mit einem Innengewinde versehen ist, während
der andere der beiden Flansche lediglich eine Spannfläche auf
zuweisen braucht. In den Flansch mit der Spannfläche ist eine
Durchgangsbohrung eingebracht, welche koaxial zu der Gewindeboh
rung des Flansches 19a liegt. Die eingesteckte Schraube ist mit
ihrem Gewinde lediglich in dem Gewinde des Flansches 19a
verschraubt und besitzt endseitig ein gewisses Spiel zum Ende der
Gewindesackbohrung.
Hierdurch läßt sich die Schraube frei anziehen und eine
Klemmbefestigung des Einspannbereichs 6 erzielen. Das Aus
führungsbeispiel nach Fig. 5 bzw. Fig. 6, ist, wie gesagt, zwei
teilig. Die radiale Teilungsebene ist mit 20 gekennzeichnet. In
diesem Fall ist auf dem Dorn 8 ein Klemmring 22 aufgebracht, der
an seinen beiden stirnseitigen Enden konisch verjüngt ist. Jeder
der beiden Teile des Einspannbereichs 7 ist von der Teilungsebene
ausgehend zunächst einmal geradzylindrisch angebohrt mit einem
Innendurchmesser, welcher dem geradzylindrischen Außendurchmesser
des Klemmrings 22 entspricht. Die Gesamtlänge der beiden gerad
zylindrischen Bohrungen ist etwas geringer als die gerad
zylindrische Länge des Klemmrings 22, so daß zwischen den beiden
Teilen des Einspannbereichs 6 ein Ringspalt verbleibt. Mit ihren
inneren Bereichen sind diese beiden Teile mit einer konisch ver
jüngten Kegelbohrung versehen, deren Bohrungswinkel dem Konus
winkel des Klemmrings 22 im wesentlichen entspricht. Der so ent
stehende Einspannbereich 6 wird mittels der, vorzugsweise sym
metrisch, vorzugsweise ringförmig angeordneten Axialschrauben 18
gegen die sich konisch erweiternden Bereiche des Klemmrings 22
gepreßt, wodurch beim axialen Zug der Spannschrauben eine Klemm
wirkung entsteht, welche den Meßkörper 3 mit seinem Ein
spannbereich 6 fest auf dem Dorn 8 fixiert.
Wie weiterhin Fig. 6 zeigt, ist es vorteilhaft, den Klemmring 22
in Längsrichtung zu schlitzen (Längsschlitz = 33), um einerseits
die Montage leicht durchführen zu können und andererseits eine
radiale Pressung des Klemmrings 22 auf dem Dorn 8 zu ermöglichen,
wenn die Axialschrauben 18 angezogen werden.
Wie weiterhin Fig. 6 zeigt, kann wenigstens einer der einzelnen
Teile des Einspannbereichs 6 mit einem Abdrückgewinde 34 versehen
sein, um die Demontage des Meßkörpers 3 zu erleichtern.
Die Fig. 7-9 zeigen darüber hinaus, daß die Umlenkeinrichtung
2 als Umlenkwalze 5 ausgebildet ist, welche an zwei Meßkörpern 3
gelagert ist, die auf einem gemeinsamen Dorn 8 oder auf zwei
Dornen 8 angeordnet sind. Im Fall des Ausführungsbeispiels nach
Fig. 7 sind die beiden Meßkörper 3 einspannseitig und endseitig
an einem einzigen Dorn 8 angeordnet, der lediglich von einer
Stirnseite in die Umlenkwalze 4 hineinragt. Diese Umlenkwalze ist
also fliegend gelagert. Dabei sitzen, wie sich aus Fig. 7 erken
nen läßt, die beiden Meßkörper so, daß sie mit ihren Ein
spannbereichen 6 jeweils der festen Einspannstelle des Dornes 8
zugewandt sind. Hierdurch ergeben sich die geringstmöglichen
Biegemomente für den Dorn 8.
Im Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 8 ist der Dorn 8 beidseitig
ortsfest gelagert und durchstößt hierzu die beiden stirnseitigen
Öffnungen der Umlenkwalze 5.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel zeigt Fig. 9. In diesem Fall
ragt in jeweils eine der stirnseitigen Öffnungen der Umlenkwalze
5 ein separater Dorn 8 hinein. Die Dorne 8 berühren sich einander
nicht.
Es ist ein wesentlicher Vorteil für die Erfindung, daß für diese
Ausführungsfälle gemäß den Fig. 7-9 die in die Meßkörper 3
eingeleitete Kraft unabhängig vom Ort der Einleitung ist. Dies
folgt daraus, daß die Signale, die von den Meßstellen der einzel
nen Meßkörper 3 ausgehen, elektrisch addiert werden. Somit erfolgt
stets eine Summenmessung der eingeleiteten Kraft und zwar im
Ergebnis unabhängig von der Einleitungsstelle.
Weiterhin können die Meßkörper 3 relativ zueinander so verdreht
werden, oder so zueinander verdrehbar sein, daß jeder der Meß
körper in einer anderen Ebene mißt. Das kann z. B. für eine Bahn
kantensteuerung nützlich sein.
Wie die Figuren weiterhin zeigen, sitzt auf jeder der Biegefedern
10 jeweils ein Paar von sogenannten Dehnungsmeßstreifen (DMS).
Jeweils vier derartige Dehnungsmeßstreifen können zu einer soge
nannten Wheatstone′schen Vollbrücke zusammengeschaltet werden,
die bereits bei geringen Verstimmungen ein genaues und großes
Meßsignal liefert. Hierfür müssen innerhalb oder außerhalb der
Meßkörper 3 die notwendigen elektrischen Leitungen verlegt werden.
Eine vorteilhafte Weiterbildung ergibt sich deshalb aus den Figu
ren 10 und 11.
Wie man nämlich dort erkennt, können die elektrischen Verbin
dungsleitungen 25 von den Meßwertaufnehmern, den DMS 24, entlang
des Dornes 8 nach außen geführt werden. Hierzu weist nach dem
Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 10 der Dorn eine Längsausnehmung
26 auf, die als Oberflächenlängsschlitz 27 ausgebildet ist.
Das Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 11 unterscheidet sich hiervon.
In diesem Fall ist die Längsausnehmung eine Längsbohrung 28,
welche hier zentral zur Dornachse ausgebildet ist.
Im Ausführungsbeispiel nach Fig. 10 ist der Oberflächen
längsschlitz mit einem hinterschnittenen Querschnitt ausgebildet,
in welchem eine Abdeckung 29 einrastend angebracht wurde. Gegeben
enfalls können, wie man sich leicht vorstellen kann, zwei der
artige Oberflächenlängsschlitze 27 in einer zur Richtung der
angreifenden Kraft F senkrecht liegende Ebene 30 angeordnet wer
den. Diese Oberflächenlängsschlitze 27 sind also paarweise vorhan
den und liegen sich in der biegeneutralen Ebene 30 diametral
gegenüber.
Wie weiterhin erkennbar ist, weist der Dorn 8 in allen Ausfüh
rungsbeispielen einen kreisrunden Querschnitt auf, und der Ein
spannbereich 6 besitzt einen Bohrungsdurchmesser, der dem
Außendurchmesser des Sitzes auf dem Dorn angepaßt ist.
Im Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 5 bzw. 6 dient als Sitz der
Außendurchmesser des Klemmrings 22, während dies im Fall des
Ausführungsbeispiels nach Fig. 3 bzw. 4 unmittelbar die
Dornoberfläche ist.
Wie man sich weiterhin vorstellen kann, kann im Eintrittsbereich
des Dorns in die Umlenkwalze ein in Drehrichtung der Umlenkwalze
nach außen förderndes Abweisgewinde 23 vorgesehen sein.
Zusätzlich zu dem bisher Gesagten zeigen die Fig. 1a und 8a
Zugkraftmeßeinrichtungen, bei denen die Winkellage zwischen der
resultierenden Kraft und der Meßachse der Zugkraftmeßeinrichtung
durch Drehung des Dorns in einer drehbar gelagerten Einspannein
richtung verstellbar ist.
Hierzu ist die Einspanneinrichtung des Dorns gegenüber dem Mas
chinengestell drehbar gelagert (35), wobei die jeweilige Drehstel
lung über einen starr mit dem Dorn verbundenen Hebel (36) und eine
entsprechende Anlenkung (37) verändert werden kann. Es soll aus
drücklich gesagt sein, daß die Drehstellung einerseits fest vor
gegeben werden kann, um z. B. den Meßbereich des Sensors fest
zulegen, und daß andererseits die Drehstellung auch während des
Betriebes leicht von außen beeinflußt werden kann. Diesen Vorteil
bietet die Erfindung im Gegensatz zu allen bislang bekannten
Zugkraftsensoren.
Darüber hinaus zeigt Fig. 12 eine Zugkraftmeßeinrichtung, bei
welcher die Umlenkeinrichtung als Umlenkwalze ausgebildet ist die
an lediglich einem einzigen Meßkörper gelagert ist. Hierzu ist der
Lagerbereich des Meßkörpers entsprechend breit zur Aufnahme eines
entsprechend breiten zweireihigen Lagers oder, wie hier beispiel
haft, zur Aufnahme von zwei zueinander beabstandeten einreihigen
Lagern ausgelegt, um etwaige Kippmomente abzufangen.
Vorteilhafterweise bietet es sich an, die Geometrien so aufeinan
der abzustimmen, daß die resultierende Kraft im wesentlichen in
der Mitte der Biegefedern 10 angreift, sofern davon ausgegangen
werden kann, daß die Lage der resultierenden Kraft dort liegt und
sich nicht verändert.
Die Ausführungsbeispiele der Erfindung dienen lediglich der Er
läuterung und sollen nicht zur Einschränkung der Erfindung auf die
gezeigten Fälle gegeben worden sein.
Bezugszeichenliste
1 Zugkraftmeßeinrichtung
2 Umlenkeinrichtung
3 Meßkörper
4 Umlenkrolle
5 Umlenkwalze
6 Einspannbereich
7 Lagerbereich
8 Dorn
9 Wälzlager
10 Biegefeder
11 Ringspalt
12 Hub
13 Anschlag
14 sekantiale Ausnehmung
15 Abflachung
16 Klemmbefestigungseinrichtung
17 Radialschlitz
18 Axialschraube
19a Flansch mit Gewinde
19b Flansch mit Spannfläche
20 Teilungsebene
21 konischer Bereich
22 Klemmring
23 Abweisgewinde
24 Dehnungsmeßstreifen (DMS)
25 Verbindungsleitungen
26 Längsausnehmung
27 Oberflächenlängsschlitz
28 Längsbohrung
29 Abdeckung
30 biegeneutrale Ebene
31 Faden
32 Bahn
33 Längsschlitz
34 Abdrückgewinde
35 Lagerung
36 Hebel
37 Anlenkung
T Tiefe
2 Umlenkeinrichtung
3 Meßkörper
4 Umlenkrolle
5 Umlenkwalze
6 Einspannbereich
7 Lagerbereich
8 Dorn
9 Wälzlager
10 Biegefeder
11 Ringspalt
12 Hub
13 Anschlag
14 sekantiale Ausnehmung
15 Abflachung
16 Klemmbefestigungseinrichtung
17 Radialschlitz
18 Axialschraube
19a Flansch mit Gewinde
19b Flansch mit Spannfläche
20 Teilungsebene
21 konischer Bereich
22 Klemmring
23 Abweisgewinde
24 Dehnungsmeßstreifen (DMS)
25 Verbindungsleitungen
26 Längsausnehmung
27 Oberflächenlängsschlitz
28 Längsbohrung
29 Abdeckung
30 biegeneutrale Ebene
31 Faden
32 Bahn
33 Längsschlitz
34 Abdrückgewinde
35 Lagerung
36 Hebel
37 Anlenkung
T Tiefe
Claims (22)
1. Zugkraftmeßeinrichtung zur Messung von Zugkräften an
laufenden Endlosmaterialien, welche über eine Umlenk
einrichtung geführt sind und dort mit ihrer resul
tierenden Kraft auf den federnden Teil eines orts
festen Meßkörpers einwirken, dessen dabei auftretende
Verformung erfaßt und ausgewertet wird,
dadurch gekennzeichnet, daß
der Meßkörper mit einem Einspannbereich fest auf
einem ortsfest eingespannten Dorn (Wellenachse) sitzt
und einen Lagerbereich mit Wälzkörperlagerung für die
Umlenkeinrichtung aufweist, der in Kraftrichtung frei
beweglich gegenüber dem Dorn ist, und daß
Einspannbereich und Lagerbereich über wenigstens eine
Biegefeder miteinander verbunden sind, vorzugsweise
einstückig.
2. Zugkraftmeßeinrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß
Dorn und Meßkörper derart zueinander angeordnet sind,
daß der Lagerbereich einen durch Anschlag am Dorn
begrenzten Hub ausführt.
3. Zugkraftmeßeinrichtung nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, daß
Einspannbereich und Lagerbereich durch zwei, bezüg
lich der Dornachse im wesentlichen diametrale Biege
federn verbunden sind.
4. Zugkraftmeßeinrichtung nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet, daß
der Meßkörper aus einem einstückigen rohrförmigen
Teil besteht, und daß
die Biegefedern sekantiale Ausnehmungen aus den Rohr
wandungen sind.
5. Zugkraftmeßeinrichtung nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet, daß
die Biegefedern senkrecht zur Ebene der Ausnehmung
wenigstens bereichsweise sekantial abgeflacht sind.
6. Zugkraftmeßeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis
5,
dadurch gekennzeichnet, daß
der Einspannbereich am Dorn mit einer Klemmbefesti
gungseinrichtung angebracht ist.
7. Zugkraftmeßeinrichtung nach Anspruch 6,
dadurch gekennzeichnet, daß
der Einspannbereich einen radial verlaufenden und den
Dorn schneidenden Schlitz aufweist, und daß
quer zur Ebene des Schlitzes eine axiale Spannvor
richtung die beidseits des Schlitzes verbleibenden
Flansche gegeneinander verspannt.
8. Zugkraftmeßeinrichtung nach Anspruch 6,
dadurch gekennzeichnet, daß
der Einspannbereich in eine Radialebene geteilt ist,
wobei jeder der beiden Teile eine von der Teilungs
ebene konisch verjüngte Bohrung für den Dorn auf
weist, und daß
der Dorn einen beidseits konischen Klemmring trägt,
gegen welchen die beiden Teile axial verspannbar
sind.
9. Zugkraftmeßeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis
8,
dadurch gekennzeichnet, daß
die Umlenkeinrichtung als Umlenkwalze ausgebildet und
an zwei Meßkörpern gelagert ist, die an jeweils einem
und von jeweils einer Stirnseite
frei in die Umlenkwalze hineinragenden Dorn angeord
net sind.
10. Zugkraftmeßeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis
8,
dadurch gekennzeichnet, daß
die Umlenkeinrichtung als Umlenkwalze ausgebildet und
an zwei Meßkörpern gelagert ist, die
an einem einzigen von lediglich einer Stirnseite in
die Umlenkwalze hineinragenden Dorn einspannseitig
und endseitig angeordnet sind.
11. Zugkraftmeßeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis
8,
dadurch gekennzeichnet, daß
die Umlenkeinrichtung als Umlenkwalze ausgebildet und
an einem einzigen Meßkörper gelagert ist, dessen La
gerbereich zur Aufnahme eines Kippmonent-stabilen
Lagers vorgesehen ist, wobei der Meßkörper an einem
einzigen von lediglich einer Stirnseite in die Um
lenkwalze hineinragenden Dorn angeordnet ist, und
wobei vorzugsweise die Angriffsebene der resultieren
den Kraft in der mittleren Normalebene der Biegefe
dern liegt.
12. Zugkraftmeßeinrichtung nach Anspruch 9, 10 oder 11,
dadurch gekennzeichnet, daß
im Eintrittsbereich des Dornes in die Umlenkwalze ein
nach außen förderndes Abweisgewinde angeordnet ist.
13. Zugkraftmeßeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis
12,
dadurch gekennzeichnet, daß
der Dorn kreisrunden Querschnitt hat, und daß
der Einspannbereich eine Bohrung aufweist, deren In
nendurchmesser dem Außendurchmesser des Dornes ent
spricht.
14. Zugkraftmeßeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13,
dadurch gekennzeichnet, daß
der Dorn eine gegenüber seinem Kern gehärtete Ober
fläche aufweist.
15. Zugkraftmeßeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis
14,
dadurch gekennzeichnet, daß
die Biegefedern mit elektrischen Meßwertaufnehmern
bestückt sind, und daß
elektrische Verbindungsleitungen von den Meßwert
aufnehmern entlang des Dornes nach außen geführt
sind.
16. Zugkraftmeßeinrichtung nach Anspruch 15,
dadurch gekennzeichnet, daß
der Dorn eine Längsausnehmung aufweist, innerhalb
dessen die Verbindungsleitungen geführt werden.
17. Zugkraftmeßeinrichtung nach Anspruch 16,
dadurch gekennzeichnet, daß
die Längsausnehmung ein Oberflächenlängsschlitz am
Dorn ist.
18. Zugkraftmeßeinrichtung nach Anspruch 17,
dadurch gekennzeichnet, daß
der Oberflächenlängsschlitz einen hinterschnittenen
Querschnitt aufweist und mit einer einrastenden Ab
deckung versehbar ist.
19. Zugkraftmeßeinrichtung nach Anspruch 17 oder 18,
dadurch gekennzeichnet, daß
der Oberflächenlängsschlitz im wesentlichen in der
biegeneutralen Dornebene angeordnet ist.
20. Zugkraftmeßeinrichtung nach Anspruch 19,
dadurch gekennzeichnet, daß
der Oberflächenlängsschlitz paarweise vorhanden und
zueinander paarweise diametral angeordnet ist.
21. Zugkraftmeßeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis
14,
dadurch gekennzeichnet, daß
der zusammen mit dem Lagerbereich bewegbare Bereich
der Zugkraftmeßeinrichtung mit wenigstens einem Weg
erfassungssensor versehen ist, der die Verformung des
Meßkörpers erfaßt und auswertet.
22. Zugkraftmeßeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis
21,
dadurch gekennzeichnet, daß
die Winkellage zwischen der resultierenden Kraft und
der Meßachse der Zugkraftmeßeinrichtung durch Drehung
des Dorns in einer drehbar gelagerten Einspannein
richtung verstellbar ist.
Priority Applications (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE4312843A DE4312843A1 (de) | 1993-04-20 | 1993-04-20 | Zugkraftmeßeinrichtung |
DE59404696T DE59404696D1 (de) | 1993-04-20 | 1994-04-20 | Zugkraftmesseinrichtung |
EP94106205A EP0621469B1 (de) | 1993-04-20 | 1994-04-20 | Zugkraftmesseinrichtung |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE4312843A DE4312843A1 (de) | 1993-04-20 | 1993-04-20 | Zugkraftmeßeinrichtung |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE4312843A1 true DE4312843A1 (de) | 1994-10-27 |
Family
ID=6485893
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE4312843A Withdrawn DE4312843A1 (de) | 1993-04-20 | 1993-04-20 | Zugkraftmeßeinrichtung |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE4312843A1 (de) |
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE4443716A1 (de) * | 1994-12-09 | 1996-06-13 | Hottinger Messtechnik Baldwin | Kraftmeßvorrichtung zur Messung der Zugspannung von Fäden, Bändern oder dergleichen sowie Federblatt und Verfahren zur Herstellung eines Federblatts |
FR2792922A1 (fr) * | 1999-04-28 | 2000-11-03 | Vetrotex France Sa | Procede de fabrication avec detection de casse d'un fil |
DE19917020C2 (de) * | 1999-04-15 | 2001-09-13 | Dieter Michael Krone | Meßbuchse zur Erfassung von radialen Lagerkräften |
DE102010024617B4 (de) * | 2010-06-22 | 2014-12-18 | Texmag Gmbh Vertriebsgesellschaft | Vorrichtung zum Messen einer Zugkraft innerhalb einer Materilbahn oder eines Materialstrangs |
DE102010024620B4 (de) | 2010-06-22 | 2022-03-10 | Texmag Gmbh Vertriebsgesellschaft | Vorrichtung zum Messen einer Zugkraft innerhalb einer Materialbahn oder eines Materialstrangs |
-
1993
- 1993-04-20 DE DE4312843A patent/DE4312843A1/de not_active Withdrawn
Cited By (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE4443716A1 (de) * | 1994-12-09 | 1996-06-13 | Hottinger Messtechnik Baldwin | Kraftmeßvorrichtung zur Messung der Zugspannung von Fäden, Bändern oder dergleichen sowie Federblatt und Verfahren zur Herstellung eines Federblatts |
DE19917020C2 (de) * | 1999-04-15 | 2001-09-13 | Dieter Michael Krone | Meßbuchse zur Erfassung von radialen Lagerkräften |
FR2792922A1 (fr) * | 1999-04-28 | 2000-11-03 | Vetrotex France Sa | Procede de fabrication avec detection de casse d'un fil |
WO2000066473A1 (fr) * | 1999-04-28 | 2000-11-09 | Saint-Gobain Vetrotex France S.A. | Procede de fabrication avec detection de casse d'un fil |
DE102010024617B4 (de) * | 2010-06-22 | 2014-12-18 | Texmag Gmbh Vertriebsgesellschaft | Vorrichtung zum Messen einer Zugkraft innerhalb einer Materilbahn oder eines Materialstrangs |
DE102010024620B4 (de) | 2010-06-22 | 2022-03-10 | Texmag Gmbh Vertriebsgesellschaft | Vorrichtung zum Messen einer Zugkraft innerhalb einer Materialbahn oder eines Materialstrangs |
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
8139 | Disposal/non-payment of the annual fee |