EP1671090A1

EP1671090A1 - Kraftmessvorrichtung

Info

Publication number: EP1671090A1
Application number: EP04790147A
Authority: EP
Inventors: Jürgen HERHAUS
Original assignee: Honigmann Industrielle Elektronik GmbH
Current assignee: Honigmann Industrielle Elektronik GmbH
Priority date: 2003-10-06
Filing date: 2004-10-06
Publication date: 2006-06-21
Also published as: WO2005036117A1; US7698963B2; DE10346811A1; DE10346811B4; US20070051190A1

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Kraftmessvorrichtung zum Messen einer Kraft, die aus vorbestimmter Richtung an der Krafteinleitungsstelle der Kraftmessvorrichtung angreift. Zur Messung der Kraft ist ein Paar von Doppelbiegebalken vorgesehen, deren Hilfe die Krafteinleitungsstelle unter dem Einfluss der zu messenden Kraft parallel geführt wird. Ergänzend hierzu sieht die Erfindung vor, die Krafteinleitungsstelle auch in einer Richtung, die quer zur Richtung der zu messenden Kraft liegt, über zumindest ein weiteres Paar zueinander paralleler Biegefedern parallel zu führen.

Description

Kraftmeßvorrichtung

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Kraftmeßvorrichtung nach Oberbegriff des Hauptanspruchs.

Derartige Kraftmeßvorrichtung ist bekannt aus der EP 0 621 469 Bl. Bei dieser Kraftmeßvorrichtung besteht die Besonderheit, daß zur Messung der aus vorbestimmter Richtung zu erwartenden Kraft ein Paar von zueinander parallelen und von- einander beabstandeten Meßfedern vorgesehen ist. Diese Anordnung wird als „Doppelbiegebalken" bezeichnet, soll jedoch für die vorliegende Erfindung keine Beränkung auf derartige Anordnungen von Meßfedern bedeuten. Für die Messung dieser Kräfte kommen dann alle nur möglichen Meßfederanordnungen in Betracht, also auch Einfachbieger, Scherkraftaufnehmer, Torsionsaufnehmer usw..

Wesentlich bei dieser bekannten Kraftmeßvorrichtung sind also - ohne Beschränkung hierauf - zwei zueinander parallele Meßfedern, die an ihrem einen Ende an einem Sockel sitzen, der starr mit dem Maschinengestell zu verbinden ist. Die anderen Enden der Meßfedern sind über ein Joch miteinander verbunden. Über das Joch wird die zu messende Kraft in das System eingeleitet.

Durch diese Anordnung von Sockel, Meßfedern und Joch wird das Joch unter Belastung stets parallel zu sich selbst verlagert. Derartige Kraftmeßvorrichtungen weisen hinsichtlich der Steifigkeit und der reproduzierbaren Signalerzeugung erhebliche Vorteile auf. Sie sind insbesondere im Stande, bereits bei geringen Auslenkungen zur Erfassung hoher Nennla- sten zu dienen.

Für die anderen möglichen Meßanordnungen (Einfachbiegen, Scherkraftaufnehmer, Torsionsaufnehmer usw.) gilt dies natürlich nicht, sie sind aber für die vorliegende Erfindung eben- so geeignet.

Wird das Joch darüber hinaus mit einem Wälzlagersitz versehen, lassen sich mit einer solchen Kraftmeßvorrichtung auch sehr gut sogenannte Meßwalzen herstellen, die sich be- sonders dadurch auszeichnen, daß auch das Wälzlager unter Belastung stets parallel zu sich selbst verlagert wird.

Es ist deshalb Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die bekannte Kraftmeßvorrichtung so weiter zu bilden, daß unter Beibehalt der an sich bekannten Vorteile unterschiedlich ausgestaltbarer Meßfedern auch bei Belastungsriehtungen, die außerhalb der vorbestimmten Richtung liegen, aus der die zu messende Kraft angreift, eine hohe Steifigkeit erzielt wird. Diese Aufgabe löst die Erfindung mit den Merkmalen des Hauptanspruchs .

Aus der Erfindung ergibt sich der Vorteil, daß im Verhältnis zu den Steifigkeiten der bekannten Kraftmeßvorrich- tungen für querliegende Kraftrichtungen bei vergleichbaren Querschnittsabmessungen eine um den Faktor vier höhere Steifigkeit erzielt wird. Diese Erhöhung der Steifigkeit folgt damit dem Gebot, auch in Querrichtung nur geringe Auslenkungen zu erzielen und damit eine hohe Seitenlastfestigkeit zu erhalten. Dabei ist die Fähigkeit zur Aufnahme hoher Seitenlasten nicht gepaart mit einem Verzicht zur Erzielung hoher Nennmeßkräfte . Dieser Vorteil wird dadurch erreicht, daß in der Querrichtung zwei zueinander parallele und voneinander beabstandeten Biegefedern vorgesehen sind, die sich unter der in Querrichtung anstehenden Last genauso verformen, wie - im Falle der bekannten Kraftmeßeinrichtung - die für die Meß- richtung vorgesehenen Doppelbiegebalken.

Da von den querliegenden Biegefedern jede unter der Querlast S-förmig verformt wird und somit eine Biegelinie mit zwei Wendepunkten besitzt, setzt die erfindungsgemäße Kraft- meßvorrichtung der Querkraft einen entsprechend hohen Widerstand entgegen, der genau zu den vergleichbar geringen Verformungen trotz entsprechend hoher Querkräfte führt.

Dabei wird auch unter Querkrafteinfluß das die Biegefe- dem verbiegende Joch stets parallel zu sich selbst verlagert, so daß sich die Kraftmeßvorrichtung weiterhin auch hervorragend eignet zur Kombination mit Wälzlagern, die auf entsprechenden Lagersitzen des Jochs angeordnet werden können. Die exakt parallele Bewegung des Wälzlagers ist z.B. nötig bei Meßaufgaben an Walzen, wenn es auf die zwängungsfreie Verlagerung der Meßwalze ankommt. In solchen Fällen ist nämlich unter dem Einfluß von Querkräften dafür zu sorgen, daß die Bahnkanten des Bandes nicht durch eine unerwünschte Ver- lagerung der Meßwalze aus ihrer vorgesehenen Spur laufen.

Mit den Merkmalen des Anspruchs 2 kommt man zu einer kompakten Bauform. Hierzu ist vorgesehen, daß sich diejenigen Biegefedern, die zur Aufnahme der Querkräfte vorgesehen sind, genauso wie die zumindest eine Meßfeder, die zur Erfassung der kraftbedingten Verformung dient, zwischen dem Sockel und dem Joch erstrecken. Die weiteren Biegefedern können daher einstückig mit Joch und Sockel verbunden sein. Von besonderem Vorteil ist allerdings eine Weiterbildung, bei welcher die querliegenden Biegefedern durch entsprechende Maßnahmen aus der/den Meßfeder (n) herausgearbeitet sind, die zur Erfassung der zu messenden Kraft dienen. Obwohl dies grundsätzlich keine Beschränkung der Erfindung sein soll, wird ausdrücklich darauf hingewiesen, daß die Biegefedern auch zur qualitativen Erfassung der Querkräfte dienen können oder, je nach Einbausituation, auch „nur" zur geometrischen Parallelführung des Jochs unter Querkraftein- fluß. In jedem Fall lassen sich die Steifigkeiten der Biegefedern für jede Meßaufgabe definiert fertigen ohne daß die Vorteile des in spezieller Ausführung aus dem Stand der Technik bekannten Doppelbiegebalkens, der lediglich in Richtung der zu messenden Kraft zwei oder auch mehr parallel und S- schlagförmig zu verbiegende Biegefedern aufweist, verlassen werden.

Zu diesem Zweck kann es auch sinnvoll sein, das Widerstandsmoment der Biegefedern in derjenigen Richtung, die mit der Querrichtung zusammenfällt, erheblich höher auszugestalten als das Widerstandsmoment der zur Kraftmessung vorgesehenen Meßfedern. Eine derartige Kraftmeßvorrichtung wäre daher in Querrichtung erheblich steifer als in der Meßrichtung. Diese Maßnahme kann beispielhaft sinnvoll sein bei sogenannten Meßwalzen, die unter erheblichem Eigengewicht stehen, in der Meßrichtung allerdings material- und/oder verfahrenstechnisch bedingt nur geringe Nennmeßkräfte aufzunehmen haben.

Die Lage der Querrichtung zur Richtung der vorbestimmten Kraft ist ansich beliebig, solange Querrichtung und vorbe- stimmte Kraft einen Winkel zwischen sich aufspannen, der größer als 0 (ausgenommen 180 Grad) Grad ist.

Für die meisten Anwendungsfälle dürfte es allerdings ge- nügen, die Kraftmeßvorrichtung für Querrichtungen auszulegen, die senkrecht zur Richtung der zu messenden Kraft liegen.

Von besonderem Vorteil ist eine Weiterbildung, bei welcher die zur Kraftmessung vorgesehenen Meßfeder (n) über Schlitze verfügt (verfügen) , die sich einerseits in Längsrichtung der Meßfedern erstrecken und die andererseits mit ihrer Schlitzebene senkrecht zur Querrichtung stehen.

Auf diese Weise werden die bislang bekannten zur Kraft- messung vorgesehenen Meßfedern auch zur Erzeugung der weiteren Biegefedern herangezogen, so daß mit der ansich bekannten Fertigungstechnik derartiger Kraftmeßvorrichtungen zusätzlich auch eine hohe Seitenlaststeifigkeit erzielt wird. Eine Weiterbildung der Erfindung sieht die auskragende Lagerung an einem Maschinengestell vor.

Hierzu wird vorgeschlagen, den Sockel ringförmig auszugestalten und über einen Dorn am Maschinengestell festzuset- zen, der die ringförmige Ausnehmung des Sockels durchstößt, wobei der Dorn an seiner vom Maschinengestell abgewandten Seite einen Kopf aufweist, der außenseitig am Sockel angeschlagen ist. Diese Weiterbildung bietet nämlich den Vorteil, daß man den Dorn in beliebig unterschiedlichen Drehstellungen innerhalb eines 360 Grad umfassenden Winkelbereichs am Maschinengestell festlegen kann. Vorteilhafterweise erfolgt die Festlegung des Doms in einem Klemmsockel, der starr mit dem Maschinengestell verbindbar ist. Dieser Klemmsockel weist eine Paßbohrung für den Dorn auf, die von einer Klemmenbohrung angeschnitten wird. In der Klemmenbohrung sitzt ein Spannbackenpaar und greift von zwei Seiten an dem Dorn an. Dies wird dadurch erreicht, daß eine Spannbacke auf der einen Seite der Paßbohrung und die andere Spannbacke auf der anderen Seite der Paßbohrung sitzt.

Infolge des paarweisen Zusammenwirkens zwischen den Spannbacken wird beim Spannvorgang eine Relativdrehung des Do s in der Paßbohrung verhindert. Die jeweils in Umfangs- richtung auf den Dorn wirkenden Spannkräfte heben sich gegenseitig auf.

Eine vorteilhafte Weiterbildung sieht vor, das Spannbak- kenpaar von einer Spannschraube zu betätigen, die mit Ihrem Schaft in einer Durchgangsbohrung der einen Spannbacke sitzt, während die andere Spannbacke eine zum Gewinde der Spannschraube korrespondierende Gewindebohrung aufweist.

Diese Weiterbildung der Erfindung bietet den Vorteil, daß die Spannschraube vollständig innerhalb des Klemmsockels verlaufen kann und somit hinter der Einhüllenden des Klemmsockels zurückspringt.

Die Kraftmeßvorrichtung gemäß vorliegender Erfindung läßt insbesondere auch einen modulartigen Aufbau zu.

Hierzu wird ergänzend vorgeschlagen, daß außenseitig an den Kopf des Do s über einen dort vorgesehenen Anschraubflansch der Gegenflansch einer Verlängerungsachse angebracht werden kann.

Am Ende der Verlängerungsachse kann ein weiterer Gegenflansch vorgesehen sein, der zur Anbringung einer spiegelbildlichen angeordneten Kraftmeßvorrichtung dient.

Da insbesondere die Weiterbildung gemäß Anspruch 7 auch unabhängig von dem Paar paralleler Biegefedern ausgeführt werden kann, ergibt sich durch die Möglichkeit eines modulartigen Aufbaus der gesamten Kraftmeßvorrichtung auch der Vorteil, sogenannte Meßwalzen zu fertigen, die entweder nicht unter dem Einfluß von Querkräften stehen oder bei denen die Querkräfte nicht von Belang sind.

Da insbesondere derartige einseitig gelagerte Meßwalzen unter ihrem Eigengewicht stehen, können beide Ausführungsformen der Erfindung von Vorteil sein, je nach dem, ob die Quer- kraft erheblich ist und/oder berücksichtigt werden muß.

Dabei kommt der Kabelverlegung auch eine erhebliche Bedeutung zu. Hierfür bietet es sich an, den Dorn im Längsbereich der Biegefedern mit einer Kabeleintrittsöffnung zu versehen, die von einer Dornlängsbohrung angeschnitten wird.

Über diese kommunizierenden Bohrungen können die Kabel aus der Kraftmeßeinrichtung heraus zum Maschinengestell geführt werden.

Bei einer Meßwalze sollte darüber hinaus auch die Verlängerungsachse hohl gebohrt sein, damit die Meßleitung über diese Achsenbohrung zum Maschinengestell herausgeführt werden können.

Zur genauen Ausrichtung der Kraftmeßvorrichtung so, daß die Meßachse der zur Kraftmessung ausgelegten Biegefedern mit der Wirkungslinie der zu messenden Kraft zusammenfällt, wird ergänzend vorgeschlagen, daß der Dorn eine Schlüsselangriffsfläche aufweist, die vorzugsweise konzentrisch zur Dornachse liegen soll. Im folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungs- beispielen näher erläutert. Es zeigen:

Fig.l ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung, Fig.2 ein Ausführungsbeispiel der Erfindung an einer Meßwalze, Fig.3 eine Schnittansieht entlang der Linie III-III aus Fig.2, Fig. Details zur Verlegung der Meßleitungen, Fig.5 ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfin- düng, Fig.6 das Ausführungsbeispiel gem. Fig.5 in Seitenansicht, Fig.7 das Ausführungsbeispiel gem. Fig.5 in Ansicht von oben

Sofern im folgenden nichts anderes gesagt ist, gilt die folgende Beschreibung stets für alle Figuren. Die Figuren zeigen eine Kraftmeßvorrichtung 1 zum Messen einer Kraft 2. Die Kraft 2 greift aus vorbestimmter Richtung 3 an der Krafteinleitungsstelle 4 der Kraftmeßvorrichtung 1 an. Die Krafteinleitungsstelle 4 ist über ein Joch 5 mit den in eine Richtung weisenden freien Enden 8 - hier - zweier zueinander paralleler Meßfedern 6,7 verbunden. Es kann sich auch um eine einzige oder um mehr als zwei zueinander parallele Meßfedern handeln. Die Meßfedern 6,7 sind zur Kraftmes- sung vorgesehen. Die Verbindung zwischen Meßfedern 6,7 und Joch 5 ist als starre Verbindung ausgelegt. Das andere Ende 9 der Meßfedern 6,7 sitzt an einem mit dem Maschinengestell 50 starr verbindbar ausgelegten Sockel 10. Die kraftbedingte Verformung, d.h. die Verformung unter der zu messenden Kraft 2, der Biegefedern 6,7 wird an vorbestimmten Meßstellen 11a- lld erfaßt und ausgewertet. Die Erfassung erfolgt zweckmäßigerweise über Dehnungsmeßstreifen. Werden vier gleiche Deh- nungsmeßstreifen verwendet, bietet sich die Meßschaltung in Form einer Wheatstone'sehen Brücke an.

Der Unterschied zwische den Ausführungsformen der Figu- ren 1 bis 4 und der Figuren 5 bis 8 liegt darin, daß im Falle der Figuren 1 bis 4 die Meßfedern 6,7 stets als sogenannte reine Doppelbiegebalken ausgeführt sind.

Hierunter werden zwei zueinander parallele und voneinan- der beabstandete Biegebalken verstanden, welche an ihrem einen Ende über das Joch 5 ungelenkig miteinander verbunden sind und mit ihrem anderen Ende 9 starr mit dem Maschinengestell 50. Zwischen den beiden Meßfedern befindet sich im Falle des sogenannten Doppelbiegebalkens kein Material, so daß diese beiden Meßfedern 6,7 bei Belastung des Jochs 5 stets S- schlagförmig unter gleichbleibendem Abstand zueinander verformt werden. Die Biegelinie selbst weist daher stets zwei Wendepunkte auf, an denen die Krümmung von rechts nach links bzw. links nach rechts wechselt.

Im Gegensatz hierzu zeigen die Figuren 5 bis 7 eine andere Ausführungsform.

Die Meßfedern 6 , 7 werden über einen sogenannten Scherkraftaufnehmer 6' in ihrer gemeinsamen Längsmittelebene miteinander verbunden. Der Scherkraftaufnehmer 6' wird durch eine beidseits in die Kraftmeßvorrichtung 1 eingebrachte Bohrung gebildet, die eine Art von elastisch verformbarer Membran übrig läßt, da die Bohrungen beidseits nicht völlig durch die Kraftmeßvorrichtung 1 hindurch gehen. Dabei entstehen zwar ebenfalls zwei zueinander parallele Meßfedern 6,7, die jedoch nicht mehr als Doppelbiegebalken bezeichnet werden können. Die Biegelinie dieser Meßfedern 6,7 ist in Fig.6 unten gezeigt.

Die Biegelinie hat einen qualitativen Verlauf mit prinzipiell zwei Wendepunkten. Sie entspricht jedoch nicht dem Verlauf eines Doppelbiegebalkens, weil über den zentral angeordneten Scherkraftaufnehmer Überlagerungseffekte wie bei einem Einfachbieger unvermeidlich sind.

Abhängig von der Tiefe der in Fig.5 erkennbar einge- brachten Bohrung wird sich eine derartige Biegelinie mit abnehmender Tiefe mehr und mehr an die Biegelinie eines Ein- fachbiegers annähern.

Gleichwohl ist auch eine derartige Ausführungsform ohne weiteres für die Zwecke der Erfindung geeignet.

Wesentlich ist nämlich, daß das Joch 5 über zumindest ein (weiteres) Paar von zueinander parallelen Biegefedern 12,13,14 in einer Querrichtung 15, die quer zur Richtung 3 der vorbestimmten Kraft 2 liegt, parallel geführt ist.

Hierzu ist festzuhalten, daß infolge der Meßfedern 6, 7, die zusammen einen Doppelbiegebalken darstellen, das Joch 5 bereits in derjenigen Richtung parallel geführt ist, die zu einer Verschiebung des Jochs 5 infolge der zu messenden Kraft 2 führt. Da dies Stand der Technik ist, soll hierauf nicht näher eingegangen werden.

Wesentlich ist allerdings, daß das Joch auch in einer Richtung, die quer zur Richtung 3 der zu messenden Kraft 2 liegt, eine Parallelführung erhält, so daß das Joch 5 praktisch in zwei Richtungen parallel zu sich selbst geführt ist. Dabei kann die Querrichtung 15 jede beliebige Richtung annehmen, die quer zur Wirkungslinie der zu messenden Kraft 2 liegt.

Zweckmäßigerweise erfolgt die Parallelführung des Jochs

5 infolge der weiteren zueinander parallelen Biegefedern

12,13,14 dadurch, daß diese sich ebenfalls starr am Joch 5 bzw. Sockel 10 angeschlossen befinden und sich zwischen Joch 5 und Sockel 10 erstrecken.

Die Parallelführung des Jochs 5 in seinen zwei Bewegungsrichtungen kann daher durch eine zusätzliche Anordnung paarweiser Biegefedern erfolgen, deren Auslenkungsebene in der zu erwartenden Querrichtung liegt.

Grundgedanke der Erfindung ist es insoweit, sowohl in der Richtung der zu messenden Kraft 2 als auch in der Querrichtung 15 jeweils zumindest paarweise vorhandene Meß- bzw. Biegefedern vorzusehen, die das Joch nach dem Prinzip des jeweiligen Doppelbiegebalkens in den beiden Richtungen parallel führen.

Da sich jeder Doppelbiegebalken bekannterweise in Form eines S-Schlages verformt, muß zur Auslenkung des Jochs unter der jeweils wirkenden Kraft eine entsprechend hohe Formänderungsarbeit geleistet werden, die dem gesamten Sensor bzw. der gesamten Kraftmeßvorrichtung 1 eine herausragende Steifigkeit in zwei Richtungen verleiht . Der Grundgedanke der Er- findung beruht deshalb darauf, in jeder der zu erwartenden Verformungs- bzw. Belastungsrichtungen ein Paar von Doppelbiegebalken vorzusehen, so daß bereits bei geringem Hub ein entsprechend hohes Ausgangssignal erzeugt wird während zugleich der gesamte Sensor eine herausragend gute Steifigkeit besitzt. Der Vollständigkeit halber soll allerdings gesagt sein, daß es nicht unbedingt erforderlich ist, auch in der Querrichtung die auftretenden Querkräfte zu messen. Insoweit kann es genügen, das Widerstandsmoment der Biegefedern 12, 13, 14 in der Querrichtung erheblich höher auszuführen als in der zur Kraftmessung vorgesehenen Verformungsrichtung der Meßfedern. Ein derartiger Sensor wäre daher zur Aufnahme von Querlasten geeignet, die erheblich über den Nennmeßkräften liegen.

Die Figuren, insbesondere Fig.l zeigen insoweit ein System aus drei zueinander parallelen Biegefedern 12,13,14, die alle drei zusammen parallel unter der Querlast verformt werden und infolgedessen auch eine entsprechend hohe Formände- rungsarbeit verlangen.

Zusätzlich zeigen die Figuren, ohne Einschränkung der Erfindung auf derartige geometrische Verhältnisse, daß die Querrichtung 15 senkrecht zur Richtung 3 der vorbestimmten Kraft liegt.

Es soll insoweit ausdrücklich gesagt sein, daß die Querrichtung 15 unter jedem beliebigen Winkel zur Richtung 3 der zu messenden Kraft 2 stehen kann, solange dieser Winkel nicht 180 Grad beträgt.

Die jeweiligen Verhältnisse richten sich nach den Maschinenanforderungen. Diese können insbesondere an die Verhältnisse zwischen Schwerkraftrichtung und Richtung der Resultierenden der zu messenden Kraft bei der Umlenkung eines Endlosmaterials so vorgegeben werden, daß zwischen der parasitären Querrichtung infolge Eigengewichts und der Wirkungslinie der zu messenden Kraft auch Winkel von ungleich 90 Grad bestehen. Wie man insbesondere anhand der Figuren 1, 2 und 4 erkennt, werden die zur Kraftmessung vorgesehenen Meßfedern 6,7 von Schlitzen 16,17 durchsetzt, die sich in Längsrichtung der Meßfedern 6,7 erstrecken. Die Schlitzebene der Schlitze 16,17 steht praktisch senkrecht auf der Querrichtung 15, so daß auf diese Weise die ansich zur Messung der zu messenden Kraft 2 vorgesehenen Meßfedern 6,7 nunmehr auch zur Parallelführung des Jochs 5 in der Querrichtung dienen. Der Vollständigkeit halber soll allerdings gesagt sein, daß sich die Schlitzebenen der Schlitze 16,17 keinesfalls senkrecht zur Querrichtung 15 erstrecken müssen, sondern daß theoretisch auch andere Schrägrichtungen möglich sind. Ergänzend hierzu zeigt insbesondere Fig.2, daß das Joch 5 eine ringförmige Aufnahmezone 18 für ein Wälzlager 19 aufweist.

Damit kann über das Wälzlager 19 die zu messende Kraft auch bei Umlenkrollen, Umlenkwalzen oder dergleichen in das Joch 5 eingeleitet werden.

Der Innendurchmesser der ringförmigen Aufnahmezone 18 ist in den gezeigten Ausführungsbeispielen allerdings größer als der Außendurchmesser eines das Joch 5 durchsetzenden Do s 20, so daß das Joch 5 einen Freigang zur Verformung der Biegefedern 6,7 besitzt, während zugleich bei Kontakt zwischen dem Innendurchmesser der ringförmigen Aufnahmezone 18 und dem Außenumfang des Doms 20 ein zuverlässiger Über- lastanschlag gewährleistet ist.

Diese Maßnahme bietet insbesondere dann Vorteile, wenn der Sockel 10 ringförmig ist und von einem starr mit dem Maschinengestell 50 verbindbaren Dorn 20 durchsetzt wird. Der Dorn 20 weist außenseitig des Sockels 10 einen Kopf auf, der seinerseits mit dem Sockel 10 starr verbindbar ist. Diese Maßnahme, allein oder in Verbindung mit den weiteren Biegefedern 13,14,15 dient insbesondere der modularen Aufbaumöglichkeit eines SensorSystems, bestehend aus mehreren Kraftmeßvorrichtungen 1 in Verbindung mit der Forderung nach einer fliegend gelagerten Umlenkwalze, z.B. für bahnförmiges Gut.

Hierzu wird ergänzend vorgeschlagen, daß der Dorn 20 stufenlos in einem 360 Grad umfassenden Winkelbereich in be- liebig vielen unterschiedlichen Drehstellungen am Maschinengestell 50 festlegbar ist.

Hierzu dient ein Klemmsockel 22, der starr am Maschinengestell 50 befestigt ist.

Der Klemmsockel 22 weist eine Paßbohrung 23 auf, die mit dem Außendurchmesser des Dorns 20 in saugender Passung zusammengebracht werden kann. Die Paßbohrung 23 wird hier von einer Klemmenbohrung 24 angeschnitten, innerhalb der ein von zwei Seiten am Dorn 20 angreifendes Spannbackenpaar sitzt.

Bei Zustellung des Spannbackenpaars, von denen jede Spannbacke an einer von zwei gegenüberliegenden Seiten des Dorns 20 angreift, wird der Dorn 20 verdrehsicher eingeklemmt, wobei ergänzend beim Einklemmvorgang auch eine geringfügige Relativverdrehung des Dorns 20 deshalb ausscheidet, weil das Spannbackenpaar 25,26 symetrisch am Dorn 20 an- greift.

Hierzu wird vorgeschlagen, das Spannbackenpaar 25,26 durch eine Spannschraube 27 zu beaufschlagen, mit deren Hilfe die beiden Spannbacken 25,26 in Richtung des Dorns 20 aufein- ander zugestellt werden. Damit die Spannschraube 27 vollständig innerhalb der äußeren Mantellinie des Klemmsockels 22 zurückspringt, wird ergänzend vorgeschlagen, in der einen Spannbacke 25 bzw. der anderen Spannbacke 26 eine Durchgangsbohrung 29 anzubringen, während die jeweils andere Spannbacke 26 bzw. 25 dann eine mit dem Gewinde der Spannschraube 27 korrespondierende Gewindebohrung aufweist.

Wird der Kopf 21 des Dorns 20 mit einem Anschraubflansch 33 versehen, bietet dies den Vorteil, daß über einen endsei- tig angebrachten Gegenflansch 34 auch eine Verlängerungsachse 35 im Sinne einer frei auskragenden Walzenlagerung entsprechend Fig.2 angebracht werden kann. Hierzu soll die Verlängerungsachse 35 an ihrem vom Gegenflansch 34 abgewandten Ende einen weiteren Gegenflansch 36 besitzen, an welchem spiegelbildlich zur maschinenseitig vorgesehenen Kraftmeßvorrichtung 1 eine weitere Kraftmeßvorrichtung angebracht werden kann.

Auf diese Weise lassen sich folglich über einen modular aufgebauten Sensor Umlenkwalzen, Meßwalzen oder dergleichen fliegend am Maschinengestell 50 lagern. Da es sich insoweit nicht unbedingt anbietet, das Meßsignal über Funk nach außen zu bringen, soll der Dorn 20 im Längsbereich der Meßfedern 6,7 eine Kabeleintrittsöffnung 37 besitzen, die von einer Dornlängsbohrung 38 angeschnitten wird. Da die Dornlängsbohrung 38 zumindest bis zu einem Ende des Dorns 20 verläuft, können die Meßleitungen auf diese Weise leicht herausgeführt werden.

Im Ausführungsbeispiel gemäß Fig.2 ist der für die linke Kraftmeßvorrichtung 1 zuständige Dorn 20 vollständig durch- bohrt, da er auch der Herausführung der Meßleitungen aus der im rechten Teil des Bildes gezeigten weiteren Kraftmeßvorrichtung 1 dient . Zu diesem Zweck ist auch die Verlängerungsachse 35 in ihrer gesamten Länge so durchbohrt, daß die Achsenbohrung 39 mit den Dornlängsbohrungen 38 fluchtet.

Der im rechten Teil des Bildes erkennbare Dorn 20 bedarf allerdings keiner vollständigen Durchbohrung, da die Meßleitungen zweckmäßigerweise nur in Richtung zum Maschinengestell 50 herausgeführt werden müssen.

Ergänzend hierzu zeigt der im rechten Teil des Bildes gemäß Fig.2 vorgesehene Dorn 20 eine Schlüsselangriffsfläche 40 auf, mit deren Hilfe bei gelöstem Spannbackenpaar 25,26 die Kraftmeßvorrichtung 1 so ausgerichtet werden kann, daß die Meßachse mit der Richtung 3 der zu messenden Kraft 2 zusammenfällt.

Der sich bei dieser Anordnung ergebende Einfluß der Schwerkraft auf das Verformungsverhalten der Kraftmeßvorrich- tung 1 wird über die weiteren Biegebalken 12,13,14 entsprechend abgetragen und hat deshalb keinen Einfluß auf das Meßergebnis.

Alternativ zeigen die Figuren 4, 6 und 7 allerdings auch, daß die Verformung der weiteren Biegebalken 12,13,14 ebenfalls über Sensoren llla-d erfaßt werden kann. Die Sensoren llla-d werden in bekannter Weise an den Stellen der größten Dehnung der Biegebalken, also dort, wo diese ihre S- schlagförmige Verformung einnehmen, angebracht und entspre- chend verkabelt. Bezuσszeichenliste

Kraftmeßvorrichtung zu messende Kraft Richtung von 2 Krafteinleitungsstelle Joch

6 erste Biegefeder

6' Scherkraftaufnehmer

7 zweite Biegefeder

8 Jochseite von 6,7 ; freies Ende von 6,7

9 anderes Ende von 6 , 7

10 Sockel lla-d Meßstellen

12 weitere Biegefeder

13 weitere Biegefeder

14 weitere Biegefeder

15 Querrichtung

16 Längsschlitz

17 Längsschlitz

18 ringförmige Aufnahmezone des Jochs im Wälzlager

19 Wälzlager

20 Dorn

21 Kopf des Dorns

22 Klemmsockel

23 Paßbohrung

24 Klemmenbohrung

25 erste Spannbacke

26 zweite Spannbacke

27 Spannsehraube 28 Schaft der Spannschraube 29 Durchgangsbohrung 0 Gewindebohrung 1 erste Schrägfläche 2 zweite Schrägfläche 3 Anschraubflansch 34 Gegenflansch

35 Verlängerungsachse

36 weiterer Gegenflansch

37 Kabeleintrittsöffnung 38 Dornlängsbohrung 39 Achsenbohrung

40 Schlüsselangriffsfläche

50 Maschinengestell llla-d weitere Meßstellen für Querrichtung 15

Claims

Patentansprüche

1. Kraftmeßvorrichtung (1) zum Messen einer Kraft (2), die aus vorbestimmter Richtung (3) an der Krafteinleitungs- stelle (4) der Kraftmeßvorrichtung (1) angreift, wobei die Krafteinleitungsstelle (4) über ein Joch (5) mit zumindest einer durch die Krafteinleitung elastisch verformbaren Meßfeder (n) (6,7; 6; 7) starr ausgelegt verbunden ist, während die Meßfeder (n) (6; 7) mit dem anderen Ende (9) an einem mit dem Maschinengestell (50) starr verbindbar ausgelegten Sockel (10) sitzt (sitzen) und wobei die kraftbedingte Verformung der Meßfeder (n) (6,7; 6;7) an vorbestimmten Meßstellen (lla,b,c,d) erfaßt und ausgewertet wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Joch (5) über zumindest ein Paar von zueinander parallelen und voneinander beabstandeten Biegefedern (12,13,14) in einer Querrichtung (15) , die quer zur vorbestimmten Richtung (3) der Kraft (2) liegt, stets parallel geführt ist und daß diese Biegefedern (12,13,14) ebenfalls über vorbestimmte Meßstellen (lla,b,c,d) verfügen, an denen die durch eine Kraft in der Querrichtung (15) hervorgerufenen Verformung erfaßbar ist.

2. Kraftmeßvorrichtung (1) nach Anspruch 1, dadurch ge- kennzeichnet, daß sich die weiteren Biegefedern (12,13,14) zwischen Joch (5) und Sockel (10) erstrecken.

3. Kraftmeßvorrichtung (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Widerstandsmoment der weiteren Biegefedern (12,13,14) in der Querrichtung (15) das Widerstandsmoment der zur Kraftmessung vorgesehenen Meßfe- dem (6,7; 6; 7) in Richtung (3) der zu messenden Kraft (2) übersteigt.

4. Kraftmeßvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Querrichtung (15) senkrecht zur Richtung (3) der vorbestimmten Kraft (2) liegt.

5. Kraftmeßvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die zur Kraftmessung vorgesehenen Meßfedern (6,7; 6; 7) über sich in Längsrichtung der Meßfedern (6,7) erstreckende Schlitze (16,17) verfügen, deren Schlitzebene senkrecht zur Querrichtung (15) steht.

6. Kraftmeßvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Joch (5) eine ringförmige Aufnahmezone (18) für ein Wälzlager (19) aufweist.

7. Kraftmeßvorrichtung (1) nach Oberbegriff des Anspruchs 1 oder nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Sockel (10) ringförmig ist und von einem starr mit dem Maschinengestell (50) verbindbaren Dorn (20) durchsetzt wird, der über einen Kopf (21) au- ßenendseitig mit dem Sockel (10) verbindbar ist.

8. Kraftmeßvorrichtung (1) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Dorn (20) stufenlos in einem 360 Grad umfassenden Bereich beliebig unterschiedlicher Drehstellungen am Maschinengestell (50) festlegbar ist.

9. Kraftmeßvorrichtung (1) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß zur Festlegung des Dorns (20) das freie Ende des Dorns (20) in der Paßbohrung (23) eines mit dem Maschinengestell (50) verbindbaren Klemmsockels (22) sitzt und daß die Paßbohrung (23) von einer Klemmenbohrung (24) angeschnitten wird, in welcher ein von zwei Seiten am Dorn (20) angreifendes Spannbackenpaar (25,26) sitzt.

10. Kraftmeßvorrichtung (1) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Spannbackenpaar (25,26) von einer außerhalb der Paßbohrung liegenden Spannschraube (27) durchsetzt ist.

11. Kraftmeßvorrichtung (1) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannschraube (27) mit ihrem Schaft (28) in einer Durchgangsbohrung (29) der einen Spannbacke (25) sitzt und daß die andere Spannbacke (26) eine Gewindebohrung (30) für die Spannschraube aufweist.

12. Kraftmeßvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 7 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Kopf (21) des Dorns (20) einen Anschraubflansch (33) für den endseitig angebrachten Gegenflansch (34) einer Verlängerungsachse (35) umfaßt.

13. Kraftmeßvorrichtung (1) nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Verlängerungsachse (35) an ihrem vom Gegenflansch (34) abgewandten Ende einen weiteren Gegenflansch (36) zur spiegelbildlichen Anbringung einer weiteren Kraftmeßvorrichtung (1) nach Anspruch 7 aufweist.

14. Kraftmeßvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 7 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Dorn (20) im Längsbereich der Meßfedern (6,7) eine Kabeleintrittsöffnung (37) aufweist, die von einer Dornlängsbohrung (38) angeschnitten wird und daß die Dornlängsbohrung (38) zumindest bis zu einem Ende des Dorns (20) verläuft und dort mündet.

15. Kraftmeßvorrichtung (1) nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Verlängerungsachse (35) über die gesamte Länge von einer mit der Dornlängsbohrung (38) fluchtenden Achsenbohrung (39) durchsetzt ist.

16. Kraftmeßvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 7 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Dorn (20) eine vorzugsweise konzentrisch zur Dornlängsachse liegende Schlüsselangriffsfläche (40) aufweist.

17. Kraftmeßvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß ein Paar von zueinander parallelen und voneinander beabstandeten Meßfedern (6,7) vorgesehen ist, welche an ihrem einen Ende über das Joch (5) ungelenkig miteinander verbunden sind und mit ihrem anderen Ende (9) starr mit dem Maschinengestell (50) verbunden sind.

18. Kraftmeßvorrichtung (1) nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Meßfedern (6,7) ein Scherkraftaufnehmer (6') vorgesehen ist, dessen Verformung in einer parallel zu der vorbestimmten Richtung (3) liegenden Ebene auf einer seiner Außenflächen erfaßt und ausgewertet wird.