DE3336727C2

DE3336727C2 - Vorrichtung zur Linearkraftmessung

Info

Publication number: DE3336727C2
Application number: DE3336727A
Authority: DE
Inventors: Günter Ing.(grad.) 4000 Düsseldorf Hähne; Johannes 4830 Gütersloh Wulf
Original assignee: Erhardt and Leimer GmbH
Current assignee: Erhardt and Leimer GmbH
Priority date: 1983-10-08
Filing date: 1983-10-08
Publication date: 1985-09-12
Also published as: IT1176842B; IN163526B; US4581947A; IT8422883A1; IT8422883A0; DE3336727A1

Description

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Dehnung der Meßabschnitte zu bewirken. Quer zur nauso einfach herstellbar, wie der Außenring, in dem der

Längsrichtung der Meßabschnitte wirkende Kräfte ver- Meßring durch Verschrauben lagegesichert wird,

suchen die Meßabschnitte zu biegen, so daß an einer Dabei ist auch die Maßnahme gemäß Anspruch 7

Seite eine Druckspannung und an der gegenüberliegen- wichtig, da sich der Meßring mit seinem rotationssym-

den Seite eine Zugspannung auftritt, was jedoch zu kei- 5 metrischen Außenumfang nur auf den Auflagern abstüt-

ner ausreichend genauen und feinfühligen Wertermitt- zen kann und keine weitere Berührungsmöglichkeit mit

lung verwendbar ist Ferner ist der Aufwand zur Her- dem Außenring hat Jegliche derartige Berührung wür-

stellung des Meßringes und insbesondere der bogenför- de den von den Dehnungsmeßstreifen festgestellten

migen Schlitze sowie der axialen Ausnehmungen des Kraftwert verfälschen.

Meßringes unvertretbar hoch. 10 Ein weiterer, wichtiger Gesichtspunkt ist in Anspruch

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vor- 8 enthalten. Diese Abflachungen führen dazu, daß die

richtung der eingangs genannten Art zu schaffen, die Doppelbiegebalken als langgestreckte Stäbe mit zuein-

einfach und preiswert für verschiedene Anwendungs- ander parallelen Außenseiten vorliegen und daß zudem

zwecke, d. h. unterschiedlich hohe Kraftwerte, ausleg- eine saubere Auflage für die Dehnungsmeßstreifen vor-

bar ist, und bei der die wirksamen Kräfte besonders 15 liegt

exakt und auch Kraftwertveränderungen feinfühlig er- Wichtig ist auch die Ausgestaltung gemäß Anspruch

mittelbar sind. 9, da damit sichergestellt wird, daß sich bei einer Über-

Die gestellte Aufgabe wird durch die im kennzeich- beanspruchung zunächst der Schlitzendbereich schließt,

nenden Teil des Patentanspruchs 1 angegebenen Merk- ehe der weitere Schlitzendbereich geschlossen ist bzw.

male gelöst 20 daß sich der Schlitz über seine gesamte Länge gleichmä-

Bei dieser Ausbildung sind die Meßabschnitte Dop- Big schließt wenn eine übergroße Kraft auf den Meß-

pelbiegebalken, die die Eigenschaft haben, daß sich an ring ausgeübt wird.

beiden Enden und an derselben Außenseite annähernd Die Herstellung des Schlitzes ist dann vereinfacht

gleich große Spannungen aufbauen, da sich der Doppel- wenn eine Ausführungsform gemäß Anspruch 10 ge-

biegebalken zwischen seinen beiden als fest eingespannt 25 wählt wird.

zu bezeichnenden Enden verbiegt während er im Be- Da es wichtig ist, daß gerade im Bereich des Doppelreich der Enden unverbogen bleibt Die dort auftreten- biegebalkens der Schlitz sehr sauber ausgeformt ist, beden Spannungen lassen sich jedoch sehr feinfühlig und trifft die Ausführungsform von Anspruch 11 eine zweckexakt abgreifen. Auch kleine Kraftwertänderungen mäßige Ausgestaltung. Durch Drahterodieren läßt sich werden dank des günstigen Hebelarmes, mit dem der 30 ein sehr dünner und trotzdem form- und maßgenauer Doppelbiegebalken bei dieser Ausbildung verformt Schlitz erzeugen.

wird, exakt abgreifbar. Der Einfluß von Störgrößen, wie Damit die von den Dehnungsmeßstreifen ermittelten

Axialkräften, Vibrationen und dergleichen, auf die posi- Kraftwerte einfach nach außen übertragen werden kön-

tive Wirkung der Doppelbiegebalken ist minimal bzw. nen, ist auch das Merkmal von Anspruch 12 wichtig,

vernachlässigbar. Die Vorrichtung ist insbesondere zum 35 Schließlich ist auch die Ausführungsform gemäß An-

Messen des Zuges in einer Bahn geeignet, die über eine spruch 13 zweckmäßig, da hierbei die Vorrichtung in die

in der Vorrichtung gelagerte Walze läuft wobei die Lagerung der Welle einer Bahn-Umlenkwalze baulich

Vorrichtung so auf die Umschlingung der Bahn auszu- so eingegliedert ist daß die Lagerung von herkömmli-

richten ist, daß die Kraftrichtung annähernd senkrecht eher Größe sein kann. Für eine Typenreihe der Lage-

zur Richtung der Doppelbiegebalken liegt Der Herstel- 40 rung, die für unterschiedliche Meßbereiche und ir. un-

lung der Vorrichtung ist preiswert und einfach, wie auch terschiedlicher Größe ausgebildet sein kann, bleibt die

die Anbringung der Dehnungsmeßstreifen, da diese an Form und Größe der Doppelbiegebalken stets gleich,

gut zugänglichen Bereichen des Außenumfanges des Die Dehnungsmeßstreifen lassen sich immer in der glei-

Meßringes liegen. chen, symmetrischen Anordnung zur Meßringmitte an-

Besonders vorteilhaft ist auch die Ausgestaltung ge- 45 bringen und genau plazieren. Die Dehnungsmeßstreifen

maß Anspruch 2, da ein schlanker Doppelbalken seine können zweckmäßigerweise auf einer Folie in einem

Spannungszustände und seine Spannungsänderungen Vorproduktionsschritt angeordnet und dann auf die Au-

exakt und feinfühlig an die Dehnungsmeßstreifen über- ßenfläche des Doppelbiegebalkens aufgebracht werden,

mittelt. und zwar bereits vor dem Erodieren der Schlitze.

Eine symmetrische Meßwertermittlung und weitge- 50 Anhand der Zeichnung wird eine Ausführungsform hende Ausschaltung von Störfaktoren läßt sich bei einer der Vorrichtung im Detail erläutert.
Ausführungsform erreichen, wie sie aus Anspruch 3 her- Eine Vorrichtung 1 zur Linearkraftmessung besteht vorgeht. Jeder Doppelbiegebalken nimmt dabei die aus einem Meßring 2, der in einem Außenring 3 lagege-Hälfte der Kraft auf, welches Verhältnis auch bei Ände- sichert ist Der Außenring 3 kann beispielsweise in eirungen der Kraftrichtung beibehalten wird, da der Meß- 55 nem Lagerbock 6 befestigt sein, mit dem eine nicht darring in sich symmetrisch aufgebaut ist. gestellte Welle einer Bahnumlenkwalze gelagert ist. Ei-

Ein weiterer, zweckmäßiger Gesichtspunkt ist in An- ne Bahn 7 umschlingt die nicht dargestellte Walze und spruch 4 enthalten. Mit dieser Ausbildung wird die Befe- übt infolge des Bahnzuges auf den Meßring 2 eine Kraft stigung des Meßringes vereinfacht und auch sicherge- Fin Richtung eines Pfeiles aus, bei deren Kenntnis Aufstellt daß die Kraft ausschließlich über die Doppelbie- 60 Schluß über den Bahnzug gefunden werden kann,
gebalken und die damit verbundenen Abstützteile auf Der Außenring 3, der ein Gußteil sein kann, hat einen die radiale Abstützung des Meßringes übertragen wer- kreisförmigen Innenumfang 4, von dem an diametral den. gegenüberliegenden Stellen Auflager 5 radial nach un·

Zur Zuverlässigkeit der Vorrichtung trägt auch die ten vortreten.

Maßnahme bei, die in Anspruch 5 erläutert wird. Her- 65 Dc Meßring 2 weist eine Innenbohrung 8 auf, die zur

stellungstcchnisch ist weiterhin eine Ausführungsform Aufnahme, z. B. des Lagers, des Wellenendes dient. Der

besonders zweckmäßig, wie sie in Anspruch 6 erläutert mit 9 bezeichnete Außenumfang des Meßringes 2 ist

ist. Der auf einem Drehteil aufbauende Meßring ist ge- ebenfalls ringförmig und wird nur durch sehnenartige

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Abflachungen 10 unterbrochen. Im Meßring 2 sind in symmetrischer Anordnung zwei Schlitze 11, vorzugsweise durch Drahterodieren, herausgearbeitet, die axial durchgehen. Jeder Schlitz 11 besitzt einen annähernd tangential zur Meßringmitte 17 verlaufenden, geraden Endbereich 12, der annähernd senkrecht zur Richtung der Kraft F ausgerichtet und an seinen Enden 13, 14 bogenförmig in Richtung zur Meßringmitte 17 hin gekrümmt ist. Die Enden 13,14 erstrecken sich über höchstens 90°. An den Endbereich 12, bzw. dessen Ende 14 schließt sich ein weiterer Schlitzbereich 15 an, der mit einem offenen Ende 16 am Außenumfang 9 des Meßringes endet

Die bogenförmigen Enden 13,14 der Endbereiche 12 des Schlitzes 11 haben die. Aufgabe, die Enden eines Doppelbiegebalkens 18 exakt so zu bilden, daß im Zusammenspiel mit den Abflachungen 10 unter dem Einfluß der Kraft Fdie am stärksten verformten Abschnitte des Doppelbiegebalkens 18 entstehen, und zwar dadurch, daß der Querschnitt, mit dem der Meßring in jeden Doppelbiegebalken 18 und jeder Doppelbiegebalken 18 in einen anschließenden Abstützteil 23 übergeführt ist, schwächer ist als die benachbarten Querschnitte, ausgenommen der Querschnitt des Doppelbiegebalkens selbst.

Bei dieser Ausführungsform ist nur an dem unteren Doppelbiegebalken 18 an dessen Außenseite im Bereich seiner Enden jeweils ein Dehnungsmeßstreifen 19, 20 befestigt, der einer Dehnungsmeßstreifenanordnung, aus z. B. vier Dehnungsmeßstreifen, angehört, die miteinander in spannungsübertragender Verbindung stehen, z. B. in Form einer Vollbrücke. Derartige Dehnungsmeßstreifen 19,20 könnten auch an der Außenseite des diametral gegenüberliegenden und sich ebenfalls quer zur Richtung der Kraft F erstreckenden Doppelbiegebalkens 18 angeordnet sein.

An die Dehnungsmeßstreifen 19,20 sind Kabel angeschlossen, die durch einen Anschlußteil 21 nach außen geführt werden, welcher im Außenring 3 in einer Bohrung befestigt ist.

Die Dehnungsmeßstreifen 19, 20 liegen an der Außenseite des Doppelbiegebalkens 18 genau gegenüber zum mit 22 bezeichneten Übergang zwischen dem geraden Schlitzendbereich 12 und den bogenförmigen Enden 13, 14. Die Wirklänge des Doppelbiegebalkens 18 ist mit / angedeutet, während seine radiale Dicke mit d bezeichnet ist Die Wirklänge / beträgt ein Mehrfaches der Dicke d, so daß der Doppelbiegebalken 18 schlank ist und sich eben nach Art eines beidseitig eingespannten Doppelbiegebalkens verhält, sobald die Kraft F wirksam ist.

Die Abstützteile 23 des Meßringes 2 sind im Außenring auf den Auflagern 5 abgestützt und mit Befestigungsschrauben 24 verspannt, so daß sich der Meßring unter der Wirkung der Kraft nicht relativ zum Außenring 3 bewegen kann, ausgenommen die Beweglichkeit, die die Innenbohrung 8 dank der Schlitze 11 relativ zu den Abstützteilen 23 hat und welche Beweglichkeit dazu benutzt wird, die Doppelbiegebalken 18 zum Aktivieren der Dehnungsmeßstreifen 19,20 zu verformen.

Die Schlitzweite 51 der Endbereiche 12 ist geringer als die Schlitzweite 52 der Schlitzbereiche 15, wodurch sichergestellt wird, daß bei einer übergroßen Kraft F einer der beiden Schlitze vollständig geschlossen wird, ohne daß die Gefahr einer Beschädigung des Doppelbiegebalkens 18 bzw. einer Oberbeanspruchung der Dehnungsmeßstreifen 19,20 gegeben wäre.

Axiale Bohrungen 25 im Außenring dienen zum Befestigen von Abdeckplatten, so daß der Meßring und die Dehnungsmeßstreifen nach außen hin geschützt untergebracht sind. Eine radiale Bohrung 26 an dem Auslaß 21 diametral gegenüberliegenden Bereich des Außenringes 3 dient zum Einschrauben eines weiteren Auslasses, falls an dem anderen Dcppelbiegebalken 18 ebenfalls Dehnungsmeßstreifen befestigt werden. In einer weiteren Radialbohrung 27 sitzt ein Sicherungsstift 28, der in eine Sackbohrung 29 des Meßringes eingreift, und zwar mit einem Spiel 30, und der ebenfalls eine Sicherungsfunktion bei Überbeanspruchungen übernimmt sowie ggf. bei axialen Kräften am Meßring zur Wirkung kommt, um die Doppelbiegebalken 18 zu schützen.

Die bei dieser Ausbildung geschaffenen Doppelbiegebalken 18 haben die Eigenart, daß sie sich infolge ihrer großen Länge und schlanken Ausbildung zwischen ihren Enden unter der Einwirkung der Kraft FS-förmig verbiegen, während bei ihren Enden an der Außenseite eindeutig definierte und korrekt abgreifbare Spannungszustände auftreten, ohne daß in den Bereichen der Enden eine starke Verformung einzutreten braucht.

Der besondere Vorteil der Vorrichtung liegt auch darin, daß der Meßring sehr einfach und preiswert herstellbar ist und daß dank der symmetrischen Anordnung der Schlitze die Verformung der Doppelbiegebalken genau den theoretischen Gesetzmäßigkeiten folgt.

Abändernd zur gezeigten Ausführungsform ist es auch denkbar, die Schlitzbereiche 11 zur gleichen Seite des Meßringes 2 am Außenumfang enden zu lassen, so daß dann die Abstützteile 23 nicht einander diametral gegenüberliegen, sondern sich an einer Seite des Meßringes befinden. Dennoch erfüllt eine derart ausgebildete Vorrichtung die eingangs gestellten Anforderungen.

Hierzu 1 Biatt Zeichnungen

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Claims

1 > 2 haib der Abstützteile (23) verlaufenden Schlitzberei-Patentiaisprüche: chen(15). 10. Vorrichtung nach wenigstens einem 4er An-

1. Vorrichtung zur Linearkraftmessung, insbeson- spräche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß jeder dere zum Messen des Zuges in einer über eine in der 5 Schützendbereich (12) und jeder zum offenen Ende Vorrichtung gelagerte Walze laufenden Bahn, mit (16) führende Schlitzbereich (15) gerade verläuft einem Meßring, der in einer radialen Abstützung der 11. Vorrichtung nach wenigstens einem der Anradial wirksamen Kraft ausgesetzt ist und axial . spräche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der durchgehende herausgearbeitete Schlitze aufweist, Meßring (2) aus Metall, vorzugsweise Stahl, besteht die mit senkrecht zu der Kraft ausgerichteten gera- 10 und daß die Schlitze (11) durch Drahterodieren herden Endbereichen versehen sind, die durch die Kraft ausgearbeitet sind.

verformbare, bezüglich der Meßringmitte diametral 12. Vorrichtung nach wenigstens einem der Angegenüberliegende Meßabschnitte begrenzen, und spräche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß im

mit wenigstens einem an wenigstens einem Meßab- Außenring ein Ausgangsteil (21) für an die Deh-

schnitt angebrachten Dehnungsmeßstreifen, da- 15 nungsmeßstreifen (19,20) angeschlossene Kabel bedurch gekennzeichnet, daß jeder Meßab- festigt ist

schnitt als Doppelbiegebalken (18) ausgebildet ist, 13. Vorrichtung nach wenigstens einem der vorder senkrecht zur Wirkrichtung aer Kraft (F) liegt, hergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Endbereich (12) jedes Schlitzes (11) zur daß im Meßring (2) die Welle einer Bahn-Umlenk- Ausbildung der Enden jedes Doppelbiegebalkens 20 walze gelagert ist, und daß der Außenring mit dem (18) jeweils um höchstens 90° bogenförmig in Rieh- Meßring in einem stationären Lagerbock (6), vor- tung zur Meßringmitte (17) verlaufende Enden auf- zugsweise nach außen abgedeckt, untergebracht ist weist, und daß an jedem Ende wenigstens eines Doppelbiegebalkens (18) am Übergang (22) des geraden

Endbereiches (12) in den bogenförmigen Verlauf (13, 25

14) an der dem Endbereich (12) abgewandten Seite

des Doppelbiegebalkens (18) wenigstens ein Deh- Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung der im Ober-

nungsmeßstreifen (19,20) angebracht ist begriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn- Bei einer in einem Ver- oder Bearbeitungsprozeß lauzeichnet, daß die Wirklänge (I) des Doppelbiegebal- 30 fenden Bahn, z. B. einer Papier-, Kunststoff-, Textil-, Mekens (18) zwischen seinen Enden ein Mehrfaches der tall-, oder Verbundmaterial-Bahn, ist es wichtig, die radialen Dicke ^beträgt Bahnspannung zu überwachen und bei Erreichen einer

3. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 und 2, da- kritischen Bahnzugspannung dafür Sorge zu tragen, daß durch gekennzeichnet, daß jeder der sich in bezug diese Bahnzugspannung reduziert wird. Damit werden . auf die Meßringmitte (17) diametral gegenüberlie- 35 Schäden in der Bahn oder auch in der Verarbeitungsangenden Doppelbiegebalken (18) von nur einem End- lage vermieden bzw. wird einem Stillstand der Verarbeibereich (12) eines Schlitzes (11) begrenzbar ist, der tungsanlage infolge eines solchen Schadens vorgebeugt, an seinem anderen Ende (16) ir Umfangsrichtung Dazu kann ein sogenanntes Bahnzug-Meßgerät verdes Meßringes (2) zum Doppelbiegebalken (18) ver- wendet werden, das aus der Zugkraft ein Signal erzeugt, setzt am Außenumfang (9) des Meßringes (2) offen 40 mit dem z. D. eine Bremse oder ein Regelantrieb ansteuendet, und daß die offenen Schlitzenden (16) einan- erbar ist. Zu diesem Zweck wird bei der ELMESS-Bahnder diametral gegenüberliegen. zug-Meßvorrichtung (vgl. Prospekt Elmess Bahnzug-

4. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 3, da- Meßgeräte PD 01-4 D 82 der Fa. Erhardt + Leimer, durch gekennzeichnet, daß zwei ausschließlich über 8900 Augsburg), wenigstens ein Lagerbock der Welle die Doppelbiegebalken (18) mit dem Meßring (2) 45 einer Bahnumlenkwalze auf einer Meßdose begrenzt verbundene Abstützteile (23) vorgesehen sind, mit beweglich abgestützt, die die auf den Lagerbock ausgedenen der Meßring (2) in der Abstützung (3) festge- übte Kraft ermittelt. Ungünstig ist dabei der Platzbedarf ^legt '^st· für diese Art der Lagerung des Lagerbocks. Der gravie-

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekenn- rende Nachteil dieser bekannten Vorrichtung liegt jezeichnet, daß jeder Abstützteil (23) durch den Schlitz 50 doch darin, daß der tatsächliche Bahnzug nicht mit aus-(11) vom Meßring (2) getrennt ist. reichender Genauigkeit und in seinen Schwankungen

6. Vorrichtung nach wenigstens einem der An- feinfühlig genug ermittelt werden kann.

Sprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Aus der DE-OS 24 09 372 ist eine Vorrichtung zur

Meßring (2) ein Drehteil ist und daß die Abstützung Linearkraftmessung der eingangs genannten Art be-

(3) ein Außenring ist, den der Meßring (2) ausschließ- 55 kannt, bei der die Meßabschnitte im Meßring durch

lieh mit den Abstützteilen (23) berührt, die im Au- zwei halbkreisförmige Schlitze mit gestreckten Endbe-

ßenring (3) befestigt, vorzugsweise verschraubt, sind. reichen begrenzt werden, wobei sich die Endbereiche in

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekenn- Umfangsrichtung überlappen. Die Meßabschnitte sind zeichnet, daß der Außenring nach innen vorsprin- verhältnismäßig kurz und sehr gedrungen und haben gende Auflager (5) für die Abstützteile (23) besitzt. 60 quaderförmige Gestalt. Damit sich bei dieser Ausbil-

8. Vorrichtung nach wenigstens einem der An- dung in den Meßabschnitten unter der Einwirkung der spräche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Kraft eine abgreifbare Verformung erzielen läßt, ist es Meßring (2) im Bereich der Außenseiten der Dop- erforderlich, daß der Meßring in axialer Richtung von pelbiegebalken (18) sehnenartig abgeflacht (10) ist. seinen Stirnseiten ausgehende Ausnehmungen aufweist,

9. Vorrichtung nach wenigstens einem der An- 65 so daß der Meßring im Bereich der Meßabschnitte ausspräche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die reichend geschwächt ist. Kräfte, die eine Zug- oder Schlitzweite (Sl) in den Schlitzendbereichen (12) Druckbelastung für die Meßabschnitte erzeugen, müsgeringer ist, als die Schlitzweite (S2) in den unter- sen außerordentlich groß sein, um eine ausreichende