DE202009000494U1

DE202009000494U1 - Vorrichtung zur Messung der Zugkraft bzw. Zugspannung einer laufenden Materialbahn

Info

Publication number: DE202009000494U1
Application number: DE200920000494
Authority: DE
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2009-01-16
Filing date: 2009-01-16
Publication date: 2009-04-23
Anticipated expiration: 2019-01-17

Abstract

Vorrichtung zur Messung der Zugkraft bzw. Zugspannung einer laufenden Materialbahn, bestehend aus einer von der Materialbahn über einen Winkel von etwa 20 bis 180° umschlungenen, beispielsweise walzenartigen Rolle, die an beiden Enden über jeweils eine aus einem Lager und ein Lagergehäuse bestehende Lagerung geführt ist und aus einer der Lagerung zugeordneten Messeinrichtung, dadurch gekennzeichnet, dass die Messeinrichtung aus einem kragarmartig und freitragend im Lagergehäuse (2) gehaltenen, das Lager (7) aufnehmenden Biegeelement (5) und einem auf die Winkelhalbierende des Umschlingungswinkels der Materialbahn ausrichtbaren und an dem Biegeelement (5) anlegbaren Messtaster (10) gebildet ist.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Messung der Zugkraft bzw. Zugspannung einer laufenden Materialbahn, bestehend aus einer von der Materialbahn über einen Winkel von etwa 20 bis 180° umschlungenen, beispielsweise walzenartigen Rolle, die an beiden Enden über jeweils eine aus einem Lager und ein Lagergehäuse bestehende Lagerung geführt ist und aus einer der Lagerung zugeordneten Messeinrichtung.
Während der Bearbeitung oder Behandlung von Materialbahnen aus Textilien, Papieren, Kunststoffen, Metallen in Form von Folien sowie von Drähten, Kabeln, Seilen oder dergleichen ist es aus Prozess- und/oder materialabhängigen Gründen erforderlich, dass die Materialbahn mit einer genau vorgegebenen Zugspannung über die Rollen bzw. Walzen transportiert wird, damit nicht nur eine optimale Bearbeitung oder Behandlung der Materialbahn erreicht wird, sondern auch ein störungsfreies Aufwickeln derselben möglich ist. Um dies sicher zu stellen, ist es erforderlich, die vorhandene Zugkraft bzw. Zugspannung der Materialbahn zu messen und gegebenenfalls nachzuregulieren. Für die vorerwähnte Messung der Zugkraft bzw. Zugspannung wird eine Messeinrichtung verwendet, die an beiden Lagerungen einer meist walzenartigen Rolle angebracht wird, wobei die Rolle immer um etwa 20° bis 180° von der Materialbahn umschlungen sein muss, da nur dann die für die Messung der Zugkraft bzw. Zugspannung benötigten Kräfte auftreten und messbar sind. Eine solche Messeinrichtung ist in den Lagerstellen integriert und besteht vorwiegend aus Dehnungsmessstreifen, die zu einer Messbrücke zusammengefasst und meist als Wheatstone'sche Vollmessbrücke geschaltet sind. Bei derartigen Messeinrichtungen wird es als nachteilig angesehen, dass dieselben verhältnismäßig aufwendig sind und jeweils den Umgebungsbedingungen entsprechend in aufwendiger Weise kalibriert bzw. kompensiert und vergossen werden müssen. Da bei einer solchen Messeinrichtung nur die auf die Lager wirkende Gesamtkraft erfasst werden kann, muss die aus dem Gewicht der Rolle resultierende Kraft herausgerechnet werden.
Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Messung der Zugkraft bzw. Zugspannung einer laufenden Materialbahn zu schaffen, die einen einfachen und kostengünstigen Aufbau besitzt, von den Umgebungsbedingungen absolut unabhängig ist und bei der das Gewicht der Rolle nicht berücksichtigt werden muss.
Zur Lösung dieser Aufgabe wird gemäß der Erfindung bei einer Vorrichtung der eingangs beschriebenen Gattung vorgeschlagen, dass die Messeinrichtung aus einem kragarmartig und freitragend im Lagergehäuse gehaltenen, das Lager aufnehmenden Biegeelement und einem auf die Winkelhalbierende des Umschlingungswinkels der Materialbahn ausrichtbaren und an dem Biegeelement anlegbaren Messtaster gebildet ist.
Durch eine derartige Ausgestaltung einer Vorrichtung zur Messung der Zugkraft bzw. Zugspannung einer laufenden Materialbahn kann in einfacher und sicherer Weise die Durchbiegung des Biegeelementes – als Maß für die Zugspannung der Materialbahn – ermittelt werden, wobei es lediglich erforderlich ist, die Messeinrichtung auf die Winkelhalbierende des Umschlingungswinkel der laufenden Materialbahn auszurichten.
Nach einer einfachen Kalibrierung (Auf-Null-Stellung) der Messeinrichtung bei unbelasteter Rolle kann die Zugkraft bzw. Zugspannung der laufenden Materialbahn direkt, da ausgerichtet auf die Winkelhalbierende des Umschlingungswinkel, also ohne dass das Gewicht der Umlenkrolle berücksichtigt werden muss, erfasst und zur Regelung bzw. Steuerung der Anlage verwendet werden.
Weitere Merkmale der Erfindung sind in den Ansprüchen 2 bis 11 offenbart.
Die Erfindung sowie weitere Vorteile derselben werden nachfolgend anhand eines in einer Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert.
In dieser Zeichnung ist nur die Lagerung eines Endes einer beispielsweise walzenartig ausgebildeten Rolle 1 im Schnitt zu sehen, in der eine Vorrichtung zur Messung der Zugkraft einer laufenden, allerdings nicht gezeichneten Materialbahn dargestellt ist. Diese Vorrichtung besteht zunächst aus einem Lagerbock 2, der von einem nur angedeuteten Gestell 3 getragen wird. In diesem Lagerbock 2 ist im gezeichneten Ausführungsbeispiel eine durchbohrte Buchse 4 eingesetzt, die an ihrem der Rolle 1 zugewandten Ende mit einem aus dem Lagerbock 2 herausragenden Flansch 4a versehen ist, der zur Rolle 1 hin ein Ausnehmung 4c aufweist. Ferner besitzt die Buchse 4 auf dem der Rolle 1 zugewandten Ende eine erweiterte Bohrung 4b.
In der Buchse 4 befindet sich ein als verhältnismäßig dünnwandiges, vorteilhaft aus hochwertigem Stahl z. B. aus Federstahl gefertigtes und in diesem Beispiel als Rohr ausgebildetes Biegeelement 5, welches in vorteilhafter Weise fest in der Buchse 4 eingepresst ist. Dieses Biegeelement 5 ragt um ein vorgegebenes Maß in Richtung auf die Rolle 1 aus der Buchse 4 heraus und ist auf diesem herausragenden Ende mit einer Buchse 6 fest verbunden, die an ihrem über das Biegeelement 5 hinausragenden Ende verschlossen ist und somit eine das rohrförmige Biegeelement 5 verschließende Kappe bildet. Diese Buchse 6 nimmt ein Wälzlager 7 auf, welches seinerseits die Rolle 1 trägt. Die Buchse 6 ragt auf der dem Wälzlager 7 abgewandten Seite in die Ausnehmung 4c des Flansches 4a hinein.
Die Ausnehmung 4c des Flansches 4a kann so bemessen werden, dass die teilweise in die Ausnehmung 4c hineinragende Buchse 6 sich radial nur um ein vorgebbares Maß bewegen lässt oder über Stellschrauben 4d in ihrer radialen Bewegung begrenzt ist. Diese radiale Wegbegrenzung dient zum Schutz des Biegeelements 5 gegen Überlastung. Dem Flansch 4a kann Bedarfsweise eine Lippendichtung 8 zugeordnet werden, die den axialen Spalt 8a zwischen der Buchse 6 und der Buchse 4 sowie auch das Wälzlager 7 vor dem Eindringen grober Schmutzpartikel schützt.
In das rohrförmige Biegeelement 5 ist von außen ein Messdorn 9 drehbar eingesteckt, dessen Einstecktiefe durch einen außen an der Buchse 4 anliegenden Flansch 9a begrenzt ist. Dieser Flansch 9a ist mit einer im Querschnitt etwa V-förmigen Kerbe 9b versehen, auf deren Bedeutung weiter unten noch eingegangen wird. Dieser Messdorn 9 ist zur Schaffung eines Freiraums in seinem einerseits der erweiterten Bohrung 4b der Buchse 4 und andererseits der Buchse 6 befindlichen Bereich kleiner als die Bohrung des Biegeelements ausgeführt, so dass eine Abstufung 9c entsteht.
Der Messdorn 9 trägt im Bereich der Buchse 6 einen Messtaster 10, der mit einem kugelförmigen Tastelement 10a an der Innenwandung des rohrförmigen Biegeelementes 5 anliegt. Von dem Tastelement 10a ist ein nicht eingezeichnetes Versorgungs- und Signalkabel über einen Kanal 9d des Messdornes 9 dichtend nach außen geführt. Der Messtaster 10 ist in vorteilhafter Weise als induktiver Einbaumesstaster 10a ausgebildet. Über das kugelförmige Tastelement 10a des Messdornes 9 kann nun die Durchbiegung des Biegeelementes 5 durch die zugkraft bzw. Zugspannung des über die walzenartige Rolle 1 laufenden Materialbandes gegenüber dem über das Biegeelement 5 ortsfest in der Buchse 4 angeordneten Messdorn 9 äußerst genau abgetastet und damit messtechnisch erfasst werden.
Bei dem Einsetzen des Messdornes 9 in das Biegeelement 5 ist es lediglich erforderlich, dass dasselbe mit seiner Kerbe 9b, die fluchtend zu dem Tastelement 10a des Messdornes 9 verläuft, genau auf die Winkelhalbierende des Umschlingungswinkels der Materialbahn, der etwa zwischen 20° und 180° betragen kann, ausgerichtet bzw. gedreht und festgestellt ist. Diese Ausrichtung kann in einfacher Weise und in kürzester Zeit über ein an sich bekanntes Winkelmessgerät (elektronisches Neigungsmessgerät) erfolgen. Danach ist lediglich nur noch eine Kalibrierung (Auf-Null-Stellung) der Messeinrichtung bei unbelasteter Rolle erforderlich, um die Zugkraft als Quotient aus der über die Messtaster 10 gemessenen Kraft dividiert durch den Kosinus des halben Umschlingungswinkel direkt anzeigen oder als Sollwert (Regelgröße) in die Steuerung der Anlage einzugeben.
Das Ausrichten des Messtasters 10 und damit des Tastelementes 10a auf die Winkelhalbierende des Umschlingungswinkels der Materialbahn kann entweder durch Drehen des Messdornes 9 in dem rohrartigen Biegeelement 5, durch Drehen des rohrartigen Biegeelementes 5 zusammen mit dem Messdorn 9 in der Buchse 4 oder auch durch Drehen der Buchse 4 im Lagerbock 2 erfolgen. Im letzteren Fall wird das Biegeelement 5 und der Messdorn 9 mitgedreht.
Diese aus Biegeelement 5 und Messtaster 10 bestehende eigentliche Messeinrichtung ist von auftretenden Temperaturschwankungen weitgehend unabhängig, da alle mit dem Biegeelement 5 in Verbindung stehenden Teile im Betriebszustand nahezu die gleiche Temperatur annehmen, den gleichen Ausdehnungskoeffizienten haben und nur die Differenz der Durchbiegung als Merkmal messtechnisch erfasst wird.
Auch bei einem Einsatz unter Wasser ergeben sich daher keinerlei Beeinträchtigungen der Funktion der Messeinrichtung, da das Biegeelement 5, in dem sich der Messtaster 10 befindet, zur Rolle 1 hin durch die Buchse 6 und gegenüberliegend durch den Messdorn 9 selbst hermetisch verschlossen ist. Das Biegeelement 5 ist so dimensioniert, dass dessen Durchbiegung im Bereich des Tastelementes 10a des Messdornes 9 bei normaler Belastung über die von der über die Umlenkrolle 1 laufende Materialbahn nur im Bereich von 1 bis etwa 100 μm liegt. Beim Anstieg der Belastung über den Messbereich hinaus, stützt sich die Buchse 6, wie bereits erwähnt, in der Ausnehmung 4c des Flansches 4a der Buchse 4 direkt oder über die Stellschrauben 4d ab.

1: Rolle
2: Lagergehäuse
3: Gestell
4: Buchse
4a: Flansch
4b: erweiterte Bohrung
4c: Ausnehmung
4d: Stellschrauben
5: Biegeelement
6: Buchse
7: Wälzlager, Lager
8: Lippendichtung
8a: Spalt
9: Messdorn
9a: Flansch, Einstellflansch
9b: Kerbe
9c: Abstufung
9d: Kanal
10: Messtaster
10a: Tastelement

Claims

Vorrichtung zur Messung der Zugkraft bzw. Zugspannung einer laufenden Materialbahn, bestehend aus einer von der Materialbahn über einen Winkel von etwa 20 bis 180° umschlungenen, beispielsweise walzenartigen Rolle, die an beiden Enden über jeweils eine aus einem Lager und ein Lagergehäuse bestehende Lagerung geführt ist und aus einer der Lagerung zugeordneten Messeinrichtung, dadurch gekennzeichnet, dass die Messeinrichtung aus einem kragarmartig und freitragend im Lagergehäuse (2) gehaltenen, das Lager (7) aufnehmenden Biegeelement (5) und einem auf die Winkelhalbierende des Umschlingungswinkels der Materialbahn ausrichtbaren und an dem Biegeelement (5) anlegbaren Messtaster (10) gebildet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Biegeelement (5) rohrartig ausgebildet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Biegeelement (5) über eine Buchse (4) im Lagergehäuse (2) gehalten ist.
Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Messtaster (10) über das Biegeelement (5) auf die Winkelhalbierende des Umschlingungswinkels der Materialbahn ausrichtbar ist.
Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Messtaster (10) über die Buchse (4) auf die Winkelhalbierende des Umschlingungswinkels der Materialbahn ausrichtbar ist.
Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Biegeelement (5) an seinem aus dem Lagergehäuse (2) herausragenden Ende mit einer Buchse (6) für das Lager (7) versehen ist.
Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Buchse (6) als Abschlusskappe ausgebildet ist.
Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Messtaster (10) auf einem dreh- und feststellbar in das Lagergehäuse (2) bzw. in die Buchse (4) desselben und/oder im Biegeelement (5) einsteckbaren Messdorn (9) angeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Messdorn (9) mit einem an der Stirnseite des Lagergehäuses (2) bzw. der Buchse (4) desselben anliegenden Einstellflansch (9a) versehen ist.
Vorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Messdorn (9) mit Abstand von dem Einstellflansch (9a) eine Abstufung (9c) aufweist.
Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Messtaster (10) als induktiver Einbaumesstaster ausgebildet ist.