WO2011120753A2 - Bahn- oder streifenzugmessvorrichtung, verwendung einer derartigen bahn- oder streifenzugmessvorrichtung und verfahren zur ermittlung des bahnzuges - Google Patents

Bahn- oder streifenzugmessvorrichtung, verwendung einer derartigen bahn- oder streifenzugmessvorrichtung und verfahren zur ermittlung des bahnzuges Download PDF

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WO2011120753A2
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force
strip tension
tension measuring
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Ansgar MÜLLER
Peter Kahl
Martin Müller
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Voith Patent Gmbh
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    • G01L1/22—Measuring force or stress, in general by measuring variations in ohmic resistance of solid materials or of electrically-conductive fluids; by making use of electrokinetic cells, i.e. liquid-containing cells wherein an electrical potential is produced or varied upon the application of stress using resistance strain gauges
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    • B65H2553/80—Arangement of the sensing means
    • B65H2553/82—Arangement of the sensing means with regard to the direction of transport of the handled material

Definitions

  • Web or strip gauge use of such web or strip gauge, and method of determining web tension
  • the invention relates to a web or StConsequentlyzugmessvomchtung and the
  • Such a web or strip measuring device comprising a force transducer arrangement with at least two mutually spaced force-absorbing components, which are coupled to each other via at least two webs and a central web, and at least one arranged on the central web measuring device.
  • the invention further relates to a method for determining the web tension of a web or strip.
  • a finite or infinite planar structure is understood, whose extent in the longitudinal and transverse directions is substantially greater than in the height direction.
  • These include material webs, in particular in the form of plastic webs or fibrous webs,
  • Such webs are also functional webs, in particular for the transport and / or the support of media and / or goods understood.
  • Functional tracks can be clothing.
  • Fabrics are endlessly circulating belts or loops of belts which are guided over at least two, preferably a plurality of rollers or deflection rollers and the guidance and support of these with a predefined distance
  • Coverings can be present in machines for the production of fibrous webs as a sieve belt, dryer fabric belt, felt belt. Strips describe partial paths, which are disproportionately low
  • Extension in the transverse direction relative to the extension in the longitudinal direction are characterized.
  • This measuring principle is used in a modified form as an integrated measuring method in a felt tensioner of a press section.
  • the measurement is carried out on a basement felt not as a pressure, but as Switzerlandtown, but this is only possible by means of a bias by disc springs, since the used
  • Load cell can only measure pressure forces.
  • a major disadvantage of such embodiments is the use of the rotary joint and in the
  • the swivel is characterized by a high susceptibility to
  • Torque arms and spring units known. Such designs are relatively complex and the individual spring units must be for each
  • a large number of indefinite measuring systems is also known.
  • a force measuring device for measuring transverse forces with a pair in the direction of force mutually displaceable force-absorbing components is previously known, between which a measuring device with at least one pair arranged on both sides of the measuring device, connecting webs forming membranes is arranged.
  • the membranes are arranged and designed such that they are able to yield slightly in the direction of the transverse force.
  • the measuring device is arranged between the membranes and firmly connected to the force-absorbing components.
  • the measuring device includes
  • Measuring device further comprises two windings, one of which generates a magnetic flux in the measuring device and the other the
  • the document EP 05 01 351 B1 discloses an embodiment of two yokes which likewise form webs via webs and a measuring device in the middle region.
  • Such devices are characterized by high elasticity and low rigidity in the region of the measuring point, since the membranes are only suitable to absorb tensile forces under load. Furthermore, the increased elasticity also causes the detection of forces in the longitudinal direction, which inter alia by the
  • Attachment of the force-absorbing components with the connection elements are conditional. These are to be eliminated by additional measures.
  • the invention is based on the object, an external measurement of a
  • the solution according to the invention is intended by a low design and manufacturing effort
  • a web or strip tension measuring device comprising a force transducer arrangement with at least two spaced from each other
  • the force-receiving components which are coupled to each other via at least two webs and a central web, and arranged on the central web measuring device, characterized in that the webs are designed such that they are adapted to receive and transmit compressive forces and the measuring device comprises at least one sensor which is arranged and aligned on the central web such that in the installation position of the web or
  • thin-film sensors are used in a particularly advantageous embodiment.
  • sensors are known in a known manner sensors whose production is carried out in the thin-film process. These comprise a support on which different layers for resistors and compensators are applied, in particular pressure-sensitive
  • Resistive layers magnetoresistive layers, piezoelectric layers and the like. These are applied to the carrier by means of thin-film methods, for example by vapor deposition or sputtering, and can optionally be combined with appropriate amplifier electronics and / or display devices to form a structural unit.
  • the solution according to the invention makes it possible to ensure an external measuring point with high rigidity and without biasing within the entire measuring system. Due to its good temperature behavior and high long-term stability, thin-film sensors are characterized by high availability. Another advantage is the small footprint with a large possible measurement range, so that the train or
  • Strip measuring device can be constructed relatively compact overall.
  • force-absorbing components preferably arranged parallel to each other.
  • the individual webs are preferably, but not necessarily so
  • the force transducer assembly is symmetrical with respect to three planes and the planes of symmetry are characterized by the axes laid on the central web.
  • the sensor in particular thin-film sensor is advantageously arranged at the intersection of the planes of symmetry on or in the central web. As a result, the arrangement is moved to an area where the occurring shearing loads have the most impact, so that a particularly sensitive measurement is possible.
  • the force-absorbing components are arranged at an angle to each other and the webs extend with respect to at least one force-absorbing component at an angle to this.
  • This embodiment can be used in a particularly advantageous manner in mountingotuations, which is characterized by the angular arrangement between the bearing assembly and reference plane, in particular frame.
  • the measuring plane of the thin-film sensor is in a refinement preferably at an angle in the range of 30 to 60 degrees, particularly preferably 45 degrees to a plane which is writable by an axis in the longitudinal direction of the force transducer assembly and an axis perpendicular to this.
  • the force transducer assembly perpendicular to the longitudinal direction rigid measuring arrangement, can be formed in a first embodiment as an integral component. This can for example consist of a
  • Cast parts wherein the webs are produced in a first variant by the shaping of the primary molding, in particular casting.
  • This embodiment is particularly advantageous since manufacturing technology can be realized in a single operation in a simple and time-saving manner.
  • the webs and the force-absorbing components are formed from a semifinished product by cutting, in particular milling, etc.
  • the first embodiment is particularly suitable for small measuring points, under which the arrangement region of the web or strip tension measuring device is understood.
  • At least one of the force-absorbing components and the individual webs and / or the central web are designed as separate components, which are non-positively, positively or materially connected. This allows the individual components of the
  • Force transducer assembly are made simple and resource-friendly and the force transducer assembly can be produced in the required manner by joining with high variety of variants.
  • Connection environment directed side in the longitudinal direction of
  • Force transducer arrangement considers an over the arrangement region of the central web in the longitudinal and transverse directions on both sides extending, preferably up to the webs to the adjacent webs extending exemption.
  • This exemption can be understood in integral training with the load cell assembly as a recess or local material removal.
  • the release can also be formed by means of separate elements, such as plates or pads, which are arranged between the force-absorbing components and the connection elements. The release thus formed is designed such that the characterized by this region of the force-absorbing components is suitable, in installation position free of contact with the
  • the coupling of the measuring device to the central web can be realized in various ways.
  • the central web comprises a receptacle for the measuring device and the measuring device is connected to the central web via a press fit.
  • the measuring device then comprises a press-fit sensor which can be pre-produced in large quantities as a standardized component and which can be easily assembled and replaced as required.
  • the measuring device is connected cohesively to the central web. This design is particularly easy to implement in terms of assembly.
  • web-guiding component acting tensile force is determined as a function of this.
  • Measuring device is used to determine the tensile force occurring on the web used.
  • St.zugmessvomchtung and the inventive method can both for determining the web tension of a web or web of material strip, in particular a paper board or tissue web directly as well as formed by a fabric web in the form of a wire belt, felt or
  • FIGS. 1 a and 1 b show a web or web according to the invention
  • Figure 1 c shows in a detail the arrangement of the measuring plane
  • FIG. 2 a shows an arrangement of the web or web according to the invention
  • Figure 2b illustrates the introduction of force at the force transducer assembly
  • FIG. 3a shows an embodiment of a force transducer assembly with release
  • FIG. 3b shows a detail X according to FIG. 3a:
  • Figure 3c shows the introduction of force line to the load cell assembly in execution with exemption;
  • Figures 4a and 4b illustrate arrangement positions of the web or
  • Figure 4c shows an alternative to Figure 4b training the train or
  • FIGS. 5a to 5c show different embodiments of the invention
  • FIG. 6 shows, on the basis of a signal flow diagram, a method for determining the
  • FIG. 1 illustrates, in a schematized and highly simplified representation, the basic structure of an inventive web or web
  • the web or strip measuring device 1 comprises a force transducer arrangement 2 and at least one measuring device 3 arranged thereon.
  • the force transducer arrangement 2 comprises two force-absorbing components 4 and 5 which are arranged parallel to one another and which
  • One of the force-absorbing components 4 or 5 is assigned in the functional position of a force-introducing device and the other of the force-absorbing components 5 or 4 of a force-absorbing base. Shown is the web or strip measuring device 1 in a position as this corresponds to an idealized installation position. To clarify the individual directions is a coordinate system to the railway or
  • St.zugmessvorraum 1 is applied, wherein the X-direction corresponds to the longitudinal direction of the Kraftaufrichan Aunt 2, in which when a web tension is a component of the force acting on the web or the strip tensile force is aligned.
  • the Y-direction describes the extent in the transverse direction to the longitudinal direction and in the installed position, the transverse direction to the acting tensile force.
  • the Z direction describes the height direction.
  • the load cell assembly 2 is constructed and configured to be movable with respect to that through the
  • Coordinate system writable levels ie the XY, YZ and XZ plane is formed symmetrically, wherein the coordinate system is placed in the intersection of these planes of symmetry.
  • the two force-absorbing components 4 and 5 are arranged spaced apart in the Z direction.
  • the force-absorbing components 4 and 5 are in the region of their longitudinal end portions 20.1, 21 .1 and 20.2, 21 .2 over at least two webs 6 and 7, in the illustrated case in a particularly advantageous embodiment via a pair of webs in the longitudinal direction to each other
  • the webs 6, 7, 8, 9 are executed in a particularly advantageous embodiment perpendicular to the force-absorbing components 4, 5 and suitable to transmit compressive forces. In the area of the intersection of the symmetry planes of the
  • a further web in the form of a central web 10 between the two force-absorbing components 4, 5 is provided, which receives the measuring device 3.
  • the individual webs 6, 7, 8, 9, 10 are arranged and designed such that the symmetry of the force transducer 2 is ensured with respect to the individual said symmetry planes.
  • the individual web 6, 7, 8, 9, 10 can in each case be made in one piece, that is, in an integral construction with one or both force-absorbing components 4 and 5. In an alternative embodiment, this can also be releasably or permanently connected to the force-absorbing components 4, 5.
  • the measuring device 3 receiving central web 10 is in the longitudinal direction of
  • the measuring device 3 is arranged and designed such that it is suitable only
  • the measuring plane 22 is designed and arranged inclined at an angle, preferably at an angle of 45 degrees to the XY plane. This is illustrated by a detail from FIG. 1 a in FIG. 1 c. Visible are the different measuring planes 22 ' and 22, the angle ⁇ ' 22 and 722 is aligned with the sensor plane of the sensor and the reference planes.
  • the measuring device 3 is designed in the form of a measuring body, which is received in a receptacle 1 1 in the central web 10, which is formed by a cylindrical bore, and connected to the central web 10.
  • the connection is preferably made by traction, in particular by pressing or material bond, in particular welding or gluing.
  • the measuring device 3 comprises at least one thin-film sensor 12. This can be designed as a standardized prefabricated component.
  • the thin film sensor 12 comprises at least one carrier 13 on which the most different layers for resistors and compensators are applied. These are atomically interconnected. With regard to the execution of such thin-film sensors, there are a large number of possibilities. In this regard will be on known
  • Tecsis GmbH Operating Instructions: "F9393 / F93C3 - Press-Fit Sensor with Integrated Amplifier", 2007 are examples.
  • the Wheatstone bridge works here as a transmitter with by the
  • the measuring device 3 in this case comprises a total of a cylindrical outer contour 14.
  • the receptacle 1 1 is designed such that it forms a press connection with the measuring device 3 when trained as Einpresssensor. When a tensile force occurs, the load cell assembly 2 becomes a
  • Thin film sensor 12 also deformed.
  • the size of the ovalization describes at least indirectly the shear stress on the
  • Stsammlungzugmessvorraum 1 is initiated. This variable, which is usually directly describing the deformation, is converted into a voltage signal. The greater the force component in the longitudinal direction of the web or
  • the tensile force can be calculated in a simple manner.
  • the tensile stress of the web or of the strip can be determined due to the known functional relationships between these sizes.
  • FIG. 1 b illustrates the web or strip measuring device 1 in a view onto the YZ plane.
  • FIG. 2a illustrates an arrangement of the web or strip tension measuring device 1 according to the invention in its assignment to a web-guiding one Component.
  • This is an example of a deflection roller or roller 15, which is mounted in a bearing assembly 16 on a frame 17.
  • Guide roller 15 serves to guide a web in the form of a covering 23.
  • the arrangement of the web tension measuring device 1 is carried out below the bearing assembly 16, wherein the arrangement can be made directly or via other transmitting components.
  • the bearing assembly 16 acts as a force-introducing device.
  • the web or strip measuring device 1 can be arranged in the measuring environment such that no pure tensile and compressive forces are measured.
  • the force-absorbing member 4 of the force transducer assembly 2 is at least indirectly coupled to the bearing assembly 16 in the form of the pillow block, while the force-absorbing member 5 on the frame 17 as the
  • the shear stress triggering force acting on the force-absorbing member 4 in the longitudinal direction is shown by arrow and designated F L.
  • Covering 23 is designated F Zr es.
  • the force transducer assembly 2 is arranged such that its longitudinal direction at least with a directional component with the longitudinal direction of the machine for guiding the fabric 23rd
  • Material web, in particular fibrous web corresponds to this direction of
  • FIG. 2b illustrates the power flow due to the weight force acting through the deflecting roller 15 via the force transducer arrangement 2.
  • a uniform pressure load Fp can be seen here over the entire length
  • the weight force acts perpendicular to the force-absorbing component 4. This is realized in particular by the surface contact of the force-introducing device directed side 4.1 of the force-absorbing component 4 with the pillow block.
  • the support of the bearing assembly 16 via almost, preferably the entire surface formed by the page 4.1 of the force-absorbing component 4.
  • the introduction of the compressive force Fp to the force-absorbing base in the form of the frame 17 is uniform over the entire contact area.
  • the measuring device 3 is acted upon by this pressure force, so that the measurement result can be falsified. Therefore, according to a particularly advantageous
  • an exemption 18, 19 is provided, which allows the force-absorbing component 4 on the side 4.1 in the region of the arrangement of the central web 10 and thus the
  • Measuring device 3 free from direct contact with the force-introducing
  • Measuring device 3 is free from the influence of these compressive forces Fp1 .1, Fp1 .2.
  • Exemptions 18, 19 extend in the longitudinal direction preferably up to the force-transmitting and the central web 10 adjacent webs 8, 9 and in Transverse direction preferably completely over the surface formed by the respective side 4.1, 5.1.
  • the pressure forces Fp1 .1, Fp1 .2 are indicated by arrows. These are introduced into the force-absorbing component 4 and forwarded via the webs 6, 7, 8, 9 to the force-absorbing component 5 and from this in the force-absorbing base on the remaining in the web areas
  • FIG. 3c clarifies the flow of force, which is now recognizable only via the webs 6, 7, 8 and 9. Preferably, this extends the
  • the individual exemption 18, 19 is characterized by a localized removal of material from the surface of page 4.1 or 5.1. This can be designed as a recess.
  • the size of this release 18, 19 is viewed in the Z direction in the range of 0.1 to 10 mm, preferably in the range of 0.5 to 2 mm.
  • Figure 3b illustrates in a detail X in a section of the
  • FIG. 4a shows an arrangement of a web or web according to the invention
  • FIG. 4b illustrates this installation situation with tilted force transducer arrangement 2.
  • FIG. 4c shows an alternative embodiment of a
  • Terminal level is maintained on a frame by the force-absorbing components 4, 5 are arranged at an angle to each other and the webs 6, 7, 8, 9 are aligned at an angle relative to this.
  • FIGS. 5a to 5c illustrate exemplary embodiments of the web tension measuring device 1 for measuring ranges of different sizes.
  • the figure 5a exemplifies an embodiment as they are for small
  • Measuring ranges can be used. In this case, the
  • Figure 5b illustrates an embodiment in which the individual components of the Kraftaufrichan Aunt 2, in particular the force-absorbing components 4 and 5 and the webs 6 to 10 are preferably formed of separate components, which are coupled to each other via connections with the respective force-absorbing components.
  • the connection between the individual webs 6 to 10 and the force-absorbing components 4, 5 preferably takes place cohesively, in particular by welding.
  • FIG. 5 c shows an asymmetrical embodiment of a
  • the execution of the measuring device 3 receiving central web 10 in shape is in terms of its length, that is extension in the longitudinal direction of the web or strip tension measuring device and / or width, that is transverse to adapt to this so that the maximum allowable ovalization for the sensor 12 and the Recording 1 1 is not exceeded. If the ovalization is too large, the measuring range of the measuring device 3 would be exceeded.
  • the strain in the direction of the measuring plane of the central web 10 in the loaded state is preferably in the range of 0.1 1/1000 to 0.25 1/1000.
  • FIG. 6 illustrates, by way of example, the detection of the web tension on the basis of a signal flow image.
  • a first method step VA takes place due to the triggering event web train deformation at the
  • Force transducer assembly 2 which causes a deformation of the measuring device 3 in VB, from which in VC a signal for a train at least indirectly characterizing the train is generated size generated. From this, the resulting tensile force FZres at the railway in VD can be determined via functional relationships e.t.c. The determination can already be integrated in the sensor

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Bahn- oder Streifenzugmessvorrichtung (1), umfassend eine Kraftaufnehmeranordnung (2) mit zumindest zwei beabstandet zueinander angeordneten kraftaufnehmenden Bauteilen (4, 5), die über zumindest zwei Stege (6, 7, 8, 9) und einen Mittelsteg (10) miteinander gekoppelt sind, und eine am Mittelsteg (10) angeordnete Messeinrichtung (3). Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Stege (6, 7, 8, 9) derart ausgeführt sind, dass diese geeignet sind, Druckkräfte aufzunehmen und zu übertragen und die Messeinrichtung (3) zumindest einen Sensor (12) umfasst, der derart am Mittelsteg (11) angeordnet und ausgerichtet ist, dass in Einbaulage der Bahn- oder Streifenzugmessvorrichtung (1) auf die Kraftaufnehmeranordnung (2) wirkende Scherkräfte erfassbar sind.

Description

Bahn- oder Streifenzugmessvomchtung, Verwendung einer derartigen Bahn- oder Streifenzugmessvomchtung und Verfahren zur Ermittlung des Bahnzuges
Die Erfindung betrifft eine Bahn- oder Streifenzugmessvomchtung und die
Verwendung einer derartiger Bahn- oder Streifenzugmessvorrichtung, umfassend eine Kraftaufnehmeranordnung mit zumindest zwei zueinander beabstandet angeordneten kraftaufnehmenden Bauteilen, die über zumindest zwei Stege und einen Mittelsteg miteinander gekoppelt sind, und zumindest eine am Mittelsteg angeordnete Messeinrichtung. Die Erfindung betrifft des Weiteren ein Verfahren zur Bestimmung des Bahnzuges einer Bahn oder Streifens.
Unter einer Bahn im Sinne der Erfindung wird ein endliches oder unendliches flächiges Gebilde verstanden, dessen Erstreckung in Längs- und Querrichtung wesentlich größer ist als in Höhenrichtung. Dazu gehören Materialbahnen, insbesondere in Form von Kunststoffbahnen oder Faserstoffbahnen,
beispielsweise in Form von Papier-, Karton- oder Tissuebahnen. Ferner werden unter derartigen Bahnen auch Funktionsbahnen, insbesondere zum Transport und/oder der Stützung von Medien und/oder Gütern verstanden. Derartige
Funktionsbahnen können Bespannungen sein. Bespannungen sind endlos umlaufende Bänder oder Schlaufen von Bändern, die über zumindest zwei, vorzugsweise eine Mehrzahl von Walzen oder Umlenkrollen geführt sind und der Führung und Stützung von mit diesen über eine vordefinierte Strecke
transportierten Medien oder Gütern dienen. In Maschinen zur Herstellung von Materialbahnen, insbesondere Papier-, Karton- oder Tissuebahnen dienen
Bespannungen der Stützung und Führung einer Faserstoffsuspension oder Faserstoffbahn. Die Ausführung, insbesondere Art, Struktur, Zusammensetzung und Dimensionierung der Bespannung erfolgt in Abhängigkeit des Einsatzortes innerhalb der jeweiligen Anlage und der zu erfüllenden Funktion. Derartige
Bespannungen können in Maschinen zur Herstellung von Faserstoffbahnen als Siebband, Trockensiebband, Filzband vorliegen. Streifen beschreiben Teilbahnen, die durch eine überproportional geringe
Erstreckung in Querrichtung gegenüber der Erstreckung in Längsrichtung charakterisiert sind.
Zur Bestimmung von Bahnzügen sind statisch bestimmte und statisch
unbestimmte Messsysteme bekannt. Zur Ermittlung des Zuges an Bespannungen in Maschinen zur Herstellung von Faserstoffbahnen werden beispielhaft
Kraftmessdosen eingesetzt, die zwischen zwei Platten und über ein Drehgelenk mit einem Teil der Zugkraft der jeweiligen Bespannung beaufschlagt werden. Die derart gebildete Wippe wird insbesondere in Formiereinheiten zur Ermittlung des Siebzuges eingesetzt.
Dieses Messprinzip wird in abgewandelter Form als integrierte Messmethode in einem Filzspanner einer Pressenpartie angewandt. Dabei erfolgt die Messung an einem Kellerfilz nicht als Druck-, sondern als Zugmessung, was jedoch nur mittels einer Vorspannung durch Tellerfedern möglich ist, da die verwendete
Kraftmessdose nur Druckkräfte messen kann. Ein wesentlicher Nachteil derartiger Ausführungen besteht in der Verwendung des Drehgelenkes und bei der
Anwendung in Pressenpartien zusätzlich in der erforderlichen Vorspannung durch die Tellerfedern. Das Drehgelenk ist durch eine hohe Anfälligkeit für
Schwingungen charakterisiert und ferner kostenintensiv. Auch sind zur
Bestimmung der auf die Bespannung wirkenden Zugkräfte eine große Anzahl von Passflächen und deren exakte Fertigung erforderlich. Trotzdem können
Setzungserscheinungen zusätzlich den Messwert beeinflussen. Da die Messung am Kellerfilz nicht auf Druck und Belastung basiert, sondern auf Druck und Entlastung, muss berücksichtigt werden, dass im Ausgangssignal invertiert wird, da sonst statt der Spannungszunahme eine Spannungsabnahme angezeigt wird, obwohl die Filzspannung sich erhöht. Des Weiteren sind in Spanneinrichtungen integrierte Messungen über
Drehmomentstützen und Federeinheiten bekannt. Derartige Ausführungen sind relativ aufwändig und die einzelnen Federeinheiten müssen für jede
Spannungsmessung ausgelegt werden. Darüber hinaus ist eine Wegmessung erforderlich, da sich der Umschlingungswinkel durch den langen Verfahrweg des Spanners stark ändert.
Gegenüber diesen statisch bestimmten Messsystemen ist jedoch auch eine Vielzahl von unbestimmten Messsystemen vorbekannt. Aus der Druckschrift DE 25 52 576 ist ein Kraftmessgerät zum Messen von Querkräften mit einem Paar in Querkraftrichtung zueinander verschiebbarer kraftaufnehmender Bauteile vorbekannt, zwischen denen eine Messeinrichtung mit mindestens einem Paar beidseitig der Messeinrichtung angeordneter, Verbindungsstege bildender Membranen angeordnet ist. Die Membranen sind derart angeordnet und ausgebildet, dass diese in Richtung der Querkraft leicht nachzugeben vermögen. Die Messeinrichtung ist zwischen den Membranen angeordnet und fest mit den kraftaufnehmenden Bauteilen verbunden. Die Messeinrichtung umfasst
Anordnungen zur Anzeige der Schubspannungen, die an dieser bei der gegenseitigen Verschiebung der kraftaufnehmenden Bauteile auftreten. Die
Messeinrichtung umfasst desweiteren zwei Wicklungen, von denen die eine einen magnetischen Fluss in der Messeinrichtung erzeugt und die andere die
Veränderung dieses magnetischen Flusses erfasst, die bei der gegenseitigen Verschiebung der kraftaufnehmenden Teile auftritt, wobei die eine Wicklung in einer Ebene parallel zur Verschiebungsrichtung angeordnet ist und die andere Wicklung in einer dazu senkrecht liegenden Ebene.
Demgegenüber offenbart die Druckschrift EP 05 01 351 B1 eine Ausführung von zwei ebenfalls über Stege bildende Membranen miteinander gekoppelte Joche und eine Messeinrichtung im Mittenbereich. Derartige Vorrichtungen sind durch eine hohe Elastizität und geringe Steifigkeit im Bereich der Messstelle charakterisiert, da die Membranen nur geeignet sind, unter Belastung Zugkräfte aufzunehmen. Ferner bedingt die erhöhte Elastizität auch die Detektierung von Kräften in Längsrichtung, die unter anderem durch die
Befestigung der kraftaufnehmenden Bauteile mit den Anschlusselementen bedingt sind. Diese sind durch zusätzliche Maßnahmen zu eliminieren.
Allgemein sind ferner zur Ermittlung von Zug-/Druckbelastungen sowie
Scherbelastungen Dünnfilmsensoren bekannt, welche beispielhaft in der
Betriebsanleitung der Tecsis GmbH:" F9393/F93C3 - Einpress-Sensor mit integriertem Verstärker", 2007 beschrieben sind. Diese werden in das
beanspruchte Bauteil eingepresst.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine externe Messung eines
Bahnzuges, insbesondere eines Bespannungszuges oder eines
Materialbahnzuges in einer Maschine zur Herstellung von Materialbahnen, insbesondere Papiermaschine, zu ermöglichen, die durch eine hohe Steifigkeit der Messstelle selbst charakterisiert sein soll und ferner frei von einer erforderlichen Vorspannung des Messsystems funktioniert. Die erfindungsgemäße Lösung soll durch einen geringen konstruktiven und fertigungstechnischen Aufwand
charakterisiert sein.
Die erfindungsgemäße Lösung ist durch die Merkmale der Ansprüche 1 , 10, 13 und 14 charakterisiert. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen beschrieben.
Eine erfindungsgemäße Bahn- oder Streifenzugmessvorrichtung, umfassend eine Kraftaufnehmeranordnung mit zumindest zwei beabstandet zueinander
angeordneten kraftaufnehmenden Bauteilen, die über zumindest zwei Stege und einen Mittelsteg miteinander gekoppelt sind, und eine am Mittelsteg angeordnete Messeinrichtung, ist dadurch gekennzeichnet, dass die Stege derart ausgeführt sind, dass diese geeignet sind, Druckkräfte aufzunehmen und zu übertragen und die Messeinrichtung zumindest einen Sensor umfasst, der derart am Mittelsteg angeordnet und ausgerichtet ist, dass in Einbaulage der Bahn- oder
Streifenzugmessvorrichtung auf die Kraftaufnehmeranordnung wirkende
Scherkräfte erfassbar sind.
Als Sensoren finden in besonders vorteilhafter Ausbildung Dünnfilmsensoren Verwendung. Unter Dünnfilmsensoren werden in bekannter Weise Sensoren verstanden, deren Herstellung im Dünnschichtverfahren erfolgt ist. Diese umfassen einen Träger, auf welchem unterschiedliche Schichten für Widerstände und Kompensatoren aufgebracht sind, insbesondere druckempfindliche
Widerstandsschichten, magnetoresistive Schichten, piezoelektrische Schichten und ähnliche. Diese werden mittels Dünnschichtverfahren auf den Träger aufgebracht, beispielsweise durch Aufdampfen oder Sputtern und können optional mit entsprechender Verstärkerelektronik und/oder Anzeigeeinrichtungen zu einer baulichen Einheit zusammengefasst werden.
Die erfindungsgemäße Lösung ermöglicht die Gewährleistung einer externen Messstelle mit hoher Steifigkeit und frei von Vorspannungen innerhalb des gesamten Messsystems. Aufgrund seines guten Temperaturverhaltens und einer hohen Langzeitstabilität sind Dünnfilmsensoren durch eine hohe Verfügbarkeit charakterisiert. Ein weiterer Vorteil besteht im geringen Platzbedarf bei gleichzeitig großem möglichen Messbereich, so dass die Bahn- oder
Streifenzugmessvorrichtung insgesamt relativ kompakt aufgebaut werden kann. In einer vorteilhaften Ausbildung sind die zueinander angeordneten
kraftaufnehmenden Bauteile vorzugsweise parallel zueinander angeordnet. Die einzelnen Stege sind dabei vorzugsweise, jedoch nicht zwingend derart
angeordnet, dass die Kraftaufnehmeranordnung symmetrisch bezüglich dreier Ebenen ist und die Symmetrieebenen durch die am Mittelsteg gelegte Achsen charakterisiert sind. Der Sensor, insbesondere Dünnfilmsensor wird in vorteilhafter Weise im Schnittpunkt der Symmetrieebenen am oder im Mittelsteg angeordnet. Dadurch wird die Anordnung in einen Bereich verlagert, an welchem die auftretenden Scherbelastungen sich am meisten auswirken, so dass eine besonders feinfühlige Messung möglich ist.
In einer alternativen Ausbildung sind die kraftaufnehmenden Bauteile in einem Winkel zueinander angeordnet und die Stege verlaufen bezüglich zumindest eines kraftaufnehmenden Bauteiles in einem Winkel zu diesem. Diese Ausführung ist in besonders vorteilhafter Weise in Einbausotuationen einsetzbar, die durch die winklige Anordnung zwischen Lageranordnung und Bezugsebene, insbesondere Gestell charakterisiert ist.
Die Messebene des Dünnfilmsensors ist in einer Weiterentwicklung vorzugsweise in einem Winkel im Bereich von 30 bis 60 Grad, besonders bevorzugt 45 Grad zu einer Ebene, die durch eine Achse in Längsrichtung der Kraftaufnehmeranordnung und eine Achse senkrecht zu dieser in Querrichtung beschreibbar ist, ausgerichtet. Dadurch haben bei senkrechter Einleitung von Druck- oder Zugkräften in die Kraftaufnehmeranordnung diese keinen Einfluss auf das Messergebnis, so dass mit der erfindungsgemäßen Anordnung eine durch die resultierende Zugkraft bestimmte Scherkraft wenigstens mittelbar charakterisierende Größe direkt ohne Fremdeinflüsse sehr genau ermittelbar ist.
Zur Ausbildung einer unter Druck- und Zugkrafteinfluss auf die
Kraftaufnehmeranordnung senkrecht zur Längsrichtung steifen Messanordnung kann die Kraftaufnehmeranordnung in einer ersten Ausführung als integrales Bauteil ausgebildet ist werden. Dieses kann beispielsweise aus einem
metallischen Werkstoff oder Legierungen, insbesondere Stahl oder
faserverstärkten Kunststoffen gefertigt sein, beispielsweise in Form eines
Gussteiles, wobei die Stege in einer ersten Variante durch die Formgebung beim Urformen, insbesondere Gießen erzeugt werden. Diese Ausführung ist besonders vorteilhaft, da fertigungstechnisch einfach und zeitsparend in einem Arbeitsgang realisierbar. In einer zweiten Variante erfolgt die Ausbildung der Stege und der kraftaufnehmenden Bauteile aus einem Halbzeug durch Trennen, insbesondere Fräsen e.t.c. Die erste Ausführung ist insbesondere für kleine Messstellen, unter welchem der Anordnungsbereich der Bahn- oder Streifenzugmessvorrichtung verstanden wird, geeignet.
In einer alternativen Ausführung sind zumindest eines der kraftaufnehmenden Bauteile und die einzelnen Stege und/oder der Mittelsteg als separate Bauteile ausgeführt, die miteinander kraftschlüssig, formschlüssig oder stoffschlüssig verbunden sind. Dadurch können die einzelnen Komponenten der
Kraftaufnehmeranordnung einfach und resourcenschonend hergestellt werden und die Kraftaufnehmeranordnung in der erforderlichen Weise durch Fügen mit hoher Variantenvielfalt erzeugt werden .
Zur Vermeidung der direkten Einwirkung von Druck- und/oder Zugkräften auf die Messeinrichtung weisen die kraftaufnehmenden Bauteile an ihren zur
Anschlussumgebung gerichteten Seite in Längsrichtung der
Kraftaufnehmeranordnung betrachtet eine sich über den Anordnungsbereich des Mittelsteges in Längs- und Querrichtung beidseitig erstreckende, vorzugsweise bis zu den zum Mittelsteg benachbarten Stegen erstreckende Freistellung auf. Diese Freistellung kann in integraler Ausbildung mit der Kraftaufnehmeranordnung als Ausnehmung oder örtlicher Materialabtrag verstanden werden. Die Freistellung kann jedoch auch mittels separater Elemente, wie Platten oder Unterlagen, die zwischen den kraftaufnehmenden Bauteilen und den Anschlusselementen angeordnet sind, gebildet werden. Die so gebildete Freistellung ist derart ausgeführt, dass der durch diese charakterisierte Bereich der kraftaufnehmenden Bauteile geeignet ist, in Einbaulage frei von einem Kontakt mit den
Anschlusselementen der kraftaufnehmenden Bauteile zu sein. Dadurch erfolgt die Einleitung und Übertragung von Zug- und/oder Druckkräften über die kraftaufnehmenden Bauteile nur in den Stegbereichen, welche in Längsrichtung der Kraftaufnehmeranordnung jeweils in den Endbereichen vorgesehen ist.
Die Ankopplung der Messeinrichtung an den Mittelsteg kann verschiedenartig realisiert werden. In einer besonders vorteilhaften Ausführung ist vorgesehen, dass der Mittelsteg eine Aufnahme für die Messeinrichtung umfasst und die Messeinrichtung mit dem Mittelsteg über eine Presspassung verbunden ist. Die Messeinrichtung umfasst dann einen Einpresssensor, welcher als standardisiertes Bauteil in hohen Stückzahlen vorproduzierbar ist und der einfach montierbar und bei Bedarf austauschbar ist.
In einer alternativen Ausführung ist die Messeinrichtung mit dem Mittelsteg stoffschlüssig verbunden. Diese Ausführung ist hinsichtlich der Montage besonders einfach realisierbar.
Ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Ermittlung des Bahnzuges einer an einem bahnführenden Element geführten Bahn mit einer Bahn- oder
Streifenzugmessvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 10, ist dadurch charakterisiert, dass die Bahn- oder Streifenzugmessvorrichtung derart dem bahnführenden Bauteil zugeordnet und ausgerichtet wird, dass mit der
Messeinrichtung auf zumindest eine auf diese wirkende Scherkraft wenigstens mittelbar charakterisierende Größe erfassbar ist und die auf die am
bahnführenden Bauteil wirkende resultierende Zugkraft als Funktion dieser ermittelt wird.
Dabei wird eine die Scherkraft charakterisierende physikalische oder elektrische Größe, welche aus der Geometrieänderung im Anordnungsbereich der
Messeinrichtung bestimmt wird, zur Bestimmung der an der Bahn auftretenden Zugkraft genutzt.
In einer Weiterentwicklung kann auch die Zugspannung als Funktion der
Bahnfläche bestimmt werden. Um bei Ausrichtung der auf die Bahn wirkenden resultierenden Zugkraft in
Richtung der resultierenden Gewichtskraft des bahnführenden Teiles Scherkräfte erfassen zu können, wird die Bahn- oder Streifenzugmessvomchtung gegenüber der senkrechten Lage zur resultierenden Gewichtskraft geneigt ausgerichtet und der Einfluss der dann noch in dieser Richtung wirkenden Gewichtskraft als Tara der Bahn- oder Streifenzugmesseinrichtung aus der mit der Messeinrichtung erfassbaren Größe durch Herausrechnen unberücksichtigt gelassen. Dadurch kann ein modifiziertes Messergebnis für die auftretenden Scherbeanspruchungen mit hoher Genauigkeit ohne Verfälschung gebildet werden.
Die erfindungsgemäße Lösung, insbesondere Bahn- oder
Streifenzugmessvomchtung und das erfindungsgemäße Verfahren können sowohl zur Ermittlung des Bahnzuges einer Materialbahn oder Materialbahnstreifens, insbesondere einer Papier- Karton- oder Tissuebahn direkt als auch von einer Bespannung gebildeten Bahn in Form eines Siebbandes, Filzbandes oder
Trockensiebbandes verwendet werden.
Die erfindungsgemäße Lösung wird nachfolgend anhand von Figuren erläutert. Darin ist im Einzelnen folgendes dargestellt:
Figuren 1 a und 1 b zeigen eine erfindungsgemäße Bahn- oder
Streifenzugvorrichtung in zwei Ansichten;
Figur 1 c zeigt in einem Detail die Anordnung der Messebene;
Figur 2a zeigt eine Anordnung der erfindungsgemäßen Bahn- oder
Streifenzugvorrichtung zu einem bahnführenden Bauteil;
Figur 2b verdeutlicht die Kraftein leitung an der Kraftaufnehmeranordnung bei
Ausführung ohne Freistellung;
Figur 3a zeigt eine Ausführung einer Kraftaufnehmeranordnung mit Freistellung; Figur 3b zeigt ein Detail X gemäß Figur 3a:
Figur 3c zeigt die Kraftein leitung an der Kraftaufnehmeranordnung bei Ausführung mit Freistellung; Figuren 4a und 4b verdeutlichen Anordnungspositionen der Bahn- oder
Streifenzugmessvornchtung gegenüber einem bahnführenden Bauteil; Figur 4c zeigt eine zu Figur 4b alternative Ausbildung der Bahn- oder
Streifenzugmessvornchtung;
Figuren 5a bis 5c zeigen unterschiedliche Ausführungen der
Kraftaufnehmeranordnungen;
Figur 6 zeigt anhand eines Signalflußbildes ein Verfahren zur Bestimmung des
Bahnzuges. Die Figur 1 verdeutlicht in schematisiert stark vereinfachter Darstellung den Grundaufbau einer erfindungsgemäß ausgebildeten Bahn- oder
Streifenzugmessvornchtung 1 zur statisch unbestimmten Messung einer die resultierende Zugkraft FZres auf eine Bahn oder einen Streifen wenigstens mittelbar charakterisierenden Größe. Die Bahn- oder Streifenzugmessvorrichtung 1 umfasst eine Kraftaufnehmeranordnung 2 und zumindest eine an dieser angeordnete Messeinrichtung 3. Die Kraftaufnehmeranordnung 2 umfasst zwei parallel zueinander angeordnete kraftaufnehmende Bauteile 4 und 5, welche
vorzugsweise in Form von plattenförmigen Elementen ausgebildet sind und die parallel zueinander beabstandet angeordnet sind. Eines der kraftaufnehmenden Bauteile 4 oder 5 ist in Funktionslage einer krafteinleitenden Vorrichtung und das andere der kraftaufnehmenden Bauteile 5 oder 4 einer kraftaufnehmenden Basis zugeordnet. Dargestellt ist die Bahn- oder Streifenzugmessvorrichtung 1 in einer Lage, wie diese einer idealisierten Einbaulage entspricht. Zur Verdeutlichung der einzelnen Richtungen ist ein Koordinatensystem an die Bahn- oder
Streifenzugmessvorrichtung 1 angelegt, wobei die X-Richtung der Längsrichtung der Kraftaufnehmeranordnung 2 entspricht, in welcher bei auftretendem Bahnzug eine Komponente der auf die Bahn oder den Streifen wirkenden Zugkraft ausgerichtet ist. Die Y-Richtung beschreibt die Erstreckung in Querrichtung zur Längsrichtung und in Einbaulage die Querrichtung zur wirkenden Zugkraft. Die Z- Richtung beschreibt die Höhenrichtung. Die Kraftaufnehmeranordnung 2 ist derart aufgebaut und ausgebildet, dass diese bezüglich der durch das
Koordinatensystem beschreibbaren Ebenen, d.h. der XY-, YZ- und XZ-Ebene symmetrisch ausgebildet ist, wobei das Koordinatensystem in den Schnittpunkt dieser Symmetrieebenen gelegt ist.
Die beiden kraftaufnehmenden Bauteile 4 und 5 sind in Z-Richtung zueinander beabstandet angeordnet. Die kraftaufnehmenden Bauteile 4 und 5 sind im Bereich ihrer in Längsrichtung liegenden Endbereiche 20.1 , 21 .1 und 20.2, 21 .2 über zumindest zwei Stege 6 und 7, im dargestellten Fall in besonders vorteilhafter Ausführung über jeweils ein Stegpaar aus in Längsrichtung zueinander
beabstandet angeordneten Stegen 6 und 8 und 7 und 9 miteinander verbunden. Die Stege 6, 7, 8, 9 sind dabei in besonders vorteilhafter Ausführung senkrecht zu den kraftaufnehmenden Bauteilen 4, 5 ausgeführt und geeignet, auch Druckkräfte zu übertragen. Im Bereich des Schnittpunktes der Symmetrieebenen der
Kraftaufnehmeranordnung 2 ist ein weiterer Steg in Form eines Mittel Steges 10 zwischen den beiden kraftaufnehmenden Bauteilen 4, 5 vorgesehen, welcher die Messeinrichtung 3 aufnimmt. Die einzelnen Stege 6, 7, 8, 9, 10 sind dabei derart angeordnet und ausgeführt, dass die Symmetrie der Kraftaufnehmeranordnung 2 bezüglich der einzelnen genannten Symmetrieebenen gewährleistet ist. Der einzelne Steg 6, 7, 8, 9, 10 kann dabei jeweils einteilig, das heißt in integraler Bauweise mit einem oder mit beiden kraftaufnehmenden Bauteilen 4 und 5 ausgeführt sein. In einer alternativen Ausführung kann dieser auch lösbar oder unlösbar mit den kraftaufnehmenden Bauteilen 4, 5 verbunden werden. Der die Messeinrichtung 3 aufnehmende Mittelsteg 10 ist in Längsrichtung der
Kraftaufnehmeranordnung 2 im Mittenbereich angeordnet. Die Anordnung der Messeinrichtung 3 am Mittelsteg 10 erfolgt dabei derart, dass der Mittelpunkt der Messeinrichtung 3 im unbelasteten Zustand im Schnittpunkt der einzelnen
Symmetrieebenen der Kraftaufnehmeranordnung 2 sitzt. Die Messeinrichtung 3 ist derart angeordnet und ausgeführt, dass diese geeignet ist, nur
Scherbeanspruchungen zu messen. Dazu ist die Messebene 22 in einem Winkel, vorzugsweise in einem Winkel von 45 Grad zur XY-Ebene geneigt ausgeführt und angeordnet. Dies ist anhand eines Details aus Figur 1 a in Figur 1 c dargestellt. Erkennbar sind die unterschiedlichen Messebenen 22'und 22, die im Winkel γ'22 und 722 gegenüber der Anodnungsebene des Sensors und den Bezugsebenen ausgerichtet ist.
Mit dieser Anordnung wird erreicht, dass die Zug-/Druckverformungen an der Kraftaufnehnneranordnung 2 in der XZ-Ebene sowie in der YZ-Ebene von der Messeinrichtung 3 nicht wahrgenommen werden.
Die Messeinrichtung 3 ist in Form eines Messkörpers ausgeführt, der in einer Aufnahme 1 1 im Mittelsteg 10, welche von einer zylindrischen Bohrung gebildet wird, aufgenommen und mit dem Mittelsteg 10 verbunden wird. Die Verbindung erfolgt vorzugsweise durch Kraftschluss, insbesondere durch Einpressen oder Stoffschluss, insbesondere Verschweißen oder Kleben. Die Messeinrichtung 3 umfasst erfindungsgemäß zumindest einen Dünnfilmsensor 12. Dieser kann als standardisiert vorgefertigtes Bauteil ausgeführt sein. Der Dünnfilmsensor 12 umfasst zumindest einen Träger 13 auf dem die unterschiedlichsten Schichten für Widerstände und Kompensatoren aufgebracht werden. Diese sind atomar miteinander verbunden. Bezüglich der Ausführung derartiger Dünnfilmsensoren besteht eine Vielzahl von Möglichkeiten. Diesbezüglich wird auf bekannte
Ausführungen aus dem Stand der Technik verwiesen. Stellvertretend wird hier beispielhaft auf die Betriebsanleitung der Tecsis GmbH:" F9393/F93C3 - Einpress- Sensor mit integriertem Verstärker", 2007 verwiesen. Bei dieser beispielhaft genannten Ausführung wird eine Wheatstone-Brücke mit den erforderlichen Widerständen zur Abgleichung und Temperaturkompensation, insbesondere Kompensationswiderständen auf einem Träger 13 in Form eines Sensorkörpers, welcher beispielsweise in Form eines topfartigen Körpers vorliegt, aufgebracht. Die Wheatstone-Brücke arbeitet hier als Messumformer mit durch die beim
Auftreten von Scherbeanspruchung an der Kraftaufnehmeranordnung 2 bedingten Verformung beeinflussbaren Widerständen. Dieser wird mit der optionalen
Elektronik sowie gegebenenfalls einer Anzeigeeinrichtung in die Aufnahme 1 1 am Mittelsteg 10 eingebracht und mit der Messebene 22 im
Scherkraftwirkungsbereich angeordnet. Die Messeinnchtung 3 umfasst dabei insgesamt eine zylindrische Außenkontur 14. Die Aufnahme 1 1 ist dabei derart ausgestaltet, dass diese mit der Messeinrichtung 3 bei Ausbildung als Einpresssensor eine Pressverbindung bildet. Beim Auftreten einer Zugkraft wird die Kraftaufnehmeranordnung 2 einer
Scherbeanspruchung ausgesetzt, die zu einer Verformung führt. Erfolgt die
Anordnung der Aufnahme 1 1 mit der Messeinrichtung 3 in dem durch Scherung verformten Bereich, erfolgt unter Belastung eine Ovalisierung der Aufnahme 1 1 , wobei sich die in dieser befindliche Messeinrichtung 3, insbesondere der
Dünnfilmsensor 12 ebenfalls verformt. Die Größe der Ovalisierung beschreibt zumindest mittelbar den die Scherbeanspruchung an der
Kraftaufnehmeranordnung 2 auslösenden Bahnzug, der über die Lagerung des die jeweilige Bahn führenden Teiles zumindest mittelbar in die Bahn- oder
Streifenzugmessvorrichtung 1 eingeleitet wird. Diese, die Verformung in der Regel direkt beschreibenden Größe wird in ein Spannungssignal umgewandelt. Je größer dabei die Kraftkomponente in Längsrichtung der Bahn- oder
Streifenzugmessvorrichtung 1 ist, desto größer wird das Spannungssignal. Aus diesem kann über die bekannten Zusammenhänge die an der Bahn oder dem Streifen wirkende Zugkraft abgeleitet werden.
Bei Kenntnis des Ein- und Austrittswinkels der Bahn oder des Streifens am jeweiligen bahnführenden Teil kann die Zugkraft in einfacher Weise berechnet werden. Bei Kenntnis der Querschnittsfläche der um das bahnführende Bauteil geführten Bahn kann aufgrund der bekannten funktionalen Zusammenhänge zwischen diesen Größen auch die Zugspannung der Bahn beziehungsweise des Streifens bestimmt werden.
Die Figur 1 b verdeutlicht die Bahn- oder Streifenzugmessvorrichtung 1 in einer Ansicht auf die YZ-Ebene.
Die Figur 2a verdeutlicht eine Anordnung der erfindungsgemäßen Bahn- oder Streifenzugmessvorrichtung 1 in ihrer Zuordnung zu einem bahnführenden Bauteil. Bei diesem handelt es sich beispielhaft um eine Umlenkwalze oder -rolle 15, die in einer Lageranordnung 16 an einem Gestell 17 gelagert ist. Die
Umlenkrolle 15 dient der Führung einer Bahn in Form einer Bespannung 23. In idealer Ausführung erfolgt die Anordnung der Bahnzugmessvorrichtung 1 unterhalb der Lageranordnung 16, wobei die Anordnung direkt oder auch über weitere übertragende Bauteile erfolgen kann. Die Lageranordnung 16 fungiert als krafteinleitende Vorrichtung. Die Bahn- oder Streifenzugmessvorrichtung 1 ist derart in der Messumgebung anordenbar, dass keine reinen Zug- und Druckkräfte gemessen werden. Erkennbar ist, dass die Führung der Bespannung 23, an welcher der Bahnzug ermittelt werden soll, derart um die Umlenkrolle 15 erfolgt, dass hier die Resultierende der auf die Bespannung wirkende resultierende Zugkraft FZres nicht direkt durch den Mittelpunkt der Umlenkrolle 15 geht und damit nicht mit der resultierenden Gewichtkraft der Umlenkrolle 15 zusammenfällt, so dass Zug- und Druckverformungen in der XZ-Ebene vernachlässigt werden können.
Das kraftaufnehmende Bauteil 4 der Kraftaufnehmeranordnung 2 ist dabei mit der Lageranordnung 16 in Form des Stehlagers wenigstens mittelbar gekoppelt, während das kraftaufnehmende Bauteil 5 sich am Gestell 17 als der
kraftaufnehmenden Basis abstützt. Die Scherbeanspruchung auslösende und am kraftaufnehmenden Bauteil 4 wirkende Kraft in Längsrichtung ist durch Pfeil dargestellt und mit FL bezeichnet. Die diese auslösende Zugkraft an der
Bespannung 23 ist mit FZres bezeichnet. In der dargestellten Einbaulage ist die Kraftaufnehmeranordnung 2 derart angeordnet, dass deren Längsrichtung zumindest mit einer Richtungskomponente mit der Längsrichtung der Maschine zur Führung der Bespannung 23
zusammenfällt. Bei Ausführung dieser als Maschine zur Herstellung einer
Materialbahn, insbesondere Faserstoffbahn entspricht diese Richtung der
Maschinenrichtung. Ist die Bahn- oder Streifenzugmessvorrichtung 1 in Figur 2a gemäß Figur 1 ausgebildet, verdeutlicht die Figur 2b den Kraftfluss bedingt durch die durch die Umlenkrolle 15 wirkende Gewichtskraft über die Kraftaufnehmeranordnung 2. Erkennbar ist hier eine gleichmäßige Druckbelastung Fp über die gesamte
Erstreckung der Kraftaufnehmeranordnung 2 in Längsrichtung. Die Gewichtskraft wirkt senkrecht zum kraftaufnehmenden Bauteil 4. Dies wird insbesondere durch den Flächenkontakt der zur krafteinleitenden Vorrichtung gerichteten Seite 4.1 des kraftaufnehmenden Bauteils 4 mit dem Stehlager realisiert. Die Abstützung der Lageranordnung 16 erfolgt über nahezu, vorzugsweise die gesamte von der Seite 4.1 gebildete Oberfläche des kraftaufnehmenden Bauteils 4. In Analogie erfolgt auch die Einleitung der Druckkraft Fp an die kraftaufnehmende Basis in Form des Gestells 17 gleichmäßig über den gesamten Kontaktbereich. Dabei wird auch die Messeinrichtung 3 von dieser Druckkraft beaufschlagt, so dass das Messergebnis verfälscht werden kann. Daher ist gemäß einer besonders vorteilhaften
Weiterentwicklung in Figur 3a vorgesehen, im Bereich der Anordnung des
Mittelsteges 10 beidseitig an der der krafteinleitenden Vorrichtung in Einbaulage zugewandten Seite 4.1 des kraftaufnehmenden Bauteils 4 sowie der der kraftaufnehmenden Basis zugewandten Seite 5.1 des kraftaufnehmenden Bauteils 5 eine Freistellung, d.h. einen Bereich, welcher in Funktionslage beziehungsweise Einbaulage frei von einem Kontakt mit der krafteinleitenden oder
kraftaufnehmenden Basis ist, zu schaffen. Dazu wird jeweils eine Freistellung 18, 19 vorgesehen, welche ermöglicht, dass das kraftaufnehmende Bauteil 4 an der Seite 4.1 im Bereich der Anordnung des Mittelsteges 10 und damit der
Messeinrichtung 3 frei von einem direkten Kontakt mit der krafteinleitenden
Vorrichtung beziehungsweise das kraftaufnehmende Bauteil 5 an der Seite 5.1 im Bereich der Anordnung des Mittelsteges 10 frei von einem direkten Kontakt mit der kraftaufnehmenden Basis ist und die Einleitung der durch die Gewichtskraft der Umlenkrolle 15 bedingten Druckkräfte Fp1 .1 , Fp1 .2 außerhalb dieser in den durch die Freistellungen 18 und 19 charakterisierten Bereichen erfolgt, wobei die
Messeinrichtung 3 frei vom Einfluss dieser Druckkräfte Fp1 .1 , Fp1 .2 ist. Die
Freistellungen 18, 19 erstrecken sich dabei in Längsrichtung vorzugsweise bis zu den kraftübertragenden und dem Mittelsteg 10 benachbarten Stegen 8, 9 und in Querrichtung vorzugsweise vollständig über die durch die jeweilige Seite 4.1 , 5.1 gebildete Oberfläche. Die Druckkräfte Fp1 .1 , Fp1 .2 sind durch Pfeile verdeutlicht. Diese werden in das kraftaufnehmende Bauteil 4 eingeleitet und über die Stege 6, 7, 8, 9 an das kraftaufnehmende Bauteil 5 weitergeleitet und von diesem in die kraftaufnehmende Basis über die in den Stegbereichen verbleibende
Kontaktfläche mit der Basis an der Seite 5.1 eingeleitet.
Die Figur 3c verdeutlicht dazu den Kraftfluss, der jetzt hier erkennbar lediglich über die Stege 6, 7, 8 und 9 erfolgt. Vorzugsweise erstreckt sich dabei die
Freistellung 18, 19 bis zu den beidseitig die kraftaufnehmenden Bauteile 4 und 5 in axialer Richtung im Bereich der Außenseiten verbindenden Stege.
Die einzelne Freistellung 18, 19 ist dabei durch einen örtlich begrenzten Abtrag an Material von der Oberfläche der Seite 4.1 beziehungsweise 5.1 charakterisiert. Diese kann als Ausnehmung ausgeführt sein. Die Größe dieser Freistellung 18, 19 beträgt in Z-Richtung betrachtet im Bereich von 0,1 bis 10 mm, bevorzugt im Bereich von 0,5 bis 2 mm.
Die Figur 3b verdeutlicht in einem Detail X in einen Ausschnitt aus dem
kraftaufnehmenden Bauteil 4 beispielhaft die Freistellung 18.
Die Figur 4a zeigt eine Anordnung einer erfindungsgemäßen Bahn- oder
Streifenzugmessvorrichtung 1 in einer ungünstigen Einbaulage, in welcher die Resultierende FZres des Zuges Fz der Bespannung 23 in Richtung der
Resultierenden der Gewichtskraft FG einer Umlenkrolle 15 weist und somit nur Zug- und Druckkräfte in der Kraftaufnehmeranordnung 2 hervorruft. Die Kraft in Längsrichtung FL an der Kraftaufnehmeranordnung 2, also die Kraft in Richtung der x-Achse, wird somit zu 0. Diese Lage ist durch die Anordnung der
Kraftaufnehmeranordnung 2, insbesondere der kraftaufnehmenden Bauteile 4, 5 mit ihren Kontaktflächen bildenden Seiten 4.1 , 5.1 senkrecht zur Wirkungsrichtung der resultierenden Zugkraft Fzres charakterisiert. Zur Vermeidung dessen und zur Erfassung von Scherkräften ist daher die Kraftaufnehmeranordnung 2 gemäß Figur 4b geneigt gegenüber der Basisebene in einem Winkel ß angeordnet. Dabei wirkt in dieser Anordnung eine Komponente der Gewichts kraft FG der Umlenkrolle 15 auf die Messeinrichtung 3. Diese muss bei schrägem und senkrechtem Einbau als TARA herausgerechnet werden, da hier eine Komponente der Gewichtskraft in X-Richtung entsteht, das heißt in Längsrichtung der Bahnzugmessvorrichtung 1 , die zu einer Verfälschung des Ergebnisses führt. Der Messbereich muss dabei um diese Kraftkomponente und deren Wirkung, d.h. das Tara der Umlenkrolle 15 korrigiert werden. Um den maximalen Messbereich des Sensors nicht zu überschreiten, kann der Messbereich beziehungsweise der Mittelsteg 10
voluminöser ausgeführt werden, als in horizontaler Einbaulage. Die Figur 4b verdeutlicht dabei diese Einbausituation mit gekippter Kraftaufnehmeranordnung 2. Demgegenüber zeigt die Figur 4c eine alternative Ausführung einer
Kraftaufnehmeranordnung 2 zu Figur 4b, bei welcher die horizontale
Anschlussebene an einem Gestell beibehalten wird, indem die kraftaufnehmenden Bauteile 4, 5 in einem Winkel zueinander angeordnet sind und die Stege 6, 7, 8, 9 entsprechend in einem Winkel gegenüber diesen ausgerichtet sind.
Die Figuren 5a bis 5c verdeutlichen beispielhaft mögliche Ausführungen der Bahnzugmessvorrichtung 1 für unterschiedlich große Messbereiche. Dabei verdeutlicht die Figur 5a beispielhaft eine Ausführung, wie sie für kleine
Messbereiche zum Einsatz gelangen kann. In diesem Fall kann die
Kraftaufnehmeranordnung 2, welche aus einer stabilen Konstruktion,
insbesondere einer Metallkonstruktion besteht, vorzugsweise als integrales Bauteil ausgeführt sein, in welchem die jeweiligen Stege durch Trennen herausgearbeitet sind. Bei diesen kann es sich beispielsweise um eine massive Blechplatte oder aber eine Guss- beziehungsweise Sinterkonstruktion handeln. Demgegenüber verdeutlicht die Figur 5b eine Ausführung, bei welcher die einzelnen Bestandteile der Kraftaufnehmeranordnung 2, insbesondere die kraftaufnehmenden Bauteile 4 und 5 und die Stege 6 bis 10 vorzugsweise aus separaten Bauteilen gebildet werden, die über Verbindungen mit den jeweiligen kraftaufnehmenden Bauteilen miteinander gekoppelt sind. Die Verbindung zwischen den einzelnen Stegen 6 bis 10 und den kraftaufnehmenden Bauteilen 4, 5 erfolgt dabei vorzugsweise stoffschlüssig, insbesondere durch Schweißen.
Die Figur 5c zeigt eine unsymmetrische Ausführung einer
Kraftaufnehmeranordnung 2 mit unterschiedlicher Anzahl der Stege beidseitig zum Mittelsteg 10.
Die Ausführung des die Messeinrichtung 3 aufnehmenden Mittelsteges 10 in Form ist hinsichtlich seiner Länge, das heißt Erstreckung in Längsrichtung der Bahn- oder Streifenzugmessvorrichtung und/oder Breite, das heißt quer zu dieser derart anzupassen, dass die maximal zulässige Ovalisierung für den Sensor 12 und die Aufnahme 1 1 nicht überschritten wird. Ist die Ovalisierung zu groß, würde der Messbereich der Messeinrichtung 3 überschritten. Die Dehnung in Richtung der Messebene des Mittelsteges 10 im Belastungszustand liegt bevorzugt im Bereich von 0,1 1/1000 bis 0,25 1/1000.
Neben dem Einfügen der Messeinrichtung 3 in den Mittelsteg 10 in die Aufnahme 1 1 ist es ferner auch denkbar, die Messeinrichtung 3 direkt an den Mittelsteg 10 anzuschweißen, wobei dieser in diesem Fall als dünnes Blechbauteil ausgeführt ist.
Die Figur 6 verdeutlicht beispielhaft anhand eines Signalflussbildes die Erfassung des Bahnzuges. In einem ersten Verfahrensschritt VA erfolgt aufgrund des auslösenden Ereignisses Bahnzug eine Verformung an der
Kraftaufnehmeranordnung 2, die in VB eine Verformung der Messeinrichtung 3 bewirkt, aus welcher in VC ein Signal für eine den auftretenden Zug wenigstens mittelbar charakterisierende Größe erzeugt wird. Aus diesem kann über funktionale Zusammenhänge e.t.c die resultierende Zugkraft FZres an der Bahn in VD ermittelt werden. Die Ermittlung kann bereits in im Sensor integrierter
Elektronik oder separaten Auswerteinrichtungen erfolgen, welche in der Regel Bestandteile von Steuerungen/Regelungen zur Einstellung des Bahnzuges sind. Bezugszeichenliste
1 Bahnzugmessvorrichtung
2 Kraftaufnehmeranordnung
3 Messeinrichtung
4 kraftaufnehmendes Bauteil
4.1 zur krafteinleitenden Vorrichtung gewandte Seite
5 kraftaufnehmendes Bauteil
5.1 zur kraftaufnehmenden Basis gewandte Seite
6 Steg
7 Steg
8 Steg
9 Steg
10 Mittel steg
1 1 Aufnahme
12 Dünnfilmsensor
13 Träger, insbesondere Plättchen
14 Außenkontur
15 Umlenkrolle
16 Lageranordnung
17 Gestell
18 Freistellung
19 Freistellung
20.1 , 20.2 Endbereich des kraftaufnehmenden Bauteils 4
21 .1 , 21 .2 Endbereich des kraftaufnehmenden Bauteils 5
22 Messebene
23 Bespannung
X, Y, Z Koordinaten
ß Winkel
γ'22, Y22 Winkel
Fzres resultierende Zugkraft, die an der Bahn wirkt FL Kraft in Längsrichtung an der Kraftaufnehmeranordnung
FG Gewichtskraft
Fz Zugkraft der Bespannung
VA-VD Verfahrensschritte

Claims

Patentansprüche
Bahn- oder Streifenzugmessvornchtung (1 ), umfassend eine
Kraftaufnehmeranordnung (2) mit zumindest zwei beabstandet zueinander angeordneten kraftaufnehmenden Bauteilen (4, 5), die über zumindest zwei Stege (6, 7, 8, 9) und einen Mittelsteg (10) miteinander gekoppelt sind, und eine am Mittelsteg (10) angeordnete Messeinrichtung (3),
dadurch gekennzeichnet,
dass die Stege (6, 7, 8, 9) derart ausgeführt sind, dass diese geeignet sind, Druckkräfte aufzunehmen und zu übertragen und die Messeinrichtung (3) zumindest einen Sensor (12) umfasst, der derart am Mittelsteg (1 1 ) angeordnet und ausgerichtet ist, dass in Einbaulage der Bahn- oder
Streifenzugmessvornchtung (1 ) auf die Kraftaufnehmeranordnung
(2) wirkende Scherkräfte erfassbar sind.
Bahn- oder Streifenzugmessvornchtung (1 ) nach Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet,
dass die zueinander angeordneten kraftaufnehmenden Bauteile (4,5) parallel sind.
3. Bahn- oder Streifenzugmessvornchtung (1 ) nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
dass die einzelnen Stege (6, 7, 8, 9) derart angeordnet sind, dass die
Kraftaufnehmeranordnung (2) symmetrisch bezüglich dreier Ebenen ist und die Symmetrieebenen durch die am Mittelsteg (10) gelegte Achsen charakterisiert sind.
4. Bahn- oder Streifenzugmessvornchtung (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet,
dass der Sensor (12) ein Dünnfilmsensor ist.
Bahn- oder Streifenzugmessvornchtung (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Sensor (12) im Schnittpunkt der Symmetrieebenen angeordnet ist und die Messebene (22) des Dünnfilmsensors (12) in einem Winkel im Bereich von 30 bis 60 Grad, vorzugsweise 45 Grad zu einer Ebene, die durch eine Achse in Längsrichtung der Kraftaufnehmeranordnung (2) und eine Achse senkrecht zu dieser in Querrichtung beschreibbar ist,
ausgerichtet ist.
6. Bahn- oder Streifenzugmessvornchtung (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Kraftaufnehmeranordnung (2) als integrales Bauteil ausgebildet ist.
7. Bahn- oder Streifenzugmessvornchtung (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
dadurch gekennzeichnet,
dass zumindest eines der kraftaufnehmenden Bauteile (4, 5) und die einzelnen Stege (6, 7, 8, 9) und/oder der Mittelsteg (1 1 ) als separate
Bauteile ausgeführt sind, die miteinander kraftschlüssig, formschlüssig oder stoffschlüssig verbunden sind.
8. Bahn- oder Streifenzugmessvornchtung (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 7,
dadurch gekennzeichnet,
dass die kraftaufnehmenden Bauteile (4, 5) an ihren zur
Anschlussumgebung gerichteten Seiten (4.1 , 5.1 ) in Längsrichtung der Kraftaufnehmeranordnung (2) betrachtet jeweils eine sich über den Anordnungsbereich des Mittel Steges (10) in Längs- und Querrichtung beidseitig erstreckende, vorzugsweise bis zu den zum Mittelsteg (10) benachbarten Stegen (8, 9) erstreckende, integral an diesen ausgebildete Freistellung (18, 19) oder durch separate Elemente, insbesondere Platten oder Unterlagen gebildete Freistellung (18, 19) aufweisen, die derart ausgeführt ist, dass der durch diese charakterisierte Bereich der
kraftaufnehmenden Bauteile (4, 5) geeignet ist, in Einbaulage frei von einem Kontakt mit den Anschlusselementen der kraftaufnehmenden Bauteile (4, 5) zu sein.
9. Bahn- oder Streifenzugmessvornchtung (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 8,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Mittelsteg (10) eine Aufnahme (1 1 ) für die Messeinrichtung (3), insbesondere eine zylindrische Aufnahme umfasst und die Messeinrichtung
(3) mit dem Mittelsteg (10) über eine Presspassung verbunden ist.
10. Bahn- oder Streifenzugmessvornchtung (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 9,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Messeinrichtung (3) mit dem Mittelsteg (10) stoffschlüssig verbunden ist.
1 1 . Verfahren zur Ermittlung des Bahnzuges einer an einem bahnführenden Element geführten Bahn oder Streifen mit einer Bahn- oder
Streifenzugmessvornchtung (1 ) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet,
dass die Bahn- oder Streifenzugmessvornchtung (1 ) derart zum
bahnführenden Bauteil (15) angeordnet und ausgerichtet wird, dass mit der Messeinrichtung (3) zumindest eine auf diese wirkende Scherkraft wenigstens mittelbar charakterisierende Größe erfassbar ist und die auf die am bahnführenden Bauteil (15) wirkende resultierende Zugkraft (FZres) als Funktion dieser ermittelt wird.
12. Verfahren nach Anspruch 1 1 ,
dadurch gekennzeichnet,
dass bei Ausrichtung der auf die Bahn oder den Streifen wirkenden resultierenden Zugkraft (FZres) in Richtung der resultierenden Gewichtskraft des bahnführenden Bauteiles (15) die Bahn- oder
Streifenzugmessvornchtung (1 ) gegenüber der senkrechten Lage zur resultierenden Gewichtskraft in einem Winkel (ß) geneigt ausgerichtet wird und der Einfluss der in Längsrichtung wirkenden Gewichtskraftkomponente als TARA der Bahn- oder Streifenzugmessvornchtung (1 ) aus der mit der Messeinrichtung (3) erfassbaren Größe herausgerechnet wird.
Verwendung einer Bahn- oder Streifenzugmessvornchtung (1 ) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 10 zur Ermittlung des Bahnzuges einer Materialbahn oder Materialbahnstreifens, insbesondere einer Papier- Karton- oder Tissuebahn.
Verwendung einer Bahn- oder Streifenzugmessvornchtung (1 ) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 10 zur Ermittlung des Bahnzuges einer von einer Bespannung (23) gebildeten Bahn in Form eines Siebbandes, Filzbandes oder Trockensiebbandes.
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