用于感测运行的材料纸幅的纸幅张力的测力装置的制作方法

1.本发明涉及一种用于测量运行的材料纸幅的纸幅张力的测力装置，该材料纸幅包括由运行方向限定的纵向方向和与其垂直的横向方向。在此处，测力装置包括轴和支撑在轴上的由材料纸幅缠绕的测量辊。


背景技术：

2.在用于制造或进一步加工幅状材料(例如，纸、塑料箔或铝箔)的系统中，在加工操作开始时，以几米的纸幅宽度加工材料纸幅。通常，为了进一步加工，例如，在标签印刷或包装制造中，需要相当窄的纸幅，为此，材料纸幅在分切卷绕机上被切割成期望宽度的较窄的纵向条。传统的测力装置在整个辊宽度上测量整个材料纸幅的纸幅张力，但是为了进一步加工切割纸幅，获得关于沿着运行的纸幅的横向方向的纸幅张力分布的更精确的信息将是有利的。


技术实现要素：

3.这是本发明开始的地方。如权利要求中所表征的，本发明的目的是提供一种上述类型的测力装置，利用该装置可以测量沿着运行的材料纸幅的横向方向的纸幅张力分布。
4.通过独立权利要求的特征来实现所述目的。本发明的发展是从属权利要求的主题。
5.根据本发明，在一般的测力装置中，提供有：
6.测量辊形成为具有两个或更多个测量段的分段测量辊，所述测量段能够在轴上单独滑动并且能够锁定在轴上的测量位置，以便根据期望的测量位置在材料纸幅的横向方向上定位测量段，使得每个材料纸幅的纵向部分都缠绕一个测量段，
7.每个测量段都包括负荷传感器，所述负荷传感器用于确定缠绕在相应测量段周围的材料纸幅的纵向部分的纸幅张力并且提供安装件，通过所述安装件，所述测量段位于所述轴上，以及
8.所述轴配备有电导体，所述电导体基本上在轴向方向上延伸穿过整个宽度，所述电导体能够在轴向上的每个位置接触，并且通过所述电导体，由所述测量段的负荷传感器提供的测量信号能够传导至设置在轴端处的评估单元。
9.轴的电导体可以设置在内部轴向腔室中，例如，下面更详细描述的引导腔，但是也可以设置在轴的外部，例如，在轴的轴向外部凹槽中。在此处，重要的只是电导体在测量段能够锁定到的每个轴向位置上是可接触的，也就是说，基本上在沿着轴的宽度的每个位置上是可接触的，使得不管测量段的相应测量位置如何，都可以将由负荷传感器提供的测量信号传导到评估单元。
10.在此处，除了所述负荷传感器之外，测量段有利地包括辊壳以及由负荷传感器支撑的辊壳的轴承。
11.在一个优选实施例中，在每种情况下，负荷传感器包括位于轴上的内环，该内环提
供所述安装件。负荷传感器还包括可在施加力时相对于内环滑动的同心外环以及在连接区域连接内环和外环的测量部分。当测量纸幅张力时，由于力的施加，外环相对于内环径向滑动，结果，在测量部分中产生可以通过应变仪测量的张力。
12.内环特别有利地包括凹口，在凹口中容纳有与外环的连接区域。该凹口可以径向延伸至内环半径的一半，优选地甚至延伸至内环的中部。有利地在具有内环的凹口的轴的轴向引导腔中引导负荷传感器。以这种方式，实现了负荷传感器和测力装置的特别紧凑的结构，此外，负荷传感器与测力装置的轴集成。
13.根据本发明的一个有利变型，内环和外环径向嵌套设置，并且通过测量部分在径向连接区域中连接。作为过载保护，内环和外环优选地在连接区域外部由窄的径向间隙分开，该径向间隙的宽度尺寸设计成使得在过载的情况下，活动外环抵靠固定在轴上的内环。间隙宽度对应于例如标称负载下测量路径的110％，并且通常在十分之几毫米的范围内。
14.在另一个同样有利的实施例中，内环和外环轴向间隔设置，并且通过测量部分在轴向连接区域中连接。
15.负荷传感器有利地配备有用于测量纸幅张力的应变仪。优选地，连接内环和外环的测量部分配备有所述应变仪，用于测量在测量部分中产生的机械张力。
16.在一个有利的实施例中，测量部分以双弯曲梁的形式形成。
17.负荷传感器的内环、外环和测量部分特别有利地形成为一个整体。
18.根据一个优选实施例，轴形成为挤压型材。挤压型材优选地包括垂直脊和从垂直脊延伸的两个水平导轨，使得垂直脊和两个导轨在轴的挤压型材中形成u形轴向引导腔。
19.或者，轴也可以形成为铣削轴，其中，轴向引导腔和另外的凹口(如果适用的话)(例如，用于空气软管和压力条的轴向凹槽)被铣削成圆棒。作为铣削元件的轴的制造简单且便宜，但是不允许径向封闭的中空空间，因此通常比具有相同抗弯性的挤压型材具有更高的重量。
20.该轴在轴向引导腔中有利地配备有轴向延伸的电源轨，该电源轨可在测量段的负荷传感器中的集电器的任意轴向位置接触，并且形成所述电导体。特别有利地，在轴向引导腔中，负荷传感器由内环的凹口引导，并且设置有轴向延伸的电源轨。
21.每个测量段优选地包括电子单元，用于提供应变仪，优选地除了数字化之外，还用于接收、预放大，并且还用于将预放大的和数字化的(在适用的情况下)测量信号释放到电线中，特别是轴中的电源轨中。测量信号的数字化是有利的，尤其是当分段测量辊包括大量的测量段时，例如，四个或更多个或六个或更多个测量段，因为数字化的测量信号然后可以使用总线协议经由几个(通常两个)电源线被传导到评估单元。特别是当分段测量辊仅包括少量的测量段时，测量信号当然也可以以模拟形式被传导到评估单元，每个测量信号经由其自己的电源线传导。
22.为了测量转速，每个测量段都有利地配备有用于测量转速的装置，该装置优选地包括与辊壳一起旋转的一个或多个磁体以及与负荷传感器连接的静态霍尔效应发生器。根据旋转时产生的霍尔电压，可以以本领域技术人员已知的方式确定每个测量段的转速，并经由电子单元传导至评估单元。每个测量段的转速的单独确定尤其允许确定在运行中一个或多个测量段中是否发生滑动。
23.在一个优选实施例中，轴在轴向凹槽中包括空气软管和用于将测量段锁定在轴上
的压力条。在此处，评估单元优选地包括用于监测空气软管的空气压力的压力传感器。在空气压力偏离目标值的情况下，评估单元可以例如发出警告信号或启动其他合适的措施。
24.在一个有利的实施例中，每个测量段都配备有侧向间隔件，其尺寸与相应的辊壳的尺寸相协调，使得测量段可以在轴上一起滑动，使得辊壳几乎没有间隙地相邻而不相互接触。实际上，这意味着在滑动到一起的状态下，辊壳的间隙为十分之几毫米到大约一毫米。
25.在轴上有利地定位和锁定两个或更多个(特别是三个或更多个、四个或更多个或者甚至六个或更多个)测量段，使得测量辊形成为具有两个或更多个、三个或更多个、四个或更多个或者甚至六个或更多个测量段的分段测量辊。
26.在一个有利的实施例中，每个测量段定位并锁定在具有间隔开的辊壳的轴上，使得分段测量辊特别适于并被配置为测量切割的运行的材料纸幅的纵向条带的纸幅张力。测量段的数量和位置及其辊壳的宽度适宜地适应材料纸幅的切割的纵向条的数量、位置和宽度。
27.在另一个同样有利的实施例中，测量段定位和锁定在轴上，以此方式使得其辊壳几乎没有间隙地相邻而不相互接触。然后，分段测量辊特别适于并被配置为测量未切割的运行的材料纸幅的纵向部分的纸幅张力，并因此用于测量材料纸幅的横向方向上的张力分布。测量段的数量和位置及其辊壳的宽度适宜地适应测量张力分布的分辨率要求。
28.根据本发明的测力装置能够在切割的纸幅的单独纵向条带中和在未切割的纸幅的纵向部分中局部测量运行的材料纸幅的横向方向上的纸幅张力。应当理解，在测力装置的操作过程中，每个可滑动和可锁定的测量段被锁定在某个位置，该位置对应于期望的纸幅张力测量的位置。如果随后要用测力装置测量另一个张力分布或另一个纵向条带配置的纸幅张力，则解除锁定，并且测量段相应地在轴上滑动并重新锁定。如果需要另一数量的测量段，或者如果需要另一宽度的测量段，也可以从轴上移除测量段和/或将期望宽度的额外或不同的测量段推到轴上。因此，所描述的测力装置可以非常灵活地适应相应的测量工作和测量要求。
29.通过测量切割的纸幅的纵向条带的纸幅张力，可以单独控制卷绕过程，从而避免由于单独纵向条带中不合适的张力条件而造成的大量浪费。了解张力分布通常对未切割的材料纸幅也非常有益。例如，当制造吹膜时，通过测量所生产的膜管的张力分布，可以重新调整熔融管的冷却分布，以获得膜管的均匀张力分布。
附图说明
30.下面参考附图解释本发明的其他示例性实施例和优点，其中，为了提高清晰度，省略了对尺度和比例的描绘。
31.示出了：
32.图1示意性地示出了切割成纵向条带的材料纸幅，其中，将对纵向条带的纸幅张力进行单独测量；
33.图2示意性地示出了根据本发明的测力装置；
34.图3示出了根据本发明的测力装置在对应于图2中的线iii-iii的方向上的横截面；
35.图4示出了图3中的测力装置的测量段的负荷传感器的横截面；
36.图5示出了图4中的负荷传感器的透视图；
37.图6示出了图3中的测力装置的轴的透视图；
38.图7在(a)中示出了图6中的轴的横截面，在(b)中示出了根据本发明的另一示例性实施例的铣削轴；
39.图8示出了图4中的负荷传感器，其具有电子电路板和带有应变仪和拉入轴的电源轨的接触区域；
40.图9示出了根据本发明的负荷传感器的横截面，该负荷传感器具有在轴向方向延伸的测量部分；
41.图10示意性地示出了根据本发明的测力装置，其配置为记录未切割材料纸幅的张力分布；以及
42.图11示意性地示出了用图10中的测力装置测量的未切割材料纸幅的张力分布，其中，在横向方向上在尺寸x上绘出力f。
具体实施方式
43.现在将使用用于测量切割的运行的材料纸幅的纸幅张力的测力装置的示例来解释本发明。
44.图1以示例的方式示出了材料纸幅10，其运行方向限定了纵向方向l和与其垂直的横向方向q。在示例性实施例中，材料纸幅10被切割成n＝6个纵向条带，即具有一个平均宽度的纵向条带12-1、两个较宽的纵向条带12-2、12-3和三个较窄的纵向条带12-4、12-5、12-6。
45.对于纵向条带的后续卷绕过程，单独知道每个条带中的纸幅张力是有利的。虽然传统的测量装置仅允许测量整个辊宽度上的整个纸幅10的纸幅张力，但是下面描述的本发明的测力装置20能够单独测量材料纸幅10的多个纵向条带12-i(i＝1...6)中的每一个条带中的纸幅张力。
46.图2示意性地示出了根据本发明的测力装置20。测力装置20包括抗弯曲轴22，该轴的两端位于未示出的现场子结构上。测量辊30支撑在轴22上，在操作中，待测量的材料纸幅10缠绕在测量辊周围。
47.根据本发明，测量辊形成为分段测量辊30，在示例性实施例中，测量辊用于测量图1中的材料纸幅10的6个纵向条带12-i的纸幅张力，并且因此由n＝6个测量段32-i组成，其中，i＝1
…
6，适应于纵向条带12-i。
48.如图2所示，测量段32-i的宽度可以不同，尤其是其辊壳的宽度，但是除此之外，优选地同等地形成其结构特征。因此，测量段的以下描述适合测量辊30的所有测量段32-i，因此，为了简单起见，通常省略标记i。
49.测量段32能够在轴22上单独滑动，并且能够锁定在轴上的测量位置，以便能够根据期望的测量位置将其定位在材料纸幅10的横向方向q上，使得材料纸幅10的每个纵向条带12-i位于相关测量段32-i的辊壳34上，并且缠绕在所述辊壳周围。测量段的辊壳34在每种情况下经由滚动轴承38与负荷传感器36连接，该负荷传感器用于确定缠绕在相应测量段周围的材料纸幅10的纵向部分12的纸幅张力。此外，负荷传感器36提供了安装件，相应的测
量段32通过该安装件位于轴22上。
50.如图1和2所示，测量段32的辊壳34的宽度与材料纸幅的相关纵向条带12的宽度相适应。在示例性实施例中，测量辊30因此由具有平均宽度的辊壳的测量段32-1、具有较宽辊壳的两个测量段32-2、32-3和具有较窄辊壳的三个测量段32-4、32-5、32-6组成。
51.轴22配备有电导体26，电导体基本上在轴向方向上延伸穿过整个宽度，电导体能够在轴向上的每个位置接触，并且通过电导体，由测量段32的负荷传感器36提供的测量信号被传导到设置在轴端28处的评估单元。在此处，电导体26可以设置在轴22的外部，例如，在轴向凹槽中，但是电导体也可以有利地存在于轴中的引导腔中，这将在下面更详细地描述。测量段32还配备有间隔件40，其功能在图10中有更详细的解释。
52.现在将参考图3至7更详细地描述根据本发明的测力装置的测量段32和轴70的一个有利发展。在此处，图3示出了测力装置20在对应于图2中线iii-iii的方向上的横截面。测量段32的负荷传感器36单独在图4中以横截面示出，在图5中以透视图示出，轴70单独在图6中以透视图示出，在图7中以横截面示出。
53.首先参考图3，测量段32径向上从外部到内部包括辊壳34、滚动轴承38和负荷传感器36。卷绕在测量段32周围的材料纸幅10的纵向条带12用虚线表示。
54.在此处，在图4和5中再次单独示出的负荷传感器36包括外环50、同心内环52和具有h形凹部56的测量部分54。外环50包括缺口58(图5)，用于经由保持环(未示出)保持滚动轴承38，内环52位于轴70上并提供上述安装件。在示例性实施例中，内环52和外环50设置成径向嵌套，并且通过测量部分54在径向连接区域中连接。为此，内环52包括径向延伸到内环52中心的凹口66。一方面，凹口66容纳与外环的连接区域，另一方面，用于在轴70的轴向引导腔80(图7)中牢固地引导负荷传感器。
55.外环50、内环52和测量部分54形成为一个整体，图3和图4中不同的阴影线仅用于示出负荷传感器36的不同功能区域50、52、54。
56.在连接区域之外，内环和外环被径向间隙60分开，该径向间隙的宽度尺寸设计成使得在过载的情况下，活动的外环50抵靠固定在轴70上的内环52，并且以这种方式避免了塑性变形并因此避免了负荷传感器36的损坏。在示例性实施例中，间隙60的宽度适于标称负载下测量路径的110％。
57.由于h形凹部56，测量部分54形成双弯曲梁，其中，在所示的示例性实施例中，应变仪62设置在其顶侧，用于测量通过施加力而在材料表面上产生的机械张力。应当理解，应变仪62也可以设置在双弯曲梁的底侧或顶侧和底侧。
58.用材料纸幅的纵向条带12缠绕测量段32产生了力64，该力取决于包角和纸幅张力，并且相对于固定的内环52向下推动负荷传感器36的活动的外环50，并且以这种方式导致测量部分54的双弯曲梁弯曲。该弯曲由应变仪62测量，并且产生相应的电信号，该电信号由测量段32中的电子单元预放大，并且以合适的形式经由轴70的电源轨传输到评估单元28。
59.参考图3、6和7(a)，在所示的示例性实施例中，轴70形成为挤压型材，该挤压型材可以容纳横跨其宽度的多个单独测量的测量段32，如图2和10示意性所示。轴70被形成为挤压型材，使得能够抗弯曲地形成轴，即使在由于高纸幅张力而产生最大负载的情况下，该轴也不会变形或仅最小程度地变形，因此不会影响测量段在宽度上的几何设置或纸幅张力测
量。
60.在示例性实施例中，挤压型材轴70被形成为具有圆形横截面圆周75。其包括确保轴稳定性的中央垂直脊72，两个水平导轨74、76和引导曲线78从该脊延伸。水平导轨74、76与脊72一起在轴70中形成一侧开口的u形轴向引导腔80，内环的凹口66伸入该引导腔中，用于引导和电连接负荷传感器(图3)。引导曲线78和导轨74、76的径向外表面的曲率与具有紧密公差的内环52的曲率相适应，使得一方面，测量段32能够容易地在轴上滑动，但另一方面，也能够通过例如机械或气动锁定机构容易且牢固地锁定。
61.为了将由测量段32的负荷传感器的应变仪62产生的电信号传导到评估单元28，轴70的下部水平导轨76在凹进区域中配备有轴向延伸的电源轨82，该电源轨便于供电以及与测量段32电接触，而不管其在轴70上的位置如何。应当理解，电源轨也可以设置在引导腔中的另一个位置，例如，在上部导轨74上或者也在两个导轨74、76上。
62.如图7(b)所示，代替挤压型材，轴也可以形成为铣削轴170，在铣削轴170中铣削出u形轴向引导腔80和轴向凹槽84。在此处，轴体172包括确保轴的稳定性的中央竖直支撑结构，两个水平导轨174、176从该中央竖直支撑结构延伸，以与轴体172一起在横截面圆周175内形成轴70中的u形轴向引导腔80，内环的凹口66伸入该腔中，用于引导和电连接负荷传感器。
63.如图8所示，除了已经描述的机械元件之外，负荷传感器36还包括电路板90，该电路板具有电耦合器，为了提供和接收测量信号，该电耦合器在接触区域92中与应变仪62连接，并且可以经由集电器94在轴70的任意轴向位置处与电源轨82建立接触。在所示的示例性实施例中，电路板90的电耦合器包括用于处理信号的前置放大器，该前置放大器放大并数字化应变仪62的测量信号，并将数字化的测量信号中继到内部总线。
64.评估单元28设置在轴的一端，该评估单元与轴70上的测量段32-i通信，并接收和进一步处理其测量值。为此，在示例性实施例中，除了用于供电的两个电源轨之外，电源轨82还包括用于向评估单元28传输数据的另外两个电源轨，例如，根据rs-485标准。如果测量辊仅包括几个测量段，或者如果由于其他原因没有进行数字化，则前置放大的测量信号当然也可以以模拟形式被传导到评估单元，每个测量信号经由其自己的电源轨传导。
65.就其本身而言，评估单元28经由标准化的总线协议与更高级别的控制器通信，该控制器基于由不同测量段32提供的测量值来触发适当的动作，例如，使驱动器运行得更慢或更快、发出警报信号等。
66.在示例性实施例中，借助于轴向空气软管86和轴向压力条88(图3)，测量段32在轴70上进行可靠锁定，轴向空气软管和轴向压力条都嵌入在形成于轴70的引导曲线78中的凹槽84中。
67.在空气软管86的放松状态下，测量段32能够在轴上自由滑动，并且可以在轴上的期望位置以期望的数量设置。如果空气软管86随后充气，则以依赖于空气压力的力按压在压力条88上，因此将压力条径向地稍微推出凹槽84。结果，压力条88将定位的测量段32夹紧在轴70上的限定止挡件上，并且以这种方式同时将所有测量段32锁定在其正确的位置。通过放松空气软管86，再次解除锁定，并且测量段可以滑动和/或更换。空气软管86的空气压力由设置在轴端部的评估单元28中的压力传感器监控。
68.在本发明的另一个变型中，代替空气软管和压力条，规定每个测量段32都配备有
机械锁定装置，通过该机械锁定装置，测量段可以单独固定在轴上。
69.在图3至图8中描述的示例性实施例中，测量部分54在径向方向上在内环和外环之间延伸，由于更简单的结构和高的正张力，这是目前优选的。然而，同样可能的是，测量段的测量部分在轴向方向上延伸，如下面参考图9中的示例性实施例所解释的，其中，以侧视图示意性示出根据本发明的测量段100。
70.测量段100包括负荷传感器102，该负荷传感器包括外环110、轴向间隔设置的同心内环112和轴向测量部分114。内环112以很小的公差位于轴22上，在图中用虚线表示，使得可以在未张紧状态下沿着轴滑动。外环110在外部支承滚动轴承38的轴承保持架，辊壳34连接在该轴承保持架的外圆周上。
71.外环110和内环112通过轴向测量部分114连接，在示例性实施例中，该轴向测量部分包括大致h形的凹部116，并形成双弯曲梁，该双弯曲梁配备有用于测量该测量部分114的张力的应变仪62。外环110相对于轴22的公差尺寸设计成使得在过载的情况下，外环抵靠在轴22上，并且以这种方式防止负荷传感器102的任何损坏。
72.如果由于纸幅张力，力64压在测量段100的辊壳34上，该力经由滚动轴承传递到外环110，外环经由测量段114抵靠在内环112上。在测量部分114中以这种方式产生的张力由应变仪62测量，并且所产生的电信号如上面已经概括描述的那样预放大，如果适用的话，被数字化，并且传送到轴22的电源线中。测量段100在轴上的固定可以例如机械地或气动地进行，同样如上所述。
73.除了测量材料纸幅的切割的纵向条带的纸幅张力之外，根据本发明的测力装置还允许通过测量段的独立纸幅张力测量来记录未切割的材料纸幅的张力分布。
74.为此，参考图10，测力装置20的测量段32被定位和锁定在轴22上，以此方式使得其辊壳34几乎没有间隙地相邻而不相互接触(附图标记120)。为了确保这一点，测量段32配备有侧向间隔件40(图5)，其尺寸与相应的辊壳34的尺寸相协调，使得当测量段32被推到一起时，实现了期望的几乎没有间隙的并排设置120，辊壳的相互间隙为十分之几毫米。
75.由于每个测量段32测量沿着材料纸幅的横向方向q的相应测量段的位置x处的局部纸幅张力bz(x)，所以可以用多个测量段32测量材料纸幅的张力分布122，如图11中示意性所示。在此处所示的张力分布图中，局部纸幅张力bz(x)在材料纸幅的横向方向上绘制在空间坐标x上。从张力分布的知识中，可以得出合适的措施，例如，对于不均匀的分布，可以采取控制措施，产生更均匀的张力分布。如果例如在瀑布图中显示局部纸幅张力的时间进程，也可以容易地识别周期性信号，例如，非圆形供给卷轴、周期性起皱等。
76.用于张力分布测量的测量段32的宽度可以是相同的，如在图10的示例性实施例中，但是使用不同宽度的测量段32也是有利的。例如，在材料纸幅的中间区域，可以使用比材料纸幅的边缘区域具有更窄辊壳的测量段。
77.通过测量单独的测量段32的转速，可以确定在一个或多个测量段中是否发生滑动。在此处，在每种情况下，旋转最快的段提供了参考值。为了确定测量段32的转速，例如，可以经由辊壳34上的安装件130在每个测量段中安装两个彼此偏移180
°
的磁体132，如图3所示。负荷传感器36在合适的位置配备有霍尔效应发生器，当辊壳34旋转时，磁体132周期性地经过该霍尔效应发生器，并在霍尔效应发生器中产生霍尔电压，从该霍尔电压的时间进程可以确定测量段的转速。霍尔效应发生器的信号经由电子单元(图8)被传导至评估单
元并进行评估。例如，最快旋转的测量段的转速被定义为参考值，并且对于转速比参考值低预定阈值的测量段，显示滑动。