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Die
vorliegende Erfindung betrifft einen Zugkraftsensor nach Oberbegriff
des Hauptanspruchs.
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Das
Grundprinzip derartiger Zugkraftsensoren beruht auf der Umlenkung
des Endlosmaterials an einer Meßrolle.
Zu diesem Zweck muß das
Enslosmaterial die Meßrolle
teilweise umschlingen. Hierzu sind beidseits der Meßrolle im
Laufe des Endlosmaterials Stützrollen
vorgesehen, deren Laufzonen hinter der Teilumschlingungszone an
der Meßrolle
so zurückspringen,
daß an
der Meßrolle
die Teilumschlingung entsteht.
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Es
soll ausdrücklich
darauf hingewiesen sein, daß die
vorliegende Erfindung nicht nur zur Zugkraftmessung an laufenden
Endlosmaterialien verwendbar ist, sondern daß die Erfindung ohne weiteres
auch im statischen Bereich einsetzbar ist, wenn beispielsweise die
Produktion stillsteht oder wenn die zu vermessende Längskraft
bei ortsfest eingespanntem Langgut (= Endlosmaterial) erfaßt werden
soll. Dies kann beispielsweise bei einer saitenartigen Einspannung
des Langguts erforderlich sein. Für diese Fälle sind prinzipiell anstelle von
Stützrollen
und der Meßrolle
Stützstellen
und eine Meßstelle
ausreichend, um den Zweck der Erfindung zu erfüllen. Auf eine reibungs- beziehungsweise
verschleißarme
Relativbewegung zwischen Langgut und den Stützstellen beziehungsweise der
Meßstelle
kommt es dann nicht an.
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Derartige
Zugkraftsensoren haben sich in der Praxis vieltausendfach bewährt. Zur
Messung der Zugkraft muß aber
der Zugkraftsensor im wesentlichen senkrecht auf das Endlosmaterial
zugestellt werden, damit ein symmetrischer Überlauf an der Meßrolle entsteht.
Da die Meßrolle
nur ganz wenig über
die Laufzonen der ersten und zweiten Stützrolle hervorsteht, ist diese
Forderung mitunter bei bestimmten Einbauverhältnissen nicht immer praktikabel.
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Das
grundsätzliche
Problem derartiger Zugkraftsenoren liegt daher in der genauen Ausrichtung des
Rollensystems zur Längsrichtung
des Endlosmaterials, da bereits geringe Abweichungen zu erheblichen
Meßfehlern
führen
können.
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Um
dies zu vermeiden, sind sogenannte 5-Rollensensoren bekannt geworden,
bei denen außerhalb
der Stützrollen
jeweils eine Führungsrolle vorgesehen
ist, um das Endlosmaterial gegen die Laufzone der jeweils benachbarten
Stützrolle
zu halten.
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Derartige
Zugkraftsensoren verlangen allerdins nach einem relativ hohen Bauaufwand.
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Es
ist daher Aufgabe der Erfindung, den bekannten Zugkraftsensor so
weiterzubilden, daß bei vermindertem
Bauaufwand Anlagefehler zuverlässig ausgeschlossen
werden, die sich aus einer von der Idealwinkellage abweichenden
Ausrichtung des Zugkraftsensors ergeben.
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Diese
Aufgabe löst
die Erfindung mit den Merkmalen des Hauptanspruchs.
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Aus
der Erfindung ergibt sich der Vorteil, daß ein Zugkraftsensor relativ
kurzer Bauform entsteht, der auch bei beengten Platzverhältnissen
Anwendung finden kann und der trotzdem die Vorteile eines 5-Rollensensors
hinsichtlich etwaiger Ungenauigkeiten bei der Ausrichtung der Meßstellung
besitzt.
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Dieser
Vorteil wird dadurch erreicht, daß lediglich eine einzige Stabilisierungsrolle
vorgesehen ist, die das Endlosmaterial zuverlässig an die Laufzone der zu
ihr benachbarten Stützrolle
hält. Zu
diesem Zweck ist die zusätzliche
Stabilisierungsrolle außerhalb
des Längsbereichs
zwischen den Laufzonen der ersten und der zweiten Stützrolle
angeordnet.
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Diese
Stabilisierungsrolle kann eingangsseitig oder ausgangsseitig zum
Zugkraftsensor angeordnet sein. Wesentlich daran ist, daß der Auflagepunkt
der Stabilisierungsrolle das Endlosmaterial bereits bei ”einigermaßen” ordnungsgemäßer Ausrichtung
des Zugkraftsensors zur Längsrichtung
des Endlosmaterials gegen die Laufzone der zu ihr benachbarten Stützrolle
hält. Zu
diesem Zweck sollte der Auflagepunkt, welchen die Stabilisierungsrolle dem
Endlosmaterial bietet, so weit in den regulären Verlauf des Endlosmaterials
eindringen, daß dieses unter
einer geringen Auslenkung gegen die vorauslaufende Stützrolle
gehalten wird.
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Wird
die Stabilisierungsrolle in Querrichtung so bewegbar, daß sie unterschiedliche
Querpositionen einnehmen kann, läßt sich
der Zugkraftsensor ohne weiteres für Endlosmaterialien unterschiedlicher
Durchmesser verwenden. Zu diesem Zweck soll die Stabilisierungsrolle
abhängig
vom Durchmaß des Endlosmaterials
so weit in Richtung zur benachbarten Stützrolle zustellbar sein, daß das Endlosmaterial unter
leichter Umlenkung an der vorauslaufenden Stützrolle zuverlässig gehalten
wird.
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Ein
besonderer Vorteil der Erfindung liegt daher auch darin, daß Fehlstellungen
des Zugkraftsensors in Bezug zur Längsrichtung des Endlosmaterials praktisch
nur noch in einer Richtung relevant werden können. Fehlstellungen können daher
nur noch relevant werden, wenn die der Stabilisierungsrolle nicht benachbarte
Stützrolle
außer
Kontakt mit dem Endlosmaterial gerät. Fehlstellungen in der entgegengesetzten
Orientierung würden
nämlich
in jedem Fall zu einem verstärkten
Andruck der letzteren Stützrolle führen, während zugleich
die Stabilisierungsrolle das Endlosmaterial zuverlässig an
ihre benachbarte Stützrolle
hält.
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Hierdurch
ergibt sich eine vereinfachte Meßergonometrie, da der Zugkraftsensor
praktisch nur noch in einer einzigen vorbestimmten Weise an das Endlosmaterial
gehalten werden muß.
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Dennoch
vermeidet die Erfindung ein umständliches
Einfädeln
des Endlosmaterials, – wie
bisher beim 5-Rollensensor notwendig –, da das Endlosmaterial leicht
zwischen die Stabilisierungsrolle und die dazu benachbarte Stützrolle
eingelegt werden kann. Danach braucht der Zugkraftsensor lediglich
in Richtung zum Endlosmaterial verschwenkt zu werden und der Meßzyklus
kann beginnen.
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Sind
die Querpositionen der Stabilisierungsrolle stufenlos einstellbar,
bietet dies den Vorteil einer Anpassung der Querposition an beliebige
Durchmesser des Endlosmaterials.
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Zweckmäßigerweise
soll hierzu am Sensorgestell eine Führung für die Stabilisierungsrolle
vorgesehen sein, welche quer zum vorgesehenen Lauf des Endlosmaterials
liegt.
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Will
man zusätzliche
Biegeeffekte insbesondere bei durchmesserstarken Endlosmaterialien
vermeiden, bietet es sich an, die Führung für die Stabilisierungsrolle
so anzuordnen, daß diese
mit zunehmender Andrückung
des Endlosmaterials an die vorausgehende Stützrolle sich von dieser entfernt.
In diesem Fall sollte die Führungsrichtung
mit der Laufrichtung des Endlosmaterials aus Sicht der vorangehenden
Stützrolle
einen spitzen Winkel bilden.
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Zusätzlich kann
vorgesehen sein, die Stabilisierungsrolle unter die Vorlast einer
Feder zu setzen, die in Richtung auf das eingefädelte Endlosmaterial wirkt
und zwischen der Stabilisierungsrolle und dem Sensorgestell entsprechend
abgestützt
ist.
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Ergänzend kann
vorgesehen sein, die Lagerung der Stabilisierungsrolle nach Art
eines Ratschenmechanismus in Richtung zum Endlosmaterial nicht sperrend,
in Gegenrichtung jedoch sperrend auszuführen. Bei dieser Weiterbildung
läßt sich
die Stabilisierungsrolle durch einfachen Handgriff auf den jeweiligen
Durchmesser des Endlosmaterials einstellen.
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Weitere
Ausführungsbeispiele
sind in den Figuren erläutert.
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Ergänzend hierzu
kann vorgesehen werden sein, die jeweilige Querposition an einer
Skalierung abzulesen, um die Querpositionen reproduzierbar zu halten.
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Im
folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es
zeigen:
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1 ein
erstes Ausführungsbeispiel
der Erfindung
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2 ein
Ausführungsbeispiel
für eine
Stabilisierungsrolle an einer Querführung
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3 ein
Ausführungsbeispiel
für eine
Stabilisierungs rolle an einer schrägen Querführung
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4 ein
Ausführungsbeispiel
mit Exzenterverstellung
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5 Exzenterverstellung
in Queransicht
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6 ein
Ausführungsbeispiel
mit Sperrgetriebe.
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Sofern
im folgenden nichts anderes gesagt ist, gilt die folgende Beschreibung
stets für
alle Figuren.
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Die
Figuren zeigen einen Zugkraftsensor 1 zur Erfassung der
Zugkraft eines Endlosmaterials. Derartiger Zugkraftsensor weist
ein Sensorgestell 2 auf. An dem Sensorgestell 2 ist
eine erste Stützrolle 3 und
eine zweite Stützrolle 4 vorgesehen.
Zwischen der ersten und der zweiten Stützrolle befindet sich eine
Meßrolle 5.
Während
die Stützrollen 3 und 4 ortsfest
angeordnet sind, ist die Meßrolle 5 in
vorbestimmter Weise beweglich gelagert. Wesentlich bei derartigen
Zugkraftsensoren ist die Erzeugung einer Teilumschlingung 7 an
der Meßrolle 5 durch
das Endlosmaterial 6. Zu diesem Zweck ist die Überlaufzone 8 der
Meßrolle
geringfügig
aus der Verbindungslinie 10 versetzt, die sich zwischen
dem Ablaufpunkt 11 der ersten Stützrolle und dem Auflaufpunkt 12 der zweiten
Stützrolle
erstreckt. Der Versatz 9 wird durch die Verlagerung ausgedrückt, welche
die Überlaufzone 8 der
Meßrolle 5 in
Richtung zum Endlosmaterial 6 hin erfährt.
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Wesentlich
ist nun, daß außerhalb
des Längsbereichs 13 zwischen
den Laufzonen der ersten Stützrolle 3 und
der zweiten Stützrolle 4 eine
einzige weitere Stabilisierungsrolle 14 vorgesehen ist, die
das Endlosmaterial 6 von der gegenüberliegenden Seite an die Laufzone
der zu ihr benachbarten Stützrolle 4 hält.
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Wie
hierzu die Figuren zeigen, verlagert die Stabilisierungsrolle 14 das
Endlosmaterial 6 so weit in Richtung zu der benachbarten
zweiten Stützrolle 4, daß im Lauf
des Endlosmaterials ein Knick entsteht, so daß das Endlosmaterial 6 zu verlässig gegen
die zur Stabilisierungsrolle 15 benachbarte zweite Stützrolle 4 gehalten
wird.
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Auf
diese Weise entsteht an der ersten Stützrolle 3, der Meßrolle 5 und
der zweiten Stützrolle 4 sowie
an der Stabilisierungsrolle 14 innerhalb eines großen Schwenkbereichs,
den der Zugkraftsensor in der Papierebene um die Meßrolle 5 herum
einnehmen kann, ein ständiger
Kontakt zwischen allen vier Rollen und dem Endlosmaterial, sodaß Meßfehler aufgrund
einer Schwenkverlagerung des Zugkraftsensors weitgehend ausgeschlossen
sind. Bei den gezeigten Ausführungsbeispielen
kann ein Meßfehler
allenfalls dann auftreten, wenn der Zugkraftsensor 1 so
weit verlagert wird, daß die
erste Stützrolle 3 vom
Endlosmaterial 6 abhebt.
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Zumindest
in der anderen Schwenkrichtung ist keine Konstellation denkbar,
die zu einem Abheben des Endlosmaterials 6 von allen vier
Rollen führen
könnte – zumindest
im praktikabelen Schwenkbereich – sodaß der Zugkraftsensor 1 zuverlässig stets
gegen das Endlosmaterial 6 gehalten werden kann.
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Ergänzend hierzu
zeigen die Figuren Ausführungsbeispiele,
bei denen die Stabilisierungsrolle 14 in unterschiedliche
Querpositionen am Sensorgestell bewegbar ist. Hierfür zeigt
das Ausführungsbeispiel
gemäß 1 ein
Hilfsgestell, mit welchem die Stabilisierungsrolle 14 am
Sensorgestell 2 schwenkbar um die Führungsachse 15 beweglich
gelagert ist.
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Dabei
steht das Hilfsgestell unter der Vorspannkraft einer Vorlastfeder 17,
welche die Stabilisierungsrolle 14 in Richtung zum Endlosmaterial 6 zu drängen versucht,
so daß dort
stets eine zuverlässige Anlage
gewährleistet
ist.
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Ist
also bei dieser Konstellation das Endlosmaterial 6 einmal
in alle vier Rollen eingefädelt,
so wird es zusätzlich unter
die geringe Vorlast der Vorlastfeder 17 gesetzt und bleibt
daher stets im Umfangskontakt mit allen Rollen.
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Ergänzend hierzu
zeigen die 2 bis 4 Ausführungsbeispiele,
bei welchen die Querpositionen der Stabilisierungsrolle 14 stufenlos
einnehmbar sind.
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Zu
diesem Zweck sind Führungen 15 vorgesehen,
an denen die Stabilisierungsrolle 14 in Richtung zum Endlosmaterial 6 bewegbar
ist. Die Führungen 15 liegen
prinzipiell quer zum Lauf des Endlosmaterials 6, so daß die Stabilisierungsrolle 14 zumindest
soweit in den Lauf des Endlosmaterials 6 eingefahren werden
kann, daß am
Ablaufpunkt des Endlosmaterials von der zur Stabilisierungsrolle
benachbarten Stützrolle
zwingend Kontakt entsteht.
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Ergänzend hierzu
zeigt 3 eine Weiterbildung, bei welcher die Führung 15 einen
spitzen Winkel mit dem von oben kommenden Endlosmaterial 6 einschließt. Angenommen,
diese Stelle sei das Ausgangsende des Endlosmaterials 6 aus
dem Zugkraftsensor 1, so schließt die Führung 15 mit dem von
der zweiten Stützrolle 4 kommenden
Endlosmaterial 6 einen spitzen Winkel ein. Nähert man
daher die Stabilisierungsrolle 14 in zunehmender Weise
dem Endlosmaterial 6 an, erfährt dieses einen mehr oder
minder starken Knick an der zweiten Stützrolle 4 während zugleich
der Kontaktpunkt zwischen dem Endlosmaterial 6 und der
Stabilisierungsrolle 14 von der zweiten Stützrolle 4 weg
verlagert wird.
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Diese
Anordnung der Führung 15 bietet
daher den Vorteil, daß auch
relativ Durchmesserdicke und biegeempfindliche Endlosmaterialien
trotz der Stabilisierungsrolle 14 nur gering auf Biegung
belastet werden.
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Maßgeblich
hierfür
ist der spitze Winkel 16, der zwischen der Längsmittelinie 15 und
der Längsmittellinie
des Endlosmaterials 6 aufgespannt wird. Für Endlosmaterialien 6,
bei denen es auf die Biegeempfindlichkeit nicht ankommt, wie dies
beispielsweise bei Filamenten oder anderen Fäden ist, kann die Führung 15 auch
unter einem stumpfen Winkel zum ankommenden Endlosmaterial geneigt
sein. Bei dieser Weiterbildung würde
mit der Zustellung der Stabilisierungsrolle 14 in den Lauf
des Endlosmaterials zugleich eine Annäherung an die zur Stabilisierungsrolle
benachbarte zweite Stützrolle
erfolgen. Diese Maßnahme
bietet den Vorteil, daß die
Gesamtlänge des
Zugkraftsensors mit zunehmender Zustellung der Stabilisierungsrolle
zum Endlosmaterial geringer wird.
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Abweichend
hiervon zeigt 4 ein Exzentergetriebe 22, über welches
die Stabilisierunsrolle 14 mit dem Sensorgestell 2 verbunden
ist. Zu diesem Zweck ist die Drehachse 23 der Stabilisierungsrolle 14 auf
einer drehbaren Scheibe gelagert, deren Drehachse gegenüber dem
Sensorgestell 2 um einen vorbestimmten Abstand von der
hierzu parallel liegenden Drehachse 23 der Stabilisierungsrolle 14 verlagert
ist.
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Die
Drehachse 24 des Exzenters ist daher der Mittelpunkt, um
welchen sich die Drehachse 23 der Stabilisierungsrolle 14 verlagert,
wenn die entsprechende Scheibe gedreht wird. Mit der Verlagerung
ist auch eine Zustellbewegung der Stabilisierungsrolle 14 in
Richtung zum Endlosmaterial 6 verknüpft, so daß auch hierdurch die Anpassungsfähigkeit
an Endlosmaterialien unterschiedlicher Durchmesser gewährleistet
ist.
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5 zeigt
eine Queransicht der Darstellung gemäß 4.
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Man
erkennt – stellvertretend
für alle
Ausführungsbeispiele – daß die Laufebenen
der zweiten Stützrolle 4 und
der Stabilisierungsrolle 14 und natürlich ebenso die Laufebenen
der ersten Stützrolle
und der Meßrolle
koplanar liegen, so daß seitliche
Umlenkungen des Endlosmaterials während der Messung ausgeschlossen
sind.
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Ergänzend hierzu
zeigt 6 eine Weiterbildung mit einem Sperrgetriebe 18.
Im vorliegenden Ausführungsbeispiel
wird das Sperrgetriebe 18 durch die Kombination einer am
Sensorgestell befindlichen Zahnbahn 19 mit einer an der
Achse der Stabilisierungsrolle 14 befindlichen Sperrklinke 20 gebildet. Die
Sperrklinke 20 steht unter der Vorlast einer Klinkenfeder 21,
welche die Sperrklinke 20 ständig in Kontakt mit der Zahnbahn 19 hält.
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Wird
nun die Achse der Stabilisierungsrolle 14 entlang der Führung 15 nach
rechts bewegt, so gleitet die Sperrklinke 20 über die
ansteigenden Schrägen
der Zahnbahn 19 bis zu dem jeweils höchsten Punkt eines Zahns auf.
Danach fällt
die Sperrklinke 20 in die Vertiefung zwischen zwei benachbarten
Zähnen
der Zahnbahn 19 ein, so daß die Achse der Stabilisierungsrolle 14 in
dieser Position fixiert ist.
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Auf
diese Weise läßt sich
die Stabilisierungsrolle 14 so weit in der Führung 15 in
Richtung zum Endlosmaterial 6 verlagern, bis der zwingende
Kontakt zwischen Endlosmaterial 6 und der zur Stabilisierungsrolle
benachbarten Stützrolle 4 gegeben
ist.
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Zum
Lösen dieses
Sperreingriffs kann anschließend
die Sperrklinke 20 über
die Zahnbahn 19 herausgeschwenkt werden, so daß die Sperrwirkung aufgehoben
ist.
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Ergänzend hierzu
zeigen die 2 bis 4 Weiterbildungen,
bei denen die Querposition der Stabilisierungsrolle 14 durch
eine Skalierung 32 erkennbar ist. Auf diese Weise läßt sich
für Endlosmaterialien
unterschiedlicher Durchmesser die jeweilige optimale Querposition
reproduzierbar festhalten.
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Weiterhin
zeigen die Figuren bevorzugte Ausführungsbeispiele, bei denen
das Endlosmaterial 6 von der ersten Stützrolle 3 zur zweiten
Stützrolle 4 läuft. Bei
diesen Ausführungsbeispielen
sitzt die Stabilisierungsrolle 14 ausgangsseitig des Zugkraftsensors
und hält
somit das Endlosmaterial 6 gegen die Laufrille der ausgangsseitig
angeordneten Stützrolle 4.
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Es
soll allerdings deutlich gesagt sein, daß der Zugkraftsensor gemäß dieser
Erfindung auch bei statisch eingespanntem Langgut, wie zum Beispiel bei
Saiten oder ähnlichem
Verwendung finden kann.
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- 1
- Zugkraftsensor
- 2
- Sensorgestell
- 3
- erste
Stützrolle
- 4
- zweite
Stützrolle
- 5
- Meßrolle
- 6
- Endlosmaterial
- 7
- Teilumschlingung
- 8
- Überlaufzone
- 9
- Versatz
- 10
- Verbindungslinie
- 11
- Ablaufpunkt
an der ersten Stützrolle
- 12
- Auflaufpunkt
an der zweiten Stützrolle
- 13
- Längsbereich
- 14
- Stabilisierungsrolle
- 15
- Führung
- 16
- spitzer
Winkel
- 17
- Vorlastfeder
- 18
- Sperrgetriebe
- 19
- Zahnbahn
- 20
- Sperrklinke
- 21
- Klinkenfeder
- 22
- Exzentergetriebe
- 23
- Drehachse
der Stabilisierungsrolle
- 24
- Drehachse
des Exzenters
- 25
- Skalierung