DE10141549C1

DE10141549C1 - Verfahren zur Zugkraftmessung an laufenden Materialien sowie Vorrichtung zur Ausübung des Verfahrens

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Publication number: DE10141549C1
Application number: DE2001141549
Authority: DE
Inventors: Juergen Lenkeit
Original assignee: TENSOMETRIC MESTECHNIK STROEHM
Current assignee: TENSOMETRIC MESTECHNIK STROEHM
Priority date: 2001-08-24
Filing date: 2001-08-24
Publication date: 2003-02-13
Anticipated expiration: 2021-08-25

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zur Zugkraftmessung an laufenden Materialien wie Garnen, Fäden, Drähten, Kabeln, Seilen, Litzen, Bändern, Stoffbahnen, Blechen o. dgl., unter Verwendung eines Kraftaufnehmers mit einem das Material aus seiner Laufrichtung auslenkenden Kraftfühler, wobei für die Auslenkung der Umschlingungswinkel charakteristisch ist, mit dem das Material den Kraftfühler umschlingt. DOLLAR A Die Erfindung besteht im wesentlichen in der Erfassung des Umschlingungswinkels, aus dessen jeweiliger Größe ein Rechner die resultierende Zugkraft ermittelt. DOLLAR A Bevorzugt erfasst man mittels eines ersten Messfühlers den Teil-Umschlingungswinkel, unter dem das Material auf den Kraftfühler aufläuft und mittels eines zweiten Messfühlers den Teil-Umschlingungswinkel, unter dem das Material vom Kraftühler abläuft und kann aus der dadurch möglichen Feststellung der Kraftwirkungsrichtung der resultierenden Zugkraft die Materialzugkraft exakt messen und zur Anzeige bringen.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Zugkraftmessung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie eine Zugkraftmesseinrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 6.

Zur elektronischen Zugkraftmessung, die bei der Herstellung und Weiterverarbeitung von laufenden Materialien wie Garnen, Fäden, Drähten, Kabeln, Seilen, Litzen, Bändern, Stoffbahnen, Blechen od. dgl. längsgestreckte bzw. Endlos-Erzeugnisse, die im Sinne der Erfindung nachfolgend unter dem einheitlichen Begriff "Material" zusammengefasst sind, von großer Bedeutung ist, werden Messeinrichtungen eingesetzt, deren Kraftfühler jeweils die Zugkraft misst und diese in ein elektrisches Signal umwandelt. Das Signal wird auswertet und als Zugkraft an einem Display anzeigt sowie ggf zur Registrierung, Auswertung oder Steuerung zur Verfügung gestellt.

Zur Umwandlung der Materialzugkraft in ein elektrisches Signal wird das Material üblicherweise in einem konstanten, definierten Winkel von dem mit einer Messrolle oder auch mit einem Keramikstift ausgerüsteten Kraftaufnehmer als Materialumlenkeinrichtung insgesamt oder als Bestandteil einer solchen quer zur Laufrichtung des Materials ausgelenkt. Die definierte Aus lenkung führt das Material in der Regel im wesentlichen W-förmig, so dass auf den im Scheitel des W angreifenden Kraftfühler eine resultierende Quer- bzw. Radialkraft ausgeübt wird. Die Materialzugkraft F lässt sich aus der gemesse nen resultierenden Radialkraft F_res und dem Umschlingungswinkel α nach den Regeln des Kräfteparallelogramms aus der Grundformel

berechnen. Bei bekanntem Materialdurchmesser und E-Modul des Materials lässt sich darüber hinaus auch die Dehnung messen.

Am häufigsten sind für Messungen solcher Art sog. "3-Rollen-Systeme" in Gebrauch. Diese umfassen einen Kraftfühler, der zwischen zwei Führungen angeordnet ist. Die Führungen sorgen dafür, dass das Material, an dem die Zugkraft gemessen werden soll, in einem konstanten definierten Winkel durch den Kraftfühler ausgelenkt wird. Gängige Zugkraftmesseinrichtungen besitzen einen Träger, auf dem der Kraftfühler zusammen mit den beiden Führungen angeordnet ist. Meist sind die Führungen kugelgelagerte Laufrollen. Auch befindet sich auf dem Kraftaufnehmer zur Vermeidung unnötiger Reibung eine kugelgelagerte Laufrolle. Auch sogenannte Radialkraft-Sensoren, die zur Zugkraftmessung eingesetzt werden, benutzen dieses Prinzip. Sie werden in der Maschine dort eingebaut, wo eine Umlenkung des Materials für die wei tere Verarbeitung erforderlich ist.

Der mit α bezeichnete Umschlingungswinkel, die im Material herrschende Zugkraft F und die resultierende Zugkraft F_res stehen dabei gemäß obiger Formeln in Beziehung miteinander.

Hierzu drei Beispiele:

a) Aus den Vorgaben α = 6° (Umschlingungswinkel bei einem 3-Rollen Zugkraftmeßsystem) und F = 1000 N (maximale, zu messende Zugkraft im Material) folgt: F_res = 104,67 N, was bedeutet, dass der am besten geeignete Kraftfühler eine Nennlast von wenigstens 110 N haben muss.
b) Aus den Vorgaben α = 12° (Umschlingungswinkel bei einem 3-Rollen Zugkraftmeßsystem) und F = 1000 N (maximale, zu messende Zugkraft im Material) folgt: F_res = 209,06 N, was bedeutet, dass der am besten geeignete Kraftfühler eine Nennlast von mindestens 210 N haben muss.
c) Aus den Vorgaben α = 12° (Umschlingungswinkel bei einem 3-Rollen Zugkraftmeßsystem) und F = 2000 N (maximale zu messende Zugkraft im Material) folgt: F_res = 418,12 N, was bedeutet, dass der am besten geeignete Kraftfühler eine Nennlast von 420 N haben sollte.

Hieraus ist ersichtlich, wie stark einerseits der Umschlingungswinkel α (vergleiche a. mit b.) und andererseits die zu messende Zugkraft F im Material (vergleiche b. mit c.) bestimmend sind für die Auswahl eines Kraftfühlers mit optimaler Nennlast bzw. günstigstem Nennmessbereich. Auch zeigt Formel (1) bzw. Formel (2), dass es wichtig ist, den Umschlingungswinkel α konstant zu halten, damit F_res in einem konstanten Verhältnis von F abhängt.

Die meisten "3-Rollen-Systeme" berücksichtigen dies ohne weiteres, da bei ihnen der Umschlingungswinkel α fest eingestellt ist. Zugleich aber eignet sich ein Kraftfühler aufgrund seines spezifischen Nennmessbereichs dem ent sprechend auch nur zur Messung von Materialzugkräften innerhalb eines bestimmten Wertebereichs. Bezogen auf die obigen Beispiele müssten also zur Messung aller Verhältnisse optimal drei verschiedene Kraftfühler zum Einsatz gebracht werden oder der unter c. ermittelte Kraftfühler mit der höchsten Nennlast, was aber insbesondere den Nachteil hat, dass die Messgenauigkeit umso mehr abnimmt, je geringer die maximal im Material auftretende Zugkraft ist.

DE 93 05 878 U1 nutzt die Möglichkeit aus, bei "3-Rollen-Systemen" das Material längs dreier verschiedener Wege (sog. Laufgeometrien) mit unterschiedlichen Umschlingungswinkeln α des Kraftfühlers führen zu können (vgl. in DE 93 05 878 U1 die Fig. 1 bis 3 - Laufgeometrie I bis III). In allen drei Fällen ist der Umschlingungswinkel α jeweils konstant, so dass sich je nach Laufgeometrie unterschiedliche Nennmessbereiche für die zu verwendende Zugkraftmesseinrichtung ergeben. Ein Vorteil besteht darin, dass man dieje nige Laufgeometrie auswählen und durch entsprechenden Verlauf des Mate rials einstellen kann, die zu der zu messenden Zugkraft am besten passt.

Eine freie Auswahl einer dieser drei Laufgeometrien ist jedoch aufgrund der Eigenschaften der zu messenden Materialien nicht immer möglich. Wesentliche weitere Nachteile sind auch, dass eine Materialdickenänderung bei den Laufgeometrien nach den Fig. 2 (Laufgeometrie 11) und Fig. 3 (Lauf geometrie III) eine Änderung des Umschlingungswinkels bewirkt und damit das Messergebnis verfälscht. Außerdem verschiebt die Benutzung der Lauf geometrie II die Richtung der resultierenden Kraft F_res und erzeugt auch dadurch einen Messfehler. Letztlich sind auch zur Verwirklichung der drei Laufgeometrien meist große Laufrollen erforderlich, die die Handhabung oft erschweren.

Im Unterschied zu dem Verfahren entsprechend DE 197 30 965 C1, bei der eine Umschlingungswinkelerfassung vor einer Neueinstellung des Winkels bei jedem Messvorgang einmalig erfolgt, besteht der Kern vorliegender Erfindung darin, dass der nicht fest eingestellte Umschlingungswinkel kontinuierlich erfasst wird und auf der Grundlage dieses veränderlichen Wertes und der gemessenen resultierenden Kraft die Zugkraft des Materials ermittelt wird.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher zunächst die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung aufzuzeigen, welches es gestatten, mittels eines bestimmten, vorgegebenen Kraftaufnehmers einen sehr großen Messbereich bei hoher Messgenauigkeit abzudecken.

Dieses verfahrenstechnische Problem löst die Erfindung mit den Merk malen des Anspruchs 1. Dem entsprechend ist das Verfahren gekennzeichnet durch eine kontinuierliche Erfassung des nicht fest eingestellten Umschlingungs winkels mittels einer Messeinrichtung, wobei aus dem veränderlichen Umschlin gungswinkel und der gemessenen resultierenden Zugkraft die Zugkraft mit Hilfe eines Rechners ermittelt wird.

Das erfindungsgemäße Verfahren bietet eine Reihe von erheblichen Vortei len. Zunächst braucht der Umschlingungswinkel α nicht, insbesondere nicht fest eingestellt zu werden, da er jederzeit von der Messeinrichtung ermittelt und ausge wertet wird. Dies ist insbesondere bei Verfahrensabläufen von besonderes vorteil hafter Bedeutung, bei der sich der Winkel α laufend ändert, z. B., wenn ein Material von einem Wickel auf einen anderen Wickel umgespult wird, wobei der eine Wickeldurchmesser fortlaufend abnimmt und der andere Wickeldurchmesser zunimmt.

Ein anderer, äußerst bedeutsamer Vorteil liegt in der Verwendbarkeit eines Messwertaufnehmers mit an sich geringem Messbereich zur Abdeckung eines weiten Messbereichs. Wie aus der oben angegebenen Formel (1) ersichtlich, steht die gemessene resultierende Kraft F_res über den Winkel α in definierter Beziehung zur Zugkraft F im Material.

Wenn man das auf das obige Beispiel bezieht, so erkennt man:
Eine Zugkraft von F = 1000 N gemessen bei einem Umschlingungswinkel von α = 12° um den Kraftfühler erzeugt die resultierende Kraft F_res = 209,6 N
Eine Zugkraft von F = 2000 N gemessen bei einem Umschlingungswinkel von α = 6° um den Kraftfühler erzeugt die resultierende Kraft F_res = 209,34 N
Eine Zugkraft von F = 3000 N gemessen bei einem Umschlingungswinkel von α = 4° um den Kraftfühler erzeugt die resultierende Kraft F_res = 209,4 N

Man erkennt, dass für sämtliche Zugkräfte der o. a. Beispiele nur ein Kraft fühler mit einer Nennlast von 210 N ausreicht. Es sei noch erwähnt, das alle Mess bereiche bei F = 0 N beginnen.

Man kann also durch Einstellung des Winkels α, indem man den Kraftfühler fester (Umschlingungswinkel α vergrößert sich) oder mit geringerer Kraft gegen das Material drückt (Umschlingungswinkel α verkleinert sich), nahezu immer in einen vom gerade verwendeten Messwertaufnehmer zu verarbeitenden Nennlastbereich gelangen. Da die Umschlingungswinkel α auch stufenlos größer oder kleiner gewählt werden können, kann dieses Beispiel noch enorm erweitert werden.

Ein weiterer Vorteil liegt in der wechselnden Messung von Zugkräften in Materialien, deren Dicke sich von Messung zu Messung ändert, was zwangsweise eine Änderung des Umschlingungswinkels α bei den oben erörterten Laufgeomet rien II und III zur Folge hat. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren können mit der selben Messeinrichtung problemlos nacheinander aber etwa Drähte unterschied lichster Durchmesser vermessen werden. Mit bisherigen Messeinrichtungen ist dies nicht oder jedenfalls nicht befriedigend der Fall und setzt zumindest jedes Mal eine Neukalibrierung der Messvorrichtung voraus.

Bevorzugt ordnet man die Messeinrichtung zur Erfassung des Umschlin gungswinkels dem Kraftfühler zu, wodurch eine wesentliche Voraussetzung geschaffen ist, die Messvorrichtung als tragbares Handgerät ausführen zu können.

Nach einer Weiterbildung des Verfahrensprinzips wird der Umschlin gungswinkels (α) als Summe von Teil-Umschlingungswinkeln (α₁, α₂) ermittelt. Dabei ist der erste Teil-Umschlingungswinkel (α₁) der Winkel, unter dem das Mate rial auf den Kraftfühler aufläuft und der zweite Teil-Umschlingungswinkel (α₂) beschreibt den Winkel, unter dem das Material vom Kraftfühler abläuft.

Je nach den im laufenden Betrieb vorhandenen Vorgaben und insbesondere Materiallauf-Geometrien kann man dabei entweder den Teil-Umschlingungswinkel α, und den Teil-Umschlingungswinkel α₂ erfassen, um daraus den Umschlingungs winkel α zu ermitteln, wobei α = α₁ + α₂, oder man kann den Teil-Umschlingungs winkel α₁ und den Teil-Umschlingungswinkel α₂ erfassen und diese zur Ermittlung der resultierenden Zugkraft F_res und deren Richtung verarbeiten.

Was die Messeinrichtungen selbst betrifft, so stellen ihre Messfühler Positi onserkennungssysteme dar bzw. umfassen solche. Welchen Typs die Positionser kennungssysteme sind, hat mit Bezug zum Prinzip der Erfindung keine Bedeutung, da sich alle Positionserkennungssysteme eignen, die mit relativ geringem Aufwand brauchbar sind. Beispielhaft seien zu nennen: mechanische Fühler nach Art von Fühlerrollen mit Tänzerfunktion, z. B. gekoppelt mit Dreh-Messwandlern, induktive oder kapazitive Weg- oder Winkelgeber, optische Erfassung des Materiallaufs sowie Laservermessung.

Zur Lösung des vorrichtungsgemäßen Aspekts, ein einfaches Gerät zur Zug kraftmessung zur Verfügung zu stellen, welches über einen sehr weiten Messbe reich hinweg mit hoher Messgenauigkeit einsetzbar ist, betrifft die Erfindung eine Zugkraftmesseinrichtung für laufende Materialen, insbesondere Garne, Fäden, Drähte, Kabel, Seile, Litzen, Bänder, Stoffbahnen oder Bleche mit

- einem Kraftfühler, der vom laufenden Material mit einem nicht fest einge stellten Winkel umschlungen wird,
- einem Kraftaufnehmer, der über eine Messrolle beweglich mit dem Kraftfühler verbunden ist,
- einer Messeinrichtung, die den veränderlichen Umschlingungswinkel kontinuierlich misst und
- einem Rechner, der aus der vom Kraftfühler ermittelten resultierenden Kraft und dem Umschlingungswinkel die Zugkraft des laufenden Materials berechnet.

Dabei kann die Messeinrichtung mit dem Kraftfühler an einem gemeinsamen Träger angeordnet und der Träger kann des weiteren Bestandteil eines tragbaren Handmessgeräts sein.

Nach einer Weiterbildung ist vorgesehen, dass die Messeinrichtung zwei Messfühler umfasst, deren einer den Teil-Umschlingungswinkel α₁, unter dem das Material auf den Kraftfühler aufläuft, und deren anderer den Teil-Umschlingungs winkel α₂ erfasst, unter dem das Material vom Kraftfühler abläuft erfasst. Je nach dem, ob die Erfassung der Teil-Umschlingungswinkel über die Beziehung α₁ + α₂ = α zur direkten Ermittlung bzw. Berechnung des Umschlingungswinkels α herange zogen wird, oder ob die Einzelwerte α₁ und α₂ gesondert in dem Rechner verarbei tet werden, kann die Vorrichtung den unterschiedlichen Betriebsanforderungen entsprechen.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen im einzelnen beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 eine Prinzipskizze zur Erläuterung der Zugkraftmessung an laufen den Materialien,

Fig. 2a und Fig. 2b Prinzipdarstellungen zur Erläuterung der Zugkraftmes sung an unterschiedlich dicken Materialien wie z. B. Drähten,

Fig. 3 eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Messvorrich tung,

Fig. 4a und Fig. 4b schematische Darstellungen der Kraft- und Winkelverhältnisse beim Umspulen eines Materials.

In Fig. 1 ist mit 10 ein Material bezeichnet, das unter Wirkung einer Zugkraft F steht, was durch die beiden voneinander wegweisenden Pfeile angedeutet sein soll. Das Material 10, das im Sinne der Erfindung jedes beliebige zugfeste langgestreckte Element, wie z. B. ein Draht sein kann, wird üblicherweise zwischen zwei mit 11 und 12 bezeichneten Stützpunkten, die von Rollen 13, 14 oder auch Umlenkstiften oder andern Materialführern gebil det sein können, quer zur Materiallaufrichtung durch einen Kraftfühler 15 aus gelenkt.

Infolge dieser Auslenkung bildet das Material 10 im Bereich des Kraft fühlers 15 einen Umschlingungswinkel α aus, aufgrund dessen und der gemessenen resultierenden Kraft F_res sich die Zugkraft F im Material 10 berechnen lässt. Um diese Berechnung reproduzierbar genau zu machen, war es bislang wichtig, bei jedem Messvorgang stets den gleichen Winkel α ein zustellen, d. h. das Material 10 quer zu seiner Laufrichtung bei jeder Messung gleichermaßen auszulenken. Außerdem ist zu bemerken, dass die vom Kraft fühler 15 messbare Kraft (nachfolgend mit F_m bezeichnet) nur dann hinsicht lich Richtung und Größe mit der resultierenden Kraft F_res übereinstimmt, wenn - wie in Fig. 1 dargestellt - diese Kräfte genau in Richtung der Winkelhalbierenden des den Kraftfühler 15 umschlingenden Materials 10 verlaufen.

Üblicherweise werden nach dem Verfahrensprinzip der Fig. 1 die Zug kräfte F an laufenden Materialien 10 gemessen, und zwar derart, dass diese Messung ständig während des Materiallaufs erfolgt.

Zwischen der zu messenden Zugkraft F im Material 10 und der sich aus der Laufgeometrie des Materials 10 in der Vorrichtung ergebenen resultieren den Zugkraft F_res besteht folgende Beziehung:

Ändert sich bei konstanter Material-Zugkraft F der Umschlingungswin kel α, ergibt sich nach obiger Formel (1) dem entsprechend eine andere resultierende Zugkraft F_res. Eine Änderung des Umschlingungswinkels α kann sich ergeben, wenn mit der selben Messeinrichtung nacheinander unter schiedlich dicke Materialien gemessen werden sollen. Eine solche Situation wird am Beispiel unterschiedlich dicker Drähte anhand der Fig. 2a und 2b erläutert.

Dieselbe Messvorrichtung, die insgesamt mit 30 bezeichnet sein soll, misst nach Fig. 2a einen Draht 10 geringen Durchmessers. Es ergibt sich der Umschlingungswinkel a. In Fig. 2b misst die selbe Vorrichtung 30 die Zugkraft eines Drahtes 10' mit größerem Durchmesser. Folglich ergibt sich hier der Umschlingungswinkel b. Der Umschlingungswinkel a ist jedoch aufgrund der geringeren Materialstärke kleiner als der Umschlingungswinkel b bei der Messung eines dickeren Materials 10'. Das bedeutet, dass die selbe Messein richtung ohne weiteres nur in einem Fall exakte Messergebnisse liefern kann. Um in beiden Fällen genau reproduzierbare Messergebnisse zu liefern, muss die Vorrichtung zumindest neu kalibriert werden.

Soweit geschildert liegen die Verhältnisse beim Stand der Technik bis lang vor.

Entsprechend der Erfindung ist nun vorgesehen, dass man mit Hilfe einer Messeinrichtung den Umschlingungswinkel α erfasst und aus dessen jeweiliger Größe mittels eines Rechners die resultierende Zugkraft F_res ermit telt. Dadurch entfällt eine Neukalibrierung der Messeinrichtung z. B. bei auf einanderfolgender Messung unterschiedlich dicker Materialien. Auch ist eine erhebliche Messbereichserweiterung die Folge dieser erfinderischen Maß nahme.

Da der Umschlingungswinkel α (bzw. die unterschiedlichen Umschlin gungswinkel a und b bei dem Beispiel entsprechend den Fig. 2a und 2b) jedes Mal individuell gemessen und das Messergebnis ausgewertet wird, genügt es folglich, eine Vorrichtung bereitzustellen, die nur noch den Kraftfühler 15, einen Rechner sowie eine Anzeige umfasst, nicht jedoch mehr die Rollen 13 und 14. Der Kraftaufnehmer wird nunmehr derart gegen das laufende Material 10 gedrückt, bis sich ein Umschlingungswinkel α einstellt, der genaue Mess ergebnisse liefert. Die aus F_res resultierende zu messende Zugkraft F kann dann unmittelbar auf der Anzeige der Messvorrichtung abgelesen werden.

Sofern es gelingt, den Kraftfühler 15 exakt lotrecht zur Bewegungsrich tung des Materials 10 zu bewegen (was gleichbedeutend damit ist, dass die messbare Kraft F_m und die resultierende Zugkraft F_res mit der in der Winkel halbierenden des Umschlingungswinkels α zusammenfallen), genügt die Ermittlung des Umschlingungswinkels α.

Sofern jedoch der "Auflaufwinkel" unter dem das Material auf den Kraft fühler 15 aufläuft und der "Ablaufwinkel" unter dem das Material vom Kraftfühler 15 abläuft, unterschiedlich sind, so dass die Richtung der Kräfte F_res und F_m einen Winkel zwischen sich einschließen, ist es empfehlenswert, diese unterschiedlichen Teil-Umschlingungswinkel jeweils zu erfassen.

Eine Vorrichtung, die dazu in der Lage ist, ist schematisch in Fig. 3 dar gestellt.

Im einzelnen zeigt Fig. 3 einen Kraftfühler 15 mit einer Messrolle 16, die (Pfeil 17) relativbeweglich mit einem Kraftaufnehmer 18 in Verbindung steht. Ferner sind ein Rechner 19, der die Messwerte des Kraftfühlers 15 ver arbeitet, und eine Anzeige (Display) 20 vorgesehen, die den Prozentwert oder den Effektivwert der im Material 10 herrschenden Zugkraft F anzeigt.

Sodann ist eine Messeinrichtung 21 vorgesehen, deren Aufgabe es ist, den Umschlingungswinkel α und/oder den Auflaufwinkel α₁ und den Ablauf winkel α₂ - beides wird weiter unten im einzelnen erläutert - zu erfassen.

Beim dargestellten Ausführungsbeispiel der Erfindung umfasst die Messeinrichtung 21 jeweils einen Messfühler 22, 22' zu beiden Seiten des Kraftfühlers 15. Der Messfühler 22 misst den Winkel α₁, unter dem das Mate rial 10 auf die Messrolle 16 aufläuft, während der zweite Messfühler 22' den Winkel α₂ misst, unter dem das Material 10 vom Kraftfühler 15 (bzw. der Messrolle 16 des Kraftfühlers 15) abläuft.

Man kann aus der Messung der Winkel α₁ und α₂ unmittelbar den Umschlingungswinkel α berechnen. Wenn die beiden Winkel α₁ und α₂ gesondert erfasst werden, lässt sich zusätzlich aber auch die Richtung der resultierenden Zugkraft F_res aus der messbaren Zugkraft F_m ermitteln. Im ein zelnen wird dies noch erläutert.

Die Messeinrichtung 21 ist sehr leicht zu kalibrieren, beispielsweise ihre Null-Stellung am gestreckten, nicht ausgelenkten Material 10 (vgl. vor allem Bezugsebene 29 in Fig. 3).

Beim dargestellten Ausführungsbeispiel umfassen die Messfühler 22 jeweils eine Rolle 23, 23', die im wesentlichen kraftfrei am Material 10 ledig lich anliegt. Die Rollen 23, 23' sind an einarmigen Hebeln 24, 24' befestigt, mit deren Drehachsen 25, 25' drehbar verbunden sind. Diese Messwandler 26, 26' können beispielsweise Potentiometer sein.

Die von den Messfühlern 22 und 22' ermittelten Daten werden dem Rechner 19 zugeführt, der in Verbindung mit den vom Kraftfühler 15 gemes senen Werten aufgrund der obigen Formeln die Zugkraft F im Material 10 berechnet und am Display 20 anzeigt.

Die Bedeutung sich ändernder Auflaufwinkel α₁ und Ablaufwinkel α₂ sei anhand der Fig. 4a und 4b erläutert, die die sich verändernden Winkelverhält nisse beim Abspulen eines Materials 10 von einer Abwickelspule 27 von zunächst großem Durchmesser auf eine Aufwickelspule 28 zunächst kleinen Durchmessers veranschaulichen.

Bei der als gegeben vorausgesetzten Konstellation ist zu Beginn der Auflaufwinkel α₁ relativ klein, der Ablaufwinkel α₂ relativ groß. Der Umschlin gungswinkel insgesamt ist mit α angegeben und bleibt während des Umspul vorgangs im wesentlichen gleich.

Zu Beginn des Umspulvorgangs weicht die Richtung der resultierenden Zugkraft F_res um einen spitzen Winkel β von der Richtung der vom Kraftfühler 15 messbaren Kraft F_m ab. Der Winkel β ist unmittelbar von den Winkeln α₁ und α₂ abhängig und kann somit, wenn die erfindungsgemäße Vorrichtung jeweils die Winkel α₁ und α₂ ermittelt, im Rechner berechnet werden. Daraus folgt sofort, dass aus der messbaren Kraft F_m die tatsächlich resultierende Kraft F_res, die in obige Formeln (1) und (2) eingeht, ebenfalls berechnet wer den kann, woraus wiederum unmittelbar eine genaue und präzise Angabe der im Material 10 tatsächlich vorherrschenden Zugkraft ermöglicht wird.

Während des Abspulens der Abwickelspule 27 und des Aufwickelns des Materials 10 auf die Aufwickelspule 28 vergrößert sich fortlaufend der Auflaufwinkel α₁ und verringert sich fortlaufend der Ablaufwinkel α₂. Dabei wandert der Vektor der Kraft F_res - bezüglich der Fig. 4a und 4b - entgegen dem Uhrzeigersinn und weicht (beim vorgegebenen "symmetrischen" Beispiel) am Ende des Umspulvorgangs wiederum um den Winkel β, jedoch nunmehr mit anderem Richtungsvorzeichen von der Kraftwirkungslinie der messbaren Kraft F_m ab.

Liegen die Verhältnisse nicht so symmetrisch wie beim dargestellten Beispiel, befindet sich also beispielsweise die Wickelachse eines der beiden Wickel 27, 28 nicht auf der selben Ebene, ergeben sich bezüglich des Win kels β andere Verhältnisse.

Wichtig ist die Feststellung, dass es nach dem erfindungsgemäßen Verfahren und mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung ohne weiteres möglich ist, die im Material 10 herrschende Zugkraft F jederzeit exakt anzeigen zu können. Bei bisherigen Messeinrichtungen wurde, abgesehen von deren anderen Nachteilen wie z. B. dem des beschränkten Messbereichs, stets nur die messbare Kraft F_m ermittelt. Deshalb waren Korrekturen, sei es in Form von elektrischen Korrekturgliedern oder im Wege einer speziellen Kalibrierung erforderlich, um auf die resultierende Zugkraft F_res rückschließen zu können, welche nach obigen Formeln allein maßgeblich zur exakten Feststellung der im Material herrschenden Zugkraft F ist.

Zu erwähnen sei noch, dass - wie aus Fig. 3 ersichtlich - alle mechani schen Elemente der Messvorrichtung auf einem gemeinsamen Träger 31 angeordnet sind, der auch Bestandteil eines Handgeräts sein kann. Die elekt rischen Werte werden über entsprechende Leitungen dem Rechner 19 zuge führt, der seine Daten an das Display 20 weitergibt.

Claims

1. Verfahren zur Zugkraftmessung an laufenden Materialen (10) wie Garnen, Fäden, Drähten, Kabeln, Seilen, Litzen, Bändern, Stoffbahnen, Blechen, unter Ver wendung eines Kraftaufnehmers (18) mit einem das Material (10) aus seiner Lauf richtung auslenkenden Kraftfühler (15), wobei für die Auslenkung der Umschlin gungswinkel (α) charakteristisch ist, mit dem das Material (10) den Kraftfühler (15) umschlingt, gekennzeichnet durch eine kontinuierliche Erfassung des nicht fest eingestellten Umschlingungswinkels (α) mittels einer Messeinrichtung (21), wobei aus dem veränderlichen Umschlingungswinkel (α) und der gemessenen resultie renden Zugkraft (F_res) die Zugkraft (F) mit Hilfe eines Rechners (19) ermittelt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Umschlin gungswinkel (α) als Summe von Teil-Umschlingungswinkeln (α₁, α₂) ermittelt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Teil- Umschlingungswinkel (α₁) der Winkel ist, unter dem das Material (10) auf den Kraftfühler (15) aufläuft und der zweite Teil-Umschlingungswinkel (α₂) den Winkel beschreibt, unter dem das Material (10) vom Kraftfühler (15) abläuft.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Teil- Umschlingungswinkel (α₁, α₂) mit Messfühlern (22, 22'), die Bestandteil der Mess einrichtung (21) sind, ermittelt werden.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass aus den erfassten Teil-Umschlingungswinkeln (α₁, α₂) die resultierende Kraft (F_res) und deren Richtung ermittelt wird.

6. Zugkraftmesseinrichtung für laufende Materialen, insbesondere Garne, Fäden, Drähte, Kabel, Seile, Litzen, Bänder, Stoffbahnen oder Bleche mit
einem Kraftfühler (15), der vom laufenden Material (10) mit einem nicht fest eingestellten Winkel (α) umschlungen wird,
einem Kraftaufnehmer (18), der über eine Messrolle (16) beweglich mit dem Kraftfühler (15) verbunden ist,
einer Messeinrichtung (21), die den veränderlichen Umschlingungswinkel (α) kontinuierlich misst und
einem Rechner (19), der aus der vom Kraftfühler (15) ermittelten resul tierenden Kraft (F_res) die Zugkraft (F) und den Umschlingungswinkel (α) des laufenden Materials (10) berechnet.

7. Zugkraftmesseinrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Messeinrichtung (21) mit dem Kraftfühler (15) an einem gemeinsamen Träger (31) angeordnet ist.

8. Zugkraftmesseinrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Träger (31) Bestandteil eines tragbaren Handmessgeräts ist.

9. Zugkraftmesseinrichtung nach einem der Ansprüche 6 oder 7, dadurch gekennzeich net, dass die Messeinrichtung (21) zwei Messfühler (22, 22') umfasst, deren einer (22) den Teil-Umschlingungswinkel (α₁), unter dem das Material (10) auf den Kraftfühler (15) aufläuft, und deren anderer (22') den Teil-Umschlingungswinkel (α₂) erfasst, unter dem das Material (10) vom Kraftfühler (15) abläuft.