具有力传感器的辊

摘要

本发明涉及一种用于测量物料带转向辊的支承力(3)的力传感器(10)。所述力传感器(10)具有基座(20)，在其上安装了至少一个传感元件(25)。所述传感元件(25)具有至少一个由于所述支承力(3)产生弹性变形的板(40)，该板与至少一个力接收件(42)成为一体。所述传感元件(25)在此被一个压块(29)加载，所述支承力(3)借助一个弹簧(32)导入所述压块。该弹簧-沿力的方向看-具有一个在相同的负载下比可弹性变形的板(40)更大的弹簧行程。为了限制作用在传感元件(25)上的力，设置一个环状的、被压块(29)平面下压的止挡(35)。所述止挡(35)围绕传感元件(25)设置。

权利要求

1.使物料带(2)转向的辊，其中，所述辊(1)支承在板(7)上，为了测量辊(1)的支承力(3)，所述板与力传感器(10)作用连接，该力传感器具有基座(20)，在其上设有至少一个传感元件(25)，所述传感元件具有至少一个由于所述支承力(3)可弹性变形的板(40)，其特征在于，所述支承辊(1)的板(7)围绕旋转支承件(8)可摆动地设置，所述旋转支承件支承在静止的板(9)上，其中，在可摆动的板(7)和静止的板(9)之间设有所述力传感器(10)，并且所述可弹性变形的板(40)具有至少一个力接收件(42)，所述传感元件(25)由压块(29)加载，其中，通过至少一个弹簧(32)将所述支承力(3)传导给压块(29)，该弹簧自所述支承力的方向看在相同负载下比所述可弹性变形的板(40)具有一个更大的弹簧行程，为了限制作用在传感元件(25)上的力，所述压块(29)可平面地压在围绕所述传感元件(25)设置的环形止挡(35)上。

2.按照权利要求1所述的辊，其特征在于，所述止挡(35)松弛地置于基座(20)上。

3.按照权利要求1或2所述的辊，其特征在于，为了调整高度，止挡(35)由多个相互堆叠的件(36)组成，所述件(36)具有不同的高度。

4.按照权利要求1至2中任意一项所述的辊，其特征在于，所述止挡(35)由淬火钢构成。

5.按照权利要求1至2中任意一项所述的辊，其特征在于，至少一个额外的弹簧(39)与所述止挡(35)平行设置。

6.按照权利要求1至2中任意一项所述的辊，其特征在于，为了限制作用在力接收件(42)上的力，在力接收件和可弹性变形的板(40)之间设置至少一个弹簧元件(43)。

7.按照权利要求6所述的辊，其特征在于，所述弹簧元件(43)由一个橡胶构件构成。

8.按照权利要求6所述的辊，其特征在于，所述弹簧元件(43)由膜(43)构成，该膜与可弹性变形的板(40)以及力接收件(42)平面地连接。

9.按照权利要求1至2中任意一项所述的辊，其特征在于，所述力接收件(42)由至少一个应力仪构成。

10.按照权利要求1至2中任意一项所述的辊，其特征在于，所述力传感器(10)设有至少一个用于停止物料带运行的限位开关(11)。

11.按照权利要求10所述的辊，其特征在于，限位开关(11)设置在止挡(35)区域中。

12.按照权利要求1至2中任意一项所述的辊，其特征在于，所述力传感器(10)设有至少一个卸除力传感器(10)负载的顶压螺栓(12)。

13.按照权利要求1至2中任意一项所述的辊，其特征在于，所述至少一个弹簧(32)支撑在钟形罩(31)上，其中，在钟形罩(31)和基座(20)之间至少设有一个安全元件(45)。

说明书

具有力传感器的辊

技术领域

[0001] 本发明涉及一种具有用于测量辊支承力的力传感器的辊。

[0002] 背景技术

[0003] DE10118887C1公开了一种用于检测物料带转向辊的支承力的力传感器。所述力传感器具有静止地固定在机械固定轴上的基座。该基座与一个传感器元件整体地连接在一起，其具有两个可弹性变形的双弯曲梁。分别有一个直接被待测量的支承力加载的压块作用在所述双弯曲梁上。两个双弯曲梁在其弯曲最大的区域中设有力接收件以便检测双弯曲梁由于支承力所产生的变形。

[0004] US2004/181312A1公开了一种带有力传感器的机器人。所述力传感器具有一个可变形的、在其上设有一个传感元件的板。所述力通过压块和弹簧导入可变形的板中。所述弹簧的用途是实现对物体的软接触。假设当压块与硬物相接触时，马上会对弹簧进行挤压，从而使接触力保持在很小的状态下。与物体越接近传感器检测到的压力就越大。由此，可以利用一个预先给定的牵引力对力进行控制从而减慢物体接近的过程。 [0005] DE953840C公开了一种具有用于检测支承力的力测量装置的辊。所述辊被支撑在一个可弹性弯曲的板上并且可以根据板给出的支承力稍微改变自身位置。可以通过一个插棒式线圈装置来测定辊本身的位置从而确定支承力的大小。

[0006] 发明内容

[0007] 本发明的目的在于提供一种具有开头所述类型的力传感器的辊，该辊具有改善的故障保险性能。

[0008] 根据本发明实现上述目的。

[0009] 根据本发明的辊用于测量物料带转向辊的支承力。所述物料带优选是纸带、瓦楞带、薄膜带、纺织品带、毛毡带或筛网带。这些物料带可以是连续的或循环的连续物料带。在辊的重量和其包围角都已知的情况下，可以通过物料带计算出物料带的拉应力，这个拉应力对于不同的应用，尤其是对于拉应力的调节具有重大意义。所述力传感器具有一个通常情况下机械固定并由此静止设置的基座。在该基座上至少设有一个实际用于测量力的传感元件。所述传感元件是与基座连成一体还是单独地成为支撑在基座之上的一个部分在此都无关紧要。所述传感元件具有至少一个由于待测量的支承力而出现弹性变形的板，该板将待测量的支承力转换成一个成比例的变形。借助至少一个力接收件，优选地借助一个应力仪将所述弹性变形转换成一个电子测量信号，尤其是一个电阻变化。在将支承力导入传感元件中时，该传感元件受到压块加载，所述压块将待测量的支承力传到可弹性变形的板上。在物料带运行的过程中围绕着转向辊经常出现很明显的峰值力，例如由物料带本身的不规则性或带运行的不规则性造成的峰值力。当带断裂或打卷时，所述辊同样会受到很大的负载，所述辊同样承受很高的负载。安装辊时也会产生高的峰值力，因为辊的总重会突然压向力传感器。这个峰值力可能是待测量的平均支承力的几倍，其中，这个峰值力的持续时间非常短暂，优选地仅在微秒范围内。所述辊机械和物料带都可以毫无问题地承受这样短暂的峰值力。与此相反的，所述峰值力经常会反复地损坏传感元件并且尤其损坏力接收件。为了尽量避免峰值力作用于传感元件，利用至少一个弹簧将力导入压块。这样确定所述弹簧的尺寸，即，沿力的方向看，该弹簧在相同的负载下要比可弹性变形的板具有更大的弹簧行程。当辊受到冲击时，辊的支承装置可以减小冲击力，从而相应地将减小传感元件所受到的峰值力的最大值。这不会影响测量结果，因为实际上所述弹簧将这个冲击的能量作为弹性能量保存了下来并延缓了其传导至传感元件的过程。通过这个方法使所述峰值力变小变宽，其中，总体上相应地减小了传感元件的最大负载。测量到的所述支承力的瞬时平均值却不会受到这个方法的影响。在出现很高峰值力时，例如当经过物料带的接合处时，仍然会对传感元件造成强烈冲击，即便采取了前述方法传感元件仍 然可能被损坏。出于这个原因，为了限制对作用在传感元件上的力作用，所述压块可压在基座的一个止挡上。该止挡由此将压块的最大行程限制在一个通常对传感元件没有损害的值上。由此所述支承力的一部分便不作用在传感元件而是通过止挡导向了入基座。这样虽然导致测量结果出现偏差，但却维护了传感元件的工作性能。在这种情况下该错误测量是可以接受的，因为尽管在力的行程中设置了弹簧也依然以极具损害性的大小被导入传感元件的很高的峰值力是无法控制的，这是由于这种峰值力极其短暂。由于此类强烈冲击极为罕见，所以这种类型的错误测量也是可以接受的。重要的是所述止挡的具体设计，因为尤其在受到冲击时这个止挡必须接收巨大的脉中能。该止挡的制造必须极其精准，从而既不会对传感元件的测量区域造成不必要的限制也可以保护传感元件不受损害。另外，不允许所述止挡由于冲击能量出现变形。
最终必须确保传感元件在经历过所述强烈冲击后仍然重新回到其初始位置上。为了解决这些不同的问题，所述止挡围绕传感元件呈环形。所述压块在此可平面地压在止挡上，通过这种方法将止挡精确地支撑在压块中。此外，由于这种止挡，所以根本不会产生侧向力或倾斜力，这些力会导致压块的倾斜从而被卡死的情况。通过这种方法能有效地保护力传感器不受强烈冲击的损害。这样也明显延长了传感元件的使用寿命。

[0010] 按照本发明的一个方面，所述止挡松弛地压在基座上是适宜的，以便更好地使其大小与各个传感元件相吻合。当需要确定传感元件的高度时，可以非常简单地用其他具有适宜高度的止挡替换所述止挡。

[0011] 为了使止挡尽可能简单地适应传感元件的不同高度，根据本发明的另一方面，适宜的是止挡由很多相互叠置的件组成。因此，止挡的高度可以象组合部件那样由标准件组合而成，而不必为每一个传感元件设置一个单独的止挡。

[0012] 根据本发明的再一方面，优选地用淬火钢制造止挡，由此所述止挡能持久地承受高冲击负载。

[0013] 为了减弱压块对止挡的碰撞以及由此延长压块的使用寿命，按照本发明的又一方面，有利的是至少与止挡平行设置一个附加弹簧。在任何情况 下都应该将该附加弹簧设计的比第一个弹簧弱，以便不影响传感元件得到的测量结果。这个附加弹簧减小了止挡的冲击负载并且由此增长了其使用寿命。

[0014] 根据本发明的又一方面，可选择地或额外地还可以在力接收件和可弹性变形的板之间设置至少一个弹簧元件。该弹簧元件保护力接收件不受过载的损害。假设由于极其强烈的冲击负载导致可弹性变形的板的变形过大，所述弹簧元件可以部分地接收所述变形，从而相应地减小了力接收件的断裂危险。通过这种方式在必要的情况下也可以考虑取消额外设置的止挡。作为用于传感元件的附加安全措施，所述止挡无论如何都是十分有利的。 [0015] 根据本发明的又一方面，所述弹簧元件由一个橡胶类构件构成，该橡胶类构件能够承受以一个弹性应变的形式出现的变形。优选地该弹性构件由一个硅酮橡胶构成。 [0016] 此外，按照本发明的又一方面，所述弹簧元件由一个薄膜构成并与可弹性变形的板和力接收件平面地连接是十分有利的。通过这种方式在正常工作情况下，所述力接收件能够几乎无损失地将可弹性变形的板的变形传递给力接收件。只有在很高冲击载荷下该薄膜才会出现一个额外的变形，这个变形能够保护力接收件不被损坏。

[0017] 按照本发明的又一方面，以应变仪的形式简单地实现了所述力接收件。应变仪的优势在于，也能够将传感元件的微小变形转换成一个好应用的电子信号，即，一个电阻变化。其缺点在于应变仪的温度依赖性较强。但是尽管如此，该缺点可以简单地例如通过构造一个惠斯顿电桥来克服。

[0018] 为了防止力传感元件发生严重的故障，例如带撕裂或带打卷，根据本发明的又一方面，为力传感元件设置至少一个限位开关是有益的。当支承力超过一个预定值时，该限位开关释放。最好是通过这个限位开关停止物料带驱动装置。

[0019] 按照本发明的又一方面，在力传感器的止挡区域中设置一个限位开关有利地得到了一个简单的构造。由此，只有当一个冲击足够强，使得止挡自身被驱动的时候，所述限位开关才开始工作。

[0020] 为了便于安装力传感器，按照本发明的又一方面，有利的是在力传感 器中设置至少一个顶压螺栓，该顶压螺栓能够卸除力传感器的负载，以便于对其进行更换。所述顶压螺栓还可用于作为辊的运输保险。

[0021] 最后，按照本发明的又一方面，有利地将弹簧支承在一个钟形罩上。所述钟形罩能够保护力传感器的内部构造并且能将力简单地传导给传感元件。为了避免所述钟形罩在运输力传感器或在朝下的安装过程中丢失，在钟形罩和基座之间设有一个安全元件。该安全元件优选地由一个螺栓构成，该螺插入钟形罩的一个孔中。在正常工作状态下所述安全元件与钟形罩没有接触。

[0022] 附图说明

[0023] 下面将以举例的方式借助附图阐述本发明的主题但不限制保护范围。 [0024] 图1：具有一个力传感器的辊的示意图以及

[0025] 图2：按照图1的力传感器的局部放大图示。

[0026] 具体实施方式

[0027] 图1表示一个使运行的物料带2转向的辊1。由于物料带2的张力5以及围绕辊1的包覆角形成一个作用在辊1的支承件4上的支承力3。当已知辊1的重量和围绕辊1的包覆角时，测量所述支承力即可确定物料带2的张力5。

[0028] 为了测量支承力3，通过支架6将所述辊1的支承件4支承在可摆动的板7上。板7围绕一个旋转支承8可转动地固定，该旋转支承8安装在一个静止的板9上。由此，辊1可围绕作为旋转轴的旋转支承8自由摆动。在辊1下面设有一个测量支承力并将其转换成一个电信号的力传感器10。

[0029] 在板7，9之间设有一个限位开关11，该限位开关与一个图中未示出的物料带驱动装置作用连接。假如所述限位开关11启动，将断开物料带2的驱动装置，从而对一个错误状况做出反应。与图1所示情况相反，限位开关11也可以集成在力传感器10中。 [0030] 在板7，9之间还设有一个顶压螺栓12，借助这个螺栓分开两个板7，9。借助顶压螺栓12，可以使所述力传感器完全处于卸载状态，从而能够轻易地装入或拆除力传感器。这样就简化了力传感器10的维护工作。此外，

[0031] 根据图2的剖视图进一步阐释力传感器10的结构。所述力传感器10具有一个基座20，在其下面上模制了一个法兰21。法兰21设有可插入螺栓23的孔22。螺栓23用于将力传感器固定在静止的板9上。

[0032] 基座20具有一个基本上呈圆柱形的中心空腔24，该空腔阶梯状地向上展宽。在此中心空腔24中安装了一个传感元件25。为了将传感元件25固定在基座20中设有一个环26，该环从上面搭接传感元件25的一个阶梯状突出部分28上。用螺栓27将环26固定在基座20上，从而将传感元件25与基座20固定连接。

[0033] 为了将支承力3导入传感元件25中设有一个压块29，该压块从上方压向传感元件25的一个凸块30。压块29支承在一个保护传感元件25的钟形罩31中并且借助一个弹簧
32对传感元件25施加压力。在此，相对基座20可移动地保持钟形罩31。在钟形罩31的上端33具有一个硬化突起34，该突起压在板7上。通过这种方式通过钟形罩31，弹簧32和压块29将支承力3导入传感元件25中。

[0034] 为了确保传感元件25不过载，所述压块29与一个止挡35共同作用，该止挡由一定数量的环36构成。所述环36具有不同的厚度，从而通过这种方式达到所需的止挡高度。所述止挡36作用在钟形罩31的一个呈阶梯状向上扩展的环37上。该阶梯状的扩展部分
38为压块29构成了一个额外的止挡，该止挡防止过大的峰值力作用于传感元件25。围绕止挡35设有一个附加的波形弹簧39，该波形弹簧基本上能够吸收作用在止挡35上的强烈冲击。因此，波形弹簧39明显比弹簧32软。

[0035] 在传感元件25中设有一个可弹性变形的板40，该板在压块29的作用下产生一个弹性的弯曲变形。由此，支承力3被转化成板40的一个变形。以应变仪的形式将力接收件42设置在板40的下表面41上，应变仪将板40的弹性变形转换成一个电子信号，尤其是一个电阻变化。为此，设有四个构成一个惠斯登电桥的力接收件42。所述力接收件42通过一个橡胶弹性膜43与板40平面连接，由此在板40被过度弯曲的时候避免损坏力接收 件
42。作为一种变化，也可以将力接收件42直接安装在弹性变形板40上。 [0036] 在正常工作中，可摆动的板7位于钟形罩31上。所施加的支承力3通过弹簧32传导给压块29，压块最终压向传感元件25。弹簧32将压块29压向环37，从而使压块29与钟形罩31共同构成了一个固定单元。在环37和止挡35之间存在一个缝隙44。在这种工作方式中，由传感元件25精确无误地测量出支承力3。

[0037] 假如由于例如冲击使支承力3出现很高的载荷峰值，弹簧32会压缩在一起，从而将钟形罩31与环37一起向下推，但并不会带动压块29同时运动。同时，在压块29和环37之间于阶梯状扩展部分38的区域中形成一个缝隙。这个缝隙类似于缓冲器的作用能够使压块29将峰值力延迟传递给传感器25。由此，峰值力会有一定量的减小，其中，弹簧32的蓄能作用会相应增加冲击的时间。因此，所测量出的支承力的平均值是相同的，其中，冲击产生的危害性作用相应地减小。

[0038] 当钟形罩31受到能量巨大的冲击时，环37冲击在止挡35以致缝隙44消失。由此，支承力3部分地通过环37和止挡35绕过传感元件25传导给基座20。通过这种方式，避免了传感元件25受到很大的过载的损害。

[0039] 在钟形罩21和基座11之间另外设有一个螺栓形式的安全元件45。所述安全元件45插入钟形罩21且实际上不与其接触。当力传感器10例如倒置，即，钟形罩21向下放置时，该保险元件45通过这种方式防止钟形罩21丢失。另外，该安全元件45还使力传感器
10的安装更加简便。

[0040] 附图标记列表

[0041] 1 辊

[0042] 2 物料带

[0043] 3 支承力

[0044] 4 支承件

[0045] 5 张力

[0046] 6 支架

[0047] 7 可摆动的板

[0048] 8 旋转支承

[0049] 9 静止板

[0050] 10 力传感器

[0051] 11 限位开关

[0052] 12 顶压螺栓

[0053] 20 基座

[0054] 21 法兰

[0055] 22 孔

[0056] 23 螺栓

[0057] 24 空腔

[0058] 25 传感元件

[0059] 26 环

[0060] 27 螺栓

[0061] 28 突出部分

[0062] 29 压块

[0063] 30 凸块

[0064] 31 钟形罩

[0065] 32 弹簧

[0066] 33 上端

[0067] 34 止挡

[0068] 35 突起

[0069] 36 环

[0070] 37 环

[0071] 38 阶梯状扩展

[0072] 39 波形弹簧

[0073] 40 可弹性变形的板

[0074] 41 下表面

[0075] 42 力接收件

[0076] 43 膜

[0077] 44 缝隙

[0078] 45 安全元件