Stationäre Zugkraftmesser mit einer oder drei Rollen sind Industriesensoren für den festen Einbau in Produktionslinien, wo sie die Zugspannung des laufenden Produkts (Draht, Band, Kabel, Blech) kontinuierlich überwachen — für Prozesskontrolle, automatische Regelung und Inline-Qualitätskontrolle. Anders als tragbare Zugkraftmesser sind sie in die Maschine eingebaut und arbeiten während der gesamten Produktion im Dauerbetrieb; sie übertragen ihr Signal an die Linien-SPS, die die Zugspannung über Kompensationssysteme (Bremsen, Brushless-Motoren, Magnetkupplungen) automatisch regelt.
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Ausführungen
Die wichtigsten Ausführungen sind: mit einer einzelnen Rolle, bei der der Sensor in eine Produktführungsrolle integriert ist; das Produkt wird um die Rolle leicht umgelenkt und die ausgeübte Kraft ist der Zugspannung proportional (einfache Geometrie, erfordert jedoch eine genaue Installation); mit drei Rollen (die verbreitetste), mit zwei festen seitlichen Rollen und einer mittleren, die mit dem Kraftsensor verbunden ist — eine robustere Geometrie, die von der Positioniergenauigkeit des Produkts unabhängig ist; und als Zangenausführung für breite Bänder (mit Messerzangen, die die Zugspannung an mehreren Punkten über die Breite erfassen). Die verwendeten Kraftmessdosen sind überwiegend Dehnungsmessstreifen-Aufnehmer mit einer Genauigkeitsklasse von 0,1-0,5 % vom Endwert.
Technische Merkmale
Stationäre Zugkraftmesser decken Bereiche von wenigen cN bei feinen Garnen bis zu mehreren zehn kN bei schweren Industriekabeln und -bändern ab. Die Ausgangsschnittstellen umfassen: analog 4-20 mA oder 0-10 V zur Einbindung in Standard-SPS; digital RS-485 Modbus, Profibus, Profinet und EtherCAT zur Einbindung in fortschrittliche Industriesysteme. Das dynamische Ansprechverhalten liegt typisch in der Größenordnung von 1-10 ms und genügt damit für die Echtzeitregelung auch an schnellen Linien. Mechanische Steifigkeit und Haltbarkeit in rauen Umgebungen sind entscheidende Merkmale für dauerhafte Zuverlässigkeit. Die typischen Schutzarten sind IP65-IP67 für das industrielle Umfeld.
Prozessanwendungen
Die Anwendungen in der Produktionslinie sind vielfältig: Drahtziehlinien (Zugspannungskontrolle in den einzelnen Ziehstufen, um Brüche zu vermeiden); Textilspinnlinien (Kontrolle der Garnspannung in allen Prozessstufen); Extrusions- und Kalanderlinien für Kunststoff- und Gummibänder; Walz- und Schneidlinien für dünne Folien (Zugspannungskontrolle an Längsschneid- und Nachbearbeitungslinien); Herstellung elektrischer und optischer Kabel (Zugspannungskontrolle beim Verseilen, Ummanteln und Markieren); und Rotationsdrucklinien (Zugspannungskontrolle von Papier oder Folie, um Falten und Registerfehler zu vermeiden).
Kompensationssysteme
Der vom stationären Zugkraftmesser gemessene Spannungswert wird typischerweise mit einem vom Prozess festgelegten Sollwert verglichen; die Differenz speist einen PID-Regelkreis, der auf Aktoren wirkt (Magnetpulverbremsen, Brushless-Motoren, Elektromagnetkupplungen, motorisierte Abzüge), um die Zugspannung konstant zu halten. Die Regelgüte hängt von der Qualität des Sensors, von der Ansprechgeschwindigkeit des Kompensationssystems und von der mechanischen Trägheit des Prozesses ab. Fortschrittliche Lösungen nutzen prädiktive Regelungslogiken auf Basis von Prozessmodellen, um die Stabilität weiter zu verbessern.
Normen und Installation
Die Kalibrierung stationärer Zugkraftmesser erfolgt bei der Installation mit kalibrierten Massen oder mit Referenz-Kraftmessgeräten, die am in Arbeitsstellung stillstehenden Produkt angebracht werden. Die regelmäßige Prüfung kann vor Ort über eigene Verfahren erfolgen (zum Beispiel indem das Produkt durch ein kalibriertes Seil ersetzt wird). Die Konformität mit den Maschinensicherheitsrichtlinien (Richtlinie 2006/42/EG in Europa) und mit den Anforderungen an die elektromagnetische Verträglichkeit (EMV) ist für die Einbindung in Industriemaschinen unerlässlich. Die Schnittstellen müssen mit den Systemen des Maschinenherstellers kompatibel sein.
Auswahlkriterien
Bei der Auswahl des stationären Zugkraftmessers sind zu berücksichtigen: der Arbeitsspannungsbereich (Messdosen, die für den Betrieb bei 30-70 % vom Endwert ausgelegt sind, sind für höchste Genauigkeit vorzuziehen); die Produktgeometrie und die Liniengeschwindigkeit; die von der SPS des Kunden geforderten digitalen Schnittstellen; die IP-Schutzart; die Verfügbarkeit von Standard-Montagezubehör für eine schnelle mechanische Integration; und die technische Unterstützung bei Inbetriebnahme und Abstimmung der PID-Regelung.
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