DE2111527B2 - Anordnung zur berührungslosen Messung von Zugspannungen in einer über zwei Umlenkwalzen laufenden Materialbahn - Google Patents
Anordnung zur berührungslosen Messung von Zugspannungen in einer über zwei Umlenkwalzen laufenden MaterialbahnInfo
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Description
45
Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur berührungslosen Messung von Zugspannungen in einer über
rwei im Abstand voneinander angeordneten Umlenkwalzen laufenden Materialbahn mittels einer zwischen
den Walzen sich mindestens über die Bandbreite erstreckenden Vorrichtung mit zur Bahn hin offenen
Kammern mit planer Oberfläche, denen über einen Kanal und im Boden der Kammern angebrachte
Bohrungen ein unter konstantem Vordruck stehendes gasförmiges oder flüssiges Medium zugeführt wird, und
rnit mindestens einem, den Druck in dem zwischen der
Vorrichtung und der Bahn sich aufbauenden Druckkisten erfassenden Meßgerät.
Eine derartige Anordnung für den Einsatz in (x> Kaltwalzwerken ist aus der DT-OS 15 73 831 bekannt.
Bei dieser Anordnung ist eine Platte vorgesehen, die sich praktisch über die gesamte, zwischen den beiden
Umlenkwalzen liegende Fläche der Materialbahn, d.h. des Kaltbandes, erstreckt. Die an die Umlenkwalzen («5
grenzenden Ränder der Platte sind beim Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 5 dieser Druckschrift als Labyrinthdichtungen
ausgeführt. Eine in der Mitte der Platte angeordnete, sich über die Bandbreite erstreckende
Bank unterteilt in Verbindung mit parallel zu den Seitenkanten des Bandes verlaufenden Längswänden
den Raum zwischen den Plattenrändern in Kammern. Die Oberflächen der auf die Bandkanten ausgerichteten
Längswände sind ebenfalls nach Art von Labyrinthdichtungen ausgebildet In den Kanten, die den Boden der
Kammern mit der Bank bilden, sind Bohrungen angeordnet, die in einen die Bank der Länge nach
durchziehenden Luftzuführungskanal münden. In der dem Band zugewandten Stirnfläche der Bank sind mit
Abstand voneinander Meßwertgeber eingelassen, die auf induktiver Basis ein der Auslenkung des Bandes
infolge des sich in den Kammern ausbildenden Luftdruckes proportionales Signal geben.
Da sich die Plattenränder in unmittelbarer Nähe der Umlenkwalzen befinden, kann sich der Spalt zwischen
diesen Rändern und dem Band unter der Wirkung der den Kammern zugeführten Druckluft nur geringfügig
ändern. Das bedeutet, daß die Luft infolge Aufwölbung des Bandes seitlich abströmt und infolgedessen zur
Aufrechterhahung eines gleichmäßigen Druckes über der Bandbreite den an die Kanten des Bandes
angrenzenden Kammern eine größere Menge des Druckmediums als den übrigen vom Band abgedeckten
Kammern zugeführt werden muß. Die aus den Bohrungen austretenden und schräg auf das Band
auftreffenden Luftstrahlen führen zu Wirbelbildungen innerhalb der Kammern, so daß sich eine inhomogene
Luftverteilung in den Kammern einstellt.
Entsprechend einer Spannungsanalogie mit einem unter Innendruck befindlichen, aus dünnwandigem,
flexiblem Material bestehenden Hohlkörper entsteht für eine Bahn, die mit einer Zugspannung Z = 0 ■ δ belastet
ist. im Bereich zwischen den Plattenrändern infolge des Luftdruckes ein exakt bogenförmiger Verlauf mit dem
Radius R = Z/P = 0 ■ δ/Ρ. wenn δ die Stärke der
Materialbahn, ο die gegebene Zugspannung der Materialbahn und Pder Druck im Luftkissen ist.
Demnach bilden sich in Abhängigkeit von der Bahnspannung und von dem Druck im Bereich zwischen
den Plattenrändern verhältnismäßig niedrige Kreisabschnitte als anteilmäßig größte Abströmquerschnitte für
die aus den Kammern entweichende Luft. Infolgedessen entsteht keine gleichmäßige, sondern nur eine im
wesentlichen elliptische, von innen nach außen stufenweise abnehmende Druckverteilung, und wegen der
fehlenden seitlichen Unterstützung der Bahn ergibt sich spannungsbedingt eine leichte Absenkung der Bahnränder,
wodurch es zur Bildung von Beulen und gegebenenfalls von Falten kommt.
Deshalb wird der Zustrom der Druckluft durch die Bohrungen in jede der Kammern über Regeleinrichtungen
und einstellbare Ventile derart gesteuert, daß die Materialbahn über ihre Gesamtbreite gleichmäßig
angehoben wird. Mit Rücksicht auf plötzlich auftretende Zugspannungsstöße müssen Regeleinrichtungen mit
PID-Verhalten verwendet werden, damit sämtliche beim Anfahren, Hochlaufen und Dauerbetrieb mit
hohen Bahngeschwindigkeiten möglichen Störgrößen ohne bleibende Abweichungen und hinreichend schnell
ausgeglichen werden können. Außerdem werden für eine Vorrichtung mit beispielsweise 7facher Spannungserfassung das Meßgerät, ein Meßverstärker und der
Regler mit Sollwert-Geber und stetig steuerbarem Ventil bereits 7fach benötigt, damil die Zugspannungsunterschiede
in der Materialbahn als einfache Druckwerte gemessen werden Können.
Demgegenüber liegt der rrfindung die Aufgabe
zugrunde, eine konstruktiv einfache Vorrichtung zu schaffen, die unempfindlich gegen plötzlich auftretende
Zugspannungsstöße ist und deren Meßwerte außerordentlich genau und reproduzierbar sind.
Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die Vorrichtung als lyi Verhältnis zum
Abstand zwischen den Walzen schmaler, zur Bahn hin offener Kasten gestaltet ist, daß der Kasten durch eine
parallel zur Bahn verlaufende Längswand in zwei Bereiche unterteilt ist. von denen der erste aus den in
mindestens einer Reihe angeordneten, jeweils durch Stege getrennten, taschenartigen Kammern besteht,
daß an eine der Kammern ein Druckmeßgerät angeschlossen ist, daß der zweite, den Kanal bildende
Bereich mit jeder der Kammern über kalibrierte Bohrungen verbunden ist, deren Durchmesser und
Verteilung derart gewählt ist, daß die aus den Bohrungen austretenden Strahlen im Bereich der der
Bahn zugewandten Kanten der Kammtrn eine gleichmäßige Strömung bilden.
Eine Weiterbildung dieser Anordnung ist im Anspruch 2 dargelegt
In einer Weiterbildung der Erfindung sind die senkrecht zur Bewegungsrichtung der Bahn verlaufenden,
der Bahn zugewandten Kanten der Kammern unter einem spitzen Winkel entgegen der Bewegungsrichtung
der Bahn angestellt.
Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung stellt sich sofort ein stabiler Gleichgewichtszustand zwischen der
von der Auslenkung h und der Spannung Z der Materialbahn abhängigen Normalbelastung N und dem
in den Kammern sich bildenden statischen Druck des Mediums ein, welcher unter gleichbleibendem Zustand
und Vordruck des zugeführten Mediums stets mit außerordentlicher Präzision reproduzierbar und mithin
ein der Bahnspannung Z eindeutig korrespondierender Meßwert ist. der zur Spannungserfassnng durchlaufender
Materialbahnen leicht mit bekannten Druckmeßgeräten ablesbar wiedergegeben oder registriert werden
kann.
Durch die winklige Anstellung der Ränder des Kanals und des Steges werden auch bei verhältnismäßig hoher
Materialbahngeschwindigkeit unter dem Einfluß einer von der in Bewegung befindlichen Mau ιalbahnoberflache
mitgerissenen Grenzschicht der die "3ahn umgebenden Luft, insbesondere in einem gegebenenfalls
bevorzugten Spannungsbereich, weitgehend gleiche Ausflußbedingungen aus dem zwischen der Materialbahn
und den Kanten der Kammern entstehenden Spalt für das in den Kammern angestaute Medium sowohl
entgegen der als auch in der Bewegungsrichtung erzielt. Damit ist eine gleichmäßige Druckverteilung des sich
bildenden statischen Druckes in den in Bewegungsrichtung der Bahn hintereinander angeordneten Kammern
der Vorrichtung sichergestellt.
Mit der Vorrichtung läßt sich die Spannung durchlaufender Materialbahnen trägheits- und reibungslos
und noch bei kleinstem Hub, das ist die Auslenkung h der Materialbahn, erfassen, so daß sich die Vorrichtung
besonders gut als Meßwertgeber für sämtliche bekannten astatischen Schnell- und Eilregler zur automatischen
Regelung der Zugspannung durchlaufender Materialbahnen eignet, insofern diese wenig oder nicht
luftdurchlässig sind.
Infolge der berührungslosen Erfassung der Spannung durchlaufender Matcrialbahnen werden beispielsweise
im Bereich einer Naß-Partie keinerlei nachteilige Wirkungen auf die nasse, empfindliche Oberfläche der
durchlaufenden Materialbahn ausgeübt
Die Vorrichtung arbeitet ferner in ein und derselben Ausführung sowohl bei verhältnismäßig geringen als
auch bei sehr hohen Bahnspannungen mit gleichbleibender Präzision, wenn hierzu jeweils die für den
gewünschten Erfassungsbereich maßgeblichen optimalen Bedingungen für Anordnung und Betrieb der
Vorrichtung berücksichtigt werden.
■o In den Zeichnungen ist ein Ausfünrungsbeispiel einer
erfindungsgemäßen Vorrichtung dargestellt und im folgenden näher beschrieben. Es zeigt
F i g. 1 eine Vorrichtung zur Spannungserfassung in einem Schnitt quer zur Materialbahn,
F i g. 2 eine Draufsicht aui die in F i g. 1 dargestellte
Vorrichtung,
F i g. 3 einen Querschnitt durch den Luftkanal der Vorrichtung,
F i g. 4 einen Querschnitt wie F i g. 3, jedoch mit
abgewinkeltem Rand und Trennsteg,
F i g. 5 ein Meßdiagramm über einen Spannungsbereich
von 10 bis 100 kp/m,Fig.6 eine schematische
Darstellung der Kraftverhältnisse an einer bekannten Abtastwalze zur Spannungserfassung.
Bei der in den F i g. 1 und 2 dargestellten Vorrichtung
zur Spannungserfassung einer durchlaufenden Maierialbahn
1 wird die Meßstrecke durch zwei im Abstand A voneinander gelagerte Führungs- und Umlenkwalzen 2
und 2' gebildet.
Die Laufrichtung bzw. der Verlauf der Bahn 1 kann dabei in allen Fällen mit normalen bis hohen
Bahnspannungen, wobei das Gewicht der Materialbahn je m2 kleiner als 1% vom niedrigsten, noch zu
erfassenden Spannungswert ist, den Gegebenheiten der
H5 betreffenden Einrichtung entsprechend beliebig sein.
Lediglich im Bereich niedriger Bahnspannungen ist es zur Erzielung unverfälschter Meßergebnisse bei der
Spannungserfassung notwendig, den Lauf der Materialbahn im Bereich der Meßstrecke A vertikal vorzusehen,
wodurch der Einfluß des Materialbahngewichts auf die mit der Vorrichtung erfaßte Bahnspannung ausgeschal
tet wird.
Zwischen den beiden Führungs- und Umlenkwalzen 2 und 2' ist parallel zu diesen ein zur Materialbahn 1
offener Kasten von gleichbleibender Breite b und sich vorzugsweise stetig verjüngender Höhe a angeordnet,
dessen der Materialbahn zugewandte Seite mit 2 Reihen taschenartiger Kammern 4 versehen ist. Diese Kammern
sind durch längs und quer verlaufende Stege 5 und
so 5' gebildet.
Die Kante 7 des vorderen und hinteren Randes 6 und 6' der Kammern 4 ist zusammen mit den Trennstegen 5
und 5' plan abgerichtet, damit bei einer Auslenkung der Materialbahn zwischen dieser und den Kanten 7 die
Entstehung eines Spalts s von gleichmäßiger Breite sichergestellt ist.
Der Kasten wird vorteilhafterweise in bezug auf die Bahn derart justiert, daß die abgerichteten Kanten 7
entweder mit einer den Mantel der Führungs- und
ho Umlenkwalzen 2 und 2' tangierenden Verbindungsebene
8 gerade zusammenfallen oder von dieser Ebene um einen Grundspalt so distanziert sind. Unter sonst
gleichen Bedingungen eignet sich im ersten Fall die Vorrichtung zur Erfassung eines höheren und im
(>5 zweiten Fall zur Erfassung eines niedrigeren Spannungsbereichs.
Der Kasten der Vorrichtung wird mit dem die Materialbahn 1 unterstützenden gasförmigen Medium,
21 il
vorzugsweise Luft, durch einen Hochdruckventilator oder ein dementsprechendes Gebläse 9 gespeist,
welches zur Vermeidung von Vibrationen der Vorrichtung
mit einem elastischen Verbindungsstutzen JO an den einen Kanal 3 bildenden Teil des Kastens
angeschlossen ist. Der Druck des vom Gebläse 9 in den Kanal geförderten Mediums wird zur Aufrechterhaltung
gleichbleibender Bedingungen für die Spannungserfassung mit bekannten, hier nicht näher beschriebenen
Mitteln konstant gehalten.
Zur dosierten Zufuhr des Mediums aus dem Kanal 3 in die Kammern 4 sind diese durch einen Boden 11 mit
einer Anzahl kalibrierter Drosseiöffnungen 12 abge
schlossen, deren Größe und Teilung unter Wahrung der
Kontinuitätsbedingungen vorzugsweise derart gewählt werden, daß die aus den Drosselöffnungen 12
austretenden Strahlen des Mediums durch gegenseitige Vermischung sich noch innerhalb jeder Kammer 4 zu
einem weitestgehend gleichmäßigen Strom von geringer Geschwindigkeit formen, welcher seinerseits keine
nennenswerte Impulswirkung mehr auf die über die Kammern laufende Materialbahn ausüben kann.
Da mit der Vorrichtung eine um so größere Präzision bei der Spannungserfassung erreicht werden kann, je
geringer die Impulswirkung der aus den Drosselöffnungen 12 austretenden Strahlen des Mediums auf die
Materialbahn ist läßt sich zur Auflösung dieser Strahlen in einen möglichst gleichmäßigen Strom des Mediums
von geringer Geschwindigkeit in vorteilhafter Weise gegebenenfalls auch ein innerhalb der Kammern den
Drosselöffnungen vorgelagertes Sieb 13 verwenden, wie dies in F i g. 3 gezeigt ist
Durch das aus dem Kanal in die Kammern gepreßte Medium baut sich in den Kammern in dem von der
Materialbahn abgedeckten Bereich entgegen der bei gegebener Länge A der Meßstrecke unter der
herrschenden Spannung Z durch Auslenkung der Matcrialbahn entstehenden Normalbelastung N ein
statischer Druck auf. welcher die Maieriaibahn gegen
die Normalbelastung N so weit von den Kanten 7 der Vorrichtung abhebt daß durch den hierbei sich
bildenden Spalt s gerade die Menge des Mediums abfließen kann, die bei konstantem Vordruck aus dem
Kanal 3 durch die Drosselöffnungen 12 in die Kammern gepreßt wird.
Der hierbei der Bahnspannung Z korrespondierende statische Druck des Mediums kann auf einfache Weise
über eine — wegen eines geringen Druckabfalls in unmittelbarer Nähe der Materialbahnränder — etwa in
Bahnmitte aus einer Kammer der Vorrichtung heraus- so geführte MeBteitung 14 mit einem entsprechend
geeichten Feindruck-Manometer IS gemessen werden.
Damit an den kalibrierten Drosselöffmmgen 12 Ablagerngn vermieden werden, die sich aus vom
Medium möglicherweise mitgeführten Stoffen bilden ss können und die Ergebnisse bei der Spanmmgserfassung
durchlaufender Materialbahnen gegebenenfalls beeinträchtigen, wird das Medium von dem Gebläse
vorteilhafte! weise durch ein vorgeschaltetes, in der
Zeichnung nicht dargestelltes Fitter angesaugt. *
Bei hoher Durchlaufgeschwindigkeit der Materialbahn kann unter dem Einfluß der an der Materialbahn
oberfläche mitgeführten Grenzschicht aus der die Bahn umgebenden Loft das die Matertafbahn unterstützende,
in den Kammern angestaute Medium in der Bewegungs- hs
richtung zu einem größeren Teil als entgegen der Bewegungsrichtung 16 der Bahn abfließen, was zu
geringen Unterschieden bei dem sich in den beiden jeweils hintereinander befindlichen Kammern 4 der
Vorrichtung bildenden statischen Druck des Mediums führen kann.
Zur Unterbindung eines solchen Einflusses in dem bevorzugten Spannungsbereich sind in einer weiteren
Ausbildung, wie sie in Fig.4 gezeigt, jeweils der vordere und hintere Rand 6 und 6' sowie der zwischen
den Kammern befindliche Trennsteg 5 unter einem spitzen Winkel β entgegen der Bewegungsrichtung 16
der Materialbahn 1 angestellt.
Bei geringer Durchlaufgeschwindigkeit der Materialbahn bewirkt die beschriebene Maßnahme, daß das in
den Kammern angestaute Medium unter dem sich bildenden statischen Druck zum größeren Teil nicht in
sondern entgegen der Bewegungsrichtung 16 der Materialbahn abfließt, während bei hoher Durchlaufgeschwindigkeit,
insbesondere in dem Bereich, für welchen die Anstellung der Ränder 6 und 6' sowie des Trennstegs
5 unter dem Winkel β vorgesehen wurde, die zuletztgenannte Wirkung durch den entgegengesetzt
dazu gerichteten Grenzschicht-Effekt der mit hoher Geschwindigkeit durchlaufenden Materialbahn aufgehoben
wird.
Es ergeben sich somit wieder gleiche Abflußbedingungen für das Medium, sowohl in als auch entgegen der
Bewegungsrichtung 16 der Materialbahn, wodurch die angestrebte uniforme Druckverteilung für das in den
hintereinander liegenden Kammern angestaute Medium auch bei hoher Durchlaufgeschwindigkeit der Materialbahn
zu erreichen ist.
Fig. 5 zeigt ein Meßdiagramm einer ausgeführten
Vorrichtung mit einem bevorzugten Erfassungsbereich von 10 bis 100 kp/m Bahnspannung. Daran ist der
überaus günstige Verlauf des den Bahnspannungen jeweils korrespondierenden statischen Druckes des in
den Kammern angestauten Mediums ersichtlich und die vorteilhafte Verwendungsmöglichkeit der Vorrichtung
zu erkennen.
Bei einer bekannten, in F i g. 6 dargestellten Einrichtung
zur Erfassung von Bahnspannungen wird eine die Bahnspannung ermittelnde Walze verwendet, die
beweglich gelagert und von der Bahn mit einem Bogen λ umschlungen ist. Als Folge dieser Umschlingung
erfährt die Walze bei einer Spannung Z der Materialbahn eine Normalbelastung
A/=2Zsino/2.
die als korrespondierender Meßwert für die Bahnspannung dienen kann, wenn die Normalbelastung N über
die Lager der Abtastwalze auf geeignete Druckmeßgeräte übertragen wird. Fig.6 dient lediglich zur
Erläuterung der in der Beschreibung verwendeten Begriffe.
An Stelle eines gasförmigen kann auch ein flüssiges Medium verwendet werden. Dabei ist der Kasten in
einem Behälter unterhalb des Flüssigkeitsspiegels anzuordnen und eine die Flüssigkeit aus dem Behälter
ansaugende und dem Kanal unter konstantem Druck zuführende Kreiselpumpe vorzusehen. Die Flüssigkeit
darf keine Schwebstoffe enthalten.
Claims (3)
- Patentansprüche: *"*"1 Anordnung zur berührungslosen Messung von Zugspannungen in einer über zwei im Abstand voneinander angeordneten Umlenkwalzen laufenden Materialbahn mittels einer zwischen den Walzen sich mindestens über die Bandbreite erstreckenden Vorrichtung mit zur Bahn hin offenen Kammern mit planer Oberfläche, denen über einen Kanal und im Boden der Kammern angebrachte Bohrungen ein unter konstantem Vordruck stehendes gasförmiges oder flüssiges Medium zugeführt wird, und mit mindestens einem, den Druck in dem zwischen der Vorrichtung und der Bahn sich is aufbauenden Druckkissen erfassenden Meßgerät, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung als im Verhältnis zum Abstand (A) zwischen den Walzen (2,2') schmaler, zur Bahn (!) hin offener Kasten (3,4) gestaltet ist, daß der Kasten durch eine parallel zur Bahn verlaufende Längswand (11) in zwei Bereiche unterteilt ist, von denen der erste aus den in mindestens einer Reihe angeordneten, jeweils durch Stege (5, 5') getrennten, taschenartigen Kammern (4) besteht, daß an einer der Kammern (4) ein Druckmeßgerät (14, 15) angeschlossen ist, daß der zweite, den Kanal (3) bildende Bereich mit jeder der Kammern über kalibrierte Bohrungen (12) verbunden ist, deren Durchmesser und Verteilung derart gewählt ist, daß die aus den Bohrungen austretenden Strahlen im Bereich der der Bahn zugewandten Kanten der Kammern eine gleichmäßige Strömung bilden.
- 2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Druckmeßgerät an eine auf die Bandbreite bezogen in der Mitte liegende Kammer (4) angeschlossen ist.
- 3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die senkrecht zur Bewegungsrichtung (16) der Bahn (1) verlaufenden, der Bahn (1) zugewandten Kanten (6, 6', 5) der Kammern (4) unter einem spitzen Winkel (ß) entgegen der Bewegungsrichtung (16) der Bahn (1) angestellt sind.
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
C3 | Grant after two publication steps (3rd publication) | ||
E77 | Valid patent as to the heymanns-index 1977 | ||
EHJ | Ceased/non-payment of the annual fee |