DE2111527C3 - 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
Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur berührungslosen Messung von Zugspannungen in einer über
iwei 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 aufbauenden Druckkissen
erfassenden Meßgerät.
Eine derartige Anordnung für den Einsatz in 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 Räche der Materialbahn, d. h. des Kaltbandes, erstreckt. Die an die Umlenkwalzen
grenzenden Ränder der Platte sind beim Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 5 dieser Druckschrift als Labyrmthjichtungen
ausgeführt. Eine in der Mitte der Platte angeordnete, sich über die Bandbreite erstreckend!
Bank unterteilt in Verbindung mit parallel zu der Seitenkanten des Bandes verlaufenden Längswänder
den Raum zwischen den Plattenrändern in Kammern Die Oberflächen der auf die Bandkanten ausgerichteter
Längswände sind ebenfalls nach Art von Labyrinthdich tungen ausgebildet. In den Kanten, die den Boden dei
Kammern mit der Bank bilden, sind Bohrunger angeordnet, die in einen die Bank der Länge nach
ίο durchziehenden Luftzuführungskanal münden. In der
dem Band zugewandten Stirnfläche der Bank sind mil 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 PJattenränder 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
Aufrechterhaltung 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 · ό belastet
ist, im Bereich zwischen den Plattenrändern infolge des Luftdrjckes ein exakt bogenförmiger Verlauf mit dem
Radius R = Z/P = 0 ■ δ/Ρ. wenn ό die Stärke der
Materialbahn, 0 die gegebene Zugspannung der Materialbahn und Pder Druck im Luftkissen ist.
in 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 Bahnrän-
so der, 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
in 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
(«ι 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
<is Regler mit Sollwct-Geber und stetig steuerbarem
Ventil bereits 7fach benötigt, damit die Zugspannungsunterschiede in der Materialbahn als einfache Druckwerte
gemessen werden können.
21 527
Demgegenüber liegt der Erfindung 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 im 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 ;si, 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 Kammern 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 Spannungserfassung 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 Materialbahnoberfläche
mitgerissenen Grenzschicht der die Bahn 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 Malenalbahnen eignet, insofern diese wenig oder nichl
luftdurchlässig sind.
Infolge der berührungslose» Erfassung der Spannung
durchlaufender Materialbahnen werden beispielsweise im Bereich einer Naß-Partie keinerlei nachteilige
Wirkungen auf die nasse, empfindüche 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 maligeblichen optimalen Bedingungen für Anordnung und Betrieb der
Vorrichtung berücksichtigt werden.
ίο In den Zeichnungen ist ein Ausführungsbeispiel 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 auf die in F i g. 1 dargestellte Vorrichtung,
F i g. 2 eine Draufsicht auf die in F i g. 1 dargestellte Vorrichtung,
Fig.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,
Fig.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 Materialbahn 1 wird die Meßstrecke durch zwei im Abstand A voneinander gelagerte Führungs- und Umlenkwalzen 2 und 2' gebildet.
Bei der in den F i g. 1 und 2 dargestellten Vorrichtung zur Spannungserfassung einer durchlaufenden Materialbahn 1 wird die Meßstrecke durch zwei im Abstand A voneinander gelagerte Führungs- und Umlenkwalzen 2 und 2' gebildet.
γ, 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
^ betreffenden Einrichtung entsprechend beliebig sein.
Lediglich im Bereich niedriger Bahnspannungen ist es zur Erzielung unverfälschter Meuergebnisse bei der
Spannungserfassung notwendig, den Lauf der Materialbahn im Bereich der Meßstrecke A vertikal vorzusehen,
4U wodurch der Einfluß des Materialbahngewichts auf die
mit der Vorrichtung erfaßte Bahnspannung ausgeschaltet wird.
Zwischen den beiden Führungs- und Umlenkwalzen 2 und 2' ist parallel zu diesen ein zur Materialbahn 1
4S 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
v> 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 Malerialbahn zwischen dieser und den Kanten 7 die
ν-. 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 (>u Umlenkwalzen 2 und 2' tangierenden Verbindungsebetie
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
(15 zweiten Fall zur Erfassung eines niedrigeren Spannungsbereichs.
Der Kasten der Vorrichtung wird mit dem die Materialbahn I unterstützenden gasförmigen Medium,
vorzugsweise Luft, durch einen Hochdruckventilator oder ein dementsprechendes Gebläse 9 gespeist,
welches zur Vermeidung von Vibrationen der Vorrichtung mit einem elastischen Verbindiingsstutzen 10 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 Drosselöffnungen 12 abgeschlossen, 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 Materialbahn entstehenden Normalbelastung N ein
statischer Druck auf, welcher die Materialbahn 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 Materialbahmränder — etwa in
Bahnmitte aus einer Kammer der Vorrichtung herausgeführte Meßleitung 14 mit einem entsprechend
geeichten Feindruck-Manometer 15 gemessen werden.
Damit an den kalibrierten Drosselöffnungen Ablagerungen vermieden werden, die sich aus vom
Medium möglicherweise mitgeführten Stoffen bilden können und die Ergebnisse bei der Spannungserfassung
durchlaufender Materialbahnen gegebenenfalls beeinträchtigen, wird das Medium von dem Gebläse
vorteilhafterweise durch ein vorgeschaltetes, in der Zeichnung nicht dargestelltes Filter angesaugt.
Bei hoher Durchlaufgeschwindigkeit der Materialbahn kann unter dem Einfluß der an der Materialbahnoberfläche
mitgeführten Grenzschicht aus der die Bahn umgebenden Luft das die Materialbahn unterstützende,
in den Kammern angestaute Medium in der Bewegungsrichtung zu einem größeren Teil als entgegen dei
Bewegungsrichtung 16 der Bahn abfließen, was zi geringen Unterschieden bei dem sich in den beider
jeweils hintereinander befindlichen Kammern 4 dei Vorrichtung bildenden statischen Druck des Medium:
führen kann.
Zur Unterbindung eines solchen Einflusses in derr bevorzugten Spannungsbereich sind in einer weiterer
Ausbildung, wie sie in Fig.4 gezeigt, jeweils det
i" 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 Material-
is bahn 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 gelagen und von der Bahn mit einem Bogen « umschlungen ist. Als Folge dieser Umschlingung
erfährt die Walze bei einer Spannung Z der Materialbahn eine Normalbelastung
sn /V=2-Zsin«/2,
die als korrespondierender Meßwert für die Bahnspannung dienen kann, wenn die Normalbelastung N über
die Lager der Abtastwalze auf geeignete Druckmeßge-
ss rate 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
Λο 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.
Hierzu 3 Blatt Zeichnungen
Claims (3)
- Patentansprüche:I. Anordnung zur beriihrungslosen 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 aufbauenden Druckkissen erfassenden Meßgerät, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung als im Verhältnis zum Abstand (A) zwischen den Walzen (2,2) »cur.ialer, zur Bahn (1) 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.
Priority Applications (14)
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CH246072A CH540484A (de) | 1971-03-10 | 1972-02-21 | Vorrichtung zur Erfassung von Zugspannungen in durchlaufenden Materialbahnen |
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CA136,645A CA956136A (en) | 1971-03-10 | 1972-03-09 | Apparatus for measuring tensile stresses in continuously fed webs of material |
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