DE2111527C3 - Anordnung zur berührungslosen Messung von Zugspannungen in einer über zwei Umlenkwalzen laufenden Materialbahn - Google Patents

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.

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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,

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.

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)

1. 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. 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. 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.