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Walze zur Erfassung der Spannungsverteilung in einem
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laufenden Band Die Erfindung betrifft eine Walze zur Erfassung der
Spannungsverteilung in einem laufenden Band, insbesondere in einem Metallband beim
Ealtwalzen, mit mehreren nebeneinander am Band anliegenden, gegeneinander beweglichen
Einzelrollen, deren Gesamtlänge mindestens der Bandbreite entspricht und die an
einer stillstehenden Achse drehbar gehalten sind.
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Angesichts der beim Walzvorgang auftretenden Durchbiegung und der
thermisch sowie durch Verschleiß hervorgerufenen Durchmesseränderungen von Walzen
ist es außerordentlich schwierig, über die gesamte Bandlänge ein planparalleles
Band zu erzeugen. Das beim Walzvorgang entstandene Bandprofil zwingt jedoch zur
bestmöglichen Anpassung der Nachfolge-Walzvorgänge, da Abweichungen des Walzspaltes
vom Bandprofil zu unterschiedlicher Länge des Bandes über die Bandbreite führen.
Die durch Abweichungen des Walzspaltes vom Bandprofil innerhalb des Bandes hervorgerufene
unterschiedliche Spannungsverteilung führt im Extremfall zu Rand- oder Mittelwellen,
die optisch sichtbar werden.
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In der DE-OS 26 26 312 ist bereits eine Walze der eingangs genannten
Gattung zum Messen und Steuern bzw. Regeln der Planheit eines laufenden gespannten
Blechs beschrieben,
deren Einzelrollen drehbar auf der zagehörigen
Achse gelagert sind und die erforderlichen Meßelemente tragen.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Walze zu entwickeln,
die einfacher aufgebaut und weniger störanfällig ist als die bekannte Meßwalze,
Die neu vorgeschlagene Walze soll insbesondere in der Weise ausgebildet sein, daß
zur Vermeidung hoher Herstellungskosten möglichst weitgehend handelsübliche Bauelemente
Anwendung finden können.
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Die gestellte Aufgabe wird durch eine Walze gelöst, welche die Merkmale
des Anspruchs 1 aufweist. Der der Erfindung zugrunde liegende Gedanke besteht danach
im wesentlichen darin, die Einzelrollen berührungsfrei auf der Achse abzustüzten
und durch die Bandspannung hervorgerufene Änderungen des jeweiligen Abstandes zwischen
den einander zugewandten Flächen an den Einzelrollen einerseits und an der Achse
andererseits, d.h. Bewegungen der Einzelrollen bezüglich der Achse, in ein Signal
umzuwandeln; die Einrichtungen zur Umwandlung der Abstandsänderungen in ein Signal
sind dabei an der Achse angeordnet.
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Die berührungsfreie Abstützung läßt sich insbesondere dadurch verwirklichen,
daß die Einzelrollen sich auf einem Trägermedium, insbesondere öl (Anspruch 2),
oder auf Magneten, insbesondere Elektromagneten oder Dauermagneten (Ansprüche 3,
8 bis 10), abstützen.
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Weitere bevorzugte Ausführungsformen des Erfindungsgegenstandes weisen
zusätzlich zumindest die-Merkmale eines der Ansprüche 4 bis 7 auf.
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Der Aufbau und die Wirkungsweise von Elektromagnetlagern, die im Rahmen
der Erfindung zur Anwendung kommen können, sind beispielsweise aus der technischen
Information "Aktive Magnetlager" Nr. 299 vom 12.4.1977 (Reg. 472 2) der SKF Kugellagerfabriken
GmbH, Schweinfurth, im Prinzip bekannt.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand einiger in der Zeichnung dargestellter
Ausführungsbeispiele im einzelnen erläutert.
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Es zeigen: Fig. 1 in Schrägansicht eine Erfassungswalze, die im Bereich
zwischen einem Walzgerüst und einer nachfolgenden Umlenkwalze angeordnet ist, Fig.
2 in schematischer Darstellung einen Teilschnitt durch eine Erfassungswalze, deren
Einzelrollen sich unter Zwischenschaltung eines Trägermediums auf einer feststehenden
Achse abstützen, Fig. 3 einen Teilschnitt durch eine mit einem Magnetlager ausgestattete
Einzelrolle, Fig. 4 einen Schnitt durch eine Einzelrolle mit andersartig ausgestalteter
Lagerung und Abstandserfassungseinrichtung und Fig. 5 einen Teilschnitt durch eine
Erfassungswalze mit im Übergangsbereich der Einzelrollen angeordneten Magnetlagern.
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Die einem Walzgerüst 1 mit Einzelwalzen 2 und 3 in Bewegungsrichtung
des laufenden Bandes 4 und in Richtung auf eine Umlenkwalze 5 nach-geschaltete Erfassungswalze
6 besteht aus mehreren nebeneinander am Band anliegenden , gegeneinander beweglichen
Einzelrollen 7, deren Gesamtlänge mindestens der Bandbreite entspricht und die sich
drehbar auf einer stillstehenden Achse 8 abstützen (Fig. 1).
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Diese ist mittels einer (nicht dargestellten) an sich bekannten Verstelleinrichtung
in Richtung der Doppelpfeile 9 senkrecht zur Bandebene höhenverstellbar.
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In Abhägkeit von der Belastung der Einzelrollen 7 durch das Band 4
führen diese bezüglich der feststehenden Achse 8 eine Bewegung aus, durch welche
sich der der Krafteinleitungsstelle am nächsten liegende Spalt zwischen der Einzelrolle
und der Achse verkleinert bzw.
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der der Krafteinleitungsstelle bezüglich der Achse gegenüberliegende
Spalt vergrößert. Diese Abstandsänderung stellt das Maß für die durch das Band 4
eingeleitete Kraft dar.
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Innerhalb der Einzelrollen 7 sind (nicht dargestellte) an sich-bekannte
Sensoren, insbesondere mechanische oder elektrische Druck- oder Abstandsgeber, angeordnet,
deren Ausgangswerte - die ggf. mittels einer nachgeschalteten Anzeigeeinrichtung
auch sichtbar gemacht werden können -dazu dienen,die Größe des Walzspaltes eines
nachfolgenden Walzgerüstes an das erfaßte Bandprofil anzupassen. Die Anpassung des
Walzspaltes kann nach Sichtbarmachen der Ausgangswerte von Hand vorgenommen werden;
zweckmäßigerweise ist jedoch ein geschlossener Regelkreis zur automatischen Anpassung
des Walzspaltes an das Bandprofil vorgesehen.
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Die Länge der Einzelrollen 7 ist zweckmäßigerweise so ausgelegt, daß
unter Beachtung wirtschaftlicher Gesichtspunkte eine möglichst große Anzahl an Einzelrollen
zum Einsatz kommt. Die Länge der Einzelrollen 7 hängt insbesondere auch von den
Abmessungen ab, welche die zu verwendenden handelsüblichen Magnetlager aufweisen.
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Die berührungsfreie Abstützung der Einzelrollen 7 an der feststehenden
Achse 8 (Fig. 2) läßt sich dadurch verwirklichen, daß die Einzelrollen auf einem
Öldruckpolster ruhen, welches seitlich - d.h. im Bereich der Stirnflächen benachbarter
Einzelrollen - durch mit der Achse 8 verbundene Dichtelemente 10 begrenzt ist.
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ist Die Achse 8 zweckmäßigerweise hohl ausgebildet und innerhalb
des durch die Dichtelemente 10 begrenzten Bereiches mit Öffnungen 11 ausgestattet,
in die eine ortsfest gehaltene Erfassungseinrichtung 12 hineinragt. Diese dient
dazu, durch Bewegungen der Einzelrollen hervorgerufene Abstandsänderungen zwischen
ihr und der Innenfläche 7' in Signale umzuwandeln. Da die Erfassungseinrichtung
12 ebenso wie die Achse 8 stillsteht, kann die erforderliche Versorgungs- und Ausgangsleitung
13 ohne Schwierigkeiten nach außen geführt werden.
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In dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Erfassungseinrichtung
12 auf der Seite der Achse 8 angeordnet, welche der Krafteinleitungsstelle (Pfeil
14) gegenüberliegt.
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In Abänderung dieses Ausführungsbeispiels kann die Erfassungseinrichtung
auch auf der der Krafteinleitungsstelle gegenüberliegenden Seite der Achse angeordnet
sein; es können im Bereich ein und derselben Einzelrolle 7 gleichzeitig jedoch auch
mehrere Erfassungseinrichtungen zur Anwendung kommen.
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Bei der in Fig. 3 dargestellten bevorzugten Ausführungsform erfolgt
die berührungsfreie Abstützung der Einzelrollen 7 mittels eines Elektromagnetlagers,
dessen ringförmige Wicklungen im Bereich der Stirnflächen 7"' der Einzelrolle unbeweglich
mit der Achse 8 verbunden sind.
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Die Wicklungen 15 bilden gemeinsam mit der zugehörigen Einzelrolle
7 - die im Querschnitt gesehen T-förmig ausgebildet ist - ein Lager, welches Axial-
und Radialkräfte aufnehmen kann.
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Die Innenfläche 7' des zwischen den Magnetwicklungen 15 liegenden
Steges 7" der Einzelrolle 7 bildet die Bezugsfläche, deren Bewegungen von einer
Abstandserfassungseinrichtung 12 in Signale umgewandelt werden.
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Die Abstandserfassungseinrichtung ist unbeweglich mit der hohlen Achse
8 verbunden und mittels einer (nicht dargestellten) Dreheinrichtung in der Weise
verstellbar, daß sie der Resultierenden der an der Einzelrolle angreifenden Kräfte
genau gegenüber liegt.
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Im dargestellten Ausführungsbeispiel nimmt die Abstandes erfassungseinrichtung
12 eine Stellung ein, in welcher die Erfassungswalze 6 als eine auf ein laufendes
Band aufgesetzte Druckwalze Verwendung finden könnte.
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Die in Fig. 4 dargestellte bevorzugte Ausführungsform unterscheidet
sich dadurch von der soeben beschriebenen Ausführungsform, daß die Innenfläche 7
der Einzelrolle 7 im Bereich der Magnetwicklungen 15 leicht konisch und im Bereich
der Abstandserfassungseinrichtung 12 zylindrisch ausgebildet ist.
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Die Abstandserfassungseinrichtung ragt über die Achse 8 hinaus in
den Bereich zwischen den Magnetwicklungen 15 und liegt einem Ring 16 - der unbeweglich
in der Einzelrolle 7 gehalten ist - mit Abstand gegenüber.
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Der Ring 16 besteht vorzugsweise aus dauermagnetischem Material, so
daß die entsprechend ausgebildete Abstandserfassungseinrichtung 12 zwischen beiden
Teilen auftretende Abstandsänderungen auf magnetischem Wege erfaßt.
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Bei der in Fig. 5 dargestellten Aus führungs form stützen sich die
Einzelrollen 7 jeweils auf zwei Nagnetlagern ab, die im Bereich der Stirnflächen
7"' angeordnet sind.
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Der an der Achse 8 befestigte Lagerbestandteil, im vorliegenden Falle
ein ringförmiger Dauermagnet 17, ist also jeweils zwei benachbarten Einzelrollen
.7 zugeordnet.
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Die zugehörigen Gegenflächen bestehen jeweils aus schmaleren Dauermagneten
18, deren Polarität mit derjenigen der Dauermagneten 17 übereinstimmt und die unbeweglich
in die Einzelrollen 7 eingesetzt sind.
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Die gleichzeitige Abstützung zweier benachbarter Einzelrollen 7 auf
ein und demselben Dauermagneten 17 hat zur Folge, daß im Bereich der Stirnflächen
7"t zu erwartende Bandfehler weitestgehend vermieden werden.
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Die beschriebene Ausführungsform kann in der Weise abgeändert werden,
daß an Stelle der Dauermagnetringe 17 Elektromagnete zur Anwendung kommen und diesen
ringförmige Gegenflächen 18 aus geeignetem Material gegenüberliegen.
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Um die an der Achse 8 angeordneten Abs tandserfassungs einrichtungen
jeweils in die Richtung der Resultierenden der an der Erfassungswalze 6 angreifenden
Kräfte drehen zu können, ist die Achse außerhalb des Bereichs des durchlaufenden
Bandes 4 mit einer Dreheinrichtung ausgestattet (Fig. 6). Diese besteht im wesentlichen
aus einem starr mit der Achse 8 verbundenen Hebelarm 19, an dem ein Zylinderaggregat
20 gelenkig befestigt ist. Dieses dient dazu, die Achse 8 mit den zugehörigen (nicht
dargestellten) Abstandserfassungseinrichtungen in der Weise auszurichten, daß die
Resultierende der durch das Band 4 auf die Einzelrollen 7 ausgeübten Kräfte in Richtung
der Abstandserfassungseinrichtungen liegt.
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Die Verwendung einer derartigen Dreheinrichtung ist insbesondere dann
zweckmäßig, wenn die Erfassungswalze 6 - wie in Fig. 6 dargestellt - gleichzeitig
als Umlenkwalze dient.
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Die Steuerung des Zylinderaggregats 20 kann dabei in Abhängigkeit
von Meßsignalen erfolgen, welche den Banddurchmesser im Bereich der Erfassungswalze
6 abtastende Lichtstrahlschalter erzeugen.
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An Stelle des mit Druckluft oder mit Drucköl betriebenen Zylinderaggregats
20 können auch andere an sich bekannte Antriebseinrichtungen, insbesondere auch
Spindelantriebe, zur Ausrichtung der in der Erfassungswalze 6 angeordneten Abstandserfassungseinrichtungen
(vgl. dazu die Fig. 2 bis 4) eingesetzt werden.
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In Abänderung der Ausführungsformen, die in den Fig. 3 und 4 dargestellt
sind, kann das Elektromagnetlager über seine Magnetwicklungen 15 vorzugsweise jeweils
an den Einzelrollen 7 befestigt sein, so daß zwischen den mitumlaufenden Innenflächen
der Magnetwicklungen einerseits und der Achse 8 andererseits ein Luftspalt veränderlicher
Größe vorhanden ist. -
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