DE2944723C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Messung der Spannungsverteilung über die Breite von biegsamen, sich in ihrer Längsrichtung bewegenden Bändern der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 bezeichneten Art.

Eine Vorrichtung dieser Art ist nach der DE-OS 26 30 410 bekannt. Man erreicht hierbei durch eine Abtastung der Kraft­ meßgeber in Abhängigkeit von der Aufeinanderfolge, in welcher sie jeweils die Umlenkkraft aufnehmen, eine von gegenseitiger Beeinflussung freie Messung. Hinzu kommt noch der Vorteil, daß die einzelnen Abschnitte aus Ringen oder Stützringen bestehen, die eine sehr hohe Formsteifigkeit besitzen, ohne daß sich für die gesamte Umlenkmeßrolle ein zu großes Trägheitsmoment ergibt, so daß man auf einen eigenen Antrieb der Umlenkmeßrolle verzichten kann und die damit verbundenen Regelprobleme vermeidet.

Wenngleich bei einer derartigen Umlenkmeßrolle die Kraft immer nur an einer einzigen Stelle gemessen wird, so wirkt sie dennoch, wenn auch in unterschiedlicher Größe, über die gesamte Breite der Umlenkmeßrolle auf diese ein. Dies führt zu einer Biegebelastung, der die Umlenkrolle durch ihr elastisches Verhalten entspricht. Die elastischen Deforma­ tionen desselben sind zwar nur äußerst gering, doch können sie dennoch den einzelnen Meßwert verfälschen. Bei einer bestehenden Biegebelastung sucht sich nämlich der kreis­ runde Querschnitt der Umlenkmeßrolle zu einem elliptischen Querschnitt umzuformen, wobei die kleinere Achse in Rich­ tung der einwirkenden Biegekraft liegt. Die peripheren Zonen der einzelnen Abschnitte werden dabei senkrecht zur Biegekraftrichtung gestreckt und belasten somit die Kraft­ meßgeber derart, daß Umlenkkräfte vorgetäuscht werden, die nicht vorhanden sind. Beispielsweise kann es durchaus dazu kommen, daß selbst beim Fehlen einer Umlenkkraft an einer bestimmten Stelle der Breite der Umlenkmeßrolle infolge einer Durchbiegung derselben eine Umlenkkraft gemessen wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Umlenkmeß­ rolle so auszugestalten, daß die Meßergebnisse auf Grund von Belastungen, die bei den üblichen Umlenkmeßrollen zu einer Durchbiegung derselben führen, nicht verfälscht wer­ den können. Eine elektrische Fehlerkompensation ist dabei nicht angestrebt, vielmehr sollen die erwähnten Meßfehler erst gar nicht auftreten können.

Diese Aufgabestellung wird durch den Vorschlag gemäß Kennzeichnungsteil des Patentanspruchs 1 gelöst. Bei einer derartigen Ausbildung der einzelnen Abschnitte der Um­ lenkmeßrolle kommt man zu einer weitgehenden funktionellen Trennung derjenigen Bereiche des Abschnittes, die sich auf die Messung beziehen, von denjenigen, die die Abstützung übernehmen. Dies ermöglicht nicht nur die konstruktiv optimale Anpassung an die Funktionen dieser Bereiche, son­ dern vor allem ein praktisch unabhängig von einer eventuel­ len Durchbiegung der Umlenkmeßrolle mögliches Messen der Umlenkkräfte, weil die peripheren Zonen der Abschnitte von jeglicher Durchbiegung unbeeinflußt bleiben.

Die Vorschläge der Unteransprüche 2 bis 11 betreffen vor­ teilhafte Ausgestaltungsformen des erfindungsgemäßen Vorschlages. So tragen die relativen Größen der Anpreß­ flächen nach dem Vorschlag des Unteranspruchs 2 insbe­ sondere dazu bei, den Verhältnissen bei der Belastung Rechnung zu tragen und die für die Messung vorgesehenen Bereiche entsprechend zu entlasten.

Die nach dem Unteranspruch 3 vorgeschlagene berührungs­ freie Durchdringung der einzelnen Abschnitte mittels der sie gegeneinander verspannenden Bolzen trägt ebenfalls dazu bei, daß von letzteren keine Kräfte unmittelbar auf die Abschnitte übertragen werden.

Nach den Unteransprüchen 4 bis 6 können die beiden Bereiche jeweils eines Abschnittes gegenständlich voneinander ge­ trennte Ringe sein, während sie nach den Unteransprüchen 7 bis 9 jeweils zu einer einzigen Scheibe integriert werden können. Die letztgenannte Ausführungsform bietet neben ihrer besonderen konstruktiven Gestaltung auch noch die Möglichkeit, entsprechend dem Unteranspruch 8 eventuelle Deformationen bei der peripheren Zone in diejenigen Um­ fangsbereiche zu verlagern, die den Kraftmeßgeber nicht beeinflussen. Praktisch werden die Kraftmeßgeber hierbei in massiven Blocks angeordnet, die im Gegensatz zum übrigen Umfang der peripheren Zone bei Druckbelastung nicht dif­ ferenziert nachgeben können. Der Vorschlag des Unteran­ spruchs 9 geht noch weiter, indem ein den Kraftmeßgeber tragender Sektor nicht nur axial von seiner Umgebung auf Abstand gehalten ist, sondern auch durch radiale Schlitze von der Einwirkung des übrigen Umfanges der peripheren Zone des gleichen Abschnittes völlig entlastet ist.

Schließlich sehen die Unteransprüche 10 und 11 noch für alle erfindungsgemäßen Ausführungsformen gemeinschaftliche vorteilhafte Ausgestaltungen vor, indem einerseits eine vorteilhafte Größe des axialen Abstandes angegeben wird und andererseits eine entsprechende Ummantelung vorge­ schlagen wird, deren Verhalten dasjenige der übrigen Bereiche nicht beeinflußt. Beispielsweise kann die Ummante­ lung aus Kunststoff bestehen, dessen Nachgiebigkeit eine Kräfteübertragung ausschließt.

Zur weiteren Veranschaulichung der Erfindung wird auf die sich auf Ausführungsbeispiele beziehenden Zeichnungen Bezug genommen. Darin zeigt, jeweils in schematischer Ansicht,

Fig. 1 einen teilweisen Längsschnitt durch die neue Umlenkmeßrolle mit einzeln wiedergegebenen Ringen,

Fig. 2 einen Querschnitt durch die Umlenkmeßrolle gemäß Fig. 1,

Fig. 3 einen teilweisen Längsschnitt durch eine andere Ausführungsform der Umlenkmeßrolle,

Fig. 4 einen Querschnitt einer Ausführungsform gemäß Fig. 3 und

Fig. 5 einen Querschnitt bei einer anderen Umlenk­ meßrolle mit einem Längsschnitt entsprechend Fig. 3.

Fig. 1 zeigt den linken Abschnitt einer Ausführungsform der neuen Umlenkmeßrolle. Man erkennt den Lagerzapfen 1, der an die stirnseitige Scheibe 2 angeschlossen ist.

Letztere ist mittels der Bolzen 3, die auch in Fig. 2 erkennbar sind, mit der gegenüberliegenden, nicht dar­ gestellten weiteren Stirnscheibe verspannt.

Zwischen den Stirnscheiben befinden sich die einzelnen Ab­ schnitte 4 der Umlenkmeßrolle. Man erkennt, daß bei jedem Abschnitt zwei Bereiche von Ringen 5, 6 gebildet sind. Die Ringe 5 haben periphere Zonen 7 sowie zentrale Zonen 8, zwischen welchen die von den Ringen 6 gebildeten mitt­ leren Bereiche 9 liegen.

Die beiden Ringe 5 und 6 sowie deren relative Lage zuein­ ander ergeben sich gleichfalls aus Fig. 2, welche einen halben Querschnitt mit Ansicht auf den Ring 5 und einen halben Querschnitt mit Ansicht auf den Ring 6 darstellt. In der peripheren Zone 7 des Ringes 5 erkennt man den Kraft­ meßgeber 10. Weiterhin ist aus Fig. 2 ersichtlich, daß die Bolzen 3 sowohl die Ringe 5 als auch die Ringe 6 in Bohrun­ gen 11 durchsetzen, deren Durchmesser größer als derjenige der Bolzen 3 ist, so daß keine Berührung zwischen den Bolzen und den Ringen besteht.

Die abgewinkelte Schnittlinie I-I der Fig. 2 ist auf Fig. 1 bezogen und gestattet einerseits die Darstellung des Kraftmeßgebers 10 in Fig. 1 sowie andererseits die Darstellung eines Bolzens 3. Fig. 1 zeigt weiterhin daß die Anpreßflächen 12 der zentralen Zonen 8 dicht anein­ anderliegen, wohingegen die Scheibenflächen 13 beträcht­ liche Abstände voneinander haben. Schließlich erkennt man auch, daß die Stirnflächen 14 der Randzonen 7 einen kleinen Abstand von den jeweils entsprechenden Flächen der benachbarten Ringe besitzen. Insgesamt besteht für die Ringe 5 daher innerhalb der Umlenkmeßrolle lediglich für die zentralen Zonen 8 eine kraftschlüssige Verbindung, während die übrigen Teile der Ringe 5 berührungsfrei sind.

Für eine wirkungsvolle Abstützung, die einer Durchbiegung entgegenwirken kann, reicht der kraftschlüssige Verbund der Ringe 5 untereinander jedoch nicht aus. Aus diesem Grund finden noch die weiteren Ringe 6 Verwendung, die einen größeren Innendurchmesser als die zentralen Zonen 8 der anderen Ringe 5 aufweisen und auf den zentralen Zonen 8 zentriert sind. In Randnähe besitzen die Ringe 6 zylindrische Ansätze 15. Diesen entsprechen mit etwas größeren Durchmessern in den Ringen 5 vorhandene Bohrun­ gen 16, durch welche die Ansätze 15 berührungsfrei derart geführt sind, daß die Anpreßflächen 17 benachbarter Ringe 6 in fluchtender Stellung aneinander anliegen. Da die An­ preßflächen 17 im übrigen wesentlich größer als die An­ preßflächen 12 sind, übertragen sie entsprechend größere Anpreßkräfte, so daß die stützende Funktion einerseits und die messende Funktion andererseits bei den Abschnitten der neuen Umlenkmeßrolle praktisch völlig voneinander getrennt sind und sich daher gegenseitig auch nicht zu beeinflussen vermögen.

Wie Fig. 3 zeigt, lassen sich die getrennten Funktionen dienenden beiden Bereiche bei den Abschnitten der neuen Umlenkmeßrolle gleichfalls zu jeweils einer Scheibe 18 integrieren, wobei sich indes für die Kraftmeßgeber 10 in radialer Richtung nur eine kürzere berührungsfreie Ab­ stützung ergibt, weil die Anpreßflächen 19 der Scheiben 18 von konzentrischen Erhebungen 20 gebildet sind, die in der Mitte zwischen der peripheren Zone 7 und der zen­ tralen Zone 8 einer Scheibe 18 liegen. Im übrigen gilt aber auch hierbei, daß die Größe der Anpreßflächen 19 erheblich über derjenigen der Anspreßflächen 21, 22 der zentralen Zonen 8 liegt. Die letztgenannten Anpreß­ flächen 21, 22 sind überdies von axialen Vorsprüngen derart begrenzt, daß es zu einer gegenseitigen Zentrie­ rung der Scheiben 18 ineinander kommt. Die übrige Kon­ struktion der Verspannung durch Bolzen 3 mittels stirn­ seitiger Scheiben 2 entspricht derjenigen der Fig. 1.

Die Scheiben 18 können unterschiedliche Ausführungen haben, wie sich aus Fig. 4 einerseits und Fig. 5 an­ dererseits ergibt. Beide Figuren zeigen Schnittlinien III-III, die im Hinblick auf den Querschnitt gemäß Fig. 3 zu verstehen sind. Bei der Ausführung der Scheiben wird noch besonders dem Umstand Rechnung getragen, daß für die Kraftmeßgeber 10 in radialer Richtung die berührungsfreie Abstützung lediglich bis zu den zweckmäßig ringförmig gestalteten Erhebungen 20 reicht.

Zur Ausschaltung eines Einflusses einer Durchbiegung sieht Fig. 4 eine Isolierung des den Kraftmeßgeber 10 tragenden Sektors zusätzlich in peripherer Richtung vor. Diesem Zweck dienen innerhalb der peripheren Zone 7 radiale Einschnitte 23, 24, so daß sich für den Sektor 25 mit dem Kraftmeßgeber 10 eine Trennung vom übrigen Teil der peri­ pheren Zone 7 ergibt. Bei einer angenommenen Durchbiegung vermag also eine Deformation des übrigen Teils der peri­ pheren Zone 7 sich auf den Sektor 25 nicht auszuwirken. Die etwas erhöhte Gefahr einer Durchbiegung wird also durch die weitergehende konstruktive Gestaltung des Sektors 25 im Hinblick auf ihre Wirkung auf die Signale des Kraftmeß­ gebers 10 aufgehoben.

Einen etwas anderen Weg sieht Fig. 5 vor, wonach die periphere Zone 7 im wesentlichen Teil ihres Umfanges lediglich über schmale Stege 27, die zwischen Ausfrä­ sungen 28 belassen wurden, mit der mittleren Zone in Verbindung steht. Demgegenüber ist der den Kraftmeß­ geber 10 tragende Sektor 29 über eine massive Verbin­ dung 30, die in sich drucksteif ist, mit der mittleren Zone verbunden.

Sowohl bei der Ausführung nach Fig. 4 als auch bei der Ausführung nach Fig. 5 vermögen daher die Sektoren 25 bzw. 29 im Falle einer Durchbiegung nur als gemeinsamer Block auszuwandern, der von Deformationen relativ frei bleibt. Demgegenüber kann sich, insbesondere bei Fig. 5, der übrige Teil der peripheren Zone 7 bei einer Durch­ biegung durchaus verformen, wobei sich der radiale Ab­ stand der peripheren Zone 7 von der mittleren Zone verändern kann.

Die bereits erwähnten radialen Abstände der peripheren Zonen voneinander sind in den Fig. 1 und 3 aus Gründen der leichteren Erkennbarkeit etwas vergrößert dargestellt und mit dem Bezugszeichen 32 hervorgehoben. Sie betragen vorteilhaft etwa 0,1 mm im ungespannten Zustand und im gespannten Zustand noch etwas weniger. Die Spalten müssen nicht notwendigerweise völlig frei bleiben, sondern sie können auch mit einem Material ausgefüllt sein, welches indes keine Übertragung von Kräften in axialer Richtung zulassen darf. Beispielsweise eignet sich Kunststoff an dieser Stelle sowie auch für eine Ummantelung der gesam­ ten Meßrolle in der bereits vorgeschlagenen Weise.

Claims (11)

1. Vorrichtung zur Messung der Spannungsverteilung über die Breite von biegsamen, sich in ihrer Längsrichtung bewegen­ den Bändern, insbesondere von Stahlbändern beim Kaltwalzen, bestehend aus einer Umlenkmeßrolle, die aus nebeneinan­ der gelagerten, mit dem unter Spannung umgelenkten Band mitlaufenden, zueinander in unverdrehbarer Stellung gehal­ tenen Abschnitten besteht, von denen wenigstens einige mit fest in sie eingesetzten Kraftmeßgebern versehen sind, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Abschnitt (4) zwei konstruktiv differenziert gestaltete, zueinander kon­ zentrische, ringförmige Bereiche aufweist, von denen ein mittlerer (9) zwischen der zentralen Zone (8) und der peripheren Zone (7) des anderen gelegen ist und zum Zwecke der Abstützung der Umlenkmeßrolle gegen Durch­ biegung an demjenigen des benachbarten Abschnittes (4) axial angepreßt gehalten ist, während der andere Bereich den Kraftmeßgeber (10) in der peripheren Zone (7) auf­ weist und dort mittels eines Abstandes (32 ) von demjeni­ gen des benachbarten Abschnittes (4) von einer axialen Krafteinwirkung freigehalten ist, wohingegen er in seiner zentralen Zone (8) an derjenigen des benachbarten Abschnittes (4) axial angepreßt gehalten ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Anpreßflächen (17) der mittleren Bereiche (9), mit denen sie aneinander angepreßt sind, erheblich größer als die zentralen Anpreßflächen (12) der anderen Bereiche sind.

3. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 und 2, wobei die Ab­ schnitte mittels an stirnseitigen Scheiben der Umlenk­ meßrolle angreifenden Bolzen gegeneinander verspannt sind, dadurch gekennzeichnet, daß die stirnseitigen Scheiben (2) die Anpreßflächen (12, 17) sowohl der mittleren Bereiche (9) als auch der zentralen Zonen (8) der anderen Bereiche beaufschlagen, während letztere in fluchtenden Bohrungen (11), deren Durchmesser größer als die Durchmesser der Bolzen (13) sind, berührungsfrei von letzteren durchdrungen sind.

4. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die beiden Bereiche als gegenständlich getrennte Ringe (5, 6) ausgeführt sind.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Anpreßflächen (17) der die mittleren Bereiche (9) bildenden Ringe (6) an mit Winkelabständen voneinander auf einer konzentrischen Kreisbahn angeordneten, sich axial erstreckenden, zylindrischen Ansätzen (15) vor­ gesehen sind, welche Ansätze (15) bei diesen Ringen (6) fluchtend aufeinander ausgerichtet sind und die anderen Ringe (5) zwischen ihren peripheren und zentralen Zonen (7, 8) in mit größeren Durchmessern ausgeführten Bohrungen (16) berührungsfrei durchsetzen.

6. Vorrichtung nach den Ansprüchen 4 und 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die mittleren Bereiche (9) bildenden Ringe (6) einen größeren Innendurchmesser als die zentralen Zonen (8) der anderen Ringe (5) haben und auf den zen­ tralen Zonen (8) zentriert sind.

7. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die beiden Bereiche zu einer einzigen Scheibe (18) integriert sind, bei der die Anpreßfläche (19) der mittleren Zone verdickte, konzentrische Erhe­ bungen (20) sind, und daß die zentralen Zonen (8) eine gegenseitige Zentrierung besitzen.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die periphere Zone (7) überwiegend über schmale, zwischen Ausfräsungen (28) stehengebliebene Stege (27) mit der mittleren Zone verbunden ist, während sie in dem mit dem Kraftmeßgeber (10) tragenden Sektor (29) in druck­ steifer, massiver Verbindung (30) mit der mittleren Zone steht.

9. Vorrichtung nach den Ansprüchen 7 und 8, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der den Kraftmeßgeber (10) tragende Sektor (25) der peripheren Zone (7) mittels radialer, bis etwa zur mittleren Zone reichender Einschnitte (23, 24) vom übrigen Teil der peripheren Zone (7) getrennt ist.

10. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 9, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die peripheren Zonen benachbarter Ab­ schnitte einen axialen Abstand von etwa 0,1 mm im unge­ spannten Zustand der Umlenkmeßrolle voneinander aufweisen.

11. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 10, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Außenfläche der Umlenkmeßrolle eine Ummantelung aufweist.