DE1798310A1

DE1798310A1 - Verfahren zum Messen der Verteilung von Zugspannungen ueber die Breite von unter Laengszug stehendem bandfoermigem Gut und zugehoerige Messvorrichtung

Info

Publication number: DE1798310A1
Application number: DE19681798310
Authority: DE
Inventors: Troost Alex Prof Dr; Wolfgang Dr Muehlberg
Original assignee: TROOST ALEX PROF DR
Current assignee: TROOST ALEX PROF DR
Priority date: 1968-09-24
Filing date: 1968-09-24
Publication date: 1972-01-20

Description

Verfahren zum kesseln der Verteilung von Zugspannungen über die Breite von unter Iiängszug stehendem bandförmigen Gut und zuge= hörige Meßvorrichtung.
Die Erfindung erstreckt sich auf ein Verfahren zur meßtechnischen Erfassung der Ver-teilla ? von Zugspannungen über die Breite von bandförrigem Gut, das einem bei Anwendung von Längszug ablaufenden Transportprozess unterworfen ist, sowie auf die zugehörige Meßan= ordnung.
Beim [alzen, insbesondere beim Kaltwalzen von sehr dünnen Bändern aus schwer verformbaren Werkstoffen, werden in Walzrichtung gese hen vor und hinter dem durch die Arbeitswalzen gebildeten Walzspalt, in dem das Material vornehmlich durch Walzdruck in erster Linie in Dicken= und Walzrichtung verformt wird, Zugspannungen an das durch= laufende Band angelegt, mit denen einmal die Führung des Bandes, zum anderen aber auch ein bedeutender in Walzrichtung wirksamer Verformungsbeitrag geleistet wird. Dieser Verformungsbeitrag der in Walzrichtung wirksamen Zugspannungen ist um so wichtiger, je dünner das zu walzende Material ist und je stärker die durch den Verformungsvorgang hervorgerufene Kaltverfestigung des Materials ansteigt. Diese dadurch bedingte Erschwerung des Walzprozesses ver= sucht man durch Anwendung möglichst hoher in Walzrichtung wirksa= mer Zugspannungen zu kompensieren. Ihre Größe ist aber mit Rück= sicht auf die notwendige Sicherheit gegen Abreißen des Walzgutes zur Zeit in der Praxis mit etwa 25 bis 30 % der jeweils erreichten Verformungsfestigkeit begrenzt. Der Grund für diese relativ nie= drige Höchstgrenze der angelegten Längszugspannungen aber die Band breite liegt in der großen Unsicherheit, mit der die Verteilung der @ängszugspannungen zu beherrschen ist. Wenn beispielsweise durch zu ballig geschliffene oder durch zu stark in der Walzenbal= len@itte erwärmte IZalzen infolge des damit verbundenen größeren Durchmessers eine gegenüber den Bandrandern größere Streckung des zu walzenden Bandes erfolgt, verlagern sich bei konstanter Bandzug= kraft die Bandzugspannungen in gefährlicher Weise zu den Bandrän= dern unter gleichzeitiger Verringerung in Bandmitte. Im ungünstig= sten @alle kann diese ungleichförmige Verteilung an den Bandrän= dern et/@a den dreifachen Beitrag der mittleren rechnerischen, gleich= mässig verteilt angenommenen Zugspannung erreichen, wobei in Band= mitte die Zugspannung den Wert Null annimmt, so daß sich diese Ungleichförmigkeit noch nicht durch eine Mittelwelligkeit des Ban= des anzeigen kann. An den Bandrändern würde sich damit eine Zug= spannung von etwa 75 bis 90 ffi der jeweils erreichten Verformungs= festigkeit einstellen. Der Abstand gegen das Erreichen der Fließ= grenze oder Verformungsfestigkeit ist dann aber zu gering, um ein Abreißen des Bandes mit Sicherheit zu verhindern. Bei deutlich wahrnehmbarer mittelwelligkeit des Bandes ist aber die Randspannung noch größer, sodaß dabei die Gefahr eines Bandrisses noch größer ist0 Die Erfindung macht sich die bekannte Tatsache zunutze, wonach eine von aussen durch radial nach innen gerichtete Pressungen belaste= te, dünnwandige, elastisch gebettete, an ihren Rändern fest aufge lagerte Zylinderschale sich in Abhängigkeit von der örtlich vor= handenen radialen Pressung verformt.
Eine bevorzugte Ausführungsform der Vorrichtung zur Durchführung vorstehend beschriebenen Neßverfahrens besteht entsprechend Fig. 1 und Fig.2, die einen Schnitt durch Fig. 1 längs der Linie A - B dar= stellt, aus einer Meßrolle, die aufgebaut ist aus einer dünnwandi= gen Zylinderschale 1, dem darunter liegenden elastischen Bettungs= material 2, dem dickwandigen Tragrohr 3, den Lagern 4 (nur ein La= ger dargestellt), den durchbohrten Tragzapfen 5 (nur ein Tragzap= fen dargestellt), die in den Schwingen 6 befestigt sind (nur eine Schwinge gezeichnet), sowie aus der eigentliohen MeBvorrichtung, einer in mehreren Linien angeordneten Anzahl von Meßfühlern 7a, 7b, 7c, 7d, 7e, 7f, 7e u.s.w., die mit ihren zugehörigen Meßstiften 7 a', 7c', 7d', 7f' u.s.w. durch Bohrungen im Tragrohr 3 und im Bettungs= material 2 bis an die Tnnenlaibung der Zylinderschale l hindurch greifen und deren Verformungen abtasten. An den gegenüber liegenden Enden der Meßstifte 7a'....7f' u.s.w. befinden sich, hier aber nicht dargestellt, je ein magnetischer Anker, der sich in einer Differen= tialdrossel bewegen kann und die ihm von den Verformungen der Zylin= derschale 1 aufgeprägten Wegänderungen in entsprechende proportio= nale elektrische Signale in bekannter Weise umwandelt.
Die einzelnen Meßfühler sind vor dem Einbau in die Meßrolle auf 4 Montageviertelschalen 8a, 8b, 8c... befestigt, die ihrerseits mit Schrauben 9a, 9b... am Tragrohr 3 verschraubt sind. Die hier nicht eingenzeichneten Meßleitungen von den einzelnen Meßfüjhlern 7a...7f u.s.w. sind mit dem drehbaren Teil 10b eines Schleifringkopfes 10a verbunden. Der Schleifringkopf 10a ragt durch die Bohrung des Zap= fens 5 in den Innenraum des Tragrohres 3O Die Schwingen 6 (nur eine dargestellt) sind mit dem Querhaupt 12 steif verbunden.
Die Zylinderschale 1 ruht an beiden Rändern auf den festen Stütz= ringen 2' (nur einer dargestellt), längs des übrigen Teils auf dem Bettungsmaterial 2.
Das unter Längszugspannung 6'(x) stehende, abgelenkte Band 11 be= lastet die elastisch gebettete Zylinderschale 1, deren Verformun= gen mach den Regeln der Schalenstatik ermittelt, den örtlich vor= handenen Bandzugspannungen 6'(x) zugeordnet werden können.
Eine überschlägliche Rechnung zeigt die weitgehende Unempfindlich= keit des Meßsystems gegenüber Mängeln, die aus der Fertigungsgenau= igkeit herrüiiren. 3ie örtliche, von der koordinate x abhängige, aus der örtlichen Bandzugspannung des abgelenkten Bandes 6'(x) herrüh= rende Belastung p(x) der Meßrolle wird mit Hilfe der "Kesselformel" errechnet zu p(x) = 6'(x) # h/ro Ilierin bedeuten 6'(x) die örtlich vorhandene Bandzugspannung, rO den äusseren Radius der Meßrolle, h die Dicke des abgelenkten Bandes 11.
Die örtliche Einsenkung der dünnwandigen Zylinderschale 1 infolge der radialen Belastung p(x) errechnet man zu In dieser Formel bedeuten w(x) die Einsenkung der Zylinderschale 1 an der Stelle x r den mittleren Radius der Zylinder schale 1 s die Wanddicke der Zylinderschale 1 h die Dicke des abgelenkten Bandes 6'(x) die Bandzugspannung an der Stelle x die Querkontraktionszahl die Dehnsteifigkeit der Zylinderschale den Elastizitätsmodul des Zylinderschalenmaterials.
Die Werte w(x) der Einsenkung der Zylinderschale 1 sind noch gering= fügig nach unten zu korrigieren, da sie exakt nur für die an den @ändern gelagerte Zylinderschale gelten, während hier aber durch die elastische Bettung 2 den Belastungswerten p(x) aus den Bandzug 6'(x) eine der Einsenkung w(x) proportionale, wegen der hinreichen= den Nachgiebigkeit des Bettungsmaterials 2 aber geringfügige Gegen= belastung noch entgegensteht.
Für einen Außendurchmesser der Meßrolle von 2 ro = 200 mm errec net man für den Werkstoff Stahl mit dem Elastizitätsmodul E = 21.000 kg/mm2 und für einen Spannungsunterschied im Bandmate= rial von beispielsweise 6 = 3 kg/mm2 für eine Banddicke h = 1,0 mm, einer Wanddicke der elastisch bebetteten Zylinderschale 1 von s = 2,0 mm, deren Einsenkungsdifferenz kg 100 mm #w = 3 # 1,0 mm mm2 kg 21000 # 2,0 mm mm2 #w = = 0,7.10-2 mm.
Für den Werkstoff Aluminium mit E = 7.200 kg/mm2 errechnet man für die Banddicke 1,0 mm die Einsenkungsdifferenz #w = 3,0 # 1,0 # 100 = 2,1 # 10-2 mm.
7.200 2,0 Die Beispiele zeigen, daß sich schon für geringfügige Abweichungen der Bandzugspannungen von der beabsichtigten Verteilung relativ große Meßwerte ergeben, so daß Meßfehler, die aus einer ungenauen Fertigung herrühren, keine besondere Rolle spielen.
In Fig. 3 und Fig. 4, die einen Schnitt durch Fig. 3 längs der Meßebene 0, 0 dargestellt, ist eine weitere bevorzugte Ausführungs= form einer Meßrolle zur Erfassung der Verteilung der Zugspannungen über die Breite eines Bandes dargestellt, wobei ebenfalls das Meß= prinzip der elastisch gebetteten Krieszylinderschale angewendet wird. Die Zylinderschale 1 ist hier aber nur im Bereich der federn= den Zungenpaare 2a, 2a', 2b, 2b' ....@, @'...., die aus dem Mate= rial des Rohres 2 durch entsprechende Schnitte herausgearbeitet sind, elastisch gebettet. Das Rohr 2, das aus mehreren EinzelstUkken bestehen kann, ist auf dem eigentlichen Tragrohr 3 befestigt.
In der Meßebene 0,0 sind jeweils, mittig zu den einzelnen Ferder= zungen 2a, 2b ... gelegen, radiale Bohrungen 3a... in das Trag rohr 3 gebohrt, durch die die Meßstite 4a' bis an die Innenlai= bung der Kreiszylinderschale 1 mittels Federdruck durch die Federn 4a" gedrückt werden. Am entgegengesetzten Ende der Neßstifte 4a'... befinden sich die Tauchanker (hier nicht dargestellt) der indukti= ven Wegaufnehnior 4a..., die auf der gemeinsamen Montagoleiste 5 ausserhalb des Rohres montiert und mit Anschlüssen versehen wer den. Nach dem Spannen der Federn 4a"... und deren geeigneter Ar= retierung in der gespannten Stellung werden die Wegaufnehmer 4a... mit der Montageleiste 5 in das Tragrohr 3 geschoben und die leB stifte 4a'.... in die zugehörigen Bohrungen 3a... eingeführt.
Die Montageleiste 5 wird mit den Sockeln 6 und diese mit dem Trag rohr 3 verschraubt. Die Anschlußleitungen werden mit demdrehenden Teil lOb..0 des Schleifringkopfes 10a verbunden.
Die elastische Bettung der Kreiszylinderschale auf einem Teil des Umfanges kann auch nur durch Hinterfräsung zwecks Verringerung der Wanddicke des Rohres 2 oder event. durch zusätzliche Schnitte senkrecht zur Längsachse des Rohres 2 erreicht werden.

Claims

Patentansprüche 1. Verfahren für die Messung der Verteilung von Zugspannungen über die Breite unter Längszug stehenden Bandes, dadurch gekennzeichnet, daß als Meßprinzip die unterschiedlichen Einsenkungen einer elas stisch gebetteten Zylinderschale infolge unterschiedlicher, radial gerichteter Pressungen eines abgelenkten Bandes, die den örtlichen Bandzugspannungen proportional sind, verwendet wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an den drei ausgezeichneten Punkten Bandmitte und in der Nähe beider Bandrän= der die Einsenkungen der Zylinderschale ermittelt werden und durch Vergleich der Einsenkung unter der Bandmitte mit derjenigen i der ITähe eines Bandrandes bzw. in der Nähe beider Bandränder au9 eine eventuell vorhandene nichtlineare, symmetrisch zur Bandmitte liegende Verteilung der Bandzugspannungen über die Bandbreite geschlossen werden kann.
3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß durch -einen Vergleich der Einsenkungen der Zylinderschale in der Nähe beider Bandränder auf eine eventuell vorhandene schiefe lineare Verteilung der Bandzugspannungen über die Bandbreite geschlossen werden kann.
4. Verfahren nach den Ansprüchen 1, 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß durch einen Vergleich der Einsenkungen der Zylinderschale in Bandmitte und in der Nähe eines Bandrandes auf eine nicht lineare, gleichzeitig durch einen Vergleich der Einsenkungen der Zylinder= schale in der Nähe beider Bandränder auf eine schiefe, lineare Verteilung der Bandzugspannungen über die Bandbreite geschlossen werden kann.
5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß durch eine Messung der Einsenkungen der Zylinderschale in Bandmitte bzw. in der Nähe beider Bandränder und deren Vergleich-mit einer im voraus an diesen Stellen für eine gleichmässige Belastung der Zylinder= schale infolge gleichmässiger Verteilung der Bandzugspannungen über die Bandbreite zu erwartenden Einsenkung der Zylinderschale über die Proportionalität zwischen örtlicher Einsenkung des Zylin= dermantels und örtlich vorhandener Bandzugspannung auf deren Ver= teilung über die Bandbreite geschlossen werden kann.
6. Verfahren nach Anspruch 1 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß mit tiefe von mehr als drei i1ßstellen, die symmetrisch zur Meßrollen= mitte angeordnet sind, die Einsenkungen der Zylinderschale im @e= weils von der Bandbreite abhängigen Bdlastungsbereich ermittelt und mit der im voraus berechneten Einsenkung der Zylinderschalt aus gleicffssiger Belastung infolge gleichmässiger Verteilung der Bandzugspannimgen über die Bandbreite verglichen und die Abwei= 6hungen von der gleichmässigen Verteilung aufgezeigt werden können.
7. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Zylinderschale auf ihrem gesamten Unfang elastisch gebettet ist.
8. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Zylinderschale nur auf einem Teil ihres Umfanges elastisch gebettet ist.
9. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, Daß die Zylinderschale nur auf ei= nein Teilstück ihres Umfanges elastisch gebettet ist und die ela= stisclie Bettung durch Federzungenpaare erzeugt wird, die durch ge= eignete Schlitzungen parallel zur Längsachse, Schnitte senkrecht zur Längsachse und Hinterfräsungen zwecks Verringerung der Rohr= wanddicke aus einem auf das eigentliche Tragrohr aufgezogenen Rohr herausgearbeitet sind.
10. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 bis 6 und nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die elasti= sche Bettung der Zylinderschale auf einem Teilstück des Umfanges aus einzelnen, ungeschlitzten Ringelementen Besteht, die durch ge= eignete Schnitte senkrecht zur Längsachse und Hinterfräsungen im Teilstückbereich zwecks Verringerung der Rohrwanddicke aus einem auf das eigentliche Tragrohr aufgezogenen Rohr herausgearbeitet sind.
11. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 bis 6 und nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die elasti= sche Bettung der Zylinderschale auf einem Teilstück ihres Umfanges dadurch erreicht wird, daß die Wanddicke des die Bettung darstel lenden Rohres in diesem Umfangbereich durch Hinterfräsungen durch= gehend oder nur auf Teilstücken entsprechend verringert wird.
12. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Ermittlung der Einsenkun gen der Zylinderschale durch elektrische Meßwertgeber vorgenommen wird, deren Meßsignale mittels Drahtleitungen über Schleifringe oder drahtlos aus der Meßrolle übertragen werden.