DE1804925A1 - Verfahren zum Messen der Verteilung von Zugspunungen ueber die Breite von unter Laengszug stehendem bandfoermigen Gut und zugehoerige Messvorrichtung - Google Patents

Description

• Verfahren zum Messen der Verteilung von Zugspannungen über die Breite von unter Längszug stehenden bandförmigen Gut und zugehörige Meßvorrichtung.
• Die Erfindung ersteckt sich auf ein Verfahren zur meßtechnischen @rfassung der Verteilung von Zugspannungen über die Breite von bandförmigem Gut, das einem bei Anwendung von Längszug ablaufenden Transportprozess unterworfen ist, sowie auf die zugehörige Meßanordnung.
• Beim Walzen, insbesondere beim Kaltwalzen von sehr dünnen Bändern aus sohwer verformbaren Werkstoffen, werden in Walzrichtung gesehen vor und hinter dem durch die Arbeitswalzen gebildeten Walzspalt, in den das Material vornehmlich durch Walzdruck in erster Linie in Dikken - und Walzrichtung verformt wird, Zugspannungen an das durchlaufende 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 dünnen das zu waltende Material ist und je stärker die durch den Vorformungsvorgang hervorgerufene Kaltvorfestigung des Materials ansteigt. Diese dadurch bedingte Erschwerung des Walzsprozesses versucht man durch Anwendung hoher in Walzrichtung wirksamer Zugspannungen zu kompensieren. Ihre Größe ist aber mit Rücksicht 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 niedrige Höchetgrenze der angelegten Längszugspannungen beim Bandwalzen liegt in der großen Unsicherheit, mit der die Verteilung der Längszugspannungen über die Bandbreite zu beherrschen ist. Wenn beispielsweise durch zu ballig geschliffene oder durch zu stark in der Walzenbalenmitte erwärmte Walzen infolge des damit verbundenen größeren Durchmessers eine gegenüber den Bandrändern größere Streckung des zu walzenden Bandes erfolgt, verlagern sich bei konstanter Bandzugkraft die Bandzugspannungen im gefährlicher Weise zu den Bandrädern unter gleichzeitiger Verringerung in Bandmitte. Im ungünstigsten Falle kann diese ungleichförmige Vorteilung an den Bandrädern etwa den dreifachen Betrag der mitt leren rechnerisehen, gleichmässig verteilt angenommenen Zugspannung erreichen, wobei in Bandmitte die Zugspannung den Wert Füll annimmt, so daß sich diese Ungleichförmigkeit noch nicht durch eine Mittelwelligkeit des Bandes anzeigen kann. An den Bandrädern würde sich damit eine Zugspannung von etwa 75 bis 90 % der jeweils erreichten Verformungsfestigkeit einstellen. Der Abstand gegen das Erreichen der Fließgrenze 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, so daß dabei Gefahr eines Bandrisses noch größer ist.
• Das erfindungsgemäße Verfahren besteht darin, daß die örtlichen elastischen Verformungen einer dünnwandigen, teilsweise freitragenden bzw. aufgelagerten Kreiszylinderschale infolge einer radial von außen auf sie einwirkenden Belastung aus den abgelenkten, unter Längszugspannungen unterschiedlichster Verteilungen über die Bandreite stehenden Band den örtlich vorhandenen Bandzugspannungen zugeordnet werden. Diese Zuordnung zwischen örtlich vorhandener Bandzugspannung #(x), der eine örtlich radiale Belastung der Zylinderschale p(x) entspricht und der aus dieser Belastung resultierenden örtlichen Verformung der dünnwandigen Zylinderschale ist umso genauer, je geringer bei gegebenem Außendurchmesser ihre Wanddicke ist.
• In Figur 1 ist die Einflußlinie einer elastischen Verformung einer Zylinderschale dargestellt. Man erkennt das sehr schnelle Abkligen einer Störung, nämlich der Verformung von der Größe e0=1 in Richtung der Brzeugenden der Zylinderschale (der Achsrichtung), die nach der Periode T nur nochn den Wert e-2#=######, nach der halben Periode den Wert e-#=##### hat. Die Verfälschungen des Meßwertes, nämlich die Verformung der Zylinderschale 1 im Meßbereich 1 nach Fig. 2, durch die links und rechts anschließenden, ebenfalls mit den radialen Pressungen p(x) belasteten Teile der Zylinderschale 1 sind nur unbedeutend. Sie liegen unterhalb der Meßfehlerschwelle.
• Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Vorrichtung zur Durchführung des vorstehend beschriebenen erfindungsgemäßen Verfahrens nach Fig. 2 und nach Fig. 3, die einen Schnitt längs der Linie A B von Fig. 2 darstellt, ist die dünnwandige, die Meßfunktion ausübende Kreiszylinderschale 1 auf einem dickwandigen Tragrohr 2 gelagert, in dessen Außenmantel im vorgesehenen Meßbereich eine sehraubenförmig umlaufende, hinreichend breite und flache, fortlaufende Vertiefung 9 eingearbeitet ist, die durch hinreichend breite, stehen gebliebene Wandteile getrennt wird, so daß in Achsrichtung der Zylinderschale diese abwechselnd aufgelagert und frei tragend ist.
• In der Mitte der eingearbeiteten Vertiefung 9 sind in geeigneten Winkelabständen Bohrungen 10 angeordnet, in denen sich Meßstifte 11 frei bewegen und die Verformungen der Zylinderschale 1 auf die federnden Winkelstücke 12 übertragen können. Die Verformungen der Winkelstücke 12 werden mit Dehnungsmeßstreifen 13 erfaßt, deren Versorgungsleitungen durch Bohrungen 3' im zentral angeordneten Befestigungsrohr 3 für die Winkelstücke 12 hindurchführen und mit dem drehenden Teil eines Schleifringkopfes (Nr. 14 in Fig. 6) verbunden sind.
• Um die Durchbiegungen des Tragrohres 2 und damit die Verformungen der Winkelstücke 12 infolge dieser Durchbiegungen zu kompensieren, müssen die Dehnungsmeßstreifen 13 jeweils zweier benachbarter, um 180° versetzter Winkelstücke 12 in einer Kompensationsschaltung verbunden werden.
• Die Verformungen der Zylinderschale 1 werden durch die Pressungen p(x) eines mit der Bandzugspannung 6(x) gespannten, abgelenkten bandes 0 hervorgerufen.
• Eine weitere bevorzugte Ausführungsform einer Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Meßverfahrens zeigen Fig. 5 und Fig. 4, die einen Schnitt längs der Linie CD in Fig. 5 darstellt. Die Zylinderschale 1 ist hier auf einem nur stellenweise abgeflachten dickwandigen Tragrohr 2 gelagert. Die auf der Länge 1 abgeflachten Stellen 9a, 9b, 9c, 9d, 9e, 9f liegen auf einer gedachten Schraubenlinie hinreichnder Steigung. In der Nitte Jeder dieter abgeflachten Stellen befinden sich die Durchlaßbohrungen 10a, 10b, 10c, 10d, 10e, 10f für die Taststifte 11a, 11b, 11c, 11d, 11e, 11f, die die Verformungen der Zylinderschale 1 auf die entsprechenden federnden Winkelstücke 12a, 12b, .... 12f übertragen, deren Verformungen mittels der auf ihnen befestigten Dehnungsmeßstreifen 13a .... 13f erfaßt werden. Auch hier werden die Versorgungsleitungen für die Dehnungsmeßstreifen 13a ... 13f durch die entsprechenden Bohrungen 3' im Befestigungsrohr 3 für die Winkelstücke 12 hindurch- und zum drehenden Teil 14 des Schleifringkopfes 15, Fig. 6 geführt. Durch entsprechende Kompensationsschaltung der Dehnungsmeßstreifen 13 zweier benachbarter, um 180° versetzter Winkelstücke 12 werden auch hier Meßfehler aus der Druchbiegung des Tragrohres ausgeschaltet.
• In Fig. 6 ist zu erkennen vie mit Hilfe Je eines Zentrierringes 4 das Befestigungsrohr 3 fUr die federnden Winkelstücke 12 zentrisch im Tragrohr 2 und damit zur Innenleibung der Zylinderschale 1 befestigt ist. Ein Schrumpfring 5 klemmt die Zylindrischale 1 auf dieser Seit. fest, so daß sie sich zur anderen Seite hin frei ausdehnen kann.
• Das Tragrohr 2 b.sitnt an Jedem Ende ein lager 6, desßen Zapfen in Wangen 7 befestigt ist. Die Wangen 7 sind mit einem Querhaupt 8 steif verbunden.
• Die Verformungen der Zylinderschale 1 können auch mit jedem anderen geeigneten elektrischen tIeßverfahren, z.B. mit Hilfe induktiver Wege alhaehmes gemessen werden.
• In Pig. 7 und in Fig. 8, die einen Schnitt längs der Linie EF durch Pig. 7 darstellt, ist eine weitere bevorzugte Ausführungsform einer Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Meßverfahrens skizziert. Die Verformten der Zylinder schale 1 worden auoh hier mit Taststiften ila, 11b, IIo, 11d ... 11m abgetastet und auf ein im Inneren des Tragrohres 2 zentrisch angeordnetes, mit dem Tragrohr 2 umlaufendes dünnwandiges, federndes Rohr 12, das durch geeignete Teilschnitte in die Federelemente 12a, 12b, 12o...12m unterteilt ist, übertragen. Damit dieses Rohr 12 mit den Federelementen 12a ... 12m die gleichen Durohbiegungen wie das Tragrohr 2 erfährt, werden in geeigneten Abotinden Aussenrippen 17 aui das Rohr 12 aufgebracht.
• Die Jeweils sich um 1800 gegentlberliegenden Meßdüsen 13a, 13a'.,.
• 13m, 13m' werden so geschaltet, daß der Einfluß der Durchbiegungen von Tragrohr 2 aufgehoben wird.
• Die einezelnen Federelemente 12a, 12b, 12c ... 12m bewegen sich berührungslos über ihre zugehörigen pneumatischen Düsen 13a, 13b, 13c ...
• 13m, wobei ihre unterschiedlichen Abstände zu den zugehörig n Düsen infolge unterschiedlicher Verformungen der Zylinderschale 1, hervorgerufen duroh eine unterschiedliche örtliche Verteilung der Bandzug spannungen, entsprechende Veränderungen in den Meßleitungen hervorrufen, die den Änderungen der Bandzugspannungsverteilung proportional sind.
• Die Düsen 13a, 13b, 13c ... 13m sind auf einem geteilten Tragrohr 3, bzw. 3 gelagert, das nach Montage der Düsen 13a ... 13m, 13a'... 13m sowie nach Durchführung aller Meßschlauchanschlüsse an die einzelnen Stutzen 16a, 16b, 16c, .... 16m, 16a', ....16m' befestigt wird.
• Der wesentliche Vorteil dieser Vorrichtung besteht darin, daß die Meßwerte, die Verformten der Zylinder schale, ruhend erfaßt werden und daß die pneumatische Meßmethode sehr zuverlässig arbeitet.
• An Stelle der einzelnen Dessen 13a, 13b, 13c ... 13m, 13a'...13m' kann man auch z.B. induktive Meßwertaufnehmer vorsehen, mit denen die Äne derungen der Polabstände der zugehörigen Meßfedern 12a, 12b, 12c...
• 12m als ta iUr die Verformungen der Zylinder schale 1 erfaßt werden können.
• In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform zur Durchführung des erfindungsgemäßen Meßverfahrens nach Fig. 9 und Fig. 10 wird eine mechanische Vergrößerung der zu messenden Verformungen der Federelemente 12a ... 12m des Meßrohres 12 dadurch erreicht, daß der Meßstift 11a in der Nähe der Einspannstelle des Federelemntes 12a wirkt, so daß das freie Ende des Federelemntes entsprechend stärker ausgelenkt wird.
• In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform nach Fig. 11 und Fig.
• 12 wird das Meßrohr 12 mit seiner Aussenlaibung formschlüssig an die Innenlaibung des Tragrohres 2 gelagert. Man kann das z.B. dadurch erreichen, daß man das Meßrohr 12 auf der gesamten Länge schlitzt und mit einem eingepaßten, auf der gansen Länge tragenden Keil 12 anpreßt.

Claims (7)

Patentansprüche.

1. Verfahren ftlr die Messung der Verteilung von Zugspannungen Uber die Breite unter Längszug stehenden Bandes, dadurch gekennzeichnet, dag als Meßprinzip die unterschiedlichen Einsenkungen einer teilweise frei gelagerten Zylindrischale infolge unterschidlicher, radial gerichteter Pressungen eines abgelenkten Bandes, die den örtlichen Bandzugspannungen proportional sind, verwendet wird.

2. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens naoh Anspruch 1, da.

duroh gekennzeichnet, daß die Zylinderschale auf einem Tragrohr gelagert ist, dessen Aussenmantelseite flache, stetig schraubens förmig umlaufenden Ausnehmung aufweist, in deren Mitte Bohrungen zur Aufnahme der Meßstifte angeordnet sind, mit denen die Einsenkun gen der Zylinderschale eriaßt werden.

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3. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Aussenmantelseite des Tragrohres nur stellenweise, längs einer gedachten Schrubenlinie, abgeflacht ist.

4. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzechnet, daß in die Aussenmantelseite des Tragrohr res parallel zueinander angeordnete Ausnehmeungen eingearbeitet sind.

5. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens naoh Anspruch 1 und nach den Ansprüchen 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Verformungen der Zylinaeraohale durch die Meßstifte auf die mit dem Tragrohr umnlaufenden Meßwertgeber Uebertragen werden.

6. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 und den Ansprüchen 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Verformungen der Zylinderschale durch die Meßstifte auf eine im Inneren des Tragrohres zentrisch angeordnete, mit dem Tragrohr umlaufende, die Durchbiegung des Tragerrohres erfahrende dünnwandige Zylinderschale Uebertragen und von einem ruhenden Meßsystem elektrischer oder pneumatischer Art abgenommen werden.

7. Vorrichtung zur Durohftlhrung des Verfahrens naoh Anspruch t und den Ansprüchen 2 bis 4 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß die verformungen dr Zylinderschale durch die Meßstifte auf Federelemente übertragen werden, die durch geeignete Schnitte aus der im Inneren des Tragrohreszweckmässigerweise zentrisch angeordneten Zylinderschale herausgeschnitten sind und deren Federweg durch geeignete mechanische Übersetzungen in einstellbarer Vergrößerung mit ruhenden Meßwertaufnehmern erfaßt werden.

L e e r s e i t e