DE19616980A1 - Umlenkmeßrolle - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Umlenkmeßrolle zum Messen der Spannungsverteilung von biegsamen, in ihrer Längs­ richtung bewegten Bändern.

Zum Messen der Spannungsverteilung wird der Gegenstand der Messung, beispielsweise ein Stahlband beim Kaltwalzen, über eine Umlenkrolle geführt. Die Messung erfolgt durch in der Rolle befindliche Kraftmeßgeber, mit denen das umlaufende Band abgetastet wird.

Das Band übt eine Kraft auf die Rolle aus, wodurch diese einer Biegebelastung ausgesetzt ist. Die Rolle wird durch die Biegekraft elastisch deformiert. Der Rollenquerschnitt wird dadurch in eine elliptische Form gezwungen, deren längere Achse parallel zum Band­ verlauf liegt. Diese Verformung der Rolle kann dem Meßgeber ein durch das Band bewirktes Signal vortäu­ schen, wenn sich die Verformung auf den Meßgeber oder dessen Abdeckung überträgt und so eine Kraft ausübt, die der Meßgeber nicht von der vom Band ausgeübten Kraft unterscheiden kann. Das führt zu Verfälschungen der Meßergebnisse.

Dieses Problem löst die deutsche Offenlegungsschrift 42 36 657 durch eine Umlenkmeßrolle, bei der Abdeckun­ gen in zylindrischen Ausnehmungen befindlicher Kraft­ meßgeber unmittelbar an der Oberfläche des zu prüfen­ den Bandes anliegen und sich zwischen der Innenwandung der Ausnehmung und der Abdeckung ein umlaufender Spalt befindet. Der Spalt verhindert, daß in der Meßrolle wirksame Kräfte und Momente über die Abdeckung auf den Meßgeber wirken. Die Abdeckung ist dabei zentriert und weist einen umlaufenden schmalen Spalt auf, der bis zum Grund der Ausnehmung reicht.

Das Einstellen dieses Spaltes ist zeitaufwendig und kompliziert; es läßt sich häufig nur schwer realisie­ ren und führt zu einer Erhöhung der Betriebs- bzw. Installationskosten der Umlenkmeßrolle.

Eine weitere Meßrolle ist aus der US-Patentschrift 5 285 684 bekannt; sie besteht aus einzelnen, nebenein­ ander angeordneten, von achsparallelen Bolzen durch­ setzten und zusammengehaltenen Scheiben. Die Scheiben besitzen Fenster, in denen sich die Kraftmeßgeber befinden. Während die Scheiben im Kernbereich der Meß­ rolle Seite an Seite liegen, befindet sich im Bereich der Meßgeber zwischen je zwei Scheiben ein Spalt, der eine gegenseitige Beeinflussung der oberflächennahen Bereiche benachbarter Scheiben verhindern soll. Um die Gefahr eines Eindringens von Kühlmittel und Schmutz in die Spalte zu verringern, sind die einander gegenüber­ liegenden Stirnseiten benachbarter Scheiben mit kreis­ förmigen Rillen versehen, die paarweise jeweils einen Dichtungsring aufnehmen. Da die Rillen den Dichtungs­ ring jeweils von zwei einander gegenüberliegenden Sei­ ten her teilweise umgreifen, müssen sie zwangsläufig in einem gewissen Abstand von der Meßrollenoberfläche verlaufen. Dieser Abstand vergrößert sich noch dadurch, daß die Meßrolle, bezogen auf den Durchmesser ein gewisses Übermaß benötigt, das ein mehrmaliges Abschleifen der Rollenmantelfläche zum Beseitigen betriebsbedingter Oberflächenfehler erlaubt. Demzu­ folge weist die bekannte Meßrolle außerhalb der Dich­ tungsringe zwischen je zwei Scheiben einen mehr oder minder tiefen umlaufenden Spalt auf. Die sich dem Bund darbietende Rollenoberfläche ist dementsprechend unre­ gelmäßig.

Der Erfindung liegt daher das Problem zugrunde, den zeitaufwendigen und zum Teil auch ungenauen Einbau der Meßgeber und, sofern vorhanden, auch deren Abdeckun­ gen, zu verringern, darüber hinaus aber auch das Ein­ dringen von Schmutz, insbesondere Metallabrieb, in die Ausnehmungen zu verhindern.

Der Lösung des Problems liegt der Gedanke zugrunde, das aufwendige Einstellen des Spaltes bzw. das Zen­ trieren etwaiger Abdeckungen und/oder der Kraftmeßge­ ber in ihren Ausnehmungen dadurch zu vermeiden, daß der Spalt mit einem Material verschlossen ist, das den Meßgeber bzw. dessen Abdeckung in eine optimale Posi­ tion zwingt, aber einen kleineren Elastizitätsmodul als die Meßgeberabdeckung und die Innenwand der Aus­ nehmung besitzt und daher Störkräfte und -momente nicht auf den Meßgeber überträgt.

Im einzelnen wird das Problem dadurch gelöst, daß bei­ spielsweise die Umfangsfläche des Meßgebers oder einer Meßgeberabdeckung mit einer Kunststoffschicht versehen ist, die den Spalt zur Wandung der Ausnehmung hin ver­ schließt. Die Kunststoffschicht besitzt eine Dicke, die zunächst größer ist als die Differenz zwischen dem Durchmesser des Meßgebers bzw. einer Meßgeberabdeckung und dem Durchmesser der Ausnehmung, d. h. größer als der Spalt zwischen Meßgeber bzw. Abdeckung und Innen­ wandung.

Dementsprechend besitzt der ummantelte Meßgeber bzw. die ummantelte Meßgeberabdeckung gegenüber der Ausneh­ mung bei Raumtemperatur ein Übermaß.

Zum Einsetzen eines Meßgebers, beispielsweise mit einer beschichteten Meßgeberabdeckung größeren Durch­ messers als der Meßgeber in die Ausnehmung der Umlenk­ meßrolle kann die Abdeckung unterkühlt und der Rollen­ körper erwärmt werden. Dadurch verkleinert sich der Umfang der Abdeckung mit ihrer Beschichtung, während sich der Durchmesser der Ausnehmung infolge Wärmedeh­ nung vergrößert. Unter diesen Umständen läßt sich die Abdeckung problemlos in die Ausnehmung einsetzen. Beim Angleichen beider Körper an die Raumtemperatur wird die Abdeckung selbsttätig zentriert, so daß ein gleichmäßiger, aber mit Kunststoff verschlossener Spalt zwischen der Abdeckung und der Ausnehmung ent­ steht. In ähnlicher Weise läßt sich ein Kraftmeßgeber ohne Abdeckung in die Ausnehmung einbringen. In diesem Falle ist die Abdeckung gleichsam in das Meßgeberge­ häuse integriert, dessen Kopf dann bis zur Oberfläche der Meßrolle reicht und einen größeren Durchmesser besitzen kann als der restliche Teil des Meßgeberge­ häuses. Abdeckung und Meßgeber bilden dann eine Ein­ heit.

Das aufwendige und schwierige Zentrieren der aus dem Stand der Technik bekannten Meßgeber oder Meßgeberab­ deckungen ist somit bei der erfindungsgemäßen Umlenk­ meßrolle überflüssig. Dadurch vereinfacht sich der Montageaufwand der Meßrolle erheblich. Das erfindungs­ gemäße Zentrieren schließt darüber hinaus ein nach­ trägliches Verrutschen der Abdeckung bzw. des Meßge­ bers in der Ausnehmung aus. Die Zwangsposition, die die Meßgeberabdeckung und der Meßgeber bei der erfin­ dungsgemäßen Meßrolle einnehmen, ist selbst bei dauer­ haftem Einsatz positionsstabil und verschleißfrei. Gleichzeitig werden die von einer Rollenverformung ausgehenden Störkräfte und -momente von der Kunst­ stoffschicht aufgenommen und nicht in die Abdeckung bzw. den Meßgeber eingeleitet. Der Elastizitätsmodul der Kunststoffschicht ist vorteilhafterweise so gewählt, daß er ein sicheres Zentrieren ermöglicht, ohne Kräfte von der Rolle auf die Abdeckung zu über­ tragen.

Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Umlenkmeß­ rolle liegt in der Abdichtung des Spaltes zwischen Meßgeberabdeckung bzw. Meßgeber und Ausnehmung durch den Kunststoff. Feinpartikularer Metallabrieb, der bei Messungen an Stahlband ein besonderes Problem für die zuverlässige Funktion der Meßrolle darstellt, kann nicht mehr in den Spalt eindringen und die Funktion des Meßgebers behindern.

Die Kunststoffschicht braucht sich nur im oberen Teil der Ausnehmung zu befinden; sie kann vor dem Einbrin­ gen auch auf der Wandung der Ausnehmung angeordnet sein.

Ein Eindringen von Schmutz wird besonders wirksam ver­ mieden, wenn sich der im Spalt befindliche Kunststoff bis zur Rollenoberfläche erstreckt. Dadurch wird ein vollständiges Abdichten des Spaltes zwischen Meßgeber und Innenwand der Ausnehmung erreicht und ergibt sich - gegebenenfalls nach einem Abschleifen - eine völlig glatte Rollenoberfläche.

Im Folgenden wird die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels des nähe­ ren erläutert. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 Eine Meßrolle mit in Ausnehmungen eingesetz­ ten Meßgebern und deren Abdeckungen;

Fig. 2 einen Schnitt durch einen in der Rolle befindlichen Meßgeber mit Abdeckung der Fig. 1;

Fig. 3 eine Draufsicht auf die Rollenoberfläche mit der Abdeckung des Meßgebers der Fig. 2;

Fig. 4 einen Querschnitt durch die Meßrolle mit einer mittels Schraubbolzen fixierten Meßge­ berabdeckung;

Fig. 5 einen Längsschnitt durch die Meßrolle der Fig. 4 mit Meßgebern und deren Abdeckungen und

Fig. 6 einen axialen Längsschnitt durch die Rolle der Fig. 4.

Die Umlenkmeßrolle 1 besitzt eine Vielzahl von Ausneh­ mungen 2. In die Ausnehmungen 2 sind Piezomeßgeber 3 mit Abdeckungen 4 eingesetzt. Die Meßgeber 3 sitzen zwischen dem Boden 9 der Ausnehmung 2 und der Abdeckung 4. Die Abdeckung 4 ist mit einer Kunststoffschicht 6 versehen. Zwischen der Abdeckung 4 des Meßgebers 3 und der Ausnehmung 2 der Rolle 1 befindet sich infolge der unterschiedlichen Durchmesser der Abdeckung 4 und der Ausnehmung 2 ein Spalt 5, der bei eingesetzter Abdeckung durch die Kunststoffschicht 6 verschlossen ist.

Die Durchmesser der Ausnehmungen 2 sind so gewählt, daß die Abdeckung 4 mit der Kunststoffschicht 6 vor dem Einsetzen in die Ausnehmung einen größeren Durch­ messer als die Ausnehmung besitzt.

In der Umlenkmeßrolle 1 befinden sich Bohrungen 8, die die Meßleitungen der Meßgeber aufnehmen. Die Bohrungen können zu einer Zentralbohrung 10 in der Rollenachse geführt sein, durch die die Meßleitungen aus der Umlenkmeßrolle herausgeführt werden (nicht darge­ stellt).

Für den Einbau der Abdeckung 4 mit der Kunststoff­ schicht 6 in die Ausnehmung 2 wird zunächst die Rolle erwärmt, so daß sich der Durchmesser der Ausnehmung 2 infolge Wärmedehnung vergrößert, und die Abdeckung 4 mit der Kunststoffschicht 6 unterkühlt, so daß sich deren Durchmesser verkleinert. Daraufhin läßt sich die Abdeckung 4 mit der Kunststoffschicht 6 problemlos in die vergrößerte Ausnehmung 2 einsetzen. Beim Erwärmen der Abdeckung infolge des Temperaturunterschiedes gegenüber der Meßrolle und beim Abkühlen der Rolle auf Raumtemperatur verfestigt sich der Sitz der Abdeckung in der Ausnehmung, wobei die Abdeckung dadurch zen­ triert wird, daß der Spalt zwischen der Ausnehmung und der Abdeckung gleichmäßig durch die Kunststoffschicht ausgefüllt ist.

Die Abdeckung 4 wird nach dem Einsetzen mittels einer Spannschraube 7 in der Ausnehmung 2 fixiert. Der Meß­ geber 3 ist dann als Ring ausgebildet, der die Spann­ schraube 7 umgibt.

Beim Messen wirkt die Radialkraft des umlaufenden Ban­ des in Richtung des Pfeils F direkt auf die Meßgeber­ abdeckung 4, die ihrerseits den Meßgeber 3 beauf­ schlagt und bei diesem ein Meßsignal bewirkt, indem sie ihn gegen den Boden 9 der Ausnehmung 2 drückt. Die Kunststoffschicht 6 besitzt einen vorzugsweise wesent­ lich kleineren Elastizitätsmodul als die Abdeckung 4 und die Rolle 1 bzw. das Wandmaterial im Bereich der Ausnehmung 2. Die verformungsbedingten Störkräfte und -momente der Rolle 1 werden daher nicht auf die Abdeckung 4 und damit auf den Meßgeber übertragen, sondern führen lediglich zu einer Verformung der Kunststoffschicht 6. Eine Verfälschung der Meßergeb­ nisse wird somit verhindert, während gleichzeitig ein zentrierter sicherer Sitz der Abdeckung 4 in der Aus­ nehmung 2 gewährleistet ist.

Wie in der Zeichnung dargestellt, füllt die Kunst­ stoffschicht den Spalt 5 bis zur Oberfläche der Rolle 1 und der Abdeckung 4 aus, was ein Eindringen von stö­ renden Schmutzpartikeln verhindert und - gegebenen­ falls nach einer Oberflächenbearbeitung - eine insge­ samt glatte Rollenoberfläche ergibt.

Claims (12)

1. Umlenkmeßrolle für die Ermittlung der Spannungs­ verteilung beim Walzen dünner Bänder, insbesondere beim Kaltwalzen dünnen Stahlblechs, mit

• - in Ausnehmungen (2) mit Abstand zur Wandung angeordneten Kraftmeßgebern (3) und
• - einem mit einer Kunststoffschicht (6) ver­ schlossenen Spalt (5).

2. Umlenkmeßrolle nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Kunststoffschicht bis zur Ober­ fläche der Meßrolle (1) reicht.

3. Umlenkmeßrolle nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kunststoffschicht (6) einen geringeren Elastizitätsmodul besitzt als die Umlenkmeßrolle (1).

4. Umlenkmeßrolle nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke der Kunst­ stoffschicht (6) in situ 0,01 und 0,05 mm beträgt.

5. Umlenkmeßrolle nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß sich der Spalt (5) zwischen einer Meßgeberabdeckung (4) und der Wan­ dung der Ausnehmung (2) befindet.

6. Umlenkmeßrolle nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausnehmung (2) einen kreisförmigen Querschnitt besitzt.

7. Umlenkmeßrolle nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Beaufschlagungs­ fläche der Meßrolle (1) eine einheitliche Relief­ ausbildung aufweist.

8. Umlenkmeßrolle nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Kraftmeßgeber (3) als Ring ausgebildet ist.

9. Umlenkmeßrolle nach Anspruch 8, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Meßgeber (3) mittels eines zen­ tralen Stehbolzens (7) auf dem Boden (9) der Aus­ nehmung (2) verspannt ist.

10. Umlenkmeßrolle nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Meßgeber (3) mittels eines Schraubbolzens (7) auf dem Boden (9) verspannt ist.

11. Verfahren zum Einsetzen einer Abdeckung (4) in die Ausnehmung (2) einer Umlenkmeßrolle (1), dadurch gekennzeichnet, daß vor dem Einsetzen die Umlenk­ meßrolle erwärmt und die Abdeckung unterkühlt wird.

12. Verfahren zum Einsetzen eines Meßgebers (3) in die Ausnehmung (2) einer Umlenkmeßrolle (1), dadurch gekennzeichnet, daß vor dem Einsetzen die Umlenk­ meßrolle erwärmt und der Meßgeber unterkühlt wird.