DE20119194U1 - Meßrolle zur Messung der Bandzugspannung - Google Patents

Meßrolle zur Messung der Bandzugspannung

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Description

Ol 377 Pü/ad
Achenbach Buschhütten GmbH
Beschreibung
Titel: Meßrolle zur Messung der Bandzugspannung und/oder der Bandtemperatur über die Bandbreite für eine Bandplanheitsregelung beim Walzen von Bandmaterial.
Die Erfindung betrifft eine Meßrolle zur Messung der Bandzugspannung und/oder der Bandtemperatur über die Bandbreite für eine Bandplanheitsregelung beim Walzen von Bandmaterial.
Die Anforderungen an die Maß- und Formgenauigkeit von gewalztem Band haben im Laufe der Entwicklung der Walztechnik und der Weiterverarbeitung im beträchtlichen Maße zugenommen. Ein ideales Band soll nicht nur gleiche Dicke über die Länge und Breite haben, es soll auch vollkommen plan liegen. Dabei soll die Planheit auch dann erhalten bleiben, wenn das Band bei der Weiterverarbeitung zerteilt wird.
Als Kenngröße für die Planheit eines Bandes dient die
AL
Längenverteilung — über die Bandbreite, die aus den gemessenen
Bandspannungen mit Hilfe der Beziehung errechnet werden kann,
in der &Dgr;&sgr; der Spannungsunterschied zwischen zwei benachbarten Bandzonen beziehungsweise Fasern und E der Elastizitätsmodul des Bandmaterials bedeuten.
Die Forderungen an Maßhaltigkeit und Planheit eines Bandes können jedoch nicht erfüllt werden. Versucht man beispielsweise, ein Band, das an den Kanten etwas dünner ist als in der Mitte, auf vollkommen gleiche Dicke über die Breite weiter zu reduzieren, so erfordert dies eine größere Dickenabnahme und
• ·
damit eine größere Streckung in Bandmitte, die zur Bildung von Mittenwellen führt. Wird dagegen eine bestmögliche Planheit angestrebt, so ist es erforderlich, daß die Profilform während der weiteren Dickenreduzierung erhalten bleibt.
Planheitsfehler können nach dem Walzen oder erst bei der anschließenden Weiterverarbeitung in Erscheinung treten. Beim Walzen sind Planheitsfehler im wesentlichen eine Folge unterschiedlicher Streckung über die Bandbreite aufgrund einer ungleichmäßigen Verformung des Bandes über die Bandbreite im Walzspalt. Bei der Weiterverarbeitung, beispielsweise beim Zerteilen, werden Planheitsfehler häufig durch das Auslösen von Eigenspannungen bewirkt, die beim Walzen entstanden sind.
Man unterscheidet zwischen ausstreckbaren und nicht ausstreckbaren Planheitsfehlern. Als ausstreckbare Planheitsfehler werden Fehler bezeichnet, bei denen das Band in der Breitenrichtung gleichbleibend von der Planheit abweicht. Dabei treten an der Ober- und Unterseite des Bandes einander entgegengesetzt gerichtete Eigenspannungen auf, die über die gesamte Breite konstant sind. Ausstreckbare Unebenheiten sind dadurch gekennzeichnet, daß sie in einer Richtung, d. h. in Längs- oder Querrichtung, geradlinig begrenzt sind.
Über die Bandbreite und Bandlänge veränderliche Planheitsabweichungen sind durch krummlinige Begrenzungen gekennzeichnet und durch einen einfachen Biegevorgang nicht ausstreckbar. Hierbei liegen ungleichförmige Eigenspannungsverteilungen in Längs- und Querrichtung vor. Derartige Planheitsfehler treten als Mitten- und Randwelligkeit auf.
• M · a · ·
Den bekannten Planheitsregelsystemen in Feinbandwalzwerken dienen als Stellglieder zum Beispiel das Schwenken der Walzen, die Walzenbiegung, die Walzenbombierung, das Aufsprühen von Kühlmittel auf die Walzenballen im Bereich der als Langstellen im Walzband auftretenden Planheitsfehler und das Aufbringen von haftfähigen Stoffen halbfester Konsistenz auf die Walzenballen im Bereich der als Kurzstellen im Walzband vorkommenden Planheitsfehler (BBC-Nachrichten 62, 1980, Seite 451 - 456).
Zur Messung der Bandzugspannung über die Bandbreite von Walzband dienen Meßrollen, wie sie beispielsweise in der DE 26 30 410 Al beschreiben sind. Diese als Umlenkrollen ausgebildeten Meßrollen bestehen aus fest miteinander verbundenen Ringen mit eingebauten Kraftmeßgebern, die durch einen Kraftübertrager und einen Piezo-Quarz gebildet werden und in Umfangsrichtung der Ringe gegeneinander versetzt sind. Die radialen Komponenten der Bandzugspannungen des durch die Meßrolle umgelenkten Walzbandes wirken auf die verschiedenen Kraftmeßgeber ein, deren Piezo-Quarze entsprechende Spannungssignale erzeugen. Mehrere Kraftmeßgeber der Meßrolle sind gruppenweise parallel geschaltet und jeweils an einen gemeinsamen Verstärker und an einen Anschluß eines Drehübertragers in der sich drehenden Meßrolle angeschlossen, über den die verstärkten Meßsignale der Kraftmeßgeber einem Rechner übermittelt werden.
Die DE 33 26 539 C2 beschreibt eine zur Messung der Spannungsverteilung bei Walzband über die Bandbreite vorgesehene Umlenkmeßrolle, die aus mittels Zugankern gegeneinander verspannten, mit dem unter Spannung umgelenkten Band mitlaufenden Meßscheiben zusammengesetzt ist, die mit einem im Umfangsbereich angeordneten Kraftmeßgeber ausgestattet sind, der durch zwei Piezo-Quarzscheiben gebildet wird, wobei die
Kraftmeßgeber der Meßrolle gruppenweise parallel geschaltet sind.
Aus der EP 1 048 370 A2 ist eine Meßrolle zum Feststellen von Planheitsabweichungen durch eine Messung der Bandzugspannungsverteilung über die Bandbreite beim Walzen dünner Bänder, insbesondere beim Warmwalzen von dünnem Stahlblech bekannt. Die Meßrolle ist mit einer Vielzahl von über die Rollenbreite verteilten, durch Piezo-Quarzscheiben gebildeten Kraftmeßgebern ausgestattet. In die Meßrolle sind Kühlmittelkanäle zum Kühlen der Kraftmeßgeber und der gesamten Meßrolle integriert.
Die bekannten Meßrollen zur Messung der Bandzugspannungen über die Bandbreite beim Walzen von dünnen Walzband, die zur Ermittlung von Planheitsfehlern des Walzbandes dienen, weisen folgenden Nachteile auf:
Eine Erhöhung der Anzahl der Meßgeber, wie sie zum Beispiel für eine größere Anzahl von Meßstellen und damit eine feinere Auflösung der gemessenen Bandzugspannungsverteilung über die Bandbreite zur Ermittlung der Bandplanheit gewünscht wird, ist nur durch eine Erhöhung der Anzahl der in die Meßrolle eingebauten Meßgeber möglich. Einer derartigen Vergrößerung der Anzahl der Meßgeber sind jedoch durch den beschränkten Einbauraum der Meßrolle und die erforderliche robuste Konstruktion für den Einsatz der Meßrollen im Walzwerksbereich Grenzen gesetzt. Bei den bekannten Ausführungen von Meßrollen werden daher aufgrund der begrenzten Anzahl von Übertragungskanälen die Signale der Meßgeber in verschiedenen Winkelpositionen der Meßrolle elektrisch zusammengefaßt und müssen anschließend mit Hilfe einer Winkelmessung der Meßrolle bei der Auswertung wieder einzeln identifiziert werden. Durch
die Verwendung von Meßgebern, deren Funktionsweise auf dem piezoelektrischen Effekt beruht, muß die Vorverarbeitung der Meßsignale in der Meßrolle selbst erfolgen, - da die Übertragung der empfindlichen Ladungssignale über größere Strecken nicht möglich ist. Ferner ist der Isolationswiderstand bei der Übertragung der Meßsignale innerhalb der Meßrolle bis zum Ladungsverstärker von entscheidender Bedeutung für die Messung. Die Vorverarbeitung der Meßsignale erfordert den Einbau eines Ladungsverstärkers und einer Übertragungseinheit, gegebenenfalls einschließlich AD-Wandlung der Analogsignale in die Meßrolle sowie eine Spannungsversorgung vom feststehenden in den rotierenden Teil der Meßrolle. Dieser erforderliche Einbau von Elektrobauteilen in die rotierende Meßrolle birgt ein erhöhtes Ausfallrisiko der Meßrolle in sich. Schließlich weisen die bekannten Meßrollen unabhängig von der Art und der Anordnung der Meßgeber in den Rollen den weiteren Nachteil auf, daß diese wegen der Temperaturempfindlichkeit der Meßgeber, insbesondere der Kraftmeßgeber ein Walzen bei Bandtemperaturen über 18O0C und im besonderen Spannungsmessungen über die Bandbreite beim Warmwalzen nicht erlauben.
Grundsätzlich besteht diese Temperaturabhängigkeit der Meßrollen, wenn auch in geringerem Maße, auch beim Kaltwalzen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Meßrolle zur Messung der Bandzugspannung und der Temperatur über die Bandbreite für eine Bandplanheitsregelung beim Walzen von Bandmaterial zu entwickeln, die eine Messung der Bandzugspannung und der Temperatur über die Bandbreite mit einem hohen Auflösungsgrad der Meßwerte durch die Verwendung einer Vielzahl von Meßstellen ermöglicht und einen hohen Betriebssicherheitsstandard gewährleistet.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Meßrolle mit den Merkmalen des Schutzanspruchs 1.
Die Unteransprüche beinhalten vorteilhafte und zweckmäßige Weiterbildungen der Meßrolle.
Die erfindungsgemäße Meßrolle zeichne sich durch folgende Vorteile aus:
Die Verwendung von in eine Meßrolle integrierten faseroptischen Sensoren mit einem als optischer Filter wirkenden Bragg-Gitter ermöglicht die Messung der Bandzugspannung und der Bandtemperatur beim Walzen von Bandmaterial über die Bandbreite mit einem hohen Auflösungsgrad der Meßwerte durch die Anordnung einer Vielzahl von Sensoren entlang einer optischen Faser in der Meßrolle mit einer rein optischen Übertragung der Meßsignale vom rotierenden Teil über den stationären Teil der Meßrolle zu einer Erfassungseinheit ohne die Notwendigkeit des Einbaus elektronischer Bauteile in die Meßrolle oder durch die Anordnung mehrerer optischer Fasern mit einer Vielzahl von Sensoren und eines Multiplexers in der Meßrolle zur aufeinanderfolgenden Auswertung der Meßsignale der Sensoren der verschiedenen Fasern in Abhängigkeit des Drehwinkels der Fasern. Durch den Fortfall sämtlicher Elektronikbauteile bzw. eine wesentliche Verringerung der Elektronikbauteile in der Meßrolle je nach Ausführung werden eine vereinfachte Konstruktion der Meßrolle und eine Verringerung der Herstellungskosten sowie eine hohe Betriebssicherheit der Meßrolle durch eine geringe Störanfälligkeit des gesamten Meßsystems erreicht. Schließlich ist das Meßsystem unempfindlich gegenüber elektrischen Störgrößen.
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Die Erfindung ist nachstehend anhand von Zeichnungsfiguren erläutert, die folgendes darstellen:
Fig. 1 den schematischen Aufbau eines QuartowaIzwerks,
Fig. 2 einen Längsschnitt einer ersten
Ausführungsform einer Meßrolle mit einem elastischen Mantel und einer optischen Faser mit faseroptischen Sensoren zur Messung der Bandzugspannung eines Walzbandes über die Bandbreite,
Fig. 3 die überlappende Anordnung der faseroptischen Sensoren an einer schraubenlinienförmig an der Innenwand des Mantels einer Meßrolle verlaufenden optischen Faser,
die Fign.
4a und 4b konstruktive Einzelheiten der Meßrolle nach Fig. 2,
Fig. 5 einen Längsschnitt einer zweiten
Ausführungsform einer Meßrolle mit einem elastischen Mantel und zwei optischen Fasern mit faseroptischen Sensoren zur Messung der Bandzugspannung und der Temperatur eines Walzbandes über die Bandbreite,
Fig. 6 einen Längsschnitt einer dritten
Ausführungsform einer Meßrolle mit einem elastischen Mantel und vier optischen Fasern
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mit faseroptischen Sensoren zur Messung der Bandzugspannung und der Temperatur eines Walzbandes über die Bandbreite,
Fig. 7 einen Längsschnitt einer vierten
Ausführungsform einer Meßrolle mit einem elastischen Mantel und drei optischen Fasern mit Sensoren zur Messung der Bandzuspannung und der Temperatur eines Walzbandes über die Bandbreite sowie ein Blockschaltbild der Meßwerterfassung und der
Störgrößenkompensation und
die Fign. 8a, die ausschnittsweisen Darstellungen einer 8b und 8c fünften Ausführungsform einer starren
Meßrolle mit in den starken Rollenmantel eingesetzten Kraftübertragern und einer Befestigung der Sensoren zur Spannungs- und Temperaturmessung eines Walzbandes an der Innenwand der Meßrolle in jeweils zwei verschiedenen Ausführungen.
Figur 1 zeigt den schematischen Aufbau eines Quartowalzwerkes mit einem Vierwalzengerüst 1, in dem zwei Arbeitswalzen 2, 3 und zwei Stützwalzen 4, 5 eingebaut sind, Kühlvorrichtungen 6, 7 im Bandeinlauf für die Arbeitswalzen 2, 3 und die Stützwalzen 4, 5, einem Banddickenmeßgerät 8, z.B. einem Beta- oder Röntgenstrahier, und einer Meßrolle 9e im Bandauslauf zur Messung der Bandzugspannung und der Bandtemperatur über die Breite des Walzbandes 10 für eine Bandplanheitsregelung durch das zonenweise Aufsprühen von Kühlmittel mittels der Kühlvorrichtungen 6, 7 auf die Walzenballen der Arbeitswalzen 2,
3 und der Stützwalzen 4, 5, einem Abwickelhaspel 11 sowie einem Aufwickelhaspel 12 für das Walzband 10.
In der Zylinderkammer 14 des Mantels 13 der in Fig. 2 prinzipiell dargestellten Meßrolle 9a sind entlang einer an der Innenwand 15 des Rollenmantels 13 schraubenlinienförmig über die Breite der Meßrolle 9a verlaufenden optischen Faser 16 eine Vielzahl von faseroptischen Sensoren 17 mit einem als optischer Filter wirkenden Bragg-Gitter zur Messung der Bandzuspannung über die Breite des Walzbandes 10 angebracht. An einem 18 der beiden Enden 18, 19 der mittels Wälzlagern 20 drehbar gelagerten Meßrolle 9a ist ein faseroptischer Drehübertrager 21 zur kontaktlosen optischen Übertragung der Meßsignale zwischen den Sensoren 17 der von dem Walzband 10 drehangetriebenen Meßrolle 9a und einer nicht dargestellten stationären, optoelektronischen Erfassungseinheit angeordnet.
Entsprechend der Darstellung in Figur 3 sind die Sensoren an der schraubenlinienförmig verlaufenden optischen Faser 16 für eine hohe örtliche Auflösung der Meßsignale überlappend angeordnet.
Die beiden auf Lagerzapfen 22 befestigten Enden 18, 19 des Mantels 13 der Meßrolle 9a sind zur Verminderung der Störeinflüsse der Wälzlager 2 0 über eine Sicke 23 an den zentralen, die Sensoren 17 aufnehmenden Abschnitt 24 der Meßrolle 9a angeschlossen (Fig. 4a).
Die in Figur 5 schematisch dargestellte Meßrolle 9b ist mit zwei an der Innenwand 15 des Rollenmantels 13 parallel zur Rollenachse 25-25 verlaufenden optischen Faser 16a, 16b mit einer Vielzahl von z.B. 100 faseroptischen Sensoren 17 je Faser ausgestattet, wobei die Sensoren 17 der einen optischen Faser
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16a zur Messung der Bandzuspannung und die Sensoren 17 der anderen optischen Faser 16b zur Messung der Bandtemperatur über die Breite des Walzbandes 10 dienen.
Bei den Meßrollen 9a, 9b nach den Figuren 2 und 5 sind die Sensoren 17 mit der Innenwand 15 des Rollenmantels 13 form- und kraftschlüssig in Kontakt (Fig. 4b). Der Mantel 13 der Meßrollen 9a, 9b ist durch eine entsprechend dünne Bemessung der Wandstärke 26 begrenzt flexibel ausgebildet. Durch die auf die Oberfläche des Mantels 13 der Meßrollen 9a, 9b wirkenden radialen Kraftkomponenten der Bandzugspannungen unterliegt der Rollenmantel 13 einer Biegelinie entsprechend der Bandzugspannungsverteilung über die Bandbreite, und diese Biegelinie des Rollenmantels 13 wird durch eine Vielzahl von Sensoren 17 einer optischen Faser 16a mit einer hohen örtlichen Auflösung erfaßt, wobei die mit der optischen Faser verbundenen Bragg-Gitter (Sensoren 17) entsprechend der Biegelinie des Rollenmantels 13 mechanisch gedehnt werden. Die Bragg-Gitter der Sensoren 17 der zweiten optischen Faser 16b der Meßrolle 9b zur Messung der Temperatur über die Bandbreite unterliegen einer thermischen Dehnung entsprechend der Temperaturverteilung über die Breite des Walzbandes 10. Die mechanisch und thermisch induzierten Dehnungen der Bragg-Gitter der Sensoren 17 bewirken lineare Veränderungen der Gitterkonstanten und damit eine Verschiebung des gefilterten Spektralbandes.
Die Anordnung der Sensoren 17 an der Innenwand 15 des Mantels.13 der Meßrolle 9b ist derart, daß ein Sensor für die Messung der Bandzugspannung und ein Sensor für die Messung der Temperatur des Walzbandes über die Bandbreite an jeder der zahlreichen Maßstellen der Meßrolle 9b angeordnet sind.
Die Durchbiegung der Meßrolle 9b aufgrund des absoluten Bandzuges des Walzbandes 10 wird unter Berücksichtigung eines Zugmeßwertes oder des Zugistwertes der Antriebsregelung für den Aufwickelhaspel 12 des Walzbandes 10 mathematisch ermittelt und von der differenziell mit der Meßrolle erfaßten Biegelinie abgezogen. Ebenso werden thermische Störeinflüsse mit Hilfe einer Messung der Temperaturunterschiede über die Breite der Meßrolle mathematisch ermittelt und entsprechend kompensiert. Die gegenseitige Beeinflussung nebeneinander liegender Sensoren sowie die individuelle Meßempfindlichkeit der Sensoren werden in einer Kalibriermatrix zur Störgrößenkompensation abgespeichert. Hierbei wird die Winkelgeschwindigkeit der Meßrolle berücksichtigt.
Bei der Meßrolle 9b nach Figur 5 werden die Meßsignale der Sensoren 17 der beiden optischen Fasern 16a, 16b der rotierenden Meßrolle 9b über zwei an den beiden Enden 18, 19 der Meßrolle angeordnete faseroptische Drehübertrager 21, 21 kontaktlos an eine stationäre, optoelektronische Erfassungseinheit übermittelt, wobei sich der Multiplexer zur getrennten Übertragung der Meßsignale der Sensoren 17 der beiden optischen Fasern 16a, 16b an die Erfassungseinheit außerhalb der rotierenden Meßrolle 9b befindet.
Figur 6 zeigt eine dritte Ausführungsform 9c einer Meßrolle mit vier optischen Fasern 16a - 16 d, an denen jeweils eine Vielzahl von Sensoren 17 angeordnet ist. Über einen mit der Drehachse 25-25 der Meßrolle 9c verbundenen Impulsgeber 28 wird der Drehwinkel der optischen Faser erfaßt, die jeweils im Kontaktbereich des Meßrollenmantels 13 mit dem Walzband 10 liegt, und über einen in der Zylinderkammer 14 des Meßrolle 9c angeordneten, drehwinkelabhängig gesteuerten Multiplexer 38 wird die jeweils im Kontaktbereich des Meßrollenmantels 13 mit dem
Walzband 10 befindliche optische Faser zur Messung ausgewählt. Die optischen Meßsignale der Sensoren der jeweils zur Messung bestimmten optischen Faser werden über einen kombinierten Drehübertrager 27 an eine optoelektronische Erfassungseinheit außerhalb der rotierenden Meßrolle 9c übermittelt. Der Drehübertrager 27 versorgt gleichzeitig den Multiplexer 38 in der Meßrolle 9c mit der erforderlichen Betriebsspannung.
Figur 7 veranschaulicht eine vierte Ausfuhrungsform 9d einer Meßrolle mit drei optischen Fasern 16a, 16b, 16c, an denen eine Vielzahl von Sensoren 17 angeordnet ist, sowie ein Blockschaltbild der Meßwerterfassung und der Störgrößenkompensation. Zwei optische Fasern 16a, 16b erfassen in zwei Winkelpositionen &agr;&idigr;, o<3 der Meßrolle 9d die Bandzugspannungen und ermöglichen somit eine Mittelwertbildung. Mit einer dritten optischen Faser 16c werden an denselben Meßstellen Si - Sn des Meßrollenmantels 13, jedoch in einer dritten Winkelposition 0(3 der Meßrolle 9d die Bandtemperaturen für eine Kompensation gemessen.
Das Meßverfahren ist ebenso mit nur einer optischen Faser mit Sensoren für die Messung der Bandzugspannung über die Breite eines Walzbandes möglich. Meßfehler einzelner Sensoren werden in diesem Fall nicht durch eine Mittelwertbildung reduziert, sondern durch Interpolation und Bildung einer Ausgleichskurve höherer Ordnung zwischen den einzelnen Meßpositionen der Meßrolle.
Die vorstehend beschriebenen verschiedenen Meßrollen 9a - 9d mit einem begrenzt elastischen Mantel 13, der eine dünne Wandstärke 23 aufweist, werden bevorzugt in Walzwerken zum Walzen von Fein- und Folienbandmaterial eingesetzt, bei denen
die Durchbiegung der Meßrolle aufgrund des verhältnismäßig schwachen Bandzuges vernachlässigbar ist.
Die Figuren 8a - 8c zeigen eine weitere Ausführungsform einer Meßrolle 9e mit einem starren Mantel 13, der eine größere Wandstärke 29 aufweist als der Mantel der Meßrollen 9a - 9d. In den Mantel 13 der Meßrolle 9e sind Kraftübertrager 3 0 zur Übertragung der radialen Kraftkomponenten der Bandzugspannungen auf die an der Innenwand 15 des Rollenmantels 13 befestigten faseroptischen Sensoren 17 eingesetzt.
Die Meßrollen 9e mit einem starren Mantel werden in Walzwerken zum Walzen von Bandmaterial mit größerer Banddicke bei einem erhöhten Bandzug und in Warmwalzwerken eingesetzt, in denen das Walzband eine erhöhte thermische Belastung verursacht.
Die Kraftübertrager 30 sind als zylindrische Druckstücke ausgebildet, die in Radialbohrungen 31 des Mantels 13 der Meßrolle 9e verschiebbar gelagert und gegen Herausrutschen gesichert sind und die über einen Noppen 32 (Fig. 8a und 8b), einen Druckstift 33 (Fig. 8c) oder dergleichen, der sich durch eine zentrale Bohrung 35 im Boden 34 der Radialbohrungen 31 erstreckt, auf die an der Innenwand 15 des Rollenmantels 13 befestigten Sensoren 17 wirken.
Bei der in Figur 8c dargestellten Ausführungsform sind die Kraftübertrager 3 0 auf einem in der zentralen Bohrung 3 5 des Bodens 34 der Radialbohrungen 31 des Rollenmantels 13 und an den Kraftübertragern 3 0 befestigten, flexiblen Balg 3 6 radial verschiebbar abgestützt, der zur Sicherung der Kraftübertrager 30 in den Radialbohrungen 31 gegen Herausrutschen und zur Abdichtung der Zylinderkammer 14 der Meßrolle 9e gegen von außen in die Radialbohrungen 31 eindringende Flüssigkeit dient.
Bei den Ausführungsformen gemäß den Figuren 8a und 8c sind die Sensoren 17 mit der Innenwand 15 des Mantels 13 der Meßrolle 9e form- und kraftschlüssig verklebt.
Alternativ können die Sensoren 17 mittels eines Biegebalkens 37 an der Innenwand 15 des Rollenmantels 13 befestigt werden, wobei die Einstellung des Meßbereichs der Sensoren 17 durch die Dimensionierung des Biegebalkens erfolgt (Fig. 8b).
Eine weitere Befestigungsmöglichkeit besteht darin, die Sensoren 17 mittels eines Federelementes an die Innenwand 15 des Rollenmantels 13 anzupressen, wobei die Einstellung des Meßbereichs der Sensoren durch die Dimensionierung des Federelements erfolgt.
Bei der Meßrolle 9e nach den Fign. 8a-8c zur Messung der Bandzugspannung und der Temperatur über die Breite eines Walzbandes sind jeweils zwei Sensoren 17, 17 an den in Achsrichtung der Meßrolle über den Rollenmantel 13 verteilten Meßstellen angeordnet, und die Sensoren 17, 17 jeder Meßstelle sind an verschiedenen optischen Fasern 16a, 16b zur Übertragung der Meßsignale für die Bandzugspannung und für die Bandtemperatur angebracht.
Zweckmäßig sind die optischen Fasern 16, 16a-16d zur Verbindung der Sensoren 17 entsprechend der Anordnung der Sensoren in schraubenlinienförmigen oder geraden Nuten in der Innenwand 15 des Mantels 13 der Meßrolle 9a-9e verlegt und werden im Sensorbereich mittels eines Federelements an die Innenwand 15 der Meßrolle 9a-9e angepreßt.
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Der Mantel 13 der Meßrollen 9a-9e besteht aus Metall oder Kunststoff, insbesondere einem Polymer.
Bei einem Rollenmantel 13 aus Kunststoff können die faseroptischen Sensoren 17 und die optischen Fasern 16, 16a-16d zur Verbindung der Sensoren in den Rollenmantel eingebettet sein.
Der Mantel 13 der Sensoren 17 kann mit einer Verschleiß- und/oder Schutzschicht und zusätzlich mit einer auswechselbaren Schutzhülle ausgestattet oder nur mit einer Schutzhülle versehen werden.
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&bull;i Achenbach Buschhütten GmbH
Bezugszeichen
1 Vierwalzengerüst
2 Arbeitswalze
3 Arbeitswalze
4 Stützwalze
5 Stützwalze
6 Kühlvorrichtung
7 Kühlvorrichtung
8 Banddickenmeßgerät 9a-9e Meßrolle
10 Walzband
11 Abwickelhaspel
12 Aufwickelhaspel
13 Mantel von 9a-9e
14 Zylinderkammer von 9a-9e
15 Innenwand von 13
16 optische Faser 16a-16d optische Faser
17 faseroptischer Sensor
18 Ende von 9a
19 Ende von 9a
20 Wälzlager von 9a
21 faseroptischer Drehübertrager
22 Lagerzapfen von 9a
23 Sicke an 18, 19 von 9a
24 zentraler Abschnitt von 9a 25-25 Rollenachse von 9a
26 kleine Wandstärke von
27 kombinierter Drehübertrager für die optische Übertragung der Meßsignale und die Spannungsversorgung eines Multiplexers
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28 Impulsgeber
29 große Wandstärke von 3 0 Kraftübertrager in 9e
31 Radialbohrung in
32 Noppen an
33 Druckstift an
34 Boden von
35 Bohrung in 3 6 Balg in 35
37 Biegebalken an
38 Multiplexer

Claims (20)

1. Meßrolle zur Messung der Bandzugspannung und/oder der Bandtemperatur über die Bandbreite für eine Bandplanheitsregelung beim Walzen von Bandmaterial, gekennzeichnet durch in der Zylinderkammer (14) der Meßrolle (9a-9e) entlang mindestens einer optischen Faser (16, 16a-16d) angebrachte, faseroptische Sensoren (17) mit einem als optischer Filter wirkenden Bragg-Gitter zur Messung der Bandzugspannungen und/oder der Bandtemperatur des Walzbandes (10) über die Bandbreite sowie mindestens einen an einem Ende (18) der Meßrolle (9a-9e) angeordneten faseroptischen Drehübertrager (21) zur kontaktlosen Übertragung der Meßsignale zwischen den Sensoren (17) der synchron zu einem Walzband (10) drehenden Meßrolle (9a-9e) und einer stationären, optoelektronischen Erfassungseinheit.
2. Meßrolle nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Befestigung der Sensoren (17) über die Rollenbreite an der Innenwand (15) des unter Einwirkung der radialen Kraftkomponenten der Bandzugspannungen begrenzt elastisch biegbaren Mantels (13) der Meßrolle (9a-9d).
3. Meßrolle nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden auf Lagerzapfen (22) befestigten Enden(18, 19) des begrenzt elastischen Mantels (13) der Meßrolle (9a-9d) zur Verminderung der Störeinflüsse der Rollenlager (Wälzlager 20) über eine Verformung (Sicke 23) an den zentralen, die Sensoren (17) aufnehmenden Abschnitt (24) der Meßrolle (9a-9d) angeschlossen sind.
4. Meßrolle nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Befestigung der Sensoren (17) über die Rollenbreite an der Innenwand (15) des starren Mantels (13) der Meßrolle (9e) sowie in den Mantel (13) der Meßrolle (9e) eingesetzte Kraftübertrager (30) zur Übertragung der radialen Kraftkomponenten der Bandzugspannungen auf die Sensoren (17).
5. Meßrolle nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Kraftübertrager (30) als zylindrische Druckstücke ausgebildet sind, die in Radialbohrungen (31) des Mantels (13) der Meßrolle (9e) verschiebbar gelagert und gegen Herausrutschen gesichert sind und die über einen Noppen (32), einen Druckstift (33) oder dergl., der sich durch eine zentrale Bohrung (35) im Boden (34) der Radialbohrungen (31) erstreckt, auf die an der Innenwand (15) des Rollenmantels (13) befestigten Sensoren (17) wirken.
6. Meßrolle nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Kraftübertrager (30) auf einen in der zentralen Bohrung (35) des Bodens (34) der Radialbohrungen (31) des Rollenmantels (13) und an den Kraftübertragern (30) befestigten, flexiblen Element(Balg 36) radial verschiebbar abgestützt sind, das zur Sicherung der Kraftübertrager (30) in den Radialbohrungen (31) gegen Herausrutschen und zur Abdichtung der Zylinderkammer (14) der Meßrolle (9e) gegen von außen in die Radialbohrungen (31) eindringende Flüssigkeit dient.
7. Meßrolle nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Sensoren (17) mit der Innenwand (15) des Mantels (13) der Meßrolle (9a-9e) form- und kraftschlüssig verklebt sind.
8. Meßrolle nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Sensoren (17) mittels eines Federelementes an die Innenwand (15) des Mantels (13) der Meßrolle (9a-9e) angepreßt werden, wobei die Einstellung des Meßbereichs der Sensoren (17) durch die Dimensionierung des Federelements erfolgt.
9. Meßrolle nach einem der Ansprüche 1 bis 6, gekennzeichnet durch eine Befestigung der Sensoren (17) mittels eines Biegebalkens (37) an der Innenwand (15) des Mantels (13) der Meßrolle (9a-9e), wobei die Einstellung des Meßbereichs der Sensoren (17) durch die Dimensionierung des Biegebalkens (37) erfolgt.
10. Meßrolle nach einem der Ansprüche 1 bis 9, gekennzeichnet durch einen schraubenlinienförmigen Verlauf einer optischen Faser (16) mit einer Vielzahl von Sensoren (17) an der Innenwand (15) des Mantels (13) der Meßrolle (9a).
11. Meßrolle nach Anspruch 10, gekennzeichnet durch eine überlappende Anordnung der Sensoren (17) der schraubenlinienförmig verlegten optischen Faser(16).
12. Meßrolle nach einem der Ansprüche 1 bis 9, gekennzeichnet durch zwei optische Fasern (16a, 16b) mit Sensoren (17), zwei faseroptische Drehübertrager (21, 21) an beiden Enden (18, 19) der Meßrolle (9b) zur getrennten Übertragung der Meßsignale der Sensoren (17) der beiden optischen Fasern (16a, 16b) an eine optoelektronische Erfassungseinheit inklusive Multiplexer oder an zwei optoelektronische Erfassungseinheiten außerhalb der rotierenden Meßrolle (9b).
13. Meßrolle nach einem der Ansprüche 1 bis 9, gekennzeichnet durch mehrere optische Fasern (16a-16d) mit faseroptischen Sensoren (17), einen in der Zylinderkammer (14) der Meßrolle (16b) angeordneten, drehwinkelabhängig gesteuerten Multiplexer (38) sowie einen kombinierten Drehübertrager (27) für die Übertragung der optischen Signale zwischen den Sensoren (17) und einer Erfassungseinheit und für die Spannungsversorgung des Multiplexers (38).
14. Meßrolle nach einem der Ansprüche 12 und 13, gekennzeichnet durch die Anordnung der optischen Fasern (16a- 16d) mit den faseroptischen Sensoren (17) parallel zur Rollenachse (25-25) an der Innenwand (15) des Mantels (13) der Meßrolle (9b-9e).
15. Meßrolle nach einem der Ansprüche 1 bis 14 zur Messung der Bandzugsspannung und der Bandtemperatur über die Breite eines Walzbandes, gekennzeichnet durch die Anordnung von jeweils zwei Sensoren (17, 17) an den in Achsrichtung der Meßrolle (9e) über den Rollenmantel (13) verteilten Meßstellen, wobei die Sensoren (17, 17) jeder Meßstelle an verschiedenen optischen Fasern (16a, 16b) zur Übertragung der Meßsignale für die Bandzugsspannung und für die Bandtemperatur angebracht sind.
16. Meßrolle nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die optischen Fasern (16, 16a-16b) zur Verbindung der Sensoren (17) entsprechend der Anordnung der Sensoren in schraubenlinienförmigen oder geraden Nuten in der Innenwand (15) des Mantels (13) der Meßrolle (9a-9e) verlegt und im Sensorbereich mittels eines Federelementes an die Innenwand (15) der Meßrolle (9a-9e) angepreßt werden.
17. Meßrolle nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß der Mantel (13) derselben aus Metall oder Kunststoff, insbesondere einem Polymer besteht.
18. Meßrolle nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß die faseroptischen Sensoren (17) und/oder die optische Faser bzw. Fasern (16, 16a-16d) zur Verbindung der Sensoren (17) in den Mantel (13) der Meßrolle (9a-9e) eingebettet sind.
19. Meßrolle nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß der Mantel (13) derselben eine Verschleiß- und/oder Schutzschicht aufweist.
20. Meßrolle nach einem der Ansprüche 1 bis 19, gekennzeichnet durch eine auswechselbare Schutzhülle des Mantels (13) der Meßrolle (9a-9e).
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