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Die
Erfindung bezieht sich auf eine Messrolle zum Feststellen von Planheitsabweichungen
beim Behandeln von bandförmigem Gut.
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Messrollen
werden beim Kalt- und Warmwalzen von Metallband eingesetzt und sind
beispielsweise aus der
DE
42 36 657 A1 bekannt.
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Für
das herkömmliche Messen der Planheit beim Walzen von Bändern
werden im wesentlichen Verfahren eingesetzt, bei denen das Band
mit einem gewissen Umschlingungswinkel über eine mit Sensoren
bestückte Messrolle geführt wird.
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Auf
diese Weise kommt es bei der in der
DE 42 36 657 A1 beschriebenen Messrolle zu
einer Berührung zwischen Kraftmessgebern oder deren Abdeckungen,
die in zur Rollenoberfläche offenen radialen Bohrungen
der Messrolle angeordnet sind, und dem Band. Zwischen den am Boden
ihrer Ausnehmung aufgespannten Sensoren und der sie umgebenden Bohrungswandung
befindet sich ein zylindrischer Spalt. Dieser Spalt kann mit einem
O-Ring schulterdichtend oder mit einer Kunststoffschicht frontdichtend
verschlossen sein, um das Eindringen von Schmutz, beispielsweise
Bandabrieb und Schmiermittel in die Ringspalte zwischen Sensor und Rollenkorpus
zu verhindern. Auch ist es möglich, wie in der
DE 42 36 657 A1 in
der
1c dargestellt ist, den Messgeber
in eine Ausnehmung der Vollrolle zu platzieren, die dann mit einer
angearbeiteten Membran abgedeckt wird.
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Die
Anordnung der Sensoren (Kraftmessgeber) mit Abstand von der sie
umgebenden Wandung und das Verschließen des Ringspalts
mit Hilfe eines O-Rings oder eines hinreichend elastischen Kunststoffs
(
DE 196 16 980 A1 )
verhindert, dass sich während des Walzens im Korpus der
Rolle wirksame Querkräfte störend auf die Kraftmessgeber
bzw. das Messergebnis auswirken. Derartige Störkräfte
sind die Folge des auf die Messrolle wirkenden Bandzugs und einer
damit verbundenen Durchbiegung der Rolle. Deren Querschnitt nimmt
dabei die Form einer Ellipse an, deren längere Achse parallel
zum Band verläuft. Die Rollendurchbiegung täuscht
dem Kraftmessgeber eine Unebenheit des Bandes vor, wenn sie durch
Kraftnebenschluss auf den Messgeber übertragen wird. Ein
solcher Kraftnebenschluss lässt sich bei der Verwendung
einer Dichtung im Ringspalt nicht ganz vermeiden, da die Dichtkräfte
zwangsläufig auf den Sensor wirken.
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Der
Erfindung liegt das Problem zugrunde, eine Messrolle der eingangs
genannten Art mit einer hohen Lebensdauer bereitzustellen, die zudem
präzise Messergebnisse liefert.
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Diese
Aufgabe wird durch den Gegenstand des Anspruchs 1 gelöst.
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Bei
den Ausnehmungen kann es sich um Bohrungen oder auch um beispielsweise
durch Fräsen oder Senkerodieren hergestellte Kanäle,
beispielsweise mit quadratischem Querschnitt handeln. Der Begriff
Bohrungen schließt daher im folgenden alle in Frage kommenden
Querschnitte und Ausnehmungen ein, unabhängig davon, durch
welches konkrete Verfahren sie erzeugt wurden. Als Bohrungen gelten
somit auch (im Querschnitt, beispielsweise in radialer Richtung,
einseitig offene) Kanäle und Nute (die erst durch ein weiteres
Bauteil geschlossen werden) sowie beispielsweise durch tatsächliches
Bohren hergestellte "Bohrungen" mit geschlossenen Querschnitt.
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Die
Ausnehmung (oder wie sie im Nachfolgenden bezeichnet wird: Die Bohrung)
kann beispielsweise durch Fräsen an der Umfangsoberfläche des
Rollenkörpers hergestellt werden. So kann beispielsweise
ein Kanal in die Außenumfangsfläche des Rollenkörpers
eingefräst werden, der dann durch das über den
Rollenkörper gezogene Mantelrohr an seiner zunächst
in Radialrichtung offenen Seite zur Bildung einer im Querschnitt
vollständig geschlossenen Ausnehmung verschlossen wird.
Ebenso kann die Bohrung durch Ausbildung eines Kanals in die Innenoberfläche
des Mantelrohrs erzeugt werden. Wenn das Mantelrohr auf den Rollenkörper
aufgebracht wird, wird auch dieser Kanal in Radialrichtung verschlossen.
Ebenso kann die Bohrung durch Einbringen von Kanälen in
die Außenoberfläche des Rollenkörpers
und in die Innenoberfläche des Mantelrohrs erzeugt werden,
wobei insbesondere bevorzugt das Mantelrohr dann derart auf den
Rollenkörper aufgebracht wird, dass die jeweiligen Kanäle
zusammen eine Bohrung bilden, die Bohrung sich also in ihrem unteren
Teil in dem Rollenkörper und in ihrem oberen Teil in dem
Mantelrohr erstreckt.
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Dadurch
dass die Sensoren in der Bohrung verkeilt werden, können
sie mit einer vordefinierten Vorspannung belastet werden. Sie werden
durch das Verkeilen also nicht nur in ihrer Position innerhalb der Bohrung
fixiert, sondern können zudem mit Vorspannkräften
belastet werden. Das Belasten mit Vorspannkräften ist bevorzugt,
da sich beim Einsatz der Messrolle im normalen Betrieb die Einbaubedingungen
für den Sensor unter den verschiedenen Betriebsbedingungen,
wie z. B. durch Temperaturänderung, ändern können.
So kann z. B. durch den Temperatureinfluss eine unterschiedliche
räumliche Ausdehnung des Mantelrohrs und des Rollenkörpers
erfolgen, was zu einer Veränderung der Einbausituation,
insbesondere der Kraftkoppelung, des Sensors führen kann.
Deshalb ist es bevorzugt, dass die Sensoren beim Einbau in die Bohrungen
mit einer Vorspannkraft beaufschlagt werden, die so hoch ist, dass
im Betriebseinsatz unter allen Betriebseinflüssen die Kraftverbindung
zwischen Sensor und Bohrungswandung erhalten bleibt, damit eine
hysteresefreie und lineare Messung gewährleistet ist.
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Die
Messrolle weist einen Rollenkörper auf, der den Grundkörper
der Messrolle bildet. Ferner ist ein Mantelrohr vorgesehen, das
den Rollenkörper zumindest teilweise umgibt. Besonders
bevorzugt ist das Mantelrohr derart ausgeführt, dass es
den Rollenkörper vollständig umgibt, also die
Umfangsoberfläche des Rollenkörpers vollständig
bedeckt. Es sind aber auch Bauformen möglich, bei denen
der Rollenkörper im Bezug auf seine längsaxiale
Erstreckung nur teilweise von dem Mantelrohr umgriffen wird, also mehr
oder je nach Anwendung deutlich mehr über das Mantelrohr
hinaus ragt.
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Die
axiale Zugänglichkeit der Ausnehmungen für die
Sensoren ist beispielsweise bei einer Rolle mit achsparallelen Bohrungen
gegeben, die von Stirnseite zu Stirnseite verlaufen, oder als Sackbohrungen
ausgebildet sind. Die Sensoren lasen sich dann von der Stirnseite
her in den Bohrungen mit unterschiedlicher Tiefe platzieren, so
dass einzelne Sensoren in nebeneinander liegenden Bohrungen gestaffelt
auf einer sich über die gesamte Rollenbreite erstreckenden
Schraubenlinie angeordnet sind. Es lassen sich jedoch auch mehrere
Sensoren in einer Bohrung mit Abstand voneinander anordnen.
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Die
Sensoren sollten in den Bohrungen fixiert, nämlich verkeilt,
und bevorzugt auch durch die Verkeilung verspannt sein. In einer
bevorzugten Ausführungsform ist die Verkeilung derart ausgeführt, dass
eine Vorspannung auf den Sensor ausgeübt wird. Diese Vorspannung
ist insbesondere bevorzugt so gewählt, daß im
Betriebseinsatz unter allen Betriebseinflüssen die Kraftverbindung
zwischen Sensor und Bohrungswandung erhalten bleibt, damit eine
hysteresefreie und lineare Messung gewährleistet ist.
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Treten
beim Verspannen unterschiedliche Vorspannungen auf, lassen sich
diese ohne weiteres messtechnisch kompensieren. Andererseits lässt sich
die Vorspannung jedoch auch bewusst dosieren, um Fertigungstoleranzen
sowohl der Sensoren als auch der Bohrungen auszugleichen. Dabei
können Sensoren mit planparallelen Flächen zwischen
keilförmigen Haltestücken, beispielsweise Spannkeilen angeordnet
sein, die solange gegeneinander bewegt werden, bis der Sensor unverrückbar
zwischen den Haltestücken eingeklemmt ist.
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Eines
der beiden Haltestücke ist normalerweise dort, wo der Sensor
platziert werden soll, ortsfest in der Bohrung angeordnet, während
das andere Haltestück zum Fixieren des Sensors in der Bohrung verschoben
wird. Dies kann mit Hilfe einer Spannschraube geschehen, die sich
am Rollenkorpus abstützt und über eine Distanzhülse
auf das bewegliche Haltestück wirkt.
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Besonders
günstig ist die Anordnung mehrerer Sensoren in radial beweglichen
Schiebestücken, die mit Hilfe einer Keilleiste in der Bohrung
fixiert werden. Die Schiebestücke können in einer
Distanzleiste angeordnet sein und mit Hilfe keilförmiger
Haltenasen einer Spannleiste radial nach außen gedrückt und
so in den Bohrungen verspannt werden.
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Um
die zu den Sensoren führenden Leitungen sicher unterzubringen,
können die Bohrungen mit parallel verlaufenden Leitungskanälen
verbunden sein. Alternativ können die Bohrungen jedoch
auch über einen Querkanal mit einer zentrischen Kabelbohrung
in der Rolle verbunden sein. Der Querkanal kann im Korpus der Rolle
verlaufen oder als offener Kanal an der Stirnfläche der
Rolle und dann mit einem Deckel verschlossen sein.
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Um
die Haltestücke für die Sensoren oder die Leisten
in den Bohrungen zu führen, können sie mit einer
Längsrippe versehen sein, die in eine komplementäre
Führungsnut im Korpus der Rolle eingreift.
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Wenn
das Mantelrohr eine Wandstärke von beispielsweise 1 bis
30 mm, vorzugsweise 5 bis 10 mm aufweist, die achsparallelen Bohrungen
also mit geringem Abstand unterhalb der Rollenoberfläche angeordnet
sind, dann ergibt sich über den eingespannten Sensoren
ein dünner Biegebalken, der sich je geringer seine Dicke
ist um so günstiger auf das Messergebnis auswirkt, weil
er praktisch keine oder allenfalls äußert geringe
Querkräfte aufnimmt.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform weist die Oberfläche
des Mantelrohrs eine Beschichtung mit verschleißfesten
metallischen oder nichtmetallischen bzw. keramischen Werkstoffen,
beispielsweise mit Wolfram, Molybdän und Tantal sowie deren
Legierungen oder mit Karbiden, Nitriden, Boriden, Siliziden und
Oxiden auf. Des weiteren lässt sich die Mantelfläche
oder auch die Beschichtung mit einer Textur versehen, um die Oberfläche
des über die Rolle geführten bahnförmigen
Material zu strukturieren.
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Die
Erfindung wird nachfolgend anhand von in der Zeichnung dargestellten
Ausführungsbeispielen des näheren erläutert.
In der Zeichnung zeigen:
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1 die
Seitenansicht einer Messrolle teilweise im Schnitt,
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2 eine
Messrolle mit Kabelkanälen in perspektivischer Darstellung,
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3 einen
Ausschnitt einer Stirnansicht der Messrolle gemäß 2,
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4 eine
Messrolle mit einer Axialbohrung mit darin radial eingespanntem
Sensor,
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5 die
perspektivische Ansicht einer Messrolle mit längs einer
Schraubenlinie angeordneten gestaffelten Sensoren
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6 eine
Messrolle mit zwei einander gegenüberliegenden Sensoren,
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7 einen
Teil einer Rolle mit einem Sensor in einem mehrteiligen Gehäuse,
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8 eine
Draufsicht auf die Bohrung gemäß 7,
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9 eine
Distanzleiste in Verbindung mit einer zugehörigen Keilleiste
vor dem Verspannen der Sensoren,
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10 die
beiden Leisten der 9 mit den verspannten Sensoren,
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11 eine
Messrolle mit den beiden Leisten in der Situation gemäß 10 und
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12 eine
stirnseitige Draufsicht auf einen Teil der Rolle gemäß 11 mit
einer im Querschnitt rechteckigen Ausnehmung.
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Die
erfindungsgemäße Messrolle 1 mit einem
Zapfen 2 weist einen Rollenkörper 1b (Grundkörper)
und ein über den Rollenkörper 1b geschobenes
Mantelrohr 1a auf. Sie weist an der Oberfläche des
Rollenkörpers 1b angeordnete achsparallele Bohrungen 3 auf,
von denen nahe an ihrer Stirnseite Querkanäle 4 abgehen
und zu einem zentrischen Kabelkanal 5 führen.
Die Bohrungen sind mit einem Deckel 6 oder jeweils einzeln
mit Deckeln verschlossen und enthalten Sensoren 7, von
denen jeweils ein Kabel 8 durch die Bohrung 3,
den Querkanal 4 und den zentrischen Kanal 5 nach
außen geführt sind.
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Die
in den 2 und 3 schematisch-perspektivisch
dargestellte Messrolle 1 besitzt parallel zu jeder Bohrung 3 einander
gegenüber liegende Kabelkanäle 10, 11 für über
den Querkanal 4 und den zentrischen Kanal 5 nach
außen geführte Leitungen. Die Bohrung ist hier
so ausgeführt, dass ihr unterer Bereich in dem Rollenkörper 1b und
der obere Bereich im Mantelrohr 1a ausgebildet ist.
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Bei
der in 4 dargestellten Messrolle 1 sind die
Sensoren 7 in einer Bohrung 3 mit einer Stirnplatte 12 zwischen
einem Haltestück in Gestalt eines ortsfesten Spannkeils 13 und
einem in axialer Richtung verschiebbaren Haltestück in
Gestalt eines Loskeils 14 angeordnet. An dem Loskeil 14 liegt
eine Distanzhülse 15 an. Die Spannschraube 16 ist
mit einem Außengewinde versehen, das im Innengewinde 17 der
stufig aufgebohrten Bohrung 3 eingeschraubt ist. Sowohl
die Distanzhülse als auch die Spannschraube besitzen zur
Kabeldurchführung einen Kanal 18. Mit Hilfe eines
am Kopf 19 der Spannschraube 16 angreifenden Schlüssels
lassen sich die Distanzhülse 15 und der Loskeil 14 tiefer
in die Bohrung 3 bewegen und dabei der Sensor 7 zwischen
den beiden Keilen 13, 14 radial verspannen. Wie
bei 2 und 3 ist bei 4 die
Bohrung ebenfalls so ausgeführt, dass ihr unterer Bereich
in den Rollenkörper 1b und der obere Bereich im
Mantelrohr 1a ausgebildet ist.
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Die
Bohrungen können, wie in den 5 und 6 dargestellt,
von beiden Stirnseiten der Rolle 1 ausgehen und als Sackbohrungen
eine unterschiedliche Tiefe besitzen. Das führt dazu, dass
die einzelnen Sensoren längs einer Schraubenlinie 20,
d. h. gestaffelt angeordnet sind und insgesamt die gesamte Breite
der Rolle 1 erfassen.
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Die
Bohrungen 3 können, wie in den 7, 8 dargestellt,
auch mit einer Längsrille 21 verbunden sein, in
denen der untere Teil 22 eines losen Spannkeils 14 geführt
wird und dessen Schrägfläche mit einer Schrägfläche
eines Gehäuses 23 zusammenwirkt. Beim radialen
Verspannen des Gehäuses 23 mit dem in der Längsrille 21 geführten
Spannkeil 14 wird sichergestellt, dass sich das Gehäuse 23 nicht
in der Bohrung 3 verdrehen kann.
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Bei
der dargestellten Messrolle 1 ist der Sensor 7 in
einem vierteiligen Gehäuse 23 mit einander gegenüberliegenden
parallelen Spannflächen 24, 25 und zwei
Stirnplatten 26, 27 angeordnet.
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Die
Sensoren 7 können auch in radial beweglichen Schiebestücken 28 einer
Distanzleiste 29 angeordnet sein, die mit einer achsparallel
verschiebbaren Spannleiste in Gestalt einer Keilleiste 30 zum
radialen Verspannen der Schiebestücke 28 zusammenwirkt,
wie das in den 9 bis 11 dargestellt
ist. Während die Distanzleiste 29 in ihrer Bohrung 3 ortsfest
angeordnet ist, dienen die Keile ist dazu, mit ihren Keilflächen 31 im
Zusammenwirken mit komplementären Schrägflächen 32 die
Schiebestücke 28 radial nach außen zu
bewegen und auf diese Weise die Schiebestücke 28 mit
den darin unverrückbar angeordneten Sensoren 7 und
deren Deckel 33 radial zu verspannen. Der Deckel 33 ist
in eine Bohrung 34 des Schie bestücks 28 ohne
Wandberührung geführt und besitzt an seiner Unterseite
eine nicht dargestellte Ausnehmung, die den Kabelanschluss des Sensors
aufnimmt.
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In 12 ist
eine Messrolle 1 mit einer im Querschnitt rechteckigen
Längsausnehmung 35 dargestellt, die mit seitlichen
Schlitzen 36 versehen ist. Diese Schlitze dienen dazu,
den sich oberhalb der Längsausnehmung 35 für
einen Sensor ergebenden Biegebalken zu verbreitern, um das elastische
Verhalten des Biegebalkens zu verbessern. Die Schlitze können
auch als Führung für Längsrippen 37 an
Keilleisten 30 am Sensor, an Haltestücken oder
an Distanz- oder Spannleisten dienen und/oder sie können auch
als Kabelkanäle dienen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 4236657
A1 [0002, 0004, 0004]
- - DE 19616980 A1 [0005]