DE2617958A1

DE2617958A1 - Verfahren und einrichtung zur messung einer mechanischen charakteristik in einem unter zug stehenden band

Info

Publication number: DE2617958A1
Application number: DE19762617958
Authority: DE
Inventors: Auf Nichtnennung Antrag
Original assignee: FORGES DE GUEUGNON
Current assignee: FORGES DE GUEUGNON
Priority date: 1975-05-02
Filing date: 1976-04-24
Publication date: 1976-11-18
Also published as: NL7604489A; CH612270A5; JPS51135690A; AU501688B2; US4073007A; BE841335A; FR2309851A1; GB1535550A; FR2309851B1; SE7604859L; IT1062423B; AU1358676A; CA1068933A

Description

Dipl.-Ing. E. E. Finkener FORGES DE GUEUGNON

Dipl.-Ing. W. Ernesti 22, Rue de Teheran

Patentanwälte F-75008 PARIS

Bochum

Heinridi-König-Straße 12 Femspredier 4 IS SO, 4 23 27 Telegrammadresse: Radtpatent Bochum

76 124·
WE/US

Verfahren und Einrichtung zur Messung einer mechanischen Charakteristik in einem unter Zur stehenden Band

Die Erfindung "betrifft ein Verfahren und eine Einrichtung zur Messung einer mechanischen Charakteristik in einem unter Zug stehenden Band, insbesondere zur Messung des Zustandes der Ebenheit eines Bandes.

Fehler in der Ebenheit eines Blechbandes sind erkennbar, wenn das Band keiner Zugbeanspruchung unterliegt. Wird das Band dagegen einer Zugbeanspruchung ausgesetzt, so strecken sich zunächst die zu kurzen Zonen und, wenn die Zugbeanspruchung einen genügend großen Wert erreicht hat, erscheint das Band eben, d.h. die Abweichungen von der Ebenheit sind visuell nicht mehr zu erkennen.

Es ist bekannt, daß der Ebenheitsindex ^ eines Bandes, dessen Mitte gespannt ist und dessen Ränder Wellen aufweisen, die charakteristisch für einen Mangel an Ebenheit sind, in Zusammenhang mit dem Gradienten der Beanspruchung in dem Band stehen kann, und zwar entsprechend der nachfolgenden Formel:

wobei a die Halbamplitude einer Welle ist, X die Länge einer Welle ist und E die Elastizitätskonstante (Toung-Modul) ist.

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repräsentiert die erforderliche Erhöhung der Spannung, um den Fehler in der Ebenheit des Bandes zum Verschwinden zu bringen.

Es ist möglich, eine gute Darstellung der mangelnden Ebenheit eines unter Zug stehenden Bandes durch Messung der Größe der Zugbeanspruchung zu erreichen, d.h. durch Messung des Wertes der an einem Querschnittselement der Oberflächeneinheit des Bandes angreifenden Zugkraft, die in jedem von mehreren Punkten eines Querschnittes des Bandes erzeugt wird.

Beim Kaltwalzen von Bändern, insbesondere nach dem Verfahren von Sendzimir, bei dem erhöhte Zugbeanspruchungen auftreten, erlaubt der Verlauf des Blechbandes am Ausgang des Walzgestelles keine Beurteilung der Ebenheit des Bandes, weil das Band unter Zug steht. Es besteht deshalb in diesem Stadium ein besonderes Interesse zur Erfassung und Messung des Ziistandes der Ebenheit des Bandes, um auf das Profil der Zylinder des Walzgestelles einwirken zu können, beispielsweise auf die Durchbiegung dieser Zylinder durch entsprechende Einstellung der Regulierschraube, um dadurch eine .änderung in der Verteilung der auf der Breite des Bandes einwirkenden Zugkräfte zu erreichen.

Es sind bereits verschiedene Einrichtungen zur Messung der Fehler der Ebenheit eines Metallbandes, welches aus einer Walzwerksanlage austritt, bekannt, die auf der Messung der Beanspruchungen beruhen, denen das Band unterliegt. Die bekannten Einrichtungen lassen sich in zwei Gruppen unterteilen, je nachdem, ob eine direkte Berührung mit dem Band erforderlich ist oder nicht.

Bei den Einrichtungen mit Eontaktberührung mit dem Band bestimmt man die Zugbeanspruchung in dem Band an ver-

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schiedenen Punkten in bezug auf die Querrichtung des Bandes. Bei einer Einrichtung benutzt man hierzu Hilfswalzen, die auf das Band einwirken, womit die Gefahr einer Markierung des Bandes verbunden ist. Hinzu kommt, daß die Hilfswalzen genau zylindrisch sein müssen. In einem anderen Fall mißt man die Durchbiegung einer Biegewalze mittels Fühler, die über die Länge der Walze angeordnet sind. Dieses Verfahren ist nicht sehr genau, was mit dem Phänomen der inneren Steifigkeit der Walze zusammenhängt. Bei einem anderen Verfahren nimmt man Ablenkwalzen zur Hilfe, von denen jede aus einer Anzahl von zylindrischen, lückenlos nebeneinander angeordneten Abschnitten besteht, in denen mehrere einstellbare Meßelemente mit Magnetostriktion verteilt sind, die eine Messung der Beanspruchung in dem Band in Höhe geder Zone ermöglichen. Bei diesem Verfahren wird infolge der erforderlichen großen Anzahl von Meßelementen nur eine mäßige Betriebssicherheit erreicht. Wegen der großen Anzahl von Meßelementen ist diese Einrichtung außerdem verhältnismäßig teuer.

Es ist ferner eine Variante der zuletzt genannten Einrichtung bekannt, bei der die Beanspruchung mit Hilfe eines Luftkissens gemessen wird, welches unter den einzelnen Abschnitten der Ablenkwalze erzeugt wird. Obgleich dadurch die Einrichtung weniger schwer und weniger umfangreich wird, bleiben bei dieser modifizierten Einrichtung die bereits erwähnten Nachteile bestehen, d.h. die hohen Kosten, die mäßige Betriebssicherheit und die Gefahr von Markierungen auf dem Band.

Bei zwei Einrichtungen, die der zweiten Gruppe zuzuordnen sind, wird das Band durchgebogen, und zwar in dem einen Fall mit Hilfe eines Elektromagneten und in dem anderen Fall mit Hilfe eines Luftstrahl es, wonach dann die Durchbiegung mittels einer Vorrichtung mit einem Luftkissen

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gemessen wird, woraus die Verteilung der Beanspruchung im Band abgeleitet werden kann. Die Eiiiriciitung, die mit einem Elektromagneten arbeitet, ist nicht für Bänder aus einem nicht ferromagnetischen Material geeignet. Die andere Einrichtung, bei der ein Luftkissen benutzt wird, verursacht starke Geräusche und vermittelt keine Kenntnisse der Eandbeanspruchungen, d.h. in der Mähe der Kanten des Bandes.

Es ist weiterhin noch eine dritte Einrichtung bekannt, die ebenfalls ohne Kontaktberührung mit dem Band arbeitet, bei der man die Veränderung der magnetischen Permeabilität des Bandes als Funktion der Beanspruchung in dem Band mißt. Wie die zuerst genannte Einrichtung ist diese Einrichtung gleichfalls nicht für Bänder aus einem nicht ferromagnetischen Material geeignet.

Weiterhin kennt man Einrichtungen, bei denen eine Erschütterung im Band hervorgerufen wird und die Eigenfrequenzen in verschiedenen Längsbereichen, des Bandes gemessen werden, aus denen die Verteilung der Beanspruchung abgeleitet wird. Bei dieser Meßmethode ist es erforderlich, das Band wenigstens zwischen zwei parallelen Unterstützungen, die quer zur Längsrichtung des Bandes verlaufen, in Schwingung zu versetzen, d.h. es ist eine fieflektion der Welle an den Unterstützungen notwendig, um eine Resonanzfrequenz zu erhalten. Diese Besonderheit bringt es mit sich, daß dieses Verfahren nicht bei beliebigen Typen von Walzwerken, insbesondere den Sendzimir-Walzwerken, anwendbar ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Messung der Beanspruchung in einem "unter Zug stehenden Band, insbesondere zur Messung des Zustandes der Ebenheit eines solchen Bandes zu entwickeln, bei dem die

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Nachteile der bekannten Verfahren vermieden werden und welches für alle Arten von Walzwerken und für alle Bandtypen geeignet ist. Ferner betrifft die Erfindung die Ausbildung einer zur Durchführung des Verfahrens geeigneten Einr i chtung.

Die Erfindung geht aus von einem Verfahren zur Messung einer mechanischen Charakteristik in einem unter Zug stehenden Band, in dem eine quergerichtete Erschütterung hervorgerufen wird und eine Kenngröße der Ausbreitung dieser Erschütterung in der Längsrichtung gemessen wird, die mit dem Wert der in dem Band vorhandenen Zugbeanspruchung in Zusammenhang steht.

Die gestellte Aufgabe wird nach einem Hauptkennzeichen der Erfindung dadurch gelöst, daß die Zeiten gemessen werden, in denen die Erschütterung eine vorgegebene Strecke in dem Band durchläuft.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird aufgrund der vorgegebenen Länge der Meßstrecke die Ausbreitungsgeschwindigkeit c der Erschütterung errechnet.

Nach einer anderen Ausgestaltung der Erfindung wird die Zugbeanspruchung © in dem Band mittels der Formel C5 =

<f* c errechnet, wobei Q die spezifische Masse des Bandes ist.

Eine andere Weiterbildung der Erfindung besteht darin, daß die Zeiten t gemessen werden, die die Erschütterung für das Durchlaufen einer vorgegebenen Länge in jeder von mehreren in Längsrichtung des Bandes verlaufenden parallelen und über die Breite des Bandes von einer bis zur anderen Kante sich erstreckenden Zonen benötigt, und daß anschließend ein Vergleich der gemessenen Zeiten t vor-

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genommen wird, der für den Zustand der Ebenheit des Bandes repräsentativ ist.

Mach einer anderen Weiterbildung der Erfindung wird die Ausbreitungsgeschwindigkeit c in jeder von mehreren in der Längsrichtung des Bandes verlaufenden parallelen und über die Breite des Bandes von einer bis zur anderen Kante sich erstreckenden Zonen errechnet und anschließend ein Vergleich der errechneten Ausbreitungsgeschwindigkeiten c vorgenommen, der für den Zustand der Ebenheit des Bandes repräsentativ ist.

Die Erfindung betrifft ferner eine Einrichtung zur Messung einer mechanischen Charakteristik in einem unter Zug stehenden Band mit Mitteln zur Erzeugung einer quergerichteten Erschütterung in dem Band, mit Mitteln zum Erfassen dieser Erschütterung, die geeignet sind, ein Signal aufgrund der Erfassung einer Erschütterung zu erzeugen, und mit einem elektrischen Kreis zur Aufnahme des Signals und zur Messung einer Charakteristik der Ausbreitung der Erschütterung, die mit dem Wert der in dem Band vorhandenen Zugbeanspruchung in Zusammenhang steht. Die erfindungsgemäße Ausbildung dieser Einrichtung besteht darin, daß die Mittel zum Erfassen der Erschütterung eine erste und eine zweite Detektorvorrichtung aufweisen, die in der Längsrichtung des Bandes in einem vorgegebenen Abstand voneinander angeordnet sind und dazu dienen, nacheinander einen ersten und einen zweiten elektrischen Impuls zu erzeugen, wenn die Erschütterung in dem Band die jeweilige Detektorvorrichtung erreicht hat, und wobei der elektrische Kreis dazu dient, die Zeiten zwischen den Impulsen zu messen.

Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß die Mittel zur Erzeugung einer quergerichte-

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ten Erschütterung in dem Band und der entsprechende Meßkreis jeweils einer von mehreren in Längsrichtung des Bandes verlaufenden parallelen und über die Breite des Bandes von einer "bis zur anderen Kante sich erstreckenden Zonen zugeordnet sind.

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den übrigen Unteransprüchen.

Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung werden nachfolgend anhand zeichnerisch dargestellter Ausführungsbeispiele erläutert. Es zeigen:

Figur 1 in einer perspektivischen Schemadarstellung eine Einrichtung zur Messung der Ebenheit eines unter Zug stehenden Bandes, die mehrere gleiche Meßgeräte aufweist,

Figur 2 ein Blockschaltbild der elektrischen Prinzipschaltung der Meßeinrichtung,

Figur 3 ein Blockschaltbild eines Vergleichs- und Inzeigekreises, der bei der Meßeinrichtung verwendet wird,

Figur 4 in schematischer Form eine Seitenansicht einer abgewandelten Ausführung einer Meßeinrichtung,

Figur 5 eine auf dem Schirm eines Oszillographen erscheinende Darstellung der Verteilung der Beanspruchung in einem Band, dessen Ränder biegsam sind und

Figur 6 eine schematische Darstellung einer anderen Variante, der Verwirklichung einer erfindungsgemäßen Meßeinrichtung.

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-s-

In Figur 1 ist ein unter Zug stehendes Band 1 dargestellt, welches aus einer Walzwerksanlage austritt, von der zwei Arbeitswalzen 2 und 3 dargestellt sind, und welches danach über eine Ablenkwalze 4- geführt ist.

Das Band 1 bewegt sich in Sichtung des Pfeiles 3?. Eine Einrichtung zur Messung der Ebenheit des Bandes 1 befindet sich unterhalb des Bandes 1 zwischen den Arbeitswalzen 2, 3 und der Ablenkwalze 4-. Diese Einrichtung besteht aus sechs Geräten zur Messung der Beanspruchung, die mit gleichem Abstand voneinander zwischen den beiden Kanten des Bandes 1 angeordnet sind.

Jedes Meßgerät enthält Elemente zur Erzeugung von Erschütterungen in dem Band, die einen elektromagnetischen Hammer 5 aufweisen, und zwei Vorrichtungen 6a und 6b zur Erfassung dieser Erschütterungen. Der elektromagnetische Hammer 5 enthält eine senkrechte Stange 7» die den eigentlichen Hammer bildet und in einem Führungssylinder 8 verschiebbar ist. An ihrem unteren Ende ist die Stange 7 gelenkig mit dem Ende eines Armee 9 eines Winkelhebels verbunden, dessen anderer Arm 10 gelenkig am Ende eines horizontal verlaufenden Tauchkolbens 11 einer Steuerspule 12 befestigt ist. Der Winkelhebel ist um eine senkrecht zu den Armen 9 und 10 verlaufende Achse 13 schwenkbar, so daß eine Verschiebung des Tauchkolbens 11 eine Verschiebung der Stange 7 in senkrechter Kichtung hervorruft»

Die Detektorvorrichtung 6a ist ein elektrischer Kreis, der durch einen Eontakt zwischen der Stange 7 und dem Band 1 geschlossen wird und der im Kontaktmoment einen elektrischen Impuls erzeugt.

Die Detektorvorrichtung 6b ist vorzugsweise ein Minier zur Messung von Wirbelströmen, der olme E

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mit dem Band 1 arbeitet und der in dem Band 1 Wirbelströme erzeugt. Diese Wirbelströme werden bei einer Verschiebung des Bandes senkrecht zu seiner Ebene gestört. Eine solche Verschiebung tritt ein, wenn eine Erschütterung die Höhe eines Fühlers erreicht hat. Der Fühler liefert dann ein elektrisches Signal und zeigt damit eine Störung an. Der Fühler kann als dynamischer oder statischer Fühler arbeiten. Sein Ausgangssignal ändert sich nicht, selbst wenn zwischen dem Fühler und dem Band eine nicht leitende Flüssigkeit vorhanden sein sollte. Der Fühler hat keinerlei mechanischen Eontakt mit dem Band 1, und er ist sehr leicht zu handhaben, weil es nicht notwendig ist, ihn in seiner Stellung genau einzustellen. Ein Fühler dieser Art ist bekannt unter der Bezeichnung "EAMAIT ED, 2300-10 CV".

Der in Figur 2 dargestellte Hauptkreis enthält eine Schwellwert stufe 14·, deren Eingang 15 an den Stromkreis der Detektorvorrichtung 6a angeschlossen ist und die einen elektrischen Impuls empfängt, wenn die Stange 7 mit dem Band 1 in Berührung kommt. Der Ausgang der Schwellwertstufe 14 ist mit dem Eingang eines Eippspeichers 16 verbunden, dessen Ausgang an einen von zwei Eingängen eines HAND Torkreises 17 angeschlossen ist. Außerdem enthält der Hauptkreis eine Schwellwertstufe 18 mit einem Eingang 19ι der an den Fühler 6b angeschlossen ist und von diesem im Moment des Eintreffens einer Erschütterung des Bandes 1 auf der Höhe dieses Fühlers 6b einen Impuls empfängt. Der Ausgang der SchreLlwertstufe 18 ist mit dem Eingang eines Eippspeichers 20 verbunden, dessen Ausgang an den anderen Eingang des NAND Torkreises 17 angeschlossen ist.

Die Meßeinrichtung arbeitet wie folgt:

Bei einer Erregung der Spule 12 wird der Tauchanker 11

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- ίο -

plötzlich. - in "bezug auf die Darstellung der Figur 1 nach rechts "bewegt und die Stange 7 dadurch gegen das Band 1 gestoßen. Der Strom in der Spule 12 wird vorzugsweise unterbrochen, bevor die Stange 7 auf das Band 1 auftritt, so daß sich die Stange 7 unter der Einwirkung ihrer Trägheit weiter "bewegt und nur einmal auf das Band 1 aufprallt. Wenn die Stange 7 das Band 1 erreicht, wird durch den Kreis 6a an den Eingang 15 der Schwellwert stufe 14 ein Impuls angelegt. Dieser Impuls wird in der Schwellwertstufe 14 geformt und auf den Kippspeicher 16 übertragen, der eine Spannungsstufe erzeugt und diese an den ersten Eingang des FAND Torkreises 17 weitergibt.

Der Stoß der Stange 7 ruft in dem Band 1 eine quergerichtete Erschütterung hervor, d.h. eine Erschütterung senkrecht zur Ebene des Bandes 1. Diese Erschütterung breitet sich in der Längsrichtung des Bandes 1 aus und wird beim Erreichen des Fühlers 6b von diesem erfaßt, der ebenfalls ein impulsartiges Signal an den Eingang 19 der Schwellwertstufe 18 anlegt. Dieses Signal wird nach einer entsprechenden Formgebung in der Schwellwertstufe 18 auf den Kippspeicher 20 übertragen, der eine Spannungsstufe erzeugt, die an den zweiten Eingang des HlKD Torkreises 17 angelegt wird, nachdem sein erster Eingang die Spannungsstufe des Kippspeichers 16 empfangen hat. Diese beiden aufeinanderfolgenden Spannungsstufen erzeugen am Ausgang des NAND Torkreises 17 einen Eechteckimpuls, dessen Länge ein Maß für die Zeit t der Ausbreitung der Erschütterung in dem Band 1 zwischen der Stange 7 u^d- &^em Fühler 6b ist.

Die Zeit t kann entweder direkt mit Hilfe eines Oszillographen, der an den Ausgang des UAHD Torkreises 17 angeschlossen wird, gemessen werden, indem die Größe des Eecht eckimpulses auf dem Schirm erfaßt wird, oder durch einen numerischen Zähl- und Anzeigekreis gemessen werden, wie

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er in Figur 3 dargestellt ist.

Dieser Kreis enthält ein Tor 21, dessen zwei Eingänge einerseits mit dem Ausgang des NAND Kreises 17 und andererseits mit einer Zeituhr 22 verbunden sind, die beispielsweise aus einem Quarzoszillator mit bekannter und sehr stabiler Frequenz besteht. Der Ausgangs-Rechteckimpuls des NAND Kreises 17 steuert das öffnen und Schließen des Tores 21 und bewirkt damit dessen Sperrung oder Freigabe für den Durchgang der Zeitimpulse. Am Ausgang des Tores 21 ist ein Zähler 23 mit zehn Dekaden angeschlossen, der einen Eingang RAZ für die Rückstellung auf null enthält und der für die Zählung der Zeitimpulse, die das Tor 21 durchläßt, geeignet ist. An den Ausgang des Kreises 23 sind nacheinander eine Anordnung 24, welche zehn Speicher enthält und einen Eingang T für die Übertragung der Speicherwerte aufweist und ein Multiplexkreis 25 angeschlossen. Der Multiplexkreis 25 ist mit einer Anzeigeeinrichtung 26 verbunden. Dieser Kreis ermöglicht die Anzeige der Zeit t der Ausbreitung der Erschütterungen mit großer Genauigkeit.

Die Zeit t und der bekannte Abstand 1 zwischen der Stange 7 und dem Fühler 6b ermöglicht die Bestimmung der Ausbreitungsgeschwindigkeit c ·= r einer Erschütterung in

\/ F dem Band 1. Man weiß andererseits, daß c ■ y ^ , wobei F die auf das Band ausgeübte Zugspannung ist uiM >fr die lineare Masse des Bandes bedeutet. Für c gilt ferner die Beziehung c ■/■£ , wobei ö die in dem Band herrschende Zug-

spannung ist, und O die spezifische Masse ist, d.h. Ö - f ' °²·

Man sieht also, daß, wenn man den Vert von γ kennt, die Messung der Ausbreitungsgeschwindigkeit c die Möglichkeit bietet, den Wert der Beanspruchung Q in dem Band im Moment

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der Messung zu. "bestimmen. Anstatt die Seit anzuzeigen, ist es durch Hinzufügung eines üblichen Sechenkreises leicht möglich, direkt den Wert von c oder von Q anzuzeigen.

Für die Anwendung dieser Einrichtung zur Messung der Ebenheit eines Bandes ist jedoch eine solche Modifikation der Schaltung nicht erforderlich. Wie die Figur 1 zeigt, besteht die Einrichtung zur Messung der Ebenheit eines unter Zug stehenden Bandes 1 aus einer Zusammenfassung von mehreren erfindungsgemäßen Geräten zur Messung der Beanspruchung des Bandes. Bei dem in Figur 1 dargestellten Ausführungsbeispiel enthält die Einrichtung insgesamt sechs solcher Geräte, wobei zu bemerken ist, daß die Anzahl der Geräte nicht kritisch ist, sondern daß man soviel Geräte anordnen kann, wie es die Breite des Bandes 1 erlaubt, um eine genügend große Genauigkeit bei der Messung der Ebenheit des Bandes zu erreichen. Dies ist einer der Torteile der Einrichtung nach der Erfindung, welche eine große Anpassungsfähigkeit an die Erfordernisse der Praxis besitzt.

Jedes Paar eines Hammers 5 und eines Fühlers 6b ist parallel zur Längsrichtung des Bandes ausgerichtet, wobei die Hämmer 5 einerseits und die Fühler 6b andererseits in bezug auf die eine oder andere Kante des Bandes 1 auf senkrecht zur Längsachse des Bandes verlaufenden Linien ausgerichtet sind. Ein Kreis 27 zur Verbindung und Verzögerung ist an die Speiseklemmen der Spule 12, an die Ausgänge der Fühler 6b und an die Eingänge 19 der Schwellwertstufen 18 entsprechend den einzelnen Fühlern 6b angeschlossen.

Der Kreis 27 steuert die Speisung der Spulen 12 eine

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nach der anderen mit einem Zeitintervall zwischen jeder Erregung, welches so groß ist, daß die infolge der Erregung einer der Spulen 12 hervorgerufene Erschütterung wieder vollständig abgeklungen ist, bevor die nächste Spule 12 erregt wird. Der Kreis 27 empfängt bei jeder Erschütterung Signale, die von den Fühlern 6b ausgehen, aber er läßt nur das Signal durch, welches von dem Fühler 6b stammt, der dem Hammer 5 zugeordnet ist, welcher die Erschütterung hervorgerufen hat. Die Einrichtung zur Messung arbeitet somit wie vorstehend beschrieben und bestimmt nacheinander die Ausbreitungszeiten t der Erschütterungen in den entsprechenden längszonen des Bandes 1.

Bei der Anzeige der Ausbreitungszeiten t ergeben sich Differenzen von einem Gerät zum anderen, die mögliche Fehler in der Ebenheit des Bandes erkennen lassen. Unter

Berücksichtigung daß <5 = ξ · c^ = <? -*»3 entspricht eine

t Differenz der Ausbreitungszeiten £ t von einer Zone zur anderen Zone einer Beanspruchungsdifferenz A€> = -2(* —^

2
wobei Δ 6 = E fr 2 ^2. ·

α)

Der Fehler der Ebenheit ist gekennzeichnet durch

Zahlenbeispiel:

Für einen Abstand D = 5OO mm zwischen den De tekt ions vorrichtungen, eine spezifische Masse <f = 7»8 kg/dnr des Bandes und eine Zugbeanspruchung <ö von 10,20 und 30 kg/mm erhält man die nachfolgenden theoretischen Werte von c, t und d6

dt"~

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	σ	C	m/s	4	t	ms	-4,44	•	-1O¹⁰
f=7,8 kg/dm³	10 Kg/mm²	113	m/s	3	,«	ms	-13,5	10¹°
D =0,5 m i i	ρ 20 kg/mm 20.10⁷P	163	m/s	2	,06	m/s	-23,5
I	ρ 30 kg/mm 30.1O⁷P	196		,55

Der Abstand D soli genügend groß sein, damit die Ausbreitungszeit t für die Erschütterung lang genug ist, um eine genaue Messung zu erreichen. Andererseits soll der Abstand einen Wert nicht überschreiten, bei dem bereits eine zu starke Dämpfung der Amplitude der Erschütterung eintritt. Der Abstand kann beispielsweise zwischen 20 cm und 100 cm, vorzugsweise zwischen 50 cm und 80 cm, liegen.Weiterhin sollen die Zeitintervalle zwischen den Erregungen der Spulen 12 groß genug sein, so daß, wenn eine Erschütterung in dem Band 1 erzeugt worden ist, die vorhergehende Erschütterung bereits vollständig abgeklungen ist, d.h. im Rahmen der vorgenannten Werte für Ö und ξ in der Größenordnung von einer Sekunde.

Unter Berücksichtigung der vorgenannten Größenordnungen ergibt eine Taktfrequenz von 1(K Hz eine gute Genauigkeit in der Größenordnung von 1 % bei der Messung der Ausbreitungszeit t.

Für das Studium des Zustandes der Ebenheit des Bandes

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kann man entweder bei der Anzeige für jede Längszone des Bandes einen numerischen Wert wählen, der der Beanspruchung in dieser Längszone des Bandes entspricht, oder bei der Anzeige auf einem Oszillographen die Zonen von einer Kante bis zur anderen Kante des Bandes durch Segmente darstellen, wobei die Länge der einzelnen Segmente proportional der Beanspruchung in der entsprechenden Zone des Bandes ist. In Figur 5 ist eine solche Anzeige auf einem Schirm eines Oszillographen wiedergegeben, und zwar für ein Band, dessen Kanten biegsam sind und in dem die Beanspruchungen in sechs in Längsrichtung verlaufenden Zonen gemessen werden.

Um einen Fehler in der Ebenheit des Bandes zu beseitigen, genügt es, daß ein Organ, welches die Walzwerksanlage steuert, auf die Mittel zur Regelung der Ebenheit des Bandes derart einwirkt, daß eine Aufhebung von Δ t erreicht wird, d.h. daß die von allen Geräten zur Messung der Beanspruchung angezeigten Ausbreitungszeiten t den gleichen Wert haben und somit die Beanspruchungen auf der gesamten Breite des Bandes gleich sind.

ITm dies zu erreichen, kann das Steuerorgan, wie es an sich bekannt ist, auf die Form das Spaltes zwischen einer Wölbung einer Duo- oder Quarto-Walzanlage einwirken. Im Falle einer Sendzimir- oder Sundwig-Walzanlage kann es auf die Form des Spaltes einwirken, um durch das exzentrische Spiel die Form der Stützlinien zu verändern.

Diese Korrekturen können vorteilhaft erweise durch eine automatische Hegelkette bewirkt werden, die die Mittel zur Steuerung der Spannung in dem Band als Funktion der Beanspruchungswerte, die mit Hilfe der erfindungsgemäßen Einrichtung gemessen werden, verändert.

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Die Benutzung eines elektromagnetischen Hammers für die Erzeugung einer Erschütterung durch mechanischen Eontakt hat den Torteil, daß eine sehr reine Erschütterung entsteht und daß ein Impuls erzeugt wird, der sehr genau dem Zeitpunkt der Berührung der Stange 7 oder des Hammers mit dem Band entspricht.

Der Hammer kann statt mit Hilfe einer elektromagnetischen Spule ebenso gut pneumatisch oder hydraulisch "betätigt werden.

Es kann auch wünschenswert sein, die Erschütterungen ohne mechanischen Eontakt mit dem Band zu erzeugen, um jegliche Gefahr einer Markierung des Bandes auszuschließen. In Figur 4- ist eine Variante dargestellt, bei der der elektromagnetische Hammer 5 der Figur 1 durch eine elektropneumatische Vorrichtung 28 ersetzt ist, die einen Speicherbehälter 29 aufweist, dessen Eingangsleitung an eine Quelle für Druckluft A über ein zwischengeschaltetes Elektroven^x11 30 angeschlossen ist und dessen Ausgangsleitung in der Nähe des Bandes 1 endet, wobei diese Leitung ebenfalls ein Elektroventil 31 aufweist. Bei dieser Einrichtung ist außerdem ein zweiter Fühler 6b für Wirbelströme vorgesehen, der den Detektionskreis 6a nach Figur 1 ersetzt und ein Signal an die Schwellwertstufe 14· anlegt, wenn eine Erschütterung festgestellt wird.

Die Wirkungsweise dieser elektropneumatischen Vorrichtung 28 ist folgende:

In einer ersten Phase, in der das Ventil 30 geöffnet und das Ventil 31 geschlossen ist, wird der Speicherbehälter 29 mit Druckluft gefüllt. Wenn die Füllung des Behälters 29 beendet ist, wird das Ventil 50 geschlossen und danach das Ventil 31 geöffnet, so daß die Druckluft

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aus dem Behälter 29 durch die Ausgangsleitung austritt und im Band 1 eine Erschütterung hervorruft. Danach wird das Ventil 31 wieder geschlossen und der Vorgang wiederholt, um eine neue Erschütterung hervorzurufen»

Die beiden Fühler 6b erfassen nacheinander die Erschütterung in dem Band und geben je ein Signal an den Eingang 15 und an den Eingang 19 weiter, wonach der NAND Torkreis 17» wie vorstehend beschrieben wurde, einen Rechteckimpuls liefert, dessen Länge proportional der Ausbreitungszeit t ist.

In Figur 6 ist eine andere Einrichtung dargestellt, bei der der elektromagnetische Hammer 5 der Figur 1 durch eine elektro-hydraulische Vorrichtung 32 ersetzt ist, die einen elektromagnetischen Schieber 33 mit vier Wegen aufweist, an den eine Eingangsleitung 3¹S-J eine Ausgangsleitung 35 und ein Kraftspeicher 36 angeschlossen sind. An der Ausgangsleitung 35 ist an ihrem Ende eine Düse 37 angeschlossen, wobei zwischen der Düse 37 und dem Schieber 33 ein Ventil 38 angeordnet ist. Zu der Einrichtung gehört weiterhin eine Druckmeßvorrichtung 39» die an die Ausgangsleitung 35 vor dem Ventil 38 angeschlossen ist und zur Messung des in der Leitung herrschenden Druckes dient.

Zahlenbeispiel:

Das Gesamtvolumen des Kraftspeiehers 36 beträgt 2 Liter. Die Blase des KraftSpeichers kann mit einer Flüssigkeit mit einem Druck von 15 bar aufgebläht werden. Die Flüssigkeit kann öl sein, welches für die Schmierung während des Walzvorganges benutzt wird. Es wird durch die Eingangsleitung 34- unter einem Druck von 60 bar mit Hilfe einer Flüssigkeitsquelle zugeführt. Die Düse 37 wird in

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einem Abstand von 30 mm von dem Band angeordnet. Das Ventil 38 ist so ausgebildet, daß es sich bei einem Druck von 10 bar öffnet, so daß die Leitung 35 vollständig mit Flüssigkeit unter einem Druck von wenigstens 10 bar angefüllt ist.

In einer der Stellungen des Schiebers 33 wird der Kraftspeicher 36 gefüllt und in einer anderen Stellung entlädt sich der Kraftspeicher in die Leitung 35- Der Druck in der Leitung 35 liegt oberhalb von 10 bar, so daß sich das Ventil 38 öffnet und die aus der Düse 37 austretende Flüssigkeit auf das Band 1 aufprallt und in dem Band die gewünschte Erschütterung hervorruft. Die Druckwelle wird vor dem Ventil 38 durch die Druckmeßvorrichtung 39 erfaßt. Diese Vorrichtung ist mit einem Detektionskreis 6a verbunden, der mit Hilfe der Schwellwertstufe 14- den Beginn der Messung erfaßt. Wie bei den vorhergehenden Ausführungsbeispielen beschrieben, wird der Moment des Eintreffens der Erschütterung durch den Fühler 6b erfaßt, der mit Hilfe der in Figur 2 dargestellten Schaltung die Bestimmung der Ausbreitungszeit t dieser Erschütterung ermöglicht.

Diese Ausführungsform der erfindungsgemäßen Meßeinrichtung ist deshalb besonders vorteilhaft, weil sie leicht bei allen Walzwerks anlagen angewendet werden kann, wobei das Schmiermittel als Flüssigkeit benutzt wird.

Es können auch andere bekannte Mittel, beispielsweise akustische, für die Erzeugung einer Erschütterung in dem Band benutzt werden. Die Einrichtung enthält dabei jeweils einen oder zwei Fühler, je nachdem, ob diese Mittel dazu geeignet sind, den Moment des Beginns einer Erschütterung zu erfassen oder nicht.

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Man kann außerdem als Detektionsvorrichtung alle geeigneten Fühl er zur Messung einer Verschiebung, einer Geschwindigkeit oder einer Beschleunigung anwenden.

Es können beispielsweise auch verwendet werden ein Schallstrahler zur Erzeugung von Erschütterungen und zur Lieferung eines Anfangssignals in Verbindung mit einem piezoelektrischen Kopf mit drehender Scheibe als Fühler oder ein elektromagnetischer Hammer und zwei piezo-elektrische Köpfe oder ein elektromagnetischer Hammer und zwei Transduktoren mit Dif f erentialwandüern mit Rollen und Kolben.

Die Fühler der Meßeinrichtung sind einfach zu handhaben, weil die vorgesehenen Wirbelstromfühler den Vorteil haben, daß sie mit dem Band nicht in Kontaktberührung stehen und Signale liefern, die in elektronischen Schaltungen leicht ausgewertet werden können.

Im Falle eines Bandes, welches aus einer Walzanlage austritt, kann man auch die durch die Walzanlage hervorgerufenen Schwingungen für die Messung der Beanspruchung und der Ebenheit des Bandes ausnutzen.

Wenn die Schwingungen auf der gesamten Breite des Bandes im selben Moment erzeugt werden, beispielsweise mittels einer Flachprofilwalze oder als Folge einer Vergrößerung des Durchmessers der Speicherspule, wenn eine Windung hinzugefügt wird, kann man einen einzigen Fühler je Längszone verwenden und die Zeitdifferenzen messen, die die Erschütterung für das Durchlaufen desselben Abstandes in jeder der Längszonen benötigt.

Wenn dagegen Erschütterungen in der Walzwerksanlage in unterschiedlichen Momenten auf der Breite des Bandes

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hervorgerufen.werden, kann man zwei Fühler in jeder Längszone benutzen und durch Korrelation die Differenz zwischen dem Durchtrittsmoment eines Vibrationsspektrums auf der Höhe der !Fühler messen. In diesem Fall kann ein einziger Korrelator für alle Längszonen benutzt werden, wobei dieser Korrelator nacheinander die verschiedenen Zonen des Bandes analysiert.

Ansprüche

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Claims

- 21 Patentansprüche

( 1J Verfahren zur Messung einer mechanischen Charakteristik in einem unter Zug stehenden Band, in dem eine quergerichtete Erschütterung hervorgerufen wird und eine Kenngröße der Ausbreitung dieser Erschütterung in der Längsrichtung gemessen wird, die mit dem Wert der in dem Band vorhandenen Zugbeanspruchung in Zusammenhang steht, dadurch gekennzeichnet, daß die Zeiten gemessen werden, in denen die Erschütterung eine vorgegebene Strecke in dem Band durchläuft.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß aufgrund der vorgegebenen Länge der Meßstrecke die Ausbreitungsgeschwindigkeit c der Erschütterung errechnet wird.
3. "Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Zugbeanspruchung c*\ in dem Band mittels der Formel ?? =

<? »c errechnet wird, wobei γ die spezifische Masse des Bandes ist.
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zeiten t gemessen werden, die die Erschütterung für das Durchlaufen einer vorgegebenen Länge in jeder von mehreren in Längsrichtung des Bandes verlaufenden parallelen und über die Breite des Bandes von einer bis zuraideren Kante sich erstreckenden Zonen benötigt und daß anschließend ein Vergleich der gemessenen Zeiten t vorgenommen wird, der für den Zustand der Ebenheit des Bandes repräsentativ ist.
5. Verfahren nach Anspruch 4-, dadurch gekennzeichnet, daß die Erschütterung in allen Längszonen gleichzeitig erzeugt wird und daß die Differenzen der Zeiten miteinander ver-

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glichen v/erden, die sich bei der Ausbreitung der Erschütterung über die gleiche Länge in jeder Längszone ergeben.
6. "Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausbreitungsgeschviindigkeit c in jeder von mehreren in Längsrichtung des Bandes verlaufenden parallelen und über die Breite des Bandes von einer bis zur anderen Kante sich erstreckenden Zonen errechnet wird und daß anschließend ein Vergleich der errechneten Ausbreitungsgeschwindigkeiten c vorgenommen wird, der für den Zustand der Ebenheit des Bandes repräsentativ ist.
7. "Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Zugspannung (H in jeder von mehreren in Längsrichtung des Bandes verlaufenden parallelen und über die Breite des Bandes von einer bis zur anderen Kante sich erstreckenden Zonen errechnet wird und daß anschließend ein Vergleich der errechneten Zugspannungen vorgenommen wird, der für den Zustand der Ebenheit des Bandes repräsentativ ist.
8. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7» dadurch gekennzeichnet, daß in den in Längsrichtung des Bandes verlaufenden Zonen nacheinander eine Erschütterung erzeugt wird derart, daß die nächstfolgende Erschütterung erst hervorgerufen wird, wenn die vorhergehende Erschütterung praktisch vollständig abgeklungen ist.
9. Einrichtung zur Messung einer mechanischen Charakteristik in einem unter Zug stehenden Band mit Mitteln zur Erzeugung einer quergerichteten Erschütterung in dem Band, mit Mitteln zum Erfassen dieser Erschütterung, die geeignet sind, ein Signal aufgrund der Erfassung einer Erschütterung zu erzeugen, und mit einem elektrischen Kreis zur Aufnahme des Signals und zur Messung einer Charakteristik der Ausbreitung der Erschütterung, die mit dem

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Wert der in dem Band vorhandenen Zugbeanspruchung in Zusammenhang steht, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zum Erfassen der Erschütterung eine erste (6a, 6b) und eine zweite (6b) Detektorvorrichtung aufweisen, die in der Längsrichtung des Bandes (1) in einem vorgegebenen Abstand voneinander angeordnet sind und dazu dienen, nacheinander einen ersten und einen zweiten elektrischen Impuls zu erzeugen, wenn die Erschütterung in dem Band die geweilige Detektorvorrichtung erreicht hat, und daß der elektrische Kreis (14 bis 26) zur Messung der Zeiten zwischen den Impulsen dient.
10. Einrichtung nach Anspruch 9» dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zur Erzeugung einer Erschütterung in dem Band einen elektromagnetisch betätigten Hammer (5) enthalten, der sich aus einer Stange (7), die den eigentlichen Hammer bildet, und einer Spule (12) zusammen setzt, die dazu dient, die Stange (7) plötzlich zu bewegen und in Kontakt mit dem Band (1) zu bringen.
11. Einrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der elektromagnetisch betätigte Hammer (5) unterhalb des Bandes (1) angeordnet ist.
12. Einrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zum Erfassen der Erschütterung einen elektrischen Kreis (6a) aufweisen, der mit der Stange (7) in Verbindung steht und der im Moment der Kontaktberührung der Stange (7) mit dem Band (1) geschlossen wird.
13«, Einrichtung nach Anspruch 9» dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzeugung einer Erschütterung in dem Band eine elektropneumatische Vorrichtung (28) vorgesehen ist, die einen Speicherbehälter (29) aufweist, dessen Eingangsleitung an eine Druckluftquelle A über ein zwischenge-

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schaltetes Elektroventil (30) angeschlossen ist und dessen Ausgangsleitung in der Mähe des Bandes (1) endet, wobei in dieser Leitung ebenfalls ein Elektroventil (31) angeordnet ist, und daß mittels einer Entladung eine Erschütterung in dem Band (1) hervorgerufen wird.
14. Einrichtung nach Anspruch 9» dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzeugung einer Erschütterung in dem Band eine elektrohydraulisch^ Vorrichtung (32) vorgesehen ist, die einen Kraftspeicher (36) und einen Schieber (33) enthält, mittels dessen der Kraftspeicher (36) entweder mit einer Eingangsleitung (34) oder mit einer Ausgangsleitung (35) verbindbar ist, wobei die Eingangsleitung (34-) an eine Druckflüssigkeitsquelle angeschlossen ist und die Ausgangsleitung (35) an ihrem Ende eine Düse (37) aufweist, die sich in der Nähe des Bandes (1) befindet, so daß, nachdem der Kraftspeicher (36) aufgeladen worden ist, durch Umstellung des Schiebers (33) der aus der Düse (37) austretende Flüssigkeitsstrahl auf das Band auftritt und dadurch im Band (1) eine Erschütterung hervorruft.
15. Einrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß in der Ausgangsleitung (35) ein Klappenventil (38) angeordnet ist, welches sich öffnet, wenn der Druck in der Ausgangsleitung (35) einen vorgegebenen Wert überschreitet.
16. Einrichtung nach Anspruch I5» dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zum Erfassen der Erschütterung eine Druckmeßvorrichtung (39) aufweisen, die vor dem Klappenventil (38) an die Ausgangsleitung (35) angeschlossen ist und mit einem elektrischen Kreis (6a) in Verbindung steht, der nach Erfassung einer Druckwelle einen elektrischen Impuls liefert.
17. Einrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 16, da-

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durch gekennzeichnet, daß die Mittel zum Erfassen der Erschütterung (6a, 6b) wenigstens einen Wirbeistrom-Fühler aufweisen.
18. Einrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß der elektrische Meßkreis zwei parallele Kanäle enthält, an deren Eingänge (15 bzw. 19) die ersten (6a, 6b) und zweiten (6b) Detektionsvorrichtungen angeschlossen sind und deren Ausgänge an die beiden Eingänge eines NAHD Torkreises (1?) angeschlossen sind, wobei jeder Kanal eine Schwellwertstufe (14 bzw. 18) und einen Kippspeicher (16 bzw. 20) enthält und der Meßkreis so ausgebildet ist, daß am Ausgang des NAND Torkreises (17) ein Signal in Form eines Rechteckimpulses erzeugt wird, dessen Länge ein Maß für die Zeiten der Ausbreitung der Erschütterung zwischen den ersten und zweiten Detektorvorrichtungen ist, wenn die ersten und zweiten Impulse an die Eingänge (I5 bzw. 19) der Kanäle angelegt sind.
19. Einrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zur Erzeugung einer quergerichteten Erschütterung in dem Band und der entsprechende Meßkreis jeweils einer von mehreren in Längsrichtung des Bandes verlaufenden parallelen und über die Breite des Bandes von einer bis zur anderen Kante sich erstreckenden Zonen zugeordnet sind.
20. Einrichtung nach den Ansprüchen 18 und 19, dadurch gekennzeichnet, daß ein Verbindungs- und Verzdgerungskreis (27) vorgesehen ist, der mit den Mitteln zur Erzeugung einer Erschütterung (5, 28 ) und der zweiten Detektorvorrichtung (6b) verbunden ist, und der dazu dient, nacheinander die Erregung der Mittel zur Erzeugung einer Erschütterung zu steuern und der ferner dazu dient, zwischen zwei aufeinanderfolgenden Erregungen eine einzige Detektorvor-

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richtung (6b) in derjenigen Längszone zu steuern, in der zuletzt eine Erregung stattgefunden hat, so daß von dieser Vorrichtung ein Impuls an den Eingang (19) der zugehörigen Schwellwertstufe (18) angelegt wird.

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