DE3326593C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Messung der Spannungsverteilung über die Breite von biegsamen Bändern gemäß der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 bezeichneten Art.

Eine derartige Vorrichtung ist nach der DE 29 44 723 A1 bekannt. Die bei diesen Umlenkmeßrollen zur Anwendung gelangenden Meßschei­ ben sind hiernach funktionell differenziert gestaltet, so daß es Bereiche der Meßscheiben gibt, die sich auf die Messung beziehen, und andererseits Bereiche bestehen, welche die Abstützung übernehmen.

Die Gestaltung führt einerseits zu zweiteiligen Scheiben, bei wel­ chen ein innerer, konzentrischer Teil die Abstützung übernimmt, während der äußere, periphere Teil für den Einbau der Kraftmeßgeber Anwendung findet, wobei im genannten äußeren peripheren Teil ein Kraftschluß in axialer Richtung nicht zustande kommt. Andererseits finden bei dieser Entwicklung auch einteilige Meßscheiben Anwendung, bei denen ebenfalls der äußere, periphere Teil vom axialen Kraft­ schluß ausgeschlossen ist und den Kraftmeßgeber aufnimmt. Während die erstgenannte Ausführungsform im Hinblick auf die einzuhaltenden Tole­ ranzen einen sehr hohen Fertigungsaufwand erforderlich macht, kann es bei der zweitgenannten Ausführungsform dazu kommen, daß der peri­ phere Bereich bei einer vorzunehmenden Härtung eine Verwerfung er­ fährt; wenngleich letztere, insbesondere bei gleichmäßiger thermi­ scher Belastung, sehr gering sein kann, führt sie dennoch zu Verfäl­ schungen der Meßergebnisse bzw. zu Beschädigungen der Bandoberfläche, da bereits im Bereich von µm liegende änderungen hierfür störend sind. Diese Änderungen lassen sich lediglich durch ein entsprechendes Nachschleifen beheben.

Bei beiden Ausführungsformen der Meßscheiben ist gemeinsam, daß nur ein verhältnismäßig kleiner, stützender Kerndurchmesser wirksam ist. Dies birgt die Gefahr der Rollendurchbiegung in sich. Die Trägheits­ momente sind entsprechend der Masseverteilung sehr groß, und schließlich lassen sich in den peripheren Zonen die den Kraftfluß unterbindenden Spalten mit der erforderlichen Präzision nur durch hohen Fertigungsaufwand genau einstellen.

Von diesem Stand der Technik ausgehend liegt der Erfindung die Auf­ gabe zugrunde, eine Umlenkmeßrolle für eine Vorrichtung der einlei­ tend beschriebenen Art dahingehend weiterzuentwickeln, daß die er­ wähnten Nachteile nicht mehr auftreten. Die Rollen sollen also einen großen tragenden Durchmesser aufweisen, wobei Durchbiegungen vermie­ den werden sollen, oder zumindest in ihrer Auswirkung auf die Meß­ ergebnisse bedeutungslos werden sollen. Weiterhin sollen die Meß­ scheiben zu einem möglichst kleinen Trägheitsmoment der Umlenkmeß­ rolle führen und sich mit geringerem Fertigungsaufwand herstellen lassen.

Diese Aufgabenstellung wird erfindungsgemäß nach dem Vorschlag des Kennzeichnungsteils des Patentanspruchs 1 gelöst, für welchen die Vorschläge der Unteransprüche 2 bis 13 vorteilhafte Weiterentwick­ lungen vorsehen.

Somit ist das Prinzip, die periphere Zone von einer tragenden bzw. stützenden Funktion auszuschließen, grundsätzlich aufgegeben worden, indem die periphere Zone der Meßscheibe mit nahezu geschlossenen Ringflächen ausgeführt wird, die der Verspannung der Scheiben gegeneinander dienen. Der Ausschluß des für die Aufnahme eines Kraft­ meßgebers ausgesparten Sektors von der Ringfläche läßt sich sehr leicht verwirklichen, denn es ist bereits ein nur geringer Abstand erforderlich, um den Kraftfluß zu unterbinden. Der genannte Sektor braucht demgemäß lediglich etwa fünf 100stel mm ge­ genüber der übrigen Ringfläche zurückgesetzt zu werden. Er ist wei­ ter für den Kraftmeßgeber ausgespart.

Gleichwohl führt dies nach einem weiteren Vorschlag der Erfindung nicht etwa zu einer Herabsetzung des Widerstandsmomentes, wenn der umfangsnahe Bereich der Meßscheibe in Nähe der Kraftmeßgeber mit größerer Masse als im übrigen Teil ausgeführt wird, wobei die Ring­ fläche eine konzentrische Form besitzt. Auf diese Weise wird eine größere Steifigkeit erreicht, so daß sich Biegespannungen weniger stark in Form von Deformationen der peripheren Zone auswirken können; eine demgemäße Verfälschung der Meßwerte wird vermieden.

In ihrer sodann folgenden, mittleren Zone sind die Meßscheiben zweck­ mäßig von herabgesetzter axialer Dicke, wohingegen die zentrale Zone wiederum verdickt sein kann, ohne daß es jedoch dort zu einer kraftschlüssigen Berührung der Meßscheiben kommt.

Man erreicht die vorgeschlagene Formgebung in besonders wirkungs­ voller Weise mit sehr geringem Fertigungsaufwand, wenn die mittlere Zone durch eine exzentrische Aussparung in ihrer Dicke verringert wird, im Anschluß an welche Aussparung die axiale Dicke zu den peripheren Ringflächen hin größer wird. Eine solche exzentrische Aussparung läßt sich als Dreharbeit ausführen, so daß die Herstel­ lungskosten gering bleiben.

Eine Zunahme der axialen Dicke kann auch, von der genannten Aus­ sparung ausgehend, zur zentralen Zone hin erfolgen. Dies ist beson­ ders dann von Vorteil, wenn die zentrale Zone noch im Hinblick auf eine Zentrierung Aufgaben zu erfüllen hat. Dies ist dann der Fall, wenn Meßscheiben mit konzentrischen Lochkreisen versehen sind, durch welche Zuganker geführt sind, so daß die zentrale Zone im übrigen leer bleibt. Die genannten Zuganker durchsetzen nämlich die im Aus­ sparungsbereich befindlichen Löcher mit Abstand, so daß sich eine Durchbiegung nicht auf die Meßscheiben auswirken kann. Mann kann dann zum Zwecke der Ausrichtung der Meßscheiben die zentralen Zonen derselben durch nachgiebige Zentrierringe miteinander verbinden.

Die Vorspannung läßt sich jedoch nicht nur mit mehreren Zugankern erzielen, sondern insbesondere mittels eines einzigen zentralen Zugankers, der beidendig Stirnscheiben beaufschlagt, die die Meß­ scheiben zusammenpressen. Die Stirnscheiben sind in diesem Falle für die Anlage einer Schraubenmutter oder dergleichen ausgebildet. Um bei der Fertigung nicht die gesamte Spannung mittels der Schrau­ benmutter aufbringen zu müssen, kann man Stirnscheiben dann leicht hydraulisch vorspannen und dann in gespanntem Zustand die Muttern nachstellen. Die Verwendung eines einzigen Zugankers hat den Vorteil, daß man ihn zugleich an seinen beiden Enden als Lagerzapfen ausbil­ den kann.

Daneben läßt sich mit dem Zuganker jedoch auch eine Zentrierung der Meßscheiben vornehmen, wobei jedoch darauf geachtet werden muß, daß die in den einzelnen Scheiben vorgesehenen Fassungen gegenüber dem Zuganker nachgiebig gehalten sind. Man kann also zwischen der zentralen Öffnung der Scheibe und dem Zuganker verformungsfähige Büchsen, beispielsweise aus Kunststoff, einsetzen. Eine andere Mög­ lichkeit besteht darin, den Zuganker nur punktuell zur Einwirkung gelangen zu lassen, indem von der Innenwand der Öffnung der Meßschei­ ben Vorsprünge ausgehen. Diese punktuellen Berührungen erfolgen dann mit hoher Kraft und gestatten es, daß elastische Verformungen aufge­ nommen werden.

Damit durch die Anordnung der Kraftmeßgeber innerhalb der Meßschei­ ben bei deren Zusammenschluß zur Umlenkmeßrolle keine einseitig "weiche" Zone in axialer Richtung entsteht, werden die Meßscheiben wie es an sich nach der DE 26 30 410 A1 bekannt ist, grundsätzlich gegeneinander versetzt. Dies geschieht zweckmäßig in der Weise, daß Kraftmeßgeber bei aufeinanderfolgenden Meßscheiben einander etwa diametral gegenüber liegen, ohne indes den Versetzungswinkel von 180° aufzuweisen.

Eine weitere Besonderheit während des Betriebes ergibt sich dadurch, daß es bei hohen Bandtemperaturen auch die Umlenkmeßrolle von Tem­ peraturänderungen nicht unbetroffen bleibt. Die hierdurch verursach­ ten Dehnungen der Umlenkmeßrolle verändern die Vorspannkräfte der in der Rolle befindlichen Kraftmeßgeber und führen notwendigerweise zu einem Driften der Meßsignale. Werden mehrere Kraftmeßgeber, wie es nach der schon erwähnten DE 26 30 410 A1 vorgeschlagen ist, parallel zueinander geschaltet, so läßt sich die Auswirkung des ge­ nannten Driftens bei Kraftmeßgebern mit Druckquarzen dadurch vermei­ den, daß die oberen und unteren Quarzscheiben jeweils aufeinander folgender Kraftmeßgeber einander entgegengesetzte Kennlinien auf­ weisen. In diesem Falle bedeutet die Aufeinanderfolge der Kraftmeß­ geber nicht, daß sie sich geometrisch in Nachbarstellung befinden. Vielmehr ist die Aufeinanderfolge in diesem Falle unter dem Gesichts­ punkt der Signalfolge bei der Umdrehung der Umlenkmeßrolle zu ver­ stehen.

Von einer nach der US-PS 39 02 363 vorgesehenen Umlenkmeßrolle ist es bekannt gewesen, die Meßscheiben in Form von Ringen auszu­ bilden, die exzentrisch um eine feststehende Nabe umlaufen. Diese Ringe tragen noch einen Mantel, der konzentrisch zu ihnen ist und die Anpaßkraft eines umzulenkenden Bandes auf mit der feststehenden Nabe verbundene Kraftmeßgeber überträgt. Dank der Exzentrizität las­ sen sich hierbei Lageabweichungen des zu untersuchenden Bandes aus­ gleichen, die sonst zu Verfälschungen der Meßwerte führen könnten.

Zur weiteren Veranschaulichung der Erfindung wird auf die sich auf Ausführungsbeispiele beziehenden Zeichnungen verwiesen. Darin zeigen:

Fig. 1 eine stirnseitige Ansicht auf eine Meßscheibe,

Fig. 2 einen Längsschnitt durch die neue Meßscheibe,

Fig. 3 die Anordnung mehrerer Meßscheiben gemäß den Fig. 1 und 2 bei einer Umlenk-Meßrolle,

Fig. 4 eine Umlenkmeßrolle mit abgewandelt gestalteten Meßschei­ ben,

Fig. 5 die schematische Darstellung von Kraftmeßgebern mit Quarz­ scheiben positiver und negativer Kennlinie und

Fig. 6 eine graphische Darstellung der erfindungsgemäßen Drift­ kompensation.

Bei der in Fig. 1 dargestellten Meßscheibe erkennt man die peri­ pheren Ringflächen 12, welche der Anpressung dienen. Der Sektor 11 ist etwas zurückgesetzt, wie man gleichfalls der Fig. 2 entnehmen kann. In diesem Sektor 11 befindet sich ein Kraftmeßgeber 10.

Der umfangsnahe Bereich 13 ist in Nähe des Kraftmeßgebers 10 von größerer Masse als im übrigen Teil der Meßscheibe. Zu diesem Zweck ist die mittlere Zone 14 exzentrisch ausgespart, so daß die axiale Dicke 15 in dieser mittleren Zone herabgesetzt ist. Die zentrale Zone 16 ist indes wiederum verdickt, jedoch bleibt sie hinter der axialen Dicke der peripheren Zone zurück.

Die Meßscheiben sind von exzentrischen Zugankern 27 durchsetzt, wel­ che in der mittleren Zone der Meßscheiben vorgesehene Öffnungen 28 mit Abstand durchdringen. Bei Fig. 3, die teilweise im Längsschnitt dargestellt ist, erkennt man einen dieser Zuganker 27. Die Zuganker 27 greifen an abweichend gestalteten Endscheiben 29 an und halten somit die gesamten Meßscheiben 18 zusammengepreßt.

Bei der in Fig. 4 dargestellten Ausführungsform besteht insofern eine Abweichung, als lediglich ein zentraler Zuganker 17 Anwendung findet. Dieser durchsetzt eine zentrale Öffnung der Meßscheiben 18 und beaufschlagt mittels Schraubmuttern 19 die Stirnscheiben 20. Fig. 4 zeigt die Anordnung auf lediglich einer Seite der Umlenk­ meßrolle , jedoch ist die Anordnung auf der anderen Seite derselben in gleicher Weise getroffen. Der zentrale Zuganker 17 findet seinen Fortsatz im Lagerzapfen 21. Der genannte Zuganker kann mit den er­ wähnten Einschränkungen gleichfalls für Zwecke der Zentrierung ver­ wendet werden. Letztere läßt sich auch verwirklichen, wenn gemäß Fig. 3 Zentrierringe 22 vorgesehen sind, welche die einzelnen Meß­ scheiben in Bezug zueinander ausrichten. Hierbei ist jedoch wich­ tig, daß die Zentrierringe 22 aus einem weichen Material, beispiels­ weise aus einem Kunststoff, bestehen, weil eine Kraftübertragung durch letztere ausgeschlossen bleiben soll.

Die Kraftmeßgeber 10 sind, wie schon erwähnt, mit Druckquarzen 24 ausgeführt, wie aus Fig. 5 schematisch erkennbar ist. Diese Druck­ quarze bestehen jeweils aus oberen Quarzscheiben 25 bzw. 25′ sowie aus unteren Quarzscheiben 26 bzw. 26′. Im oberen Teilbild sind die genannten Quarzscheiben so angeordnet, daß sich eine positive Kenn­ linie bei Druckbelastung in Richtung der vertikalen Pfeile ergibt. Demgegenüber sind die Quarzscheiben im unteren Teilbild der Fig. 5 in umgekehrter Weise angeordnet, so daß in diesem Falle eine ne­ gative Kennlinie entsteht. Diese Anordnung wird, wie schon beschrie­ ben, dabei für in der Umdrehung aufeinander folgende Kraftmeßgeber ge­ schaffen. Somit lassen sich Meßwertverfälschungen durch ein Driften vermeiden. An sich ist es möglich, die Kraftmeßgeber bezüglich ihres Signals durch ein elektronisches Glied im Meßverstärker beim Überschrei­ ten einer vorgegebenen Spannung infolge Driftens auf Null zurückzu­ setzen. Dies bedeutet aber, daß zumindest bei einer derartigen Um­ drehung die angefallenen Meßwerte zu verwerfen sind, weil die Null­ setzung einen nicht vorhandenen Meßzustand vortäuschen würde. Durch die abwechselnde Anordnung von Kraftmeßgebern mit positiver und ne­ gativer Kennlinie, deren Wirkungsbereich zweckmäßig eine teilweise Überdeckung aufweist, wird bezüglich des Meßsignals U die Drift­ störung behoben. Fig. 6 zeigt diesen Verhalt schematisch. Man er­ kennt im oberen Teilbild in vertikaler Richtung die Abwicklung der Umlenkmeßrolle zwischen einem Anfangswinkel von 0° bis zu einem halben Umdrehungswinkel von 180°. Es folgen hierbei jeweils Kraft­ meßgeber mit positiver Kennlinie P auf Kraftmeßgeber mit negativer Kennlinie N. Im Verlaufe der vorerwähnten Abwicklung kommt man zu einem Verlauf der Einzelsignale, wie sie im mittleren Teilbild der Fig. 6 als Amplitudenwerte dargestellt sind. Die störende Drift ist im mittleren Teilbild ebenfalls wiedergegeben, und zwar als eine zu­ nehmende Abweichung der Lage der Abszisse von der Null-Linie bei fortschreitender Drehung. Dies würde mit zunehmender Abweichung zu Meßsignalen führen, die entsprechend zu hoch liegen. Bei der vorgenommenen Prallelschaltung der Kraftmeßgeber kommt man je­ doch anstatt der im mittleren Teil der Fig. 6 dargestellten Ein­ zelsignale zu einem einzigen Signalverlauf, wie er im unteren Teil­ bild der Fig. 6 dargestellt ist. Hierbei sind die Amplitudenwerte U₁, U₂, U₃ und U₄ von der Verfälschung durch die Drift nicht mehr betroffen. Die teilweise Überdeckung der genannten Signale führt lediglich dazu, daß die Flanken der Signalverläufe wegen der vorge­ nommenen Additionen im Überdeckungsbereich steiler als außerhalb desselben sind. Somit erhält man ein Summensignal, wie es dem tat­ sächlichen Belastungsfall entspricht, ohne daß Signalverluste ent­ stehen können.

Claims (13)

1. Vorrichtung zur Messung der Spannungsverteilung über die Breite von biegsamen, sich in ihrer Längsrichtung bewegenden Bändern, vor allem von Stahlbändern beim Kaltwalzen, bestehend aus einer Umlenkmeßrolle, die aus nebeneinander gelagerten, mit dem unter Spannung umgelenkten Band mitlaufenden, zueinander in unverdrehbarer Stellung gehaltenen Abschnitten in Form von gegeneinander ange­ preßten Scheiben besteht, von denen wenigstens einige mit fest in sie einge­ setzten Kraftmeßgebern versehen sind, und die mittels Zuganker über Stirnschei­ ben gegeneinander verspannt sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßscheiben (18) mit peripheren, bis auf für die Aufnahme der Kraftmeßgeber (10) ausgespar­ ten Sektoren (11) geschlossenen Ringflächen (12) ausgeführt sind, die ausschließ­ lich die Anpressung der Meßscheiben (18) gegeneinander übernehmen.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die umfangsnahen Be­ reiche (13) in Nähe der Kraftmeßgeber (10) mit größerer Masse als im übrigen Teil ausgeführt sind, während die Ringflächen eine konzentrische Form haben.

3. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Meß­ scheiben (18) in ihren mittleren Zonen (14) von herabgesetzter, axialer Dicke (15) sind, während ihre zentralen Zonen (16) verdickt sind, ohne sich jedoch zu berühren.

4. Vorrichtung nach den Ansprüchen 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß die mittleren Zonen (14) durch beidseitige, exzentrische Aussparungen in ihrer Dicke verringert sind, im Anschluß an welche Aussparungen die axiale Dicke (15) zur peripheren Ringfläche (12) hin größer ist.

5. Vorrichtung nach den Ansprüchen 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß die axiale Dicke auch zu der zentralen Zone (16) hin größer ist.

6. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß zur Herstellung der Verspannung ein einziger zentraler Zuganker (17) vorgesehen ist, der je eine für die Anlage einer Schraubmutter (19) oder dergleichen ausgebildete Stirnscheibe (20) beaufschlagt.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Zuganker (17) zugleich als Lagerzapfen (21) der Umlenkmeßrolle ausgeführt ist.

8. Vorrichtung nach den Ansprüchen 6 und 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Zuganker (17) die Meßscheiben (18), letztere zentrierend, durch­ setzt, wobei er gegenüber in den Meßscheiben (18) vorgesehenen, zentralen Fassungen nachgiebig gehalten ist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der zentralen Öffnung (22) der Meßscheibe (18) und dem Zuganker (17) eine verformbare Büchse eingesetzt ist.

10. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß eine Berührung zwischen dem Zuganker (17) und der Meßscheibe (18) punktuell besteht, indem die Innenwand der Öffnung der Meßscheibe (18) Vorsprünge auf­ weist.

11. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die zentralen Zonen (16) der Meßscheiben (18) durch nachgiebige Zen­ trierringe (22) miteinander verbunden sind, wobei die Meßscheiben (18) aufeinander ausgerichtet sind.

12. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen Meßscheiben (18) der Umlenkmeßrolle radial gegeneinander mit der Maßgabe versetzt sind, daß die Kraftmeßgeber (10) bei aufein­ anderfolgenden Meßscheiben (18) einander etwa diametral gegenüberliegen, ohne dabei einen Versetzungswinkel von 180° aufzuweisen.

13. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß bei Ausführung der Kraftmeßgeber mit Druckquarzen (24) und Parallelschaltung derselben die oberen und unteren Quarzscheiben (25, 25′; 26, 26′) aufein­ anderfolgender Kraftmeßgeber (10) derart vertauscht sind, daß die Kraft­ meßgeber einander elektrisch entgegengesetzte Kennlinien aufweisen.