DE3326593C2 - - Google Patents
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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.
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