DE4236657C2 - Umlenkmeßrolle - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Umlenkmeßrolle der im Ober­ begriff des Patentanspruchs 1 näher bezeichneten Art.

Eine derartige Umlenkmeßrolle ist in unterschiedlichen Ausführungen bekannt. Die Zielsetzung ist in der Regel die Verbesserung des Meß­ ergebnisses, welches für die Steuerung und Regelung im Bereich der Fertigwalzung wertvolle Aufschlüsse über die betrieblichen Abläufe vermittelt.

So folgt aus der DE 29 44 723 C2 bei einer mittels Spannbolzen zu­ sammengehaltenen, aus Ringen bestehenden Hohlwalze, daß die Meßer­ gebnisse eine geringere Verfälschung infolge von Durchbiegungen der Meßrolle erfahren. Dies wird durch eine konstruktive Ausgestaltung der Umlenkmeßrolle erreicht, die aus einzelnen Scheiben mit diffe­ renziert aufgebauter Gestaltung zusammengesetzt wird und somit eine konstruktiv optimale Anpassung an die in der Durchbiegungszone lie­ genden Bereiche erzielt und so zusätzlich eine Verbesserung des Wi­ derstandes in den peripheren Zonen gegenüber Durchbiegungskräften erreicht. Obwohl die elastischen Deformationen der Biegebelastung nur gering sind, verfälschen sie jedoch noch die einzelnen Meß­ werte. Der an sich kreisrunde Querschnitt der Umlenkmeßrolle tendiert bei Belastungsangriff zu einer "eiförmigen" Verformung, wobei der größere Radius an der Stelle der einwirkenden Biegekraft liegt. Die peripheren Zonen werden abschnittweise in Biegekraft­ richtung gestreckt oder gestaucht und belasten somit den Kraftmeß­ geber derart, daß über die Abdeckung der Meßgeber noch zusätzlich Kräfte und Momente auf den Kraftmeßgeber übertragen werden, die als störende Radialkräfte bekannt sind.

Die Abdeckung für die Kraftmeßgeber beeinflußt die Genauigkeit der Meßwerte in erheblichem Maße. Bei der deckelförmigen Abdeckung be­ steht eine allseitige Verbindung zwischen Kraftmeßgeber und Meß­ rolle, bei der Verbindung mittels eines thermischen Schrumpfringes oder bei den verspannten Meßscheiben wird die Verbindung in Um­ fangsrichtung wirksam, wohingegen in achsialer Richtung die Abdeckungen durch Spalte voneinander getrennt sind. Zusätzlich zu den ordnungsgemäß erhaltenen Meßwerten kommt es durch die zuvor be­ nannten Abdeckungen dazu, daß Kräfte und Momente zusätzlich auf die Meßgeber übertragen werden, wobei die Radialkräfte als Störkräfte auftreten. Letztere können auch sekundär bei Temperaturänderungen stören, wenn die Rollenoberfläche durch das Band aufgeheizt wird. Die Rollenoberfläche dehnt sich dann stärker auf als der Rollenkern, was zu Wärmedehnungen bzw. Spannungen und damit zu Störkräften an der Kraftmeßgeber-Abdeckung kommt. Störkräfte dieser Art lassen sich nur sehr aufwendig beheben, z. B. durch auf den Um­ fang verteilte Kraftmeßgeber mit positiven und negativen Kennlinien mit elektrischer Zusammenschaltung. Es können auch sogenannte Reset-Schaltungen verwendet werden, bei denen das Störsignal beim Überschreiten einer bestimmten Grenze auf Null gesetzt wird.

Neben den Verformungen der Meßrollen mit Temperaturänderungen kom­ men Verformungen ebenfalls durch Biegebelastungen der Meßrolle zu­ stande, wenn die auf die Rollen wirkenden Radialkräfte größer wer­ den. Die in vielen Fällen angewendete Kompensationsschaltung er­ zielt bei dem eingangs behandelten Stand der Technik eine erfor­ derliche Kompensation z. B. dadurch, daß um 180° zueinander peripher versetzte Kraftmeßgeber zusammengeschaltet werden, so daß von gleicher Biegemomentbelastung ausgegangen werden kann. Derartige Maßnahmen setzen einen erheblichen Investitionsaufwand voraus.

Vom einleitend bezeichneten Stand der Technik ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, die auftretenden Störkräfte und -momente nicht durch Steigerung des Aufwandes, sondern durch eine konstruktive Verbesserung der Meßrolle zu verringern bzw. zu be­ seitigen.

Die Erfindung löst diese Aufgabenstellung durch die Vorschläge des Patentanspruches 1. Die Merkmale der Erfindung, nämlich die Führung der Kraftmeßgeber unter der Einwirkung der Umlenkkraft und die Kraftübertragung auf die Kraftmeßgeber durch Belastung der sich gegenüberliegenden Stirnflächen, die wiederum eingespannt sind, be­ wirken in ihrer Gesamtheit noch eine sehr deutliche Steigerung der Oberflächenqualität der gewalzten Stahlbleche.

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sowie vorteilhafte Aus­ führungsformen derselben werden anhand der sich auf Beispiele be­ ziehenden Zeichnungen verdeutlicht.

Die Zeichnungen der Fig. 1 und 2 zeigen den bekannt gewesenen Stand der Technik während sich die Fig. 3 bis 9 auf erfindungs­ gemäße Merkmale beziehen. Demnach gelten für die Figuren die nach­ folgenden Bezeichnungen:

Fig. 1a die Kraftmeßgeber-Abdeckung mittels eines Deckels in bekannt gewesener Ausführung;

Fig. 1b die Einspannung des Kraftmeßgebers mittels eines Schrumpfringes;

Fig. 1c die Einspannung des Kraftmeßgebers mittels einer einge­ arbeiteten Membran;

Fig. 2 auf den Kraftmeßgeber einwirkende Kräfte; bei Ein­ spannungen entsprechend Fig. 1a, 1b, 1c;

Fig. 3 eine erfindungsgemäße Anordnung der Kraftmeßgeber-Ab­ deckung in der Meßrolle;

Fig. 4 Bohrungen in der Meßrolle zur erfindungsgemäßen Aufnahme der Meßgeber und der Abdeckungen;

Fig. 5 die Verbindung der Kraftmeßgeber und deren Abdeckungen gemäß der Erfindung mittels an die Abdeckung ange­ arbeitetem Bolzen;

Fig. 6 die Verbindung vom Kraftmeßgeber und seiner Abdeckung mittels Stehbolzen;

Fig. 7 die Verbindung des Kraftmeßgebers mit seiner Abdeckung mittels Schraubbolzen;

Fig. 8 einen Querschnitt durch die Meßrolle mit der Kraftmeß­ geber-Abdeckung entsprechend Fig. 7;

Fig. 9a und 9b Vorschläge der Erfindung für die Meßwertableitung.

Die Fig. 1 und 2 zeigen Entwicklungen, die für den Stand der Technik typisch geworden sind. Bei den Abdeckungen dieser Art führt eine Drehung der Meßrollen dazu, daß diese sinusförmigen Störsig­ nale kompensiert werden müssen, wenn vertretbare Meßergebnisse be­ nötigt werden. Die schon erwähnte Zusammenschaltung und Versetzung um 180° sind bekannte Mittel hierfür.

Bei der erfindungsgemäßen Ausführungsform der Kraftmeßgeber-Ab­ deckung nach Fig. 3 besteht ein allseitiger Spalt zwischen Kraft­ meßgeber und dessen Abdeckung einerseits und dem Innern der Aus­ nehmung 2 andererseits. Dieser genannte Spalt liegt zwischen 0,01 bis 0,05 mm. Es hat sich gezeigt, daß unter diesen Voraussetzungen bei der Spaltbreite keine Beschädigungen oder Markierungen auf der Oberfläche des über die Meßrolle laufenden Bandes bestehen. Nach den Fig. 4 und 5 erfahren die Meßrollenbohrungen, die Kraftmeß­ geber und die Abdeckungen eine erhebliche Vereinfachung dadurch, daß diese kreisförmig ausgeführt werden.

Fig. 8 veranschaulicht eine einfache Meßwertableitung mittels ei­ ner Meßkabelbohrung 20, die von der Aufstandsfläche 13 ausgehend in die Zentralbohrung 21 einmündet. Der Kraftmeßgeber ist ringförmig gestaltet und wird vom Walzenkopf 22 der Spannungsschraube 24 zen­ tral durchsetzt. Die Ausführungsform nach Fig. 7 veranschaulicht die Abdichtung der Kraftmeßgeber-Abdeckung gegen das Innere der Ausnehmung 2. Kennzeichnend ist, daß auf diese Weise ein besonders enger Spalt besteht, der die Abdichtung gegenüber der Ausnehmung 2 sichert.

Die Ausführungsform nach Fig. 6 zeigt eine versenkte Durchgangs­ bohrung für den Kraftmeßgeber und eine nach außen verdeckte Gewin­ debohrung in dessen Abdeckung. Dabei besteht die Möglichkeit, unter Einhaltung der Spaltweite von 0,01 und 0,05 mm die Abdeckung mit Hilfe einer nicht dargestellten Schlüsselfläche auf den zentral vorgesehenen Stehbolzen aufzuschrauben.

Bei der Ausführung nach Fig. 5 liegt die Kraftmeßgeber-Abdeckung mit ihrer stirnseitigen Fläche an der entsprechenden Stirnfläche des Kraftmeßgebers an. Das Spannmittel ist an die Abdeckung ange­ arbeitet. Die Verspannung erfolgt wie bei Fig. 6 über eine nicht dargestellte Schlüsselfläche an der Abdeckung.

Die Verteilung jeder einzelnen Meßstelle zeigt Fig. 4. Die Meß­ stellen sind nach Fig. 4 Zylinderbohrungen, von denen jeweils Radialbohrungen für die Ableitung der Meßkabel vorgesehen sind.

Fig. 3 zeigt die prinzipielle Ausgestaltung der Erfindung. Es kommt demnach entscheidend darauf an, daß ein Spalt 25 für die Bewegung der Kraftmeßgeber-Abdeckung gegenüber der Innenwand der Meßstellen-Bohrung besteht.

Für die Montage der erfindungsgemäßen Umlenkmeßrollen ist die ge­ naue Einstellung des Spaltmaßes zwischen dem Umfang der Abdeckung und der angrenzenden Innenwandung der Ausnehmungen mit 0,01 bis 0,05 mm möglichst genau einzuhalten. Hierfür sieht die Erfindung vor, daß die Kraftmeßgeber-Abdeckung vor dem Einbringen in die Meß­ rollenausnehmung erwärmt wird, so daß das Spaltmaß beim Spannen der Schraubbolzen nach beispielsweise Fig. 6 oder Fig. 7 annähernd den Wert 0 aufweist. Die Erwärmungstemperatur liegt dabei etwa bei 100°C. Beim Abkühlen der Kraftmeßgeber-Abdeckung stellt sich sodann ein gleichmäßig konzentrischer Spalt ein.

Die Axialbohrungen 26 für die Führung der Meßleitungen sind in Fig. 9 anschaulich dargestellt, so wie sie sich gemäß Fig. 9a zentriert zu den Ausnehmungen 2 und bei Fig. 9b exzentrisch zu den Ausnehmungen 2 ergeben. Es ist vorteilhaft, für die Meßleitung die Kombination von Radial- und Axialbohrungen für die Herstellung der Kabelkanäle zu verwenden.

Claims (20)

1. Umlenkmeßrolle für die Ermittlung der Sapnnungsverteilung beim Wal­ zen dünner Bänder (8), vor allem beim Kaltwalzen von dünnem Stahl­ blech, mit einer zylindrischen Meßrolle (4), in deren Umfang Meßstellen (5) derart angeordnet sind, daß sie den Spannungsverlauf des mit Meß­ stellen (5) versehenen Abschnittes der Meßrolle (4) anzeigen, dadurch gekennzeichnet, daß
die Meßrolle (4) sowie radial belastete Abdeckungen (3) von Kraftmeßgebern (1) im Betriebszustand mit ihren Oberflächen (6, 7) unmittelbar an der Oberfläche (9) des zu prüfenden Bandes (8) anliegen,
und die Abdeckungen (3) ohne Wandberührung ausschließlich in den Ausnehmungen (2) in bezug auf die Achse der Meßrolle (4) verschiebbar sind,
wobei die Abdeckungen (3) von der Umlenkkraft des Bandes (8) beaufschlagt sind, und die beiden einander gegenüberliegenden Stirnflächen (11, 12) der Kraftmeßgeber (1) belastet sind,
indem von beiden die eine (11) auf der Aufstandsfläche (13) der Ausnehmung (2) aufgespannt ist,
während die andere (12) der Beaufschlagung mit der Walzkraft über die Abdeckung (3) ausgesetzt ist.

2. Umlenkmeßrolle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abdeckungen (3) oder die Kraftmeßgeber (1) an der Innenwand (10) von den Ausnehmungen (2) geführt sind.

3. Umlenkmeßrolle nach den Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die äußere Beaufschlagungsfläche (6) der Abdeckung (3) eine mit der Meßrollenoberfläche (7) übereinstimmende Reliefausbil­ dungen aufweist.

4. Umlenkmeßrolle nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zur Führung der Abdeckung (3) für letztere die Form eines Stopfens vorgesehen ist.

5. Umlenkmeßrolle nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Werkstoffe für die Meßrolle (4) einerseits und für die Abdeckung (3) des darin angeordneten Kraftmeßgebers (1) andererseits unter dem Gesichtspunkt gleicher Festigkeit, gleicher Elastizität, gleichen Verschleißwiderstandes sowie gleicher Wärmeausdehnung ausgewählt wird.

6. Umlenkmeßrolle nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß durch eine Schlußbearbeitung der Meßrolle (4) gemein­ schaftlich mit den Kraftmeßgebern (1) die Bildung eines über­ einstimmenden Oberflächenreliefs bei beiden Oberflächen er­ zeugt ist.

7. Umlenkmeßrolle nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Kraftmeßgeber (1) und die sie aufnehmenden Aus­ nehmungen (2) mit kreisrunden Querschnitten ausgeführt sind.

8. Umlenkmeßrolle nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Kraftmeßgeber (1) als Ring ausgebildet sind.

9. Umlenkmeßrolle nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß zur Abdichtung der Kraftmeßgeber (1) in der Ausnehmung (2) deren Wandung eine umlaufende Nut (15) für die Aufnahme eines O-Ringes (16) besteht.

10. Umlenkmeßrolle nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß von den für die Führung vorgesehenen Teilen (10, 3) wenigstens ein Teil mit einer Passung von 0,01 bis 0,05 mm ausgebildet ist.

11. Umlenkmeßrolle nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Abdeckung (3) in der Höhenlage einer ihn umgebenden Ring­ nut (15) für die Aufnahme eines O-Ringes (16) eine Stufe (17) aufweist, die nach außen den Durchmesser der Abdeckung (3) vergrößert.

12. Umlenkmeßrolle nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Abdeckung (3) mit der Maßgabe ausgebildet wird, daß bei ihrer Erwärmung auf etwa 100°C bei einem Passungssitz zwischen 0,01 bis 0,05 mm eine Zentrierung in der Ausnehmung (2) erfolgt.

13. Umlenkmeßrolle nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Abdeckung (3) mittels eines zentralen Stehbolzens (19), der den ringförmigen Kraftmeßgeber (1) durchsetzt, wenigstens auf der Aufstandsfläche (13) der Ausnehmung (2) der Umlenkmeßrolle (4) verspannt ist.

14. Umlenkmeßrolle nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß Schraubbolzen Verwendung finden, die den Kraftmeßgeber (1) zentral durchsetzen und ihn auf der Aufstandsfläche ver­ spannen.

15. Umlenkmeßrolle nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß eine Meßwertzuleitung über einen vom Boden der Auf­ standsfläche (13) ausgehenden Kanal herausgeführt ist, der in eine zentrale Längsbohrung der Meßrolle (4) mündet.

16. Umlenkmeßrolle nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß als Kraftmeßgeber (1) Piezo-Quarze Verwendung finden.

17. Umlenkmeßrolle nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß für die Meßleitungen (23) in der Meßrolle (4) Axial­ bohrungen bestehen.

18. Umlenkmeßrolle nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils mehrere Meßleitungen (23) zu einer Gruppe zusammengefaßt und einer Axialbohrung (26) zugeordnet sind.

19. Umlenkmeßrolle nach den Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß die in axialen Bohrungen (26) bestehenden Kabelkanäle zur Aufnahme von in radialer Richtung von den Aufsetzflächen (13) der Ausnehmungen (2) ausgehenden abzweigenden Meßwert­ kabeln (20) ausgeführt sind.

20. Umlenkmeßrolle nach einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeich­ net, daß die äußere Beaufschlagungsfläche (6) der Abdeckung (3) durch Bearbeitung der jeweiligen Oberflächen gemeinsam mit dem Kraftmeßgeber (1) eine mit der Meßrollenoberfläche (7) übereinstim­ mende Reliefausbildung aufweist.