DE6922747U - Vorrichtung zum messen der bandspannungsverteilung ueber der bandbreite beim kaltwalzen von metallband - Google Patents

Description

Dipl.-Ing. H. Sauenland ■ Dr.-Ing. R. König

Dlpl.-lng. Bergen

Patentanwälte · 4000 Düsseldorf · Cecilienallee 7s · Telefon 43273a

G 69 22 747.O 7. September 1970

============= Il/Sch/24 945

Gesellschaft zur Förderung der Eisenhüttentechnik m.b.H., 4000 Düsseldorf, Breite Straße 27

"Vorrichtung zum Messen der Bandspannungsverteilung über der Bandbreite beim Kaltwalzen von Metallband"

Beim Kaltwalzen von Metallband entstehen bekanntlich infolge örtlich ungleichmäßiger relativer Dickenabnahme und Streckung des Bandes Planheitsabweichungen, die sich bei Entlastung des Bandes in Bandwellen auswirken. Da die Bandwellen nicht sichtbar sind, solange das Band unter Zug steht, hat man vorgeschlagen, die Verteilung der Bandspannung über der Bandbreite während des Walzens zu messen und gemäß der gemessenen Verteilung das Walzwerk so zu beeinflussen, daß eine möglichst gleichförmige Bandspannungsverteilung erhalten wird und damit Planheitsabweichungen vermieden werden.

Zum Messen der Bandspannungsverteilung über der Bandbreite hat man eine Umlenkrolle vorgesehen, die gemäß einem noch nicht veröffentlichten Vorschlag aus einer Anzahl von in unbelastetem Zustand gleichachsigen Laufringen aufgebaut ist, von denen jeder auf einen Kraftmesser einwirkt. Hiervon geht die Erfindung aus.

Der Erfindung liegt unter anderem die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der vorbezeichneten Art so zu gestalten, daß benachbarte Laufringe nahezu ohne Spalt aneinanderlie-

692274717.12.70

gen, weil bei nennenswerten Spaltbreiten vor allem dünnes Band in din Spalt eingezogen und dadurch beschädigt wird. Diese Gefahr ist zwar bei relativ kleinem Umschlingungswinkel gering. Es ist jedoch erwünscht, mit möglichst großem Umschlingungswinkel zu arbeiten, damit Ungenauigkeiten beim Einbau der Umlenkrolle und Lageänderungen im Betrieb sich nicht nennenr ert auswirken können.

Der Erfindung liegt die weitere Aufgabe zugrunde, die Übertragung der von den Kraftmessern gelieferten elektrischen Meßwerte auf die zugehörige Auswertschaltung wesentlich zu vereinfachen. Diese Übertragung gestaltet sich bei bekannten Vorrichtungen kompliziert, weil dort die Kraftmesser an der Drehung der Laufringe teilnehmen. Dabei ist zu bedenken, daß jeder Kraftmesser in der Regel drei nichtgeerdete Zuleitungen benötigt. Die Erfindung zielt also darauf ab, die Vorrichtung so zu gestalten, daß die Kraftmesser die Drehung der Laufringe nicht mitmachen.

Bekannte Vorrichtungen der in Rede stehenden Art erfordern eine verhältnismäßig verwickelte elektronische Schaltung, weil die von den Kraftmessern gelieferten Meßwerte in Form von Pulsen auftreten, die kein unmittelbares Bild von der Bandspannungsverteilung geben, vielmehr in mehreren Schritten elektronisch umgewandelt werden müssen, damit der Mannschaft eine unmittelbar auswertbare Anzeige geliefert wird oder das Walzwerk ohne menschliche Mitwirkung automatisch durch die Meßwerte in dem eingangs angegebenen Sinne beeinflußt werden kann. Insoweit eine Vereinfachung zu schaffen und der elektronischen Schaltung kontinuierliche Meßwerte zu liefern, ist eine weitere Aufgabe, die mit der Erfindung gelöst werden soll.

Endlich zielt die Erfindung darauf ab, das vom Band beim Beschleunigen oder Verzögern zu überwindende Massenträg-

692274717.1170

lL

heitsmoment der Laufringe niedrig zu halten, um Schlupf möglichst zu vermeiden.

Zur Lösung aller dieser Aufgaben ist erfindungsgemäß Jeder Laufring auf einem undrehbaren Stützring gelagert, der seinerseits auf einer allen Ringen gemeinsamen, feststehenden Achse mittels eines Kraftmessers abgestützt ist, der in Umfangsrichtung so angeordnet ist, daß seine Empfindlichkeitsachse mindestens mit einer Komponente der vom umschlingenden Band auf den zugeordneten Laufring ausgeübten Kraft zusammenfällt. Dabei soll unter der Empfindlichkeitsachse des Kraftmessers diejenige Richtung verstanden werden, in der eine auf ihn ausgeübte Kraft einen maximalen Meßwert liefert.

Wird die Vorrichtung wie vorstehend erfindungsgemäß gebaut, so können die einzelnen Laufringe praktisch spaltfrei zueinander angeordnet werden. Man kann daher mit großem Umochlingungswinkel arbeiten. Da die Kraftmesser feststehen, genügen einfache, beispielsweise in der ruhenden Achse verlegte Leitungen zur Übertragung der Meßwerte auf die Auswertschaltung. Schließlich stehen die Kraftmesser ständig unter der Einwirkung der Längskräfte im Band und liefern an die Auswertschaltung daher Meßwerte, die sich kontinuierlich und proportional mit der auf jeden Kraftmesser einwirkenden Kraft ändern.

In der bevorzugten Ausführung der Erfindung ist jeder Stützring auf der dem Kraftmesser gegenüberliegenden Seite an der Achse radial geführt. Er folgt dann einwandfrei den kleinen Formänderungen, die am Kraftmesser in Abhängigkeit von der Kraft auftreten.

Hinsichtlich der Lagerung der Laufringe auf den Stützringen sieht die Erfindung zwei verschiedene Ausführungen vor.

Bei der einen Ausführung wird jeder Laufring vom Außenring und der zugeordnete Stützring vom Innenring eines Wälzlagers gebildet, insbesondere eines Nadellagers. Bei der zweiten Ausführung, die im Aufbau einfacher und billiger ausfällt, ist jeder Laufring auf Rollen gelagert, die ihrerseits auf dem zugeordneten Stützring drehbar sind.

Hinsichtlich der Anordnung der Kraftmesser am Umfang der Vorrichtung ist man verhältnismäßig frei, solange nur eine Komponente der zu messenden Kraft mit der Empfindlichkeitsachse des Kraftmessers zusammenfällt· Zur vollen Ausnutzung des Kraftmessers wird man jedoch die Anordnung so wählen, daß jeder Kraftmesser, radial gerechnet, gegenüber dem Scheitel des Bandumschlingungswinkels angeordnet ist·

Ist gemäß der obengenannten zweiten Ausführung jeder Laufring auf Rollen gelagert, die ihrerseits auf dem zugeordneten Stützring drehbar sind, dann kann es zur baulichen Vereinfachung dienen, die Kraftmesser zugleich als Lager für die Rollen auszubilden.

Bndlich entspricht es der bevorzugten Ausführung der Erfindung, die Stützringe radial justierbar zu machen, um zu erreichen, daß die Außenflächen der Laufringe sämtlich auf einer Zylinderfläche liegen.

Die Zeichnung veranschaulicht drei Ausführungsbeispiele· Es zeigen

Fig. 1 einen Querschnitt durch eine erfindungsgemäß gestaltete Umlenkrolle in einer ersten Ausführung im Schnitt nach Linie I-I in Fig. 2,

Fig. 2 einen Schnitt nach Linie II-II in Fig. 1,

E'ig. 3 eine der Fig. 1 entsprechende Darstellung einer

zweiten Ausführung im Schnitt nach Linie HI-III in Fig. 4,

Fig. 4 einen Schnitt nach Linie IV-IV in Fig. 3, Fig. 5 einen Schnitt nach Linie V-V in Fig. 3,

Fig. 6 eine der Fig. 1 entsprechende Darstellung einer dritten Ausführungsform im Schnitt nach Linie VI-VI in Fig. 7,

Fig. 7 einen Schnitt nach Linie VII-VII in Fig. 6 und Fig, 8 ein elektronisches Blockschaltbild.

Bei der Ausführung nach Fig. 1 und 2 bildet eine feststehende Achse 1, die an ihren Enden eingespannt sein kann, den Träger einer Anzahl dicht nebeneinanderliegender Nadellager mit Außenringen 2, Nadeln 3 und Innenringen 4. Gegen axiale Verschiebung werden die Nadellager durch den Außenring 5 je eines Kugellagers 6 an den beiden Enden der Vorrichtung gesichert. Je ein Spannring 7, der auf die Achse 1 geschraubt ist, sichert seinerseits das zugehörige Kugellager 6.

Die Außenringe 2 der Nadellager bilden die Laufringe im Sinne der eingangs gemachten Ausführungen. Sie werden also von dem in Fig. 1 erscheinenden Band 8 mitgenommen. Dagegen bilden die feststehenden Innenringe 4 die Stützringe im Sinne der einleitenden Ausführungen. Demgemäß sind die Stützringe 4 durch Kraftmesser 9 mit der Achse 1 verbunden. Jeder Kraftmesser besteht aus einer Gabel mit Schenkeln 10, an denen je zwei Dehnungsmeßstreifen 11 angebracht sind. Die inneren Enden der Gabel 9 sind durch radiale Bolzen 12 fest mit der Achse 1 verschraubt. Ihre äußeren Enden sind fest mit den Stützringen 4 verbunden. Hierzu dienen Exzenterbolzen 13 mit Muttern 14. Mittels der Exzenterbolzen können die Stützringe 4 und damit die Laufringe 2 radial

692274717.1Z70

t · · c it If ItV* If

nt·· iti ill

ei t ι ■ . : . ι ι « ·

• ·ι ti; t.vi ■ ι ι

• lit , i. III

I 1 I i . I . i

justiert werden, so daß sämtliche Außenflächen 15 der Laufringe 2 einen einzigen Kreiszylinder bilden.

Die Stützringe 4 haben gegenüber der Achse ein gewisses Spiel und sind daher durch Zapfen 16 gegen unerwünschte Bewegungen gesichert. Diese Zapfen 16 sind in Radialbohrungen 17 der Achse 1 frei verschiebbar.

Im Betrieb wirkt das über die Umlenkrolle laufende Band 8 auf jeden Laufring 2 mit einer Radialkraft F, die der örtlichen Bandzugkraft proportional ist. Die einzelnen Kräfte F werden über die Rollen 3 und die Stützringe 4 auf die zugeordneten Kraftmesser 9 übertragen, von denen jeder mittels der Dehnungsmeßstreifen 11 einen Meßwert liefert, welcher der örtlichen Bandzugkraft proportional ist oder jedenfalls entspricht. Dabei ist es von besonderer Bedeutung, daß vermöge des gewählten Aufbaus die auf jeden Kraftmesser wirkende Kraft gleich der zugehörigen Kraft F und unabhängig von etwaigem Spiel und etwaigen Spannungen im Nadellage, ist. Denn jedes aus Laufring 2, Nadeln 3 und Stützring 4 bestehende Gebilde stellt eine statische Einheit dar, auf die von außen ausschließlich die Kraft F und die ihr notwendigerweise gleiche und entgegengesetzte Reaktionskraft einwirkt, die vom Kraftmesser 9 ausgeübt wird.

Die Ausführung nach Fig. 1 und 2 ist wegen der Vielzahl von Nadellagern großen Durchmessers verhältnismäßig teuer. Eine einfachere und billigere, in der Wirkung jedoch völlig gleichwertige Ausführung ist in Fig. 3 bis 5 dargestellt. Bei dieser Ausführung wird jeder Stützring von zwei Scheiben 18 gebildet, die miteinander und mit dem äußeren Teil des zugehörigen Kraftmessers 9 verschraubt sind, wobei wieder Exzenterbolzen 13 mit Muttern 14 zwecks radialer Justierung vorgesehen sind» In der Verbindung der Kraftmesser 9 mit der Achse 1 durch Bolzen 12 und in der Führung

692274717.12.70

If Il

1 Il · · t

der StUtzringe 18 durch Zapfen 17 besteht Übereinstimmung mit Fig. 1 und 2.

Auf jedem Stützring 18 sind gemäß Fig. 3 und 5 drei Rollen 19 auf Zapfen 20 drehbar gelagert, wobei die Lagerung als Rollenlager ausgebildet sein kann. Die drei Rollen 19 bilden die Lager für Laufringe 21, ersetzen also die Nadeln in Fig. 1 und 2.

Die Ausführung nach Fig. 6 und 7 stimmt mit derjenigen nach Fig. 3 bis 5 nahezu überein. Während jedoch gemäß Fig. 3 bis 5 alle drei Rollen 19 am Umfang gegen den zugehörigen Kraftmesser 9 versetzt sind, fällt in Fig. 6 und 7 die eine Rolle 19a mit dem Kraftmesser 9 zusammen. Der Kraftmesser ist zu diesem Zweck als außen offene Gabel gestaltet, zwischen deren Schenkeln auf einem Exzenterbolzen 13 die Rolle 19a drehbar ist. In der Wirkung besteht wiederum kein Unterschied gegenüber den Ausführungen nach Fig. 1 und 2 sowie 3 bis 5.

Eine zur Auswertung der von den Kraftmessern 9 gelieferten Meßwerte geeignete Schaltung ist in Fig. 8 dargestellt. Dabei sind nur zwei Kraftmesser a und b gezeichnet, die aber eine Fortsetzung in einer Reihe weiterer Kraftmesser

c finden können. Die vier Dehnungsmeßstreifen eines

jeden Kraftmessers bilden jeweils eine Wheatstonesche Brükke 22. Um nicht jeder Brücke einen Trägerfrequenzverstärker zuordnen zu müssen, wird die Speisespannung eines handelsüblichen Trägerfrequenzverstärkers 23 in einer Leistungsstufe 24 so verstärkt, daß eine parallele Speisung einer beliebigen Anzahl von Brücken 22 möglich ist. Für jede Brücke ist eine Abgleicheinheit 25 zum Abgleich von Betrag und Phase vorgesehen. In dieser Einheit können auch die Empfindlichkeiten der einzelnen Meßelemente aneinander angepaßt werden.

692274717.1Z70

Il »τ t · r · « * - β ·■

I It II. «ff·· 4 Ψ ·

θ -

Mit Hilfe eines durch einen Taktgenerator 26 gesteuerten Ringzählers 27 werden zeitlich nacheinander die Meßdiagonalen der Brücken 22 über elektronische Schalter 28 auf eine Sammelleitung 29 geschaltet, welche ihrerseits mit

k- c"em Eingang des Verstärkers 23 verbunden ist. Die Abfrage

geschwindigkeit wird hauptsächlich durch die relativ nied-

Ϊ e Bandbreite des Trägerfrequenzverstärkers 23 begrenzt·

§ . Bei einer Trägerfrequenz von 5 kHz, wie sie die handels-

üblichen Verstärker dieser Art liefern, ergibt sich eine Zykluszeit von etwa 1 ms. Die Zeit für das Schreiben einer Verteilungskurve würde demnach beispielsweise bei 30 Kraftmessern 30 ms betragen.

Damit außer der Kurve, welche die Verteilung der Zugkraft darstellt, auch die die Verteilung der Zugspannung darstellende Kurve wiedergegeben und neben den Absolutwerten auch die Differenzwerte zum Mittelwert dargestellt werden können, werden die am Ausgang des Trägerfrequenzverstärkers 23 anfallenden Meßwerte in einer analogen Rechenschaltung 30 weiterverarbeitet. Die Meßwerte werden den Y-Platten einer Kathodenstrahlröhre einer Anzeigeneinheit 31 zugeführt und so in vertikaler Richtung sichtbar gemacht.

{ Um eine Verteilungskurve aufzeichnen zu können, muß der

<■ Elektronenstrahl entsprechend der Fortschaltung von Meß-

stelle zu Meßstelle in der Kathodenstrahlröhre jeweils um

eine bestimmte Strecke in der horizontalen X-Richtung weiter abgelenkt werden. Dies erfolgt mit Hilfe eines Treppenspannungsgenerators 32, der zeitsynchron vom Ringzähler j 27 gesteuert wird.

^; Zur Justierung und Eichung werden die Meßstellen durch

' Handfortschaltung des Taktgenerators 26 angewählt. Die

Meßstellennummer wird über eine numerische Meßstellenan- I zeige 33 kenntlich gemacht, die parallel zum Ringzählerausgang liegt.

692274717.1170

Claims (7)

Gesellschaft zur Förderung der Eisenhüttentechnik m.b.H., 4000 Düsseldorf, Breite Straße 27 Schutzansprüche;

1. Vorrichtung zum Messen der Bandspannungsverteilung über der Bandbreite beim Kaltwalzen von Metallband, bestehend aus einer Umlenkrolle, die aus einer Anzahl von in unbelastetem Zustand gleichachsigen Laufringen aufgebaut ist, von denen jeder auf einen Kraftmesser einwirkt, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Laufring (2, 21) auf einem undrehbaren S-Ützring (4, 18) gelagert ist, der seinerseits auf einer allen Ringen gemeinsamen, feststehenden Achse (1) mittels eines Kraftmessers (9) abgestützt ist, der in Umfangsrichtung so angeordnet ist, daß seine Empfindlichkeitjachse mindestens mit einer Komponente der vom Band (8) auf den zugeordneten Laufring ausgeübten Kraft zusammenfällt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Stützring (4, 18) auf der dem Kraftmesser (9) diametral gegenüberliegenden Seite an der Achse (1) radial geführt ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet . daß jeder Laufring (2) vom Außenring und der zugeordnete Stützring (4) vom Innenring eines Wälzlagers (2, 3, 4) gebildet wird.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2,dadurch gekennzeichnet, daß jeder Laufring (21) auf Rollen (19) gelagert ist, die ihrerseits auf dem zugeordneten Stützring (18) drehbar sind.

692274717.1Z7Q

t » · I · 4 «««« ψ ψ

III t «SI

- 10 -

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Kraftmesser (9), radial gesehen, gegenüber dem Scheitel des Umschlingungswinkels des Bandes (8) angeordnet sind.

6. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Kraftmesser (9) zugleich als Lager für eine Rolle (19a) der auf den Sttitzringen (18) gelagerten Rollen (19) ausgebildet ist.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Stützringe (4, 18) radial justierbar sind.

692274717.1270