DE9218981U1

DE9218981U1 - Umlenkmeßrolle

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Publication number: DE9218981U1
Application number: DE9218981U
Authority: DE
Original assignee: BETR FORSCH INST ANGEW FORSCH
Current assignee: BETR FORSCH INST ANGEW FORSCH
Priority date: 1992-10-30
Filing date: 1992-10-30
Publication date: 1996-11-28
Anticipated expiration: 2002-10-31

Description

Dr.-Ing. Reiman König ■

Wühelm-Tell-Str. 1 A 4&Ogr;&Xgr;1 &thgr; Düsseldorf Tel. OäV-f-03OSStT Patentanwälte

26. Juni 1996 41 440 K

Betriebsforschungsinstitut VDEh - Institut für

angewandte Forschung GmbH, Sohnstraße 65,

40237 Düsseldorf

"Umlenkmeßrolle"

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

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

So folgt aus der Deutschen Patentschrift 29 44 723 bei einer mittels Spannbolzen zusammengehaltenen, aus Ringen bestehenden Hohlwalze, daß die Meßergebnisse eine gerin-, gere Verfälschung infolge von Durchbiegungen der Meßrolle erfahren. Dies wird durch eine konstruktive Ausgestaltung der Umlenkmeßrolle erreicht, die aus einzelnen Scheiben mit differenziert aufgebauter Gestaltung zusam-

mengesetzt wird und somit eine konstruktiv optimale Anpassung an die in der Durchbiegungszone liegenden Bereiche erzielt und so zusätzlich eine Verbesserung des Widerstandes in den peripheren Zonen gegenüber Durchbiegungskräften erreicht. Obwohl die elastischen Deformationen der Biegebelastung nur gering sind, verfälschen sie jedoch noch die einzelnen Meßwerte. 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 Biegekraftrichtung gestreckt oder gestaucht und belasten somit den Kraftmeßgeber 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 deckeiförmigen Abdeckung besteht eine allseitige Verbindung zwischen Kraftmeßgeber und Meßrolle, bei der Verbindung mittels eines thermischen Schrumpfringes oder bei den verspannten Meßscheiben wird die Verbindung in Umfangsrichtung wirksam, wohingegen in axialer Richtung die Abdeckungen durch Spalte voneinander getrennt sind. Zusätzlich zu den ordnungsgemäß erhaltenen Meßwerten kommt es durch die zuvor benannten 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 Umfang 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 kommen Verformungen ebenfalls durch Biegebelastungen der Meßrolle zustande, wenn die auf die Rollen wirkenden Radialkräfte größer werden. Die in vielen Fällen angewendete Kompensationsschaltung erzielt bei dem eingangs behandelten Stand der Technik eine erforderliche 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 beseitigen.

Die Erfindung löst diese Aufgabenstellung durch die Vorschläge der Patentansprüche. 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, bewirken in ihrer Gesamtheit noch eine sehr deutliche Steigerung der Oberflächenqualität der gewalzten Stahlbleche.

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sowie vorteilhafte Ausführungsformen derselben werden anhand der sich auf Beispiele beziehenden Zeichnungen verdeutlicht.

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

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

Fig. Ib die . Einspannung des Kraftmeßgebers mittels einesSchrumpfringes;

Fig. Ic die Einspannung des Kraftmeßgebers mittels einer eingearbeiteten Membran;

Fig. 2 auf den Kraftmeßgeber einwirkende Kräfte; bei Einspannungen entsprechend Fig. la, Ib, Ic,

Fig. 3 eine erfindungsgemäße Anordnung der Kraftmeßgeber-Abdeckung 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 angearbeitetem 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 Kraftmeßgeber-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 Störsignale kompensiert werden müssen, wenn vertretbare Meßergebnisse benötigt werden. Die schon erwähnte Zusammenschaltung und Versetzung um 180° sind bekannte Mittel hierfür.

Bei der erfindungsgemäßen Ausführungsform der Kraftmeßgeber-Abdeckung nach Fig. .3 besteht ein allseitiger Spalt zwischen Kraftmeßgeber und dessen Abdeckung einerseits und dem Innern der Ausnehmung 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 Kraftmeßgeber und die Abdeckungen eine erhebliche Vereinfachung dadurch, daß diese kreisförmig ausgeführt werden.

Fig. 8 veranschaulicht eine einfache Meßwertableitung mittels einer 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 zentral durchsetzt. Die Ausführungsform nach Fig. 7 veranschaulicht ie 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 Aus führungs form nach Fig. 6 zeigt eine versenkte Durchgangsbohrung für den Kraftmeßgeber und eine nach außen verdeckte Gewindebohrung 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 angearbeitet. Die Verspannung

*1

erfolgt wie bei Fig. 6 über eine nicht dargestellte Schlüsselfläche an der Abdeckung.

Die Verteilung jeder einzelnen Meßstelle zeigt Fig. 4. Die Meßstellen 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 UmlenkmeßroIlen ist die genaue 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 Meßrollenausnehmung 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 1OO°C. Beim Abkühlen der Kraftmeßgeber-Abdeckung stellt sich sodann ein gleichmäßig konzentrischer Spalt ein.

Die Axialbohrungen 2 6 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

• · 18 981.4 12. Aug. 1996 Schut zansprüche:

1. UmIenkmeßrolle für die Ermittlung der Spannungsverteilung beim Walzen dünner Bänder, insbesondere beim Kaltwalzen dünnen Stahlblechs mit

- in Ausnehmungen (2) angeordneten Kraftmeßgebern (1), deren

- Abdeckungen (3) im Betriebszustand mit ihren Oberflächen (6,7) unmittelbar an der Oberfläche (9) des zu prüfenden Bandes (8) anliegen, und

- einem allseitigen Spalt (25) zwischen den Abdeckungen und dem Inneren der Ausnehmungen.

2. UmIenkmeßrolle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die äußere Beaufschlagungsfläche (6) der Abdeckung (3) eine mit der Meßrollenoberfläche (7) übereinstimmende Reliefausbildung aufweist, insbesondere durch Bearbeitung der jeweiligen Oberflächen gemeinsam mit dem Kraftmeßgeber (1).

3. Umlenkmeßrolle nach Anspruch 1 oder 2, 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.

4. Umlenkmeßrolle nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Kraftmeßgeber (1) und die ihn aufnehmenden Ausnehmungen (2) mit kreisrunden Querschnitten ausgeführt sind.

5. Umlenkmeßrolle nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Kraftmeßgeber (1) als Ring ausgebildet sind.

6. Umlenkmeßrolle nach den Ansprüchen 1 bis 5, 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.

7. Umlenkmeßrolle nach den Ansprüchen 1 bis 6, 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.

8. Umlenkmeßrolle nach den Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Abdeckung (3) in der Höhenlage einer ihn umgebenden Ringnut für die Aufnahme eines O-Ringes (16) eine Stufe (17) aufweist, die nach außen den Durchmesser der Abdeckung (3) vergrößert.

9. Umlenkmeßrolle nach den Ansprüchen 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Abdeckung (3) mit der Maßgabe ausgebildet wird, daß bei ihrer Erwärmung auf etwa 100 ⁰C bei einem Passungssitz zwischen 0,01

• ·

bis 0,05 mm eine Zentrierung in der Ausnehmung (2) erfolgt.

10. Umlenkmeß ro lie nach den Ansprüchen 1 bis 9, 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.

11. Umlenkmeßrolle nach den Ansprüchen 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß Schraubbolzen Verwendung finden, die den Kraftmeßgeber (1) zentral durchsetzen und ihn auf der Aufstandsfläche verspannen.

12. Umlenkmeßrolle nach den Ansprüchen 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß eine Meßwertzuleitung über einen vom Boden der Aufstandsfläche (13) ausgehenden Kanal herausgeführt ist, der in eine zentrale Längsbohrung der Meßrolle (4) mündet.

13. Umlenkmeßrolle nach den Ansprüchen 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß als Kraftmeßgeber (1) Piezo-Quarze Verwendung finden.

14. Umlenkmeßrolle nach den Ansprüchen 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß für die Meßleitungen (23) in der Meßrolle (4) Axialbohrungen bestehen.

15. Umlenkmeßrolle nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils mehrere Meßleitungen (23) zu

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einer Gruppe zusammengefaßt und einer Axialbohrung zugeordnet sind.

16. Umlenkmeßrolle nach den Ansprüchen 14 und 15, dadurch gekennzeichnet, daß die in axialen Bohrungen (2 6) bestehenden Kabelkanäle zur Aufnahme von in radialer Richtung von den Aufsetzflächen (13) der Ausnehmungen (2) ausgehenden abzweigenden Meßwertkabeln (20) ausgeführt sind.