EP0646424A1 - Walzdornüberwachung für Kaltpilgerwalzwerke - Google Patents
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- B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
- B21B—ROLLING OF METAL
- B21B21/00—Pilgrim-step tube-rolling, i.e. pilger mills
- B21B21/005—Pilgrim-step tube-rolling, i.e. pilger mills with reciprocating stand, e.g. driving the stand
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- B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
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- B21B33/00—Safety devices not otherwise provided for; Breaker blocks; Devices for freeing jammed rolls for handling cobbles; Overload safety devices
Definitions
- the invention relates to a mandrel monitoring system for cold pilger rolling mills with a coil arranged around the outlet side behind the rolling mill and concentrically encompassing the rolled tube for detecting the longitudinal movement of a coil core fastened within the tube to a rod extending coaxially to the tube between mandrel and coil, and devices for processing the detected movement of the core in the coil to a signal by means of which the rolling mill can be stopped.
- a metal tube blank is gradually drawn over a conical mandrel and formed into a tube with a smaller outside diameter and a smaller wall thickness.
- the mandrel is held in position by a mandrel bar, the mandrel bar itself is held in a mandrel bar abutment.
- the rolling mandrel is subjected to very high loads due to the rolling force and the friction of the rolling stock and often breaks through at any point. The broken part then moves on in the rolling direction with the pipe.
- the break may not be noticed at all and the pipe or even several pipes are rolled into scrap. It may also happen that the rolling mandrels themselves are rolled out if the rolling force is too high and the tube material is high-strength, in which case the rolling mandrels become thinner and the tube wall lies outside the permissible tolerance. In all cases, this leads to downtimes of the rolling mill and undesirable costs.
- Rolling mandrel monitoring of the type described in the introduction is known, for example, from DE-OS 25 48 379. There, a rod is screwed onto the outlet-side part of the mandrel, which carries a magnetic core at its free end. If the mandrel breaks, the magnetic core moves under a coil that surrounds the tube and is recognized by the coil. The generated interference signal is used to shut down the rolling mill.
- a disadvantage of the known device is that the magnetic core has to travel a certain distance under the coil before it is activated. This means that valuable time passes and the machine may be stopped too late.
- the aim of the present invention is to improve the spine breakage protection known from DE-OS 25 48 379 in such a way that the rolling mill can also be stopped more quickly with shorter response times it is possible to identify malfunctions on the mandrel before damage to the rolling mill and larger quantities of the rolled tube occur.
- the rod is connected concentrically through the mandrel with the mandrel holding the mandrel and is designed in the region of the mandrel as a pull rod which can be preloaded against the outlet-side end face of the mandrel with the interposition of a force accumulator.
- the mandrel rod is designed and tensioned as a pull rod within the bore.
- the pull rod tears before or at the same time as the mandrel breaks, the intermediate energy accumulator throwing the separated part of the pull rod together with the coil core into the area of the coil, where it causes an immediate switch-off signal. If the pre-tension is set accordingly, the tearing of the pull rod can also give a signal to switch off the rolling mill before the mandrel is broken. The fact is used that the mandrel lengthens before tearing.
- the pull rod is provided with a predetermined breaking point.
- This predetermined breaking point enables a more precise setting of the tearing force and thus enables a better setting of the rolling mandrel monitoring to indicate the damage event.
- the energy accumulator is a compression spring which is arranged in a sleeve encompassing the rod, the position of which relative to the rod can be fixed on a threaded part of the rod by rotating the sleeve. Call this way, the tension of the tie rod is infinitely variable and thus the shutdown force of the rolling mill adjustable.
- the pull rod is rotatably guided in a socket which can be screwed on the end face into the outlet end of the mandrel and which forms the abutment for the compression spring and the sleeve with its free end face.
- the switch-off force can be adjusted even more precisely by tearing the pull rod; it is also possible to set a game in the area of which the bar can move without tearing. As a result, the shutdown point of the rolling mill can be delayed as desired and adapted to the desired needs.
- the pull rod on the side of the predetermined breaking point facing away from the mandrel rod is provided with a collar whose diameter is larger than the inside diameter of the bushing guiding the pull rod.
- This solution limits the path of the tension rod in the pipe, which is cut off at the predetermined breaking point, for safety; the torn off part of the pull rod then only moves forward until the collar on the bush comes to a stop.
- the corresponding path is dimensioned such that the core remains in the area of the coil when the collar is applied to the socket.
- the setting of the safety device is made so that the tearing of the tie rod then occurs when the mandrel has extended unacceptably before it breaks, the position of the core in the coil can produce a permanent signal which is recognized as an indication of the mandrel extension.
- the pull rod has a square or hexagonal cross section over most of its length. With this measure, the broken pull rod can be unscrewed from the mandrel rod with a socket wrench, without the rolling mandrel having to be unscrewed.
- the position of the core is adjustable in the longitudinal direction of the rod.
- the drawing shows a cross section through a tube blank 1 and the mandrel monitoring according to the invention, 2 being the mandrel which is screwed to the mandrel rod 3 at its inlet end.
- the rollers are indicated at 4 and roll back and forth during rolling over the mandrel 2 and form the tube blank 1 into a tube 5.
- the tie rod 6 according to the invention is screwed from a brittle material on the face side into the mandrel rod 3 and has a predetermined breaking point at 7.
- the pull rod 6 slides in a bushing 8, which is screwed on the end face into the outlet-side part of the rolling mandrel 2 and is provided with a four or six-sided bore corresponding to the outer circumference of the pull rod. As a result, the pull rod 6 is secured against twisting and cannot come loose from the threaded connection 10 with the mandrel rod 3.
- a sleeve 12 is screwed, which is countered by a nut 13.
- the sleeve 12 is pressed away from the rolling mandrel 12 by the helical spring 14.
- the core 15, which is also countered with a nut 16, is screwed onto the same threaded piece 11 in the extension of the pull rod.
- the coil 17, encompassing the tube 5, is arranged at the closest possible distance to the core.
- a collar is applied at 18 on the pull rod 6, the outer circumference of which is larger than the inner diameter of the bushing 8.
- the threaded pin 10 of the pull rod 6 is first screwed into the threaded hole of the mandrel rod 3 by approximately one turn.
- the bushing 8 is then pushed over the hexagon 9, screwed into the rolling mandrel and tightened.
- the pull rod 6 is loosely screwed into the thread of the mandrel rod 3.
- the sleeve 12 is screwed on as far as it will go and locked with the nut 16.
- the sleeve 12 it is possible to set a preselected game. For this purpose, the sleeve 12 is not screwed on as far as it will go, but less by the amount of play. This allows the rolling mandrel 2 to lengthen by a certain amount before the fuse responds.
- the core 15 is screwed onto the thread 11 and fixed in the corresponding position to the coil 17 by locking the nut 16.
- the pull rod 6 tears at the predetermined breaking point 7.
- the rest of the pull rod 6 with the screwed-on core 15 is thrown away from the mandrel rod 2 by the prestressed compression spring 14 through the coil 17, where a signal to stop the machine is triggered.
- the core 15 is so long that it has sufficient contact time with the coil 17. If only an inadmissible elongation of the mandrel 2 occurs, the pull rod 6 tears with a corresponding setting of the device before the break of the mandrel 2, the outlet-side piece of the pull rod 6 being thrown out under the action of the compression spring 14, as described above, namely until the collar 18 comes to rest on the face of the socket 8.
- the core 15 comes to a standstill within the coil 17 and emits a continuous signal from which the operator can see that the mandrel has not been broken, but is inadmissibly elongated. Since this elongation is accompanied by pipe wall thicknesses outside the tolerance, the machine is stopped immediately and the appropriate measures are initiated.
- the pin break protection would also give a fault message if it is ensured that the feeder rod has not previously been unscrewed from the pin rod. It is therefore advisable to provide the pull rod and mandrel rod with opposing threads. The pull rod would then be screwed down by the rotation of the mandrel and break in time.
- the remaining piece of the pull rod 6 remaining in the mandrel 2 can be screwed out of the end face of the mandrel rod 3 with the aid of a socket wrench, without the rolling mandrel itself having to be unscrewed.
- the rolling mandrel monitoring according to the invention is characterized by extremely short response times which result from the favorable adjustability in connection with the interposition of the compression spring. Mandrel elongations can also be detected in a favorable manner with the device according to the invention before the mandrel itself is broken.
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Abstract
Description
- Die Erfindung betrifft eine Walzdornüberwachung für Kaltpilgerwalzwerke mit einer auslaufseitig hinter dem Walzwerk angeordneten, das gewalzte Rohr konzentrisch umgreifenden Spule zum Erfassen der Längsbewegung eines innerhalb des Rohres an einer sich zwischen Dorn und Spule koaxial zum Rohr erstreckenden Stange befestigten Spulenkerns sowie Einrichtungen zum Verarbeiten der erfaßten Bewegung des Kerns in der Spule zu einem Signal, über das das Walzwerk stillsetzbar ist.
- Beim Kaltpilgerwalzverfahren wird bekanntlich eine metallene Rohrluppe schrittweise über einen konischen Walzdorn abgestreckt und in ein Rohr mit kleinerem Außendurchmesser und kleinerer Wanddicke umgeformt. Der Walzdorn wird dabei von einer Dornstange in seiner Position gehalten, die Dornstange selbst wird in einem Dornstangenwiderlager festgehalten. Der Walzdorn wird durch die Walzkraft und die Reibung des Walzgutes sehr hoch beansprucht und bricht häufig an beliebigen Stellen durch. Der abgebrochene Teil wandert dann in Walzrichtung mit dem Rohr weiter.
- Dies kann zu einer Beschädigung des Walzwerkes führen, insbesondere dann, wenn der dicke Teil des Walzdornes in die kleinere Glättwalzkaliberöffnung wandert. Dadurch können die Walzen auseinandergesprengt werden und zu Bruch gehen.
- Bricht der Walzdorn in seinem dünnen Teil, nämlich im Glättkaliber, so wird der Bruch unter Umständen gar nicht bemerkt und das Rohr oder sogar mehrere Rohre werden zu Schrott gewalzt. Es kann auch geschehen, daß die Walzdorne bei zu hoher Walzkraft und hochfestem Rohrmaterial selbst ausgewalzt werden, in diesem Fall werden die Walzdorne dünner und die Rohrwand liegt außerhalb der zulässigen Toleranz. In allen Fällen führt dies zu Stillständen der Walzanlage und unerwünschten Kosten.
- Eine Walzdornüberwachung der eingangs beschriebenen Art ist beispielsweise aus der DE-OS 25 48 379 bekannt. Dort wird am auslaufseitigen Teil des Dornes eine Stange eingeschraubt, die an ihrem freien Ende einen Magnetkern trägt. Bricht der Dorn, so wandert der Magnetkern unter eine Spule, die das Rohr umschließt und wird von der Spule erkannt. Das dabei erzeugte Störsignal wird dazu verwendet, das Walzwerk stillzusetzen.
- Nachteilig bei der bekannten Vorrichtung ist es, daß der Magnetkern erst eine bestimmte Strecke unter der Spule zurücklegen muß, ehe diese aktiviert wird. Dadurch vergeht wertvolle Zeit und die Maschine wird unter Umständen zu spät stillgesetzt.
- Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, die aus der DE-OS 25 48 379 bekannte Dornbruchsicherung so zu verbessern, daß bei kürzeren Ansprechzeiten ein schnelleres Stillsetzen des Walzwerkes ebenso möglich ist, wie Störungen am Dorn zu erkennen, bevor Beschädigungen des Walzwerkes und größerer Mengen des gewalzten Rohres auftreten.
- Zur Lösung der Aufgabe wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß die Stange den Dorn konzentrisch durchgreifend mit der den Dorn haltenden Dornstange verbunden ist und im Bereich des Dornes als Zugstange ausgebildet ist, die unter Zwischenschaltung eines Kraftspeichers gegen die auslaufseitige Stirnseite des Dornes vorspannbar ist.
- In Abkehr von der Lehre des Standes der Technik, die Stange stirnseitig in den Dorn einzusetzen, wird diese jetzt durch eine Längsbohrung des Dornes hindurchgeführt und an der Dornstange dort befestigt, wo auch der Dorn aufgeschraubt ist. Im gesamten Bereich des Dornes, d. h. innerhalb der Bohrung wird die Dornstange als Zugstange ausgebildet und vorgespannt. Je nach Größe der gewählten Vorspannung zerreißt die Zugstange vor oder gleichzeitig mit dem Brechen des Dornes, wobei der zwischengeschaltete Kraftspeicher den abgetrennten Teil der Zugstange zusammen mit dem Spulenkern in den Bereich der Spule schleudert und dort ein unmittelbares Abschaltsignal bewirkt. Bei entsprechender Einstellung der Vorspannung kann das Zerreißen der Zugstange auch schon ein Signal zum Abschalten des Walzwerkes geben, bevor der Dorn gebrochen ist. Dabei wird die Tatsache benutzt, daß der Dorn vor dem Zerreißen sich längt.
- In einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, daß die Zugstange mit einer Sollbruchstelle versehen ist. Diese Sollbruchstelle ermöglicht eine genauere Einstellung der Zerreißkraft und ermöglicht dadurch eine bessere Einstellung der Walzdornüberwachung zur Anzeige des Schadenfalls.
- Vorzugsweise ist nach einem anderen Merkmal der Erfindung vorgesehen, die Vorspannung des Kraftspeichers einzustellen.
- Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung ist es vorgesehen, daß der Kraftspeicher eine Druckfeder ist, die in einer die Stange umgreifenden Hülse angeordnet ist, deren Lage gegenüber der Stange durch Verdrehen der Hülse auf einem Gewindeteil der Stange festlegbar ist. Ruf diese Weise ist die Vorspannung der Zugstange stufenlos veränderbar und damit die Abschaltkraft des Walzwerkes einstellbar. Vorzugsweise wird nach einem anderen Merkmal der Erfindung die Zugstange in einer stirnseitig in das auslaufseitige Ende des Dornes einschraubbaren Buchse drehfest geführt, die mit ihrer freien Stirnseite das Widerlager für die Druckfeder und die Hülse bildet. Durch Einstellen der Buchse und der Hülse kann die Abschaltkraft durch Zerreißen der Zugstange noch genauer eingestellt werden; auch ist es möglich, ein Spiel einzustellen, in dessen Bereich sich die Stange bewegen kann, ohne zu zerreißen. Dadurch läßt sich der Abschaltpunkt des Walzwerks beliebig verzögern und den gewünschten Bedürfnissen anpassen.
- In einer günstigen Weiterbildung ist vorgesehen, daß die Zugstange auf der der Dornstange abgewandten Seite der Sollbruchstelle mit einem Bund versehen ist, dessen Durchmesser größer als der Innendurchmesser der die Zugstange führenden Buchse ist. Durch diese Lösung wird der Weg des an der Sollbruchstelle abgetrennten Zugstabes im Rohr zur Sicherheit begrenzt; der abgerissene Teil der Zugstange schnellt dann nur so weit vor, bis der Bund an der Buchse zum Anschlag kommt. Der entsprechende Weg wird so bemessen, daß beim Anlegen des Bundes an die Buchse der Kern im Bereich der Spule stehenbleibt. Wird die Einstellung der Sicherungseinrichtung so vorgenommen, daß das Zerreißen der Zugstange dann eintritt, wenn sich der Dorn unzulässig verlängert hat, bevor er bricht, so kann die Lage des Kerns in der Spule ein Dauersignal hervorrufen, welches als Indiz für die Dornverlängerung erkannt wird.
- In einer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß die Zugstange über den überwiegenden Teil ihrer Länge im Querschnitt vier- oder sechskantig ausgebildet ist. Mit einem Steckschlüssel kann durch diese Maßnahme der abgebrochene Zugstab aus der Dornstange herausgeschraubt werden, ohne daß der Walzdorn abgeschraubt werden muß.
- Zur genauen Einstellung des von der Spule abgegebenen Signals ist schließlich vorgesehen, die Lage des Kerns in Längsrichtung der Stange einstellbar zu gestalten.
- Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird nachfolgend beschrieben:
- Die Zeichnungsfigur zeigt einen Querschnitt durch eine Rohrluppe 1 und die erfindungsgemäße Walzdornüberwachung, wobei mit 2 der Walzdorn bezeichnet ist, der an seinem einlaufseitigen Ende mit der Dornstange 3 verschraubt ist. Die Walzen sind bei 4 angedeutet und rollen beim Walzen über den Walzdorn 2 hin und her und formen die Rohrluppe 1 in ein Rohr 5 um. Stirnseitig in die Dornstange 3 ist die erfindungsgemäße Zugstange 6 aus einem spröden Material eingeschraubt, sie weist bei 7 eine Sollbruchstelle auf. Die Zugstange 6 gleitet in einer Buchse 8, die stirnseitig in den auslaufseitigen Teil des Walzdornes 2 eingeschraubt ist und dem Außenumfang der Zugstange entsprechend mit einer vier- oder sechskantigen Bohrung versehen ist. Dadurch ist die Zugstange 6 gegen Verdrehen gesichert und kann sich nicht selbst aus der Gewindeverbindung 10 mit der Dornstange 3 lösen.
- Auf einem weiteren Gewindestücke 11 der Zugstange 6 wird eine Hülse 12 aufgeschraubt, die durch eine Mutter 13 gekontert wird. Die Hülse 12 wird durch die Schraubenfeder 14 vom Walzdorn 12 weggedrückt. Auf dem gleichen Gewindestück 11 in der Verlängerung der Zugstange wird der Kern 15 aufgeschraubt, der ebenfalls mit einer Mutter 16 gekontert wird. In dem nahestmöglichen Abstand zum Kern ist die Spule 17, das Rohr 5 umgreifend, angeordnet.
- Des weiteren ist bei 18 auf der Zugstange 6 ein Bund aufgebracht, dessen Außenumfang größer als der Innendurchmesser der Buchse 8 ist.
- Zur Montage der Walzdornüberwachungseinrichtung wird zunächst der Gewindezapfen 10 der Zugstange 6 etwa eine Windung in das Gewindeloch der Dornstange 3 eingeschraubt. Anschließend wird die Buchse 8 über den Sechskant 9 geschoben, in den Walzdorn eingeschraubt und festgezogen. Gleichzeitig damit wird auch die Zugstange 6 lose in das Gewinde der Dornstange 3 eingeschraubt. Nach Aufstecken der Schraubenfeder 14 wird die Hülse 12 bis zum Anschlag aufgeschraubt und mit der Mutter 16 gekontert. Mit der Hülse 12 ist es möglich, ein vorgewähltes Spiel einzustellen. Dazu wird die Hülse 12 nicht bis zum Anschlag aufgeschraubt, sondern um das Maß des Spiels weniger. Dadurch kann sich der Walzdorn 2 um ein bestimmtes Maß längen, bevor die Sicherung anspricht. Zum Schluß wird auf das Gewinde 11 der Kern 15 aufgeschraubt und in der entsprechenden Lage zur Spule 17 durch Kontern der Mutter 16 festgelegt.
- Bricht der Walzdorn 2 oder verlängert sich dieser durch Auswalzen, so zerreißt die Zugstange 6 an der Sollbruchstelle 7. Durch die vorgespannte Druckfeder 14 wird der Rest der Zugstange 6 mit dem aufgeschraubten Kern 15 von der Dornstange 2 weggeschleudert, und zwar durch die Spule 17 hindurch, wo ein Signal zum Anhalten der Maschine ausgelöst wird. Dabei ist der Kern 15 so lang, daß er eine ausreichende Kontaktzeit zur Spule 17 hat. Tritt lediglich eine unzulässige Längung des Dorns 2 ein, so zerreißt bei entsprechender Einstellung der Einrichtung bereits vor dem Bruch des Dornes 2 die Zugstange 6, wobei das auslaufseitige Stück der Zugstange 6, wie vorstehend beschrieben, unter Wirkung der Druckfeder 14 herausgeschleudert wird, und zwar so weit, bis der Bund 18 stirnseitig der Buchse 8 zur Anlage kommt. In dieser Lage kommt der Kern 15 innerhalb der Spule 17 zum Stehen und gibt ein Dauersignal ab, aus dem der Bedienungsmann entnehmen kann, daß der Dorn zwar nicht gebrochen, doch unzulässig gelängt ist. Da diese Längung mit außerhalb der Toleranz liegenden Rohrwanddicken einhergeht, wird die Maschine sofort stillgesetzt und die entsprechenden Maßnahmen werden eingeleitet.
- Es kann vorkommen, daß der Walzdorn sich vom Dornstangengewinde löst. In diesem Fall würde die Dornbruchsicherung auch eine Störmeldung abgeben, wenn sichergestellt ist, daß sich die Zustange nicht vorher aus der Dornstange herausgeschraubt hat. Es ist deshalb sinnvoll, Zugstange und Dornstange mit gegenläufigen Gewinden zu versehen. Die Zugstange würde dann durch die Drehung des Dornes festgeschraubt werden und rechtzeitig brechen.
- Das im Dorn 2 verbleibende Reststück der Zugstange 6 kann mit Hilfe eines Steckschlüssels mit Innensechskant aus der Stirnseite der Dornstange 3 herausgeschraubt werden, ohne daß der Walzdorn selbst abgeschraubt werden muß.
- Die erfindungsgemäße Walzdornüberwachung zeichnet sich durch außerordentlich kurze Ansprechzeiten aus, die sich aus der günstigen Einstellbarkeit in Verbindung mit der Zwischenschaltung der Druckfeder ergeben. In günstiger Weise können mit der erfindungsgemäßen Einrichtung auch Dornlängungen erfaßt werden, bevor der Dorn selbst gebrochen ist.
Claims (8)
- Walzdornüberwachung für Kaltpilgerwalzwerke mit einer auslaufseitig hinter dem Walzwerk angeordneten, das gewalzte Rohr konzentrisch umgreifenden Spule zum Erfassen der Längsbewegung eines innerhalb des Rohres an einer sich zwischen Dorn und Spule koaxial zum Rohr erstreckenden Stange befestigten Spulenkerns sowie Einrichtungen zum Verarbeiten der erfaßten Bewegung des Kerns in der Spule zu einem Signal, über das das Walzwerk stillsetzbar ist,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Stange den Dorn (2) konzentrisch durchgreifend mit der den Dorn (2) haltenden Dornstange (3) verbunden ist und im Bereich des Dornes (2) als Zugstange (6) ausgebildet ist, die unter Zwischenschaltung eines Kraftspeichers (14) gegen die auslaufseitige Stirnseite des Dornes (2) vorspannbar ist. - Walzdornüberwachung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Zugstange (6) mit einer Sollbruchstelle (7) versehen ist. - Walzdornüberwachung nach Anspruch 1 und 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Vorspannung des Kraftspeichers (14) einstellbar ist. - Walzdornüberwachung nach Anspruch 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Kraftspeicher (14) eine Druckfeder ist, die in einer die Stange umgreifenden Hülse (12) angeordnet ist, deren Lage gegenüber der Stange durch Verdrehen der Hülse (12) auf einem Gewindeteil (11) der Stange festlegbar ist. - Walzdornüberwachung nach Anspruch 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Zugstange (6) in einer stirnseitig in das auslaufseitige Ende des Dornes (2) einschraubbaren Buchse (8) drehfest geführt ist, die mit ihrer freien Stirnseite das Widerlager für die Druckfeder (14) und die Hülse (12) bildet. - Walzdornüberwachung nach Anspruch 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Zugstange (6) auf der der Dornstange (3) abgewandten Seite der Sollbruchstelle (7) mit einem Bund (18) versehen ist, dessen Durchmessergröße als der Innendurchmesser der die Zugstange (6) führenden Buchse (8) ist. - Walzdornüberwachung nach Anspruch 1 bis 6,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Zugstange (6) über den überwiegenden Teil ihrer Länge im Querschnitt vier- oder sechskantig ausgebildet ist. - Walzdornüberwachung nach Anspruch 1 bis 7,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Lage des Kerns (15) in Längsrichtung der Stange einstellbar ist.
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