EP3936249A1 - Measuring roller for determining a property of a strip-like product guided over the measuring roller - Google Patents
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- EP3936249A1 EP3936249A1 EP21192579.7A EP21192579A EP3936249A1 EP 3936249 A1 EP3936249 A1 EP 3936249A1 EP 21192579 A EP21192579 A EP 21192579A EP 3936249 A1 EP3936249 A1 EP 3936249A1
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Classifications
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- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
- B21B—ROLLING OF METAL
- B21B38/00—Methods or devices for measuring, detecting or monitoring specially adapted for metal-rolling mills, e.g. position detection, inspection of the product
- B21B38/02—Methods or devices for measuring, detecting or monitoring specially adapted for metal-rolling mills, e.g. position detection, inspection of the product for measuring flatness or profile of strips
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Definitions
- the invention relates to a measuring roller for determining a property of a strip-shaped product guided over the measuring roller, in particular a metal strip. Furthermore, the invention relates to a method for determining a property of a strip-shaped product guided over the measuring roller, in particular a metal strip. The invention also relates to the use of such a measuring roller.
- Measuring rollers are used in cold and hot rolling of metal strip and are made, for example, from DE 42 36 657 A1 known.
- the arrangement of the force sensors at a distance from the surrounding wall and the closing of the annular gap with the help of an O-ring or a sufficiently elastic plastic prevents lateral forces acting in the body of the measuring roller during rolling from having a disruptive effect on the force sensors and the measurement result.
- Such disruptive forces are the result of the strip tension acting on the measuring roller and the associated deflection of the measuring roller. Its cross-section takes the form of an ellipse, the longer axis of which runs parallel to the strip.
- the deflection of the measuring roller gives the force sensor the illusion of an unevenness in the strip when it is transmitted to the measuring transducer by a force shunt.
- Such a force shunt cannot be completely avoided when using a seal in the annular gap, since the sealing forces inevitably act on the force sensor.
- a measuring roller for determining flatness deviations when treating strip-shaped material, in particular metal strip with a measuring roller body and a casing tube at least partially surrounding the measuring roller body and force sensors arranged in recesses is known, with the recesses extending from one end face of the measuring roller into the measuring roller body and/or extends into the jacket tube.
- the recess can be closed at the front with a cover.
- the journals of this measuring roller provided on the face side are formed on the measuring roller body.
- a disadvantage of this measuring roller is the weakening of the measuring roller body or the jacket tube due to the recesses made. With wide measuring rollers, as with deep hole drilling, running over the bearing journal is a major disadvantage.
- Another problem is the closing of the channels/grooves incorporated up to the front side, since these are not as in the DE 102 07 501 C1 with drilling tools (round channels) but with milling tools (square channels).
- the measuring rollers of the prior art determine the flatness of the strip using individual sensors distributed over the circumference of the measuring roller.
- the measurement results of the individual sensors for determining the flatness are often related to one another during the evaluation.
- measuring errors always occur when the metal strip vibrates. This is the case, for example, when the measuring roller is arranged near a coiler.
- the magnitude of the force acting on the individual force sensor no longer depends solely on the strip tension and the flatness of the strip, but is amplified or reduced by the vibration. This leads to measurement errors, especially with evaluation methods that compare the measurement results from individual sensors distributed over the circumference.
- the invention is based on the problem of increasing the informative value of the tests carried out with such measuring rollers on the properties of the strip-shaped material guided over the measuring roller.
- DE 102 07 501 C1 teaches at column 3, lines 1 and 2 to space a plurality of force sensors in a recess.
- the US 2013/0298625 A1 shows in her 2 also several force sensors spaced apart from each other.
- the DE 10 2014 012 426 A1 teaches in [0021] to arrange several force sensors in a recess and substantiates this teaching in its 2 characterized in that a plurality of force sensors are spaced from each other in the recess.
- the general teaching can be gathered from the state of the art that when there are several force sensors arranged in a recess, these should be arranged at a clear distance from one another.
- This may be based on the endeavor to distribute the existing (few) force sensors as widely as possible in the respective recess in order to set up the measurement as broadly as possible over the possible width of the measuring field predetermined by the length of the recess. Furthermore, this far-spaced arrangement of the force sensors within the recess may be based on the idea of avoiding erroneous measurements.
- a force acting radially on the measuring roller body of a measuring roller by means of a force sensor, which is arranged at a distance from the peripheral surface of the measuring roller body in a recess of the measuring roller body, there is the problem that the radially acting force is transmitted through the material of the measuring roller body through which it penetrates must be scattered in order to reach the sensor surface of the force sensor.
- This phenomenon is called a stress cone or "Rötscher cone”.
- This effect means that an arrangement of the force sensors that is clearly spaced apart from one another within a recess is preferred.
- two force sensors arranged adjacent to one another supply measuring signals in the course of the flatness measurement which are caused by a single radial force acting at a single point on the circumferential surface of the measuring roller body and for some evaluation methods of the prior art should actually only be measured by one of the two sensors.
- the invention makes it possible to arrange as many force sensors as possible in a row.
- the number of measuring points on the circumference of the measuring roller can thus be reduced.
- This concentrated arrangement of the individual sensors on a line reduces the influence of vibrations on the measurement result. All sensors arranged in this way see the strip-shaped product in the same state of vibration, so that relative statements can be made more precisely.
- the arrangement of the force sensors according to the invention can also offer the advantage of a higher resolution and a more precise depiction of the actual flatness.
- the measuring roller according to the invention has a measuring roller body.
- the measuring roller body preferably has a closed peripheral surface.
- the measuring roller body is a full roller, which extends along a Long axis extends.
- a full roller is understood to mean a measuring roller body that is in one piece and whose shape was produced either with a primary shaping process, for example casting, and/or whose geometric shape was produced by a cutting process, in particular by machining, in particular by turning, drilling, milling or grinding from a one-piece semi-finished product will be produced.
- the measuring roller pins arranged on the front side of the measuring roller for the rotatable mounting of the measuring roller are also part of the one-piece body.
- the main part of the measuring roller body is designed as a cylindrical solid roller, which has covers arranged on the front side, on which the measuring roller pins are designed.
- the measuring roller body according to the invention can, for example, like that in 3 the DE 20 2014 006 820 U1 executed measuring roller body be formed, in which the measuring roller body is formed with molded pin and over the measuring roller body a jacket tube is pushed.
- the measuring roller does not have a jacket tube, but is designed as a solid roller.
- the measuring roller body according to the invention is formed from individual disks arranged next to one another, as is the case, for example, in DE 26 30 410 C2 will be shown.
- the measuring roller body of the measuring roller according to the invention preferably has a closed peripheral surface.
- the measuring roller body is designed as a solid roller and all the recesses provided in the measuring roller body are designed in such a way that no recess leads from the recess to the peripheral surface.
- the recesses are particularly preferably guided axially and have an opening on one end face of the measuring roller body, or transverse channels are provided within the measuring roller body, which lead from the recess radially further into the interior of the measuring roller body, for example to a collecting channel in the center of the measuring roller body.
- a closed peripheral surface of the measuring roller body can also be achieved in that in embodiments in which the respective recess has a recess leading in the direction of the peripheral surface, this is closed by a closure element.
- a closure element can be a casing tube that completely surrounds a base body of the measuring roller body, as for example in FIGS 3 and 4 the DE 10 2014 012 426 A1 shown.
- the closure element can also be in the manner of in DE 197 47 655 A1 be formed cover shown.
- the measuring roller does not have a jacket tube, but is designed as a solid roller, either one in which no recess leads from the recess to the peripheral surface, or one in which the respective recess has a Direction to the peripheral surface is leading recess, but which is closed by a closure element, such as a cover.
- a closure element such as a cover.
- coatings for example the peripheral surface of a solid roller or the peripheral surface of a casing tube, are conceivable, for example to reduce friction or to protect the strip-shaped material to be guided over the measuring roller.
- At least one recess is provided in the measuring roller body of the measuring roller according to the invention. It has been shown that the advantages of the invention can already be achieved with a single recess in the measuring roller body. It is thus conceivable in the case of the flatness measurement to provide information about the flatness of the strip-shaped material guided over the measuring roller once per revolution of the measuring roller.
- the measuring roller body has a plurality of recesses.
- the recesses are designed at the same radial distance from the longitudinal axis of the measuring roller body.
- all of the recesses are distributed equidistantly from one another in the circumferential direction.
- a first group of recesses is provided, which are particularly preferably arranged at the same radial distance from the longitudinal axis and distributed equidistantly in the circumferential direction, and in which at least one further recess is provided in addition to this first group of recesses , which is either designed differently with respect to its radial distance from the longitudinal axis than the recesses of the first group and/or does not have the same distance in the circumferential direction to the other recesses as the other recesses have to one another.
- a measuring roller with regard to the flatness measurement like a measuring roller of the prior art for example like that from FIG DE 102 07 501 known full role or the off DE 10 2014 012 426 A1 known measuring rollers, but then, for the inventive equipment, these measuring rollers of the prior art are provided with a further recess made outside the grid, with which, for example, a different measurement is carried out.
- the recesses mentioned in this paragraph are preferably those that run in the axial direction of the measuring roller body.
- the measuring roller has a single recess and all the force sensors of the measuring roller are arranged in a single recess, for example in a single axially running recess.
- the measuring roller body has a closed peripheral surface and is closed off at each end by an end face.
- the end faces are arranged at an angle of 90° to the peripheral surface.
- the measuring roller has bearing journals.
- the bearing journals are formed on the end faces.
- the measuring roller body is cylindrical.
- the measuring roller according to the invention is designed with at least one recess in the measuring roller body, which is arranged at a distance from the peripheral surface, with the recess not opening towards the peripheral surface, or no further recess leading away from the recess, for example no bore leads to the peripheral surface.
- the recess leads from the peripheral surface into the interior of the measuring roller body, but is closed by a closure element.
- the measuring roller is designed with a plurality of recesses in the measuring roller body, which are arranged at a distance from the peripheral surfaces, either all recesses are designed in such a way that no recess, e.g.
- the closure element is a cover or, for example, a jacket tube.
- a recess in the measuring roller body extends in a direction parallel to the longitudinal axis of the measuring roller body. If, according to a preferred embodiment, several recesses are provided in the measuring roller body, it is preferred that all recesses of the measuring roller body each extend in a direction parallel to the longitudinal axis of the measuring roller body.
- the respective recess opens out at least at one of its ends, preferably at both of its ends, on an end face of the measuring roller body.
- a recess ending on an end face of a measuring roller body can be closed by an end cap, with this end cap only closing this recess.
- Embodiments are also conceivable in which the end face of the measuring roller body is completely closed by a cover, as for example in 1 and 2 , or. 4 the DE 10 2014 012 426 A1 shown.
- the recess is elongate, "elongate” meaning that the recess is larger in a first direction (in the longitudinal direction of the recess) than in any direction perpendicular to this direction.
- the extent of the elongate recess in the longitudinal direction is twice, or more preferably more than twice, greater than in any direction perpendicular to that direction.
- the longitudinal direction of the recess encloses an angle with the longitudinal direction of the measuring roller body that is less than 75°, particularly preferably ⁇ 45°, particularly preferably ⁇ 30°, particularly preferably ⁇ 10°, particularly preferably ⁇ 5°.
- the longitudinal direction of the recess is not perpendicular to the longitudinal axis of the measuring roller body. If - which would be conceivable in one embodiment - the longitudinal axis of the recess and the longitudinal axis of the measuring roller body do not intersect, the above-mentioned design rule applies to the projection of the longitudinal axis of the recess onto the plane that contains the longitudinal axis of the measuring roller body.
- the projection of the longitudinal axis of the recess onto a plane that contains the longitudinal axis of the measuring roller body is designed in such a way that the projection of the longitudinal direction of the recess encloses an angle with the longitudinal direction of the measuring roller body that is less than 75°, in particular preferably ⁇ 45°, particularly preferably ⁇ 30°, particularly preferably ⁇ 10°, particularly preferably ⁇ 5°.
- the longitudinal axis of the recess obviously does not intersect the longitudinal axis of the measuring roller body, nor does a projection of the longitudinal axis onto a plane containing the longitudinal axis of the measuring roller body intersect the longitudinal axis of the measuring roller body does not cut.
- DE 20 2007 001 066 U1 a measuring roller with elongated recesses is shown, for example.
- a first force sensor and a second force sensor are arranged in a recess (if the measuring roller has only one recess: in the recess) of the measuring roller.
- the first force sensor has a sensor surface, with the force sensor being able to generate a sensor signal when the position of the sensor surface of the first force sensor changes.
- the second force sensor has a sensor surface, with the second force sensor being able to generate a sensor signal when the position of the sensor surface of the second force sensor changes.
- Force sensors are referred to as force sensors because they are used to measure forces, particularly compressive forces. In order to measure the force acting on them, the force sensors are designed in such a way that they have a sensor surface and can generate a sensor signal when the position of the sensor surface changes.
- the force sensors usually have an associated reference system and react to changes in the position of the sensor surface in this reference system.
- Force sensors often have a housing.
- the reference system is then often the housing.
- the force sensor can determine, for example, whether the position of the sensor surface has changed relative to the housing. If the force sensor is designed as a piezoelectric force sensor, for example, it has a piezo quartz that can generate an electrical signal when the position of one of its surfaces is changed relative to a reference surface, for example an opposite surface of the piezo quartz, the piezo Quartz, for example, is compressed.
- a change in the position of the surface of the force sensor changes the length of the measuring wire or the measuring grid formed from measuring wires, mostly stretched, but sometimes also compressed.
- the optical properties of the force sensor for example the refractive index or reflection properties, are changed by the change in the position of the surface.
- the force sensors to be used according to the invention have a sensor surface whose change in position is used by the force sensor to determine a force acting on it observed.
- the sensor surface is a surface of the element whose properties are changed to generate the sensor signal, for example a surface of the piezo-quartz itself.
- such force sensors often have intermediate pieces on which the sensor surface is formed.
- such spacers are rigid blocks in which a change in the position of one surface of the rigid block immediately results in a change in the position of the opposite surface due to the rigidity of the block.
- Such intermediate pieces can be used to design the sensor surface to protrude from other parts of the force sensor, in particular from a housing.
- a sensor surface that protrudes over other parts of the force sensor increases the measurement accuracy because a clearly defined surface is created on which the environment can act. Protruding sensor surfaces can, for example, prevent measurement errors due to force shunts.
- the force sensor according to the invention can, for example, like that in DE 1 773 551 A1 be designed as shown force sensor and arranged in a housing, having a piezo element consisting of a multilayer crystal arrangement, which is arranged between two force transmission discs.
- the sensor surface would be the outer surface of the in 1 the DE 1 773 551 A1 upper power transmission disc or the outer surface of the in 1 the DE 1 773 551 A1 lower power transmission pulley.
- the sensor surface is flat.
- the surface normal of the flat sensor surface of the first force sensor points in the direction of the peripheral surface.
- the surface normal of the sensor surface of the second force sensor is also flat in a preferred embodiment and also points in the direction of the peripheral surface in a preferred embodiment.
- the surface normal of the sensor surface of the first force sensor is parallel to the surface normal of the sensor surface of the second force sensor.
- a radial direction of the measuring roller body is a surface normal of the sensor surface of the first and/or the second force sensor.
- the surface normal of a flat sensor surface at the point on the sensor surface at which the sensor surface is intersected by a radial line of the measuring roller body is at an angle to this radial line of the measuring roller body that is less than 45°, particularly preferably less than 20 °, particularly preferably less than 10°, particularly preferably less than 5°.
- the sensor surface of a force sensor used in the measuring roller according to the invention is a flat surface.
- the sensor surface of the first force sensor is symmetrical with respect to the plane that contains the longitudinal axis of the measuring roller body and that intersects the sensor surface of the force sensor and in which a surface normal of the sensor surface also lies.
- the sensor surface is ring-shaped, in particular in the form of a circular ring. Equally preferred are embodiments in which the sensor surface is circular or elliptical. Rectangular, square or polygonal sensor surfaces are also conceivable. In a preferred embodiment, the sensor surface is flat.
- the sensor surface is a surface that is emphasized from the other elements of the force sensor and is in contact with a boundary surface of the recess or is in contact with a closure element that closes the recess towards the peripheral surface.
- At least two force sensors used in the measuring roller according to the invention are of the same type, and are therefore of the same type and in particular of the same series, in particular preferably constructed identically.
- the first force sensor is arranged in the recess next to the second force sensor.
- the sensor surface of the first force sensor is arranged closer to an end face of the measuring roller body than the sensor surface of the second force sensor.
- the first force sensor is arranged offset in the circumferential direction in relation to the second force sensor in the recess. In a preferred embodiment, however, the first force sensor and the second force sensor are not offset from one another in the circumferential direction.
- the first force sensor and the second force sensor are arranged at the same radial distance from the longitudinal axis of the measuring roller body.
- the one in which the sensor surface of the first force sensor is directly adjacent to the sensor surface of the second force sensor is particularly preferred.
- a point lying on the circumference of the circular or annular first sensor surface would adjoin a point lying on the circumference of the circular or annular second sensor surface.
- the radial forces acting on the circumference of the measuring roller could be measured without gaps.
- a force shunt could only be prevented if the peripheral surfaces of the sensor surfaces are so smooth that no frictional forces are transmitted. It can therefore be assumed that in the practically relevant implementation, the sensor surfaces will mainly be arranged at a slight distance from one another so that the measurement results of the respective sensor surface are not influenced by loads on an adjacent sensor surface.
- the design rule claimed according to the invention is based on a radial end boundary line.
- the measuring roller is regularly used to measure radially acting forces. These forces occur when the strip-shaped material to be examined partially wraps around the measuring roller.
- the end boundary line defines the point at which a radially acting force is still just above the sensor surface of one force sensor; and be it in the case of a sensor surface designed in the form of a circle or annulus, even just above a point on the circumference of the sensor surface.
- the angle between these lines is less than 65°, particularly preferably less than 55° and particularly preferably less than or equal to 45°, particularly preferably less than or equal to 40°, particularly preferably less than or equal to 35°, particularly preferably less than or equal to 30° , more preferably less than or equal to 20°, more preferably less than or equal to 10°, more preferably less than or equal to 5°.
- the line connecting the point on the sensor surface of the first force sensor that is closest to the sensor surface of the second force sensor with the point on the sensor surface of the second force sensor that is closest to the sensor surface of the first force sensor runs parallel to the Longitudinal axis of the measuring roller.
- the first force sensor and the second force sensor are arranged in an elongated recess and the direction of the longitudinal extent of the recess runs parallel to the longitudinal axis of the measuring roller.
- the first force sensor is arranged in a first radial recess, preferably a pocket
- the second force sensor is arranged in a second radial recess, preferably a pocket.
- the line connecting the point on the sensor surface of the first force sensor that is closest to the sensor surface of the second force sensor with the point on the sensor surface of the second force sensor that is closest to the sensor surface of the first force sensor can also be parallel to the longitudinal axis of the measuring roller.
- the radial recess of the first force sensor is offset axially (in the direction of the longitudinal axis of the measuring roller) and in the circumferential direction of the measuring roller relative to the radial recess of the second force sensor.
- the line connecting the point on the sensing face of the first force sensor that is closest to the sensing face of the second force sensor and the point on the sensing face of the second force sensor that is closest to the sensing face of the first force sensor would not be parallel to the Run along the longitudinal axis of the measuring roller.
- Such an alignment of the line is also given in the case of elongated recesses, the longitudinal extension of which does not run parallel to the longitudinal axis of the measuring roller body, but also has a component pointing in the circumferential direction.
- the line that connects the point on the sensor surface of the first force sensor that is closest to the sensor surface of the second force sensor with the point on the sensor surface of the second force sensor that is closest to the sensor surface of the first force sensor runs in one Angle to a plane which is perpendicular to the longitudinal axis of the measuring roller, preferably at an angle of >1°, particularly preferably at an angle of >5°, particularly preferably at an angle of >10°, particularly preferably at an angle of >15 °, particularly preferably at an angle of >20°, particularly preferably in at an angle of >25°, particularly preferably at an angle of >30°, particularly preferably at an angle of >45°.
- the angle is ⁇ 90°.
- the angle is 90°
- the line that connects the point on the sensor surface of the first force sensor that is closest to the sensor surface of the second force sensor runs with the point on the sensor surface of the second force sensor that is closest to the sensor surface of the first closest to the force sensor, parallel to the longitudinal axis of the measuring roller.
- the point on the sensor surface of the first force sensor that is closest to the sensor surface of the second force sensor and the point on the sensor surface of the second force sensor that is closest to the sensor surface of the first force sensor are not located one behind the other in the circumferential direction.
- Web heights can be more than 2 mm, preferably 5 mm or more and are preferably less than 20 mm, preferably less than 15 mm and particularly preferably equal to or less than 12 mm.
- the point on the sensor surface of the first force sensor that is closest to the sensor surface of the second force sensor is less than 2.2 times the web height away from the point on the sensor surface of the second force sensor that is the sensor surface of the first force sensor is closest, preferably less than 2 times, particularly preferably equal to or less than 1 time the web height.
- the first force sensor and the second force sensor are arranged in a recess that leads from one end face of the measuring roller body to the opposite end face of the measuring roller body.
- the recess in which the first force sensor and the second force sensor are located leads in a direction parallel to the longitudinal axis of the measuring roller body and extends over at least 50%, particularly preferably at least 60%, particularly preferably at least 75%, particularly preferably at least 80%, particularly preferably at least 90%, particularly preferably at least 95% of the length of the measuring roller body as it results when measured from face to face (that is to say without taking the pins into account).
- the measuring roller has a plurality of recesses
- all recesses are designed in the same way, that is to say have longitudinal extensions parallel to one another and have the same lengths.
- figure 5 the DE 102 07 501 C1 shows a possibility of staggering the depth of the recesses in a helical manner. Such an embodiment could be supplemented with regard to the selection of the lengths of the recesses such that one of the axially running recesses shown there is designed in such a way that it runs from one end face to the opposite end face of the measuring roller.
- the recess has an opening which is arranged on an end face of the measuring roller body.
- This recess can be designed to be open. However, designs are also conceivable in which the recess is closed by a cover. In the case of several recesses which end at the end face, each recess would have its own cover in this embodiment.
- Embodiments of the measuring roller according to the invention are also conceivable, particularly in those embodiments in which the measuring roller has a plurality of recesses, in which the measuring roller body has a front cover for closing the openings of the recesses together, for example a cover as shown in 1 or 2 the DE 10 2014 012 426 A1 will be shown.
- the measuring roller has a plurality of recesses, each of which has openings which are arranged on an end face of the measuring roller body, to close these openings with an end cover, as is shown, for example, in 1 the DE 102 07 501 C1 will be shown.
- the measuring roller has a large number of force sensors, all of which are arranged in a recess. Particularly preferably, more than 5, particularly preferably more than 7, particularly preferably more than 10, particularly preferably more than 15 force sensors are arranged in a recess.
- the measuring roller has a first recess in which a multiplicity of force sensors are arranged next to one another; more than 5 are particularly preferred, more than 7 are particularly preferred, particularly preferred more than 10, particularly preferably more than 15 force sensors are arranged in the first recess, while the measuring roller of this embodiment has further recesses, in each of which only a single force sensor or less than 15, particularly preferably less than 10, particularly preferably less than 7, particularly preferably less than 5 force sensors are arranged.
- the force sensors are distributed equidistantly over the length of the recess, but are at least distributed equidistantly from one another (for embodiments in which the distance from the last force sensor to the end of the recess does not correspond to the distance that this last force sensor has to its neighboring (penultimate) force sensor).
- a first group of force sensors is arranged equidistant from one another and a second group of force sensors are arranged at a different distance from the force sensors of this first group, with the force sensors of the second group in turn being arranged equidistant from one another.
- a zone can thus be created within the recess, within which the force sensors are arranged closer to one another, while the force sensors that are also provided are arranged at a greater distance from one another outside this zone.
- the force sensors are wedged in the recess.
- they can be loaded with a predefined prestress. They are not only fixed in their position within the recess by being wedged, but can also be loaded with prestressing forces. Loading with pretensioning forces is preferred because when using the measuring roller in normal operation, the installation conditions for the force sensor can change under the various operating conditions, such as temperature changes. It is therefore preferred that the force sensors, when installed in the recesses, are subjected to a prestressing force that is so high that the force connection between the force sensor and the recess wall is maintained under all operating influences during operation, so that a hysteresis-free and linear measurement is ensured.
- the force sensors should be fixed in the recesses, namely wedged, and preferably also braced by the wedging.
- the wedging is designed in such a way that a prestress is exerted on the force sensor. This prestressing is particularly preferably selected in such a way that the force connection between the force sensor and the wall of the recess is maintained during operational use under all operational influences, so that a hysteresis-free and linear measurement is ensured.
- the preload can also be deliberately metered in order to compensate for manufacturing tolerances of both the force sensors and also to compensate for the recesses.
- force sensors with plane-parallel surfaces can be arranged between wedge-shaped holding pieces, for example clamping wedges, which are moved against one another until the force sensor is immovably clamped between the holding pieces.
- One of the two holding pieces is normally arranged stationarily in the recess where the force sensor is to be placed, while the other holding piece is displaced in the recess in order to fix the force sensor. This can be done with the help of a clamping screw, which is supported on the measuring roller body and acts on the movable holding piece via a spacer sleeve.
- the arrangement of several force sensors in radially movable sliding pieces, which are fixed in the recess with the aid of a V-ledge, is particularly favorable.
- the sliding pieces can be arranged in a spacer strip and can be pressed radially outwards with the aid of wedge-shaped holding lugs of a clamping strip and thus clamped in the recesses.
- the recesses can be connected to line channels running parallel.
- the recesses can also be connected to a central cable recess in the measuring roller via a transverse channel.
- the transverse channel can run in the body of the measuring roller or be an open channel on the end face of the measuring roller and then closed with a cover.
- the holding pieces for the force sensors or the strips in the recesses can be provided with a longitudinal rib which engages in a complementary guide groove in the body of the measuring roller.
- the force sensor is held between two pairs of inner and outer wedge members. This makes it possible, on the one hand, to align the force sensor in the effective direction of the compressive force to be measured. Furthermore, this arrangement makes it possible to construct the holder geometrically symmetrically, possibly even axially symmetrically, with respect to a plane running through the installation position of the force sensor and arranged perpendicularly to the effective direction of the compressive force to be measured.
- the holder With regard to its outer surfaces, the holder can be adapted to the shape of the recess into which the holder and the force sensor are to be clamped, and at the same time allows the inner surfaces that directly or indirectly influence the installation orientation of the force sensor to be adapted to the desired orientation, for example these inner surfaces perpendicularly to the effective direction of the compressive force to be measured.
- the surface quality of the recess (for example the axial recess) into which the holder is inserted can be lower without tilting occurring. This eliminates the need for complex processes to produce a good surface quality, such as honing or roller burnishing.
- the holder is geometrically symmetrical with respect to a plane running through the installation position of the force sensor and arranged perpendicularly to the effective direction of the compressive force to be measured.
- the tuning of the geometry of the components arranged above the force sensor and below the force sensor already reduces the tilting moments that occur during prestressing and can even completely avoid them.
- the mount can be designed symmetrically with respect to a plane running through the installation position of the force sensor and arranged perpendicular to the effective direction of the compressive force to be measured with regard to the materials used for the components forming the mount and/or with regard to the surface properties of these components. Tilting moments can be generated not only by geometric differences in the components provided above and below the force sensor, but also by different frictional forces occurring between surfaces moving against one another above and below the force sensor due to different material selection or different surface properties. This can be prevented by the symmetrical design of the relevant materials or surface properties.
- a connection which connects the first inner wedge element and the second inner wedge element to avoid a relative displacement in a direction which is not the effective direction of the compressive force to be measured.
- the tilting moments to be avoided can also arise from the fact that comparable components above the force sensor and below the force sensor do not move synchronously with one another. This can be avoided if the relevant components are connected to one another.
- this connection is preferably designed in such a way that it allows a displacement of the two connected components in the effective direction of the compressive force to be measured.
- design measures are preferably used to try to keep the force shunt as small as possible, i.e.
- the part of the compressive force to be measured that is conducted past the force sensor by the mount is reduced keep. This is done in that the components are designed to be resilient relative to one another in the effective direction of the compressive force to be measured and the spring stiffness of the force bridge created by the connection is as low as possible.
- connection which connects the first outer wedge element and the second outer wedge element in order to avoid a relative displacement in a direction which is not the effective direction of the compressive force to be measured. This achieves the same advantages as when connecting the inner wedge elements.
- the outer surface of the first inner wedge element and/or the outer surface of the second inner wedge element can be designed flat in the manner of a flat wedge
- the outer surface of the first inner wedge element and/or the outer surface of the second inner wedge element is designed as a partial surface of a cone whose longitudinal axis through the installation position of the force sensor.
- the inner surface of the first outer wedge element and/or the inner surface of the second outer wedge element is preferably designed as a partial surface of the delimitation of a conical recess whose longitudinal axis runs through the installation position of the force sensor.
- first inner wedge element and the second inner wedge element are partial elements of an inner sleeve manufactured in one piece. This offers advantages both with regard to the manufacture of the components of the mount and with regard to the handling of the mount when installing the force sensor.
- the inner sleeve has a longitudinal slit between the first inner wedge element and the second inner wedge element, which runs essentially perpendicular to the effective direction of the compressive force to be measured. This reduces the spring stiffness of the inner sleeve so that the force shunt remains low.
- the inner sleeve can be designed with a small wall thickness.
- a small wall thickness is understood to mean a wall thickness of, for example, 0.3 mm to 5 mm with a usual inside diameter of, for example, 20 mm to 50 mm.
- the selected wall thickness of the sleeves can also be chosen depending on the sleeve length, the displacement path and the pitch. It can also be 1/10 mm at the thinnest point.
- the longitudinal slot can be designed in such a way that it has almost the entire longitudinal extent of the inner sleeve and a narrow web remains only at one or both ends as a connection between the first inner wedge element and the second inner wedge element.
- the inner sleeve has two longitudinal slots.
- the longitudinal slot or slots is/are preferably provided in a plane running through the installation position of the force sensor and arranged perpendicular to the direction of action of the compressive force to be measured.
- first outer wedge element and the second outer wedge element can alternatively or additionally be part elements or parts of an outer sleeve produced in one piece.
- this outer sleeve can also have at least one longitudinal slit between the first outer wedge element and the second outer wedge element, which runs essentially perpendicular to the effective direction of the compressive force to be measured.
- the inner surface of the first inner wedge element and/or the inner surface of the second inner wedge element is flat and arranged in a plane perpendicular to the effective direction of the compressive force to be measured.
- the force sensor which is mostly planar on its top and bottom, to be inserted between the inner wedge elements so that it rests directly against the inner surfaces.
- a first intermediate piece with a spherical cap can be provided between the first inner wedge element and the installation position of the force sensor and/or a second intermediate piece with a spherical cap can be provided between the second inner wedge element and the installed position of the force sensor, the spherical cap being that of the one Inner surface of an inner wedge element facing surface forms and the associated inner surface of the inner wedge element is formed correspondingly.
- the cap preferably has the geometric shape of a partial surface of a cylindrical body.
- the outer surface of the first and/or the second outer wedge element is a partial surface of a cylindrical body. This configuration is particularly recommended in areas of application in which the force sensor is to be held in a recess, for example the axial recess of a measuring roller, by means of the holder.
- the mount can have centering pins that engage in centering recesses in components. Individual, loose components, such as the force sensor, can be positioned well and precisely in relation to other components, such as the inner wedge elements or the inner sleeve, by means of these centering pins.
- the bracket has an internal thread formed in the first and second male wedge members, the longitudinal axis of which passes through the installation position of the force sensor, and a pressure screw screwed into the internal thread, which can come into contact with the first female wedge member and the second female wedge member and relatively to the first and the second outer wedge element.
- This pressure screw can be used to easily pre-tension the bracket.
- the bracket can have an internal thread introduced into the first and the second inner wedge element, the longitudinal axis of which runs through the installation position of the force sensor and a tension screw, which is screwed into the internal thread and can come into contact with the first and the second outer wedge element with its screw head and it can slide relative to the first and second inner wedge members.
- more than one type of force sensor is provided in the measuring roller for measuring different mechanical forces.
- the influence of the temperature can be detected, with the inventors recognizing that the influence of the temperature can be detected by measuring a mechanical force present in the measuring roller and then corrected accordingly.
- a second mechanical force is measured, which allows conclusions to be drawn about the influence of a temperature input caused by the use of the measuring roller in the hot strip.
- the measuring roller configured according to the invention enables the force component generated by the thermal input into the measuring roller body to be separated from the sum signal of the force measuring transducer.
- one type of force sensor is a force sensor for measuring the radial force
- one type of force sensor is a force sensor for measuring the prestressing force of the force sensor for measuring the radial force.
- a temperature change on the surface of the measuring roller leads to an elastic deformation of the measuring roller such that the force sensors usually provided for measuring the radial force that are installed under prestressing force change their prestressing force and thus also their linearity.
- the force sensors for measuring the preload force applied to the force sensors for measuring the radial force it is possible to measure the influence of the thermal deformation of the measuring roller body, and the proportion of the generated by the thermal deformation Separating the measurement signal of the force sensor for measuring the radial force from the actual radial force caused by the strip-shaped material.
- the inventors were also the first to recognize that with force sensors of another type that measure a mechanical force, it is possible that, in addition to the thermal deformation of the measuring roller, which influences the measurement result of the force sensors of a first type, a relative temperature distribution over the bandwidth can be determined , if several force sensors are arranged in the longitudinal direction of the measuring roller. For example, for the thermal input of 1°C, a value x in N be measured, via which the temperature distribution can be determined by relating it to the measured mechanical force.
- the forces introduced by the strip-shaped product under longitudinal tension are measured dynamically by a type of force sensor and the forces occurring as a result of the deformation of the measuring roller as a result of thermal input are measured statically by another type of force sensor.
- the currently measured forces can be related to one another and the radial forces measured by the force sensors of one type can be corrected for the thermal input or the thermal deformation.
- one type of force sensor can be fixed or braced in the recesses, for example wedged. These prestresses are intentional and can easily be compensated for using measurement technology.
- the preload can be set to a predetermined value.
- force sensors with plane-parallel surfaces can be arranged between wedge-shaped holding pieces, for example clamping wedges, which are moved against one another until the force sensor is immovably clamped between the holding pieces.
- a force sensor of the other type can preferably be fixed or braced together in a housing with the first type of force sensor in the recesses.
- the other type of force sensor can also be fastened, for example, in a recess formed on one of the holding pieces or on one of the holding pieces, with which one type of force sensor is braced in the cutout.
- One of the two holding pieces can be arranged stationarily in the recess where the force sensor is to be placed, while the other holding piece is displaced in the recess in order to fix the force sensor.
- This can e.g. B. done with the help of a clamping screw, which is supported on the measuring roller body and acts on the movable holding piece via a spacer sleeve.
- the force sensors of different types are arranged adjacent to one another in order to measure the direct influence of the thermal input "on site” and to apply the influence to the signal of the other force sensor as a correction.
- a force sensor of one type is arranged with a force sensor of another type in or on a housing or a holder, which simplifies handling during manufacture.
- the housing can be arranged in a recess of the measuring roller.
- the force sensor of one type can already be pretensioned in the housing, with the force sensor of the other type being arranged on the force sensor of the first type and measuring the pretensioning force can. Provision can be made for the force sensor of the first type to be preloaded in the housing and/or with the housing, with the force sensor of the second type determining the preload on the housing and thus the thermal input.
- housing also includes holders that do not have a closed design of a conventional housing.
- a housing according to the invention can in particular as in the DE 10 2006 003 792 A1 , the disclosure content of which is explicitly included here by reference, be configured as described, with the housing or the holder having an inner sleeve having an outer peripheral cone, in which a force sensor for measuring the radial force (force sensor of a type) is arranged, and one engaging with the inner sleeve has an inner peripheral cone having an outer sleeve that can be brought or braced with this.
- a force sensor for measuring a mechanical force counteracting the radial force can be arranged or fastened on the inner sleeve or in a recess thereof.
- the force sensor can be glued.
- a force sensor for measuring a mechanical force counteracting the radial force can also be arranged on the outer sleeve or in a recess thereof. It is also possible that the force sensor for a mechanical force counteracting the radial force (force sensor of another type) is arranged in a recess of the measuring roller in the area of the location provided for the installation of the housing or the holder, without itself having to deal with the housing or the bracket to be connected.
- the force sensor of the other type is arranged in such a way that it lies in the flow of force of the force acting on the force sensor of the first type.
- the arrangement should be in the power flow of one type of force sensor.
- one type of force sensor is designed as a quartz force sensor, a quartz force sensor being a piezoelectric element on the crystal surface of which the force to be measured generates charges that serve as a measured variable.
- Such force sensors have a high sensitivity to demands, a high natural frequency and stability with small dimensions and make it possible to compensate for initial loads without impairing the measurement result.
- a force sensor of a (further) type is preferably designed as a strain gauge which, for example, measures the prestressing force of a quartz force sensor can, which can change when the measuring roller is deformed as a result of thermal input into the measuring roller.
- the measuring roller according to the invention is particularly preferably used when determining properties of a metal strip during cold or hot rolling of the metal strip, in particular for determining the flatness of the metal strip.
- Further areas of application can be further processing lines, such as re-rolling stands (skin-passing stands), strip annealing lines, galvanizing lines, stretch-bending straightening lines!
- the measuring roller 1 according to the invention with a journal 2 has a measuring roller body 1a designed as a solid roller.
- a recess 3 designed as a borehole that is axially parallel to the longitudinal axis A of the measuring roller body 1a.
- the recess 3 is closed at the front with a cover 6 or individually with covers and contains a first force sensor 7a, a second force sensor 7b arranged next to the first force sensor 7a, a third force sensor 7c arranged next to the second force sensor 7b and a third force sensor next to the third force sensor 7c arranged fourth force sensor 7d, of which in each case a cable 8 (shown only as one cable for the sake of simplification) is led through the bore 3, the transverse channel 4 and the central channel 5 to the outside.
- a cable 8 shown only as one cable for the sake of simplification
- the measuring roller 1 shown schematically and in perspective with the cover 6 removed has cable ducts 10 , 11 lying opposite one another parallel to each bore 3 for lines routed to the outside via the transverse duct 4 and the central duct 5 .
- the holes can, as in the 4 and figure 5 shown, emanate from both end faces of the roller 1 and have different depths as blind holes.
- the result of this is that the individual sensors are arranged along a helix 20 , ie in a staggered manner, and overall record the entire width of the roll 1 .
- individual recesses 3 can be designed in such a way that only one force sensor 7 is arranged in them. But it is also in the embodiment 4 a recess 3 is provided which has a multiplicity of force sensors 7 .
- This recess 3 is in the embodiment of 4 designed so that it leads from one end face of the measuring roller body 1a to the opposite end face of the measuring roller body.
- FIG 5 shows the arrangement of two force sensors 107a, 107b in a bore 103 of a measuring roller body 1a of a measuring roller, which is designed in the manner of 1 and 2 the design shown is designed as a full roller with an axial bore 103 introduced into the full roller.
- Force sensors 7a, 7b shown each have a housing 120.
- a socket 122 is installed on one side of the respective housing 120 .
- the respective force sensor 107a, 107b has a piezo element 113, which consists of a multilayer crystal arrangement.
- the respective piezo element 113 lies between two force transmission disks 114, 115.
- the force transmission disks 114, 115 are connected to the housing 120 by means of elastic flanges 116.
- the sensor surface of force sensor 107a is the outer surface of force transmission disk 114 in contact with the bore wall of bore 103.
- the sensor surface of force sensor 107b is the outer surface of force transmission disk 114 in contact with the bore wall of bore 103.
- the angle ALPHA between the end boundary line 117 and the line 118 is less than 65°, namely about 45°.
- the bore 103 has a rectangular cross section.
- FIG 6 shows a schematic top view of the force sensors 107a, 107b arranged in the bore 103, sectioned at the height of the upper bore wall, with FIG 6 line 123 is drawn, which connects the point on the sensor surface of the first force sensor 107a, which is closest to the sensor surface of the second force sensor 107b, with the point on the sensor surface of the second force sensor 107b, which is closest to the sensor surface of the first force sensor 107a.
- the sensor surface of force sensor 107a is the outer surface of force transmission disk 114 in contact with the bore wall of bore 103.
- the sensor surface of force sensor 107b is the outer surface of force transmission disk 114 in contact with the bore wall of bore 103.
- the measuring roller 201 shown has a measuring roller body 201a designed as a solid roller, in the peripheral surface of which there are a large number of recesses 203, 203a, 203b distributed over the width of the roller, into which measuring sensors, for example displacement or force or Piezo transducers 207 in the form of quartz washers are used to measure dynamic and quasi-static forces with cylindrical covers 234.
- the sensors 207 extend between the bottom 239 of the recess 203 and the cover 234.
- the cover 234 has a depression in which the head 236 of a clamping screw 237 is located, which engages in a threaded bore 238 of the measuring roller 201.
- the cover 234 with the measuring transducer 207 is clamped against the base 239 of the recess 203 with the aid of the clamping screw 237 .
- the cover 234 is provided with a plastic layer 240 .
- the gap can also be between the encoder cover and the wall of the recess.
- the 7 12 shows that the bores 203b are arranged close together and on a line parallel to the longitudinal axis A of the measuring roller body 203b.
- FIG. 2 shows, in the form of the bores 203a, those which are arranged close to each other but not on a line which runs parallel to the longitudinal axis A of the measuring roller body 203b.
- the measuring roller body 201a can be designed with a coating, not shown here, to form a closed peripheral surface.
- the holder 1101 holds the force sensor 1102 in an axial bore 1103 of the measuring roller 1104 shown in detail.
- the holder 1101 has an inner sleeve 1105, which consists of a first inner wedge element 1106 arranged above the installation position provided for the force sensor 1102 with an inner surface 1107 pointing to the installation position of the force sensor 1102 and an outer surface 1108 which is at an angle to the inner surface 1107 and lies opposite the inner surface 1107 .
- the inner sleeve 1105 has a second inner wedge element 1109 arranged below the installation position provided for the force sensor 1102, which has a Inner surface 1110 facing the force sensor 1102 and an outer surface 1111 standing at an angle to the inner surface 1110 and lying opposite the inner surface 1110 .
- the holder 1101 has an outer sleeve 1112 .
- the outer sleeve 1112 has a first outer wedge element 1113 with an inner surface 1114 pointing towards the installation position of the force sensor and an outer surface 1115 standing at an angle to the inner surface 1114 and opposite the inner surface 1114 .
- the outer sleeve 1112 has a second outer wedge element 1116 with an inner surface 1117 pointing towards the installation position of the force sensor 1102, with which the outer wedge element 1116 rests on the outer surface of the second inner wedge element 1109.
- the outer wedge element 1116 has an outer surface 1118 opposite the inner surface 1117 .
- a pressure screw 1119 with an external thread is screwed into an internal thread 1120 formed in the outer sleeve.
- the screwing depth of the pressure screw 1119 determines the relative position of the inner sleeve 1105 in relation to the outer sleeve 1112 and thus the degree of pretensioning of the holder 1101 in the axial recess 1103.
- the inner sleeve 1105 and the outer sleeve 1112 have slots 1121 and 1122, respectively. These longitudinal slots 1121, 1122 reduce the spring stiffness of the inner sleeve 1105 or the outer sleeve 1112 and ensure that the force shunt remains low.
- the compressive force to be determined which acts in the effective direction of arrow D, is therefore introduced into force sensor 1102.
- the outer sleeve 1112 and the inner sleeve 1105 can be produced in a first machining step by turning.
- the shape tolerance of the inner surfaces 1114, 1117 of the outer sleeve 1112 and the outer surfaces 1108, 1111 of the inner sleeve can be produced particularly precisely, thus enabling the inner sleeve 1105 to move relative to the outer sleeve 1112 without a tilting moment.
- the view of the 9 Laterally arranged areas of the inner sleeve 1105 are further narrowed in order to reduce the lateral wall thickness of the inner sleeve 1105. This creates in the view of 9 lateral free spaces 1123, 1124 between the inner sleeve 1105 and the outer sleeve 1112, which promote the introduction of force into the force sensor 1102 and further reduce the force shunt.
- the 10 shows the top view of the force sensor 1102.
- the cable arrangement leading to the force sensor 1102 can be seen clearly.
- a first cable 1125 leads to the force sensor 1102 shown, while further cables 1126 lead to further force sensors, not shown, which are arranged in the same axial recess 1103 .
- the one in the 11 illustrated further embodiment of the bracket has basically the same structure as in the Figures 8 to 10 bracket shown. Identical components have reference numbers increased by 100. However, in the inner sleeve 1205 of this second embodiment, a plurality of recesses 1226 are provided, which further reduce the lateral wall thickness of the inner sleeve 1205 and thus lead to an even lower spring stiffness and thus a lower force shunt.
- FIGS Figures 12 to 14 Another embodiment of the invention is shown which differs from that shown in FIGS Figures 8 to 10 Illustrated differs in that between the inner sleeve 1305 and the force sensor 1302 intermediate pieces 1327 and 1328 are provided with spherical caps. Otherwise, the components shown correspond to the components in the Figures 8 to 10 elements shown. They are shown with a reference number increased by 200.
- FIG. 15 shows one of the in 8 shown comparable bracket 1401. It differs from that in 8 Shown by a different orientation of the inner surfaces 1408, 1411 and the corresponding outer surfaces 1414, 1417 and by a tension screw 1429 which is screwed into an internal thread 1430 of the inner sleeve 1405.
- the screwing depth of the tension screw 1429 in the internal thread 1430 determines the position of the inner sleeve 1405 relative to the outer sleeve 1412 and thus the preload of the holder 1401 in the axial bore 1403 of the measuring roller 1404.
- the same components as in Figures 8 to 10 The elements shown are marked with a reference number increased by 300.
- the housing 1101 or the holder holds the force sensor 1102a of a first type, which is designed to measure the radial force, in the recess 1103 of the measuring roller shown in detail.
- the housing 1101 has an inner sleeve 1105, which consists of a first inner wedge element 1106, which is arranged above the installation position intended for the force sensor 1102a and has an inner surface 1107 pointing towards the installation position of the force sensor 1102a and an outer surface 1108 which is at an angle to the inner surface 1107 and is opposite the inner surface 1107 on.
- Inner sleeve 1105 also has a second inner wedge element 1127 which is arranged below the installation position provided for force sensor 1102a and has an inner surface 1110 pointing towards the installation position of force sensor 1102a and an outer surface 1111 which is at an angle to inner surface 1110 and is opposite inner surface 1110.
- the housing 1101 has an outer sleeve 1112, which has a first outer wedge element 1113 with an inner surface 1114 pointing to the installation position of the force sensor 1102a and an outer surface 1115 standing at an angle to the inner surface 1114 and opposite the inner surface 1114. Furthermore, the outer sleeve 1112 has a second outer wedge element 1120 with an inner surface 1117 pointing towards the installation position of the force sensor 1102a, with which the outer wedge element 1120 rests on the outer surface of the second inner wedge element 1127. Furthermore, the outer wedge element 1120 has an outer surface 1116 opposite the inner surface 1117 .
- a pressure screw 1119 with an external thread is screwed into an internal thread introduced into the outer sleeve 1112 .
- the screwing depth of the pressure screw 1119 determines the relative position of the inner sleeve 1127 in relation to the outer sleeve 1112 and thus the degree of prestressing of the housing 1101 in the recess 1103.
- the force sensor 1102b is arranged in the inner sleeve 1127 in a recess of the same. The pretensioning force can be measured with the force sensor 1102b.
- the force sensor 1102a for measuring the radial force is preloaded, it being possible for the size of the preload to be determined by means of the force sensor 1102b.
- radial forces are introduced into the measuring roller by the deflection of the strip that is under longitudinal tension, which elastically deform the outer shell of the measuring roller.
- the "membrane-shaped" web above the recess 1103 is thereby displaced in the radial direction, which can be determined by the force sensor 1102a, which can be designed as a piezoelectric force sensor.
- the force sensors 1102a, 1102b arranged in pairs closely spaced from one another are inserted into the housing 101 having the inner sleeve 1127 and the outer sleeve 1112 and then positioned in the recess 1103 of the measuring roller 1 and clamped in place.
- figure 17 shows a detailed view of a recess 1103 of the measuring roller 1 arranged force sensors 1102a and 1102b figure 16 different embodiment.
- the structure of the embodiment as shown in figure 17 is shown essentially corresponds to the structure of in figure 16 embodiment shown.
- the force sensor 1107a is designed as a piezoelectric force sensor, being somewhat shorter in the radial direction than the force sensor 1102a in FIG 16 .
- the force sensor 1107b which is designed as a statically measuring force sensor, in particular as a strain gauge, is provided as a force sensor of another type.
- FIG. 18 shows the forces applied to the measuring roller by a metal strip that is partially wrapped around the measuring roller and is under strip tension.
- the quartz force sensors located in recesses in the measuring roller generate an electrical charge. This is directly proportional to the force applied to the quartz.
Landscapes
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- Mechanical Engineering (AREA)
- Force Measurement Appropriate To Specific Purposes (AREA)
- Length Measuring Devices With Unspecified Measuring Means (AREA)
Abstract
Messrolle zum Feststellen einer Eigenschaft eines über die Messrolle geführten bandförmigen Guts, insbesondere von Metallband, mit- einem Messrollenkörper 1 mit einer Umfangsfläche,- mindestens einer Ausnehmung 3 in dem Messrollenkörper 1, die beabstandet zu der Umfangsfläche angeordnet ist oder von der Umfangsfläche in das Innere des Messrollenkörpers 1 führt und- mit einem ersten Kraftsensor 7a, der in der Ausnehmung 3 angeordnet ist, und einem zweiten Kraftsensor 7b, der in der Ausnehmung 3 oder einer weiteren, der Ausnehmung 3 benachbarten Ausnehmung 3 angeordnet ist,wobei der erste Kraftsensor 7a eine Sensorfläche aufweist und der erste Kraftsensor 7a bei einer Änderung der Lage der Sensorfläche des ersten Kraftsensors 7a ein Sensorsignal erzeugen kann und der zweite Kraftsensor 7b eine Sensorfläche aufweist und der zweite Kraftsensor 7b bei einer Änderung der Lage der Sensorfläche des zweiten Kraftsensors 7b ein Sensorsignal erzeugen kann.Measuring roller for determining a property of a strip-shaped product guided over the measuring roller, in particular a metal strip, with- a measuring roller body 1 with a peripheral surface,- at least one recess 3 in the measuring roller body 1, which is arranged at a distance from the peripheral surface or from the peripheral surface into the interior of the measuring roller body 1 and with a first force sensor 7a, which is arranged in the recess 3, and a second force sensor 7b, which is arranged in the recess 3 or another recess 3 adjacent to the recess 3, with the first force sensor 7a having a sensor surface and the first force sensor 7a can generate a sensor signal when the position of the sensor surface of the first force sensor 7a changes and the second force sensor 7b has a sensor surface and the second force sensor 7b can generate a sensor signal when the position of the sensor surface of the second force sensor 7b changes .
Description
Die Erfindung betrifft eine Messrolle zum Feststellen einer Eigenschaft eines über die Messrolle geführten bandförmigen Guts, insbesondere von Metallband. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Feststellen einer Eigenschaft eines über die Messrolle geführten bandförmigen Guts, insbesondere von Metallband. Ebenso betrifft die Erfindung eine Verwendung einer solchen Messrolle.The invention relates to a measuring roller for determining a property of a strip-shaped product guided over the measuring roller, in particular a metal strip. Furthermore, the invention relates to a method for determining a property of a strip-shaped product guided over the measuring roller, in particular a metal strip. The invention also relates to the use of such a measuring roller.
Messrollen werden beim Kalt- und Warmwalzen von Metallband eingesetzt und sind beispielsweise aus der
Für das herkömmliche Messen der Planheit beim Walzen von Bändern werden im Wesentlichen Verfahren eingesetzt, bei denen das Band mit einem gewissen Umschlingungswinkel über eine mit Kraftsensoren bestückte Messrolle geführt wird.For the conventional measurement of flatness when rolling strips, methods are essentially used in which the strip is guided with a certain angle of wrap over a measuring roller equipped with force sensors.
Auf diese Weise kommt es bei der in der
Die Anordnung der Kraftsensoren mit Abstand von der sie umgebenden Wandung und das Verschließen des Ringspalts mit Hilfe eines O-Rings oder eines hinreichend elastischen Kunststoffs (
Aus
Aus
Die Messrollen des Standes der Technik ermitteln die Planheit des Bandes anhand von über den Umfang der Messrolle verteilten Einzelsensoren. Dabei werden die Messergebnisse der Einzelsensoren zur Ermittlung der Planheit bei der Auswertung häufig in Bezug zueinander gesetzt. Bei den Messrollen des Standes der Technik treten immer dann Messfehler auf, wenn das Metallband schwingt. Das ist beispielsweise der Fall, wenn die Messrolle in der Nähe eines Haspels angeordnet ist. Die Schwingung führt dazu, dass der Betrag der auf den einzelnen Kraftsensor wirkenden Kraft nicht mehr allein vom Bandzug und der Planheit des Bandes abhängt, sondern durch die Schwingung verstärkt oder gemindert wird. Dies führt gerade bei Auswertemethoden, die die Messergebnisse von über den Umfang verteilten Einzelsensoren ins Verhältnis zueinander setzen, zu Messfehlern.The measuring rollers of the prior art determine the flatness of the strip using individual sensors distributed over the circumference of the measuring roller. The measurement results of the individual sensors for determining the flatness are often related to one another during the evaluation. With the measuring rollers of the prior art, measuring errors always occur when the metal strip vibrates. This is the case, for example, when the measuring roller is arranged near a coiler. As a result of the vibration, the magnitude of the force acting on the individual force sensor no longer depends solely on the strip tension and the flatness of the strip, but is amplified or reduced by the vibration. This leads to measurement errors, especially with evaluation methods that compare the measurement results from individual sensors distributed over the circumference.
Der Erfindung liegt das Problem zugrunde, die Aussagekraft der mit derartigen Messrollen durchgeführten Untersuchungen der Eigenschaften des über die Messrolle geführten bandförmigen Guts zu erhöhen.The invention is based on the problem of increasing the informative value of the tests carried out with such measuring rollers on the properties of the strip-shaped material guided over the measuring roller.
Diese Aufgabe wird durch die Gegenstände der Ansprüche 1, 8 und 9 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind in den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.This object is solved by the subject matter of
Die Erfindung geht von dem Grundgedanken aus, in einer Ausnehmung des Messrollenkörpers der Messrolle einen ersten Kraftsensor neben einem zweiten Kraftsensor anzuordnen und die beiden Kraftsensoren so nahe beieinander anzuordnen, dass entweder die Sensorfläche des ersten Kraftsensors an die Sensorfläche des zweiten Kraftsensors unmittelbar angrenzt oder der erste Kraftsensor so nah neben dem zweiten Kraftsensor angeordnet ist, dass der Winkel zwischen einer in Radialrichtung der Messrolle verlaufenden Endbegrenzungslinie, die den Punkt der Sensorfläche des ersten Kraftsensors schneidet, der der Sensorfläche des zweiten Kraftsensor am nächsten ist, und einer Linie, die
- in der Ebene verläuft, die die Endbegrenzungslinie und die Linie enthält, die den Punkt der Sensorfläche des ersten Kraftsensors, der der Sensorfläche des zweiten Kraftsensors am nächsten liegt, mit dem Punkt der Sensorfläche des zweiten Kraftsensors, der der Sensorfläche des ersten Kraftsensors am nächsten liegt, verbindet, und
- die Endbegrenzungslinie im Schnittpunkt der Endbegrenzungslinie mit der Umfangsfläche schneidet, und
- den Punkt der Sensorfläche des zweiten Kraftsensors schneidet, der der Sensorfläche des ersten Kraftsensors am nächsten liegt,
- in der Ebene verläuft, die die Endbegrenzungslinie und die Linie enthält, die den Punkt der Sensorfläche des ersten Kraftsensors, der der Sensorfläche des zweiten Kraftsensors am nächsten liegt, mit dem Punkt der Sensorfläche des zweiten Kraftsensors, der der Sensorfläche des ersten Kraftsensors am nächsten liegt, verbindet, und
- die Endbegrenzungslinie im Schnittpunkt der Endbegrenzungslinie mit der Umfangsfläche schneidet, und
- den Punkt der Sensorfläche des zweiten Kraftsensors schneidet, der der Sensorfläche des ersten Kraftsensors am nächsten liegt,
- in the plane containing the end boundary line and the line connecting the point on the sensing face of the first force sensor that is closest to the sensing face of the second force sensor to the point on the sensing face of the second force sensor that is closest to the sensing face of the first force sensor , connects, and
- intersects the end gauge at the intersection of the end gauge and the peripheral surface, and
- intersects the point on the sensor face of the second force sensor that is closest to the sensor face of the first force sensor,
- in the plane containing the end boundary line and the line connecting the point on the sensing face of the first force sensor that is closest to the sensing face of the second force sensor to the point on the sensing face of the second force sensor that is closest to the sensing face of the first force sensor , connects, and
- intersects the end gauge at the intersection of the end gauge and the peripheral surface, and
- intersects the point on the sensor face of the second force sensor that is closest to the sensor face of the first force sensor,
Es ist aus dem Stand der Technik bekannt, mehrere Kraftsensoren in einer Ausnehmung des Messrollenkörpers anzuordnen.
Die Erfindung hat nun erkannt, dass sowohl innerhalb der Planheitsmessung von bandförmigem Gut, insbesondere von Metallband, aber auch bei der Feststellung anderer Eigenschaften eines über die Messrolle geführten bandförmigen Guts Vorteile erzielt werden, wenn ein erster Kraftsensor in der Ausnehmung so neben dem zweiten Kraftsensor angeordnet ist, dass entweder die Sensorfläche des ersten Kraftsensors an die Sensorfläche des zweiten Kraftsensors unmittelbar angrenzt oder der Winkel zwischen einer in Radialrichtung der Messrolle verlaufenden Endbegrenzungslinie, die den Punkt der Sensorfläche des ersten Kraftsensors schneidet, der der Sensorfläche des zweiten Kraftsensor am nächsten ist, und einer Linie, die
- in der Ebene verläuft, die die Endbegrenzungslinie und die Linie enthält, die den Punkt der Sensorfläche des ersten Kraftsensors, der der Sensorfläche des zweiten Kraftsensors am nächsten liegt, mit dem Punkt der Sensorfläche des zweiten Kraftsensors, der der Sensorfläche des ersten Kraftsensors am nächsten liegt, verbindet, und
- die Endbegrenzungslinie im Schnittpunkt der Endbegrenzungslinie mit der Umfangsfläche schneidet, und
- den Punkt der Sensorfläche des zweiten Kraftsensors schneidet, der der Sensorfläche des ersten Kraftsensors am nächsten liegt,
- in the plane containing the end boundary line and the line connecting the point on the sensing face of the first force sensor that is closest to the sensing face of the second force sensor to the point on the sensing face of the second force sensor that is closest to the sensing face of the first force sensor , connects, and
- intersects the end gauge at the intersection of the end gauge and the peripheral surface, and
- intersects the point on the sensor face of the second force sensor that is closest to the sensor face of the first force sensor,
Die Erfindung ermöglicht es, möglichst viele Kraftsensoren in einer Reihe anzuordnen. Damit kann die Zahl der Messstellen auf dem Umfang der Messrolle reduziert werden. Es ist sogar in einer bevorzugten Ausführungsform denkbar, alle Kraftsensoren, die zur Bestimmung der Eigenschaft, beispielsweise der Planheit notwendig sind, in einer einzigen axial verlaufenden Ausnehmung oder in einer einzigen Reihe von radial verlaufenden, nebeneinander angeordneten Bohrungen anzuordnen. Durch diese konzentrierte Anordnung der Einzelsensoren auf einer Linie wird der Einfluss von Schwingungen auf das Messergebnis reduziert. Alle derart angeordneten Sensoren sehen das bandförmige Gut im gleichen Schwingungszustand, so dass Relativaussagen präziser getroffen werden können. Dadurch wird die Aussagekraft der mit derartigen Messrollen durchgeführten Untersuchungen der Eigenschaften des über die Messrolle geführten bandförmigen Guts erhöht. Für die Messung der Planheit kann die erfindungsgemäße Anordnung der Kraftsensoren auch den Vorteil einer höheren Auflösung und genaueren Abbildung der tatsächlichen Planheit bieten.The invention makes it possible to arrange as many force sensors as possible in a row. The number of measuring points on the circumference of the measuring roller can thus be reduced. It is even conceivable in a preferred embodiment to arrange all the force sensors that are necessary for determining the property, for example the flatness, in a single axially running recess or in a single row of radially running bores arranged next to one another. This concentrated arrangement of the individual sensors on a line reduces the influence of vibrations on the measurement result. All sensors arranged in this way see the strip-shaped product in the same state of vibration, so that relative statements can be made more precisely. This increases the informative value of the tests carried out with such measuring rollers on the properties of the strip-shaped material guided over the measuring roller. For the measurement of the flatness, the arrangement of the force sensors according to the invention can also offer the advantage of a higher resolution and a more precise depiction of the actual flatness.
Die erfindungsgemäße Messrolle weist einen Messrollenkörper auf. Vorzugsweise weist der Messrollenkörper eine geschlossene Umfangsfläche auf. In einer bevorzugten Ausführungsform ist der Messrollenkörper eine Vollrolle, die sich entlang einer Längsachse erstreckt. Unter einer Vollrolle wird ein Messrollenkörper verstanden, der einstückig ist und dessen Form entweder mit einem Urformverfahren, beispielsweise Gießen, hergestellt wurde und/oder dessen geometrische Form durch Trennverfahren, insbesondere durch Zerspanen, insbesondere durch Drehen, Bohren, Fräsen oder Schleifen aus einem einstückigen Halbzeug hergestellt wird. In einer bevorzugten Ausführungsform sind bei einem solchen als Vollrolle ausgebildeten Messrollenkörper auch die jeweils stirnseitig der Messrolle angeordneten Messrollenzapfen zur drehbaren Lagerung der Messrolle, beispielsweise in Kugellagern, Teil des einstückigen Körpers. Es sind jedoch auch Bauformen, wie sie beispielsweise
Der Messrollenkörper der erfindungsgemäßen Messrolle weist vorzugsweise eine geschlossene Umfangsfläche auf. Dies kann beispielsweise dadurch erreicht werden, dass der Messrollenkörper als Vollrolle ausgebildet wird und alle in dem Messrollenkörper vorgesehenen Ausnehmungen derart ausgebildet sind, dass keine Ausnehmung von der Ausnehmung zur Umfangsfläche führt. Bei einer solchen Ausführungsform werden die Ausnehmungen insbesondere bevorzugt axial geführt und weisen eine Öffnung an einer Stirnseite des Messrollenkörpers auf oder es werden Querkanäle innerhalb des Messrollenkörpers vorgesehen, die von der Ausnehmung aus radial weiter in das Innere des Messrollenkörpers führen, beispielsweise zu einem Sammelkanal in der Mitte des Messrollenkörpers. Eine geschlossene Umfangsfläche des Messrollenkörpers lässt sich ferner dadurch erzielen, dass bei Ausführungsformen, bei denen die jeweilige Ausnehmung eine in Richtung auf die Umfangsfläche führende Ausnehmung aufweist, diese durch ein Verschlusselement verschlossen werden. Ein derartiges Verschlusselement kann ein einen Grundkörper des Messrollenkörpers gesamthaft umgebendes Mantelrohr sein, wie beispielsweise in den
In dem Messrollenkörper der erfindungsgemäßen Messrolle ist mindestens eine Ausnehmung vorgesehen. Es hat sich gezeigt, dass die Vorzüge der Erfindung bereits mit einer einzigen Ausnehmung im Messrollenkörper erreicht werden können. So ist es bei der Planheitsmessung denkbar, eine Information über die Planheit des über die Messrolle geführten bandförmigen Guts einmal pro Umdrehung der Messrolle bereitzustellen.At least one recess is provided in the measuring roller body of the measuring roller according to the invention. It has been shown that the advantages of the invention can already be achieved with a single recess in the measuring roller body. It is thus conceivable in the case of the flatness measurement to provide information about the flatness of the strip-shaped material guided over the measuring roller once per revolution of the measuring roller.
In einer bevorzugten Ausführungsform weist der Messrollenkörper mehrere Ausnehmungen auf. In einer bevorzugten Ausführungsform sind die Ausnehmungen im gleichen radialen Abstand zur Längsachse des Messrollenkörpers ausgeführt. In einer bevorzugten Ausführungsform sind alle Ausnehmungen in Umfangsrichtung äquidistant zueinander verteilt angeordnet. Es sind aber auch Ausführungsformen denkbar, bei denen eine erste Gruppe von Ausnehmungen vorgesehen ist, die insbesondere bevorzugt im gleichen radialen Abstand zur Längsachse und in Umfangsrichtung äquidistant verteilt angeordnet sind, und bei dem zusätzlich zu dieser ersten Gruppe von Ausnehmungen zumindest eine weitere Ausnehmung vorgesehen ist, die entweder bezüglich ihres radialen Abstands zur Längsachse anders ausgeführt ist, als die Ausnehmungen der ersten Gruppe und/oder nicht den gleichen Abstand in Umfangsrichtung zu den übrigen Ausnehmungen aufweist, wie die übrigen Ausnehmung zueinander aufweisen. So ist es beispielsweise denkbar, eine Messrolle hinsichtlich der Planheitsmessung so auszuführen, wie eine Messrolle des Standes der Technik, beispielsweise wie die aus
In einer bevorzugten Ausführungsform weist der Messrollenkörper eine geschlossene Umfangsfläche auf und wird stirnseitig jeweils durch eine Stirnseite abgeschlossen. In einer bevorzugten Ausführungsform sind die Stirnseiten im Winkel von 90° zur Umfangsfläche angeordnet.In a preferred embodiment, the measuring roller body has a closed peripheral surface and is closed off at each end by an end face. In a preferred embodiment, the end faces are arranged at an angle of 90° to the peripheral surface.
In einer bevorzugten Ausführungsform weist die Messrolle Lagerzapfen auf. In einer bevorzugten Ausführungsform sind die Lagerzapfen bei Ausführungsformen der Messrolle mit Stirnseiten die Lagerzapfen an den Stirnseiten ausgebildet.In a preferred embodiment, the measuring roller has bearing journals. In a preferred embodiment, in embodiments of the measuring roller with end faces, the bearing journals are formed on the end faces.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist der Messrollenkörper zylinderförmig ausgeführt.In a preferred embodiment, the measuring roller body is cylindrical.
Die erfindungsgemäße Messrolle ist in einer ersten Variante der Erfindung mit mindestens einer Ausnehmung in dem Messrollenkörper ausgeführt, die beabstandet zu der Umfangsfläche angeordnet ist, wobei die Ausnehmung sich nicht zur Umfangsfläche hin öffnet, bzw. keine von der Ausnehmung fortführende weitere Ausnehmung, beispielsweise keine Bohrung zur Umfangsfläche führt. In einer zweiten Variante der Erfindung führt die Ausnehmung von der Umfangsfläche in das Innere des Messrollenkörpers, ist aber durch ein Verschlusselement verschlossen. In einer bevorzugten Ausführungsform sind bei den Ausführungsformen, in denen die Messrolle mit mehreren Ausnehmungen in dem Messrollenkörper ausgeführt ist, die beabstandet zu den Umfangsflächen angeordnet sind, entweder alle Ausnehmungen derart ausgeführt, dass keine Ausnehmung, bspw. keine Bohrung von der Ausnehmung zur Umfangsfläche führt (und auch nicht die Ausnehmung selbst in die Umfangsfläche mündet), oder es sind einige Ausnehmungen derart ausgeführt, dass keine Ausnehmung von der jeweiligen Ausnehmung zur Umfangsfläche führt, während bei anderen Ausnehmungen eine in Richtung auf die Umfangsfläche führende Ausnehmung vorgesehen ist, die aber durch ein Verschlusselement verschlossen ist. Das Verschlusselement ist - wie vorstehend ausgeführt - eine Abdeckung oder beispielsweise ein Mantelrohr.In a first variant of the invention, the measuring roller according to the invention is designed with at least one recess in the measuring roller body, which is arranged at a distance from the peripheral surface, with the recess not opening towards the peripheral surface, or no further recess leading away from the recess, for example no bore leads to the peripheral surface. In a second variant of the invention, the recess leads from the peripheral surface into the interior of the measuring roller body, but is closed by a closure element. In a preferred embodiment, in the embodiments in which the measuring roller is designed with a plurality of recesses in the measuring roller body, which are arranged at a distance from the peripheral surfaces, either all recesses are designed in such a way that no recess, e.g. no bore, leads from the recess to the peripheral surface (nor does the recess itself open into the peripheral surface), or some recesses are designed in such a way that no recess leads from the respective recess to the peripheral surface, while other recesses have a recess leading in the direction of the peripheral surface, but which passes through a closure element is closed. As stated above, the closure element is a cover or, for example, a jacket tube.
In einer bevorzugten Ausführungsform erstreckt sich eine Ausnehmung des Messrollenkörpers in eine Richtung parallel zur Längsachse des Messrollenkörpers. Sind gemäß einer bevorzugten Ausführungsform mehrere Ausnehmungen in dem Messrollenkörper vorgesehen, so ist es bevorzugt, dass alle Ausnehmungen des Messrollenkörpers sich jeweils in eine Richtung parallel zur Längsachse des Messrollenkörpers erstrecken. In einer bevorzugten Ausführungsform mündet die jeweilige Ausnehmung zumindest an einem ihrer Enden, vorzugweise an beiden ihrer Enden an einer Stirnfläche des Messrollenkörpers. Eine an einer Stirnseite eines Messrollenkörpers endende Ausnehmung kann durch eine Endkappe verschlossen sein, wobei diese Endkappe nur diese Ausnehmung verschließt. Ebenso sind Ausführungsformen denkbar, bei denen die Stirnseite des Messrollenkörpers durch einen Deckel gesamthaft verschlossen wird, wie beispielsweise in
In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Ausnehmung langgestreckt ausgeführt, wobei unter "langgestreckt" verstanden wird, dass die Ausnehmung in eine erste Richtung (in die Längsrichtung der Ausnehmung) größer ist als in irgendeine senkrecht zu dieser Richtung stehenden Richtung. In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Erstreckung der langgestreckten Ausnehmung in Längsrichtung um das Zweifache oder insbesondere bevorzugt um mehr als das Zweifache größer als in irgendeine senkrecht zu dieser Richtung stehende Richtung. In einer bevorzugten Ausführungsform schließt die Längsrichtung der Ausnehmung mit der Längsrichtung des Messrollenkörpers einen Winkel ein, der kleiner ist als 75°, insbesondere bevorzugt <45°, insbesondere bevorzugt <30°, insbesondere bevorzugt <10°, insbesondere bevorzugt <5° ist. In einer bevorzugten Ausführungsform steht die Längsrichtung der Ausnehmung nicht senkrecht zur Längsachse des Messrollenkörpers. Sollten sich - was in einer Ausführungsform denkbar wäre - die Längsachse der Ausnehmung und die Längsachse des Messrollenkörpers nicht schneiden, so gilt die vorstehend genannte Auslegungsregel für die Projektion der Längsachse der Ausnehmung auf die Ebene, die die Längsachse des Messrollenkörpers enthält. Bei diesen Ausführungsformen ist demnach die Projektion der Längsachse der Ausnehmung auf eine Ebene, die die Längsachse des Messrollenkörpers enthält, derart ausgeführt, dass die Projektion der die Längsrichtung der Ausnehmung mit der Längsrichtung des Messrollenkörpers einen Winkel einschließt, der kleiner ist als 75°, insbesondere bevorzugt <45°, insbesondere bevorzugt <30°, insbesondere bevorzugt <10°, insbesondere bevorzugt <5° ist. In den bevorzugten Ausführungsformen, in denen sich die Ausnehmung parallel zur Längsachse des Messrollenkörpers erstreckt, schneidet die Längsachse der Ausnehmung offensichtlich die Längsachse des Messrollenkörpers nicht, ebenso wenig wie eine Projektion der Längsachse auf eine Ebene, die die Längsachse des Messrollenkörpers enthält, die Längsachse des Messrollenkörpers nicht schneidet. In
In anderen bevorzugten Ausführungsformen sind die Ausnehmungen nicht langgestreckt sondern als radial verlaufende Taschen ausgeführt, wie sie beispielsweise in
- in der Ebene verläuft, die die Endbegrenzungslinie und die Linie enthält, die den Punkt der Sensorfläche des ersten Kraftsensors, der der Sensorfläche des zweiten Kraftsensors am nächsten liegt, mit dem Punkt der Sensorfläche des zweiten Kraftsensors, der der Sensorfläche des ersten Kraftsensors am nächsten liegt, verbindet, und
- die Endbegrenzungslinie im Schnittpunkt der Endbegrenzungslinie mit der Umfangsfläche schneidet, und
- den Punkt der Sensorfläche des zweiten Kraftsensors schneidet, der der Sensorfläche des ersten Kraftsensors am nächsten liegt,
- in the plane containing the end boundary line and the line connecting the point on the sensing face of the first force sensor that is closest to the sensing face of the second force sensor to the point on the sensing face of the second force sensor that is closest to the sensing face of the first force sensor , connects, and
- intersects the end gauge at the intersection of the end gauge and the peripheral surface, and
- intersects the point on the sensor face of the second force sensor that is closest to the sensor face of the first force sensor,
In bevorzugten Ausführungsform sind in einer Ausnehmung (wenn die Messrolle nur eine Ausnehmung aufweist: in der Ausnehmung) der Messrolle ein erster Kraftsensor und ein zweiter Kraftsensor angeordnet. Der erste Kraftsensor weist eine Sensorfläche auf, wobei der Kraftsensor bei einer Änderung der Lage der Sensorfläche des ersten Kraftsensors ein Sensorsignal erzeugen kann. Ferner weist der zweite Kraftsensor eine Sensorfläche auf, wobei der zweite Kraftsensor bei einer Änderung der Lage der Sensorfläche des zweiten Kraftsensors ein Sensorsignal erzeugen kann. Kraftsensoren werden als Kraftsensor bezeichnet, weil sie dazu eingesetzt werden, Kräfte, insbesondere bevorzugt Druckkräfte zu messen. Um die auf sie wirkende Kraft zu messen, sind die Kraftsensoren derart ausgeführt, dass sie eine Sensorfläche aufweisen und bei einer Änderung der Lage der Sensorfläche ein Sensorsignal erzeugen können. Die Kraftsensor weisen meist ein ihnen zugehöriges Bezugsystem auf und reagieren auf Änderungen der Lage der Sensorfläche in diesem Bezugsystem. Häufig weisen Kraftsensorem ein Gehäuse auf. Das Bezugsystem ist dann häufig das Gehäuse. Der Kraftsensor kann bei einer solchen Ausführungsform beispielsweise feststellen, ob sich die Lage der Sensorfläche relativ zu dem Gehäuse geändert hat. Ist der Kraftsensor beispielsweise als piezoelektrischer Kraftsensor ausgeführt, so weist er einen Piezo-Quarz auf, der ein elektrisches Signal erzeugen kann, wenn die Lage einer seiner Oberflächen relativ zu einer Bezugsfläche, beispielsweise einer gegenüberliegenden Oberfläche des Piezo-Quarz geändert wird, der Piezo-Quarz beispielsweise zusammengedrückt wird. Bei einem als Dehnungsmessstreifen ausgeführten Kraftsensor wird durch eine Lageänderung der Oberfläche des Kraftsensors die Länge des Messdrahts, bzw. des aus Messdrähten gebildeten Messgitters geändert, meist gestreckt, teilweise aber auch gestaucht. Bei einem als optischen Kraftsensor ausgestalteten Kraftsensor werden die optischen Eigenschaften des Kraftsensors, beispielsweise der Brechungsindex oder Reflektionseigenschaften durch die Lageränderung der Oberfläche geändert.In a preferred embodiment, a first force sensor and a second force sensor are arranged in a recess (if the measuring roller has only one recess: in the recess) of the measuring roller. The first force sensor has a sensor surface, with the force sensor being able to generate a sensor signal when the position of the sensor surface of the first force sensor changes. Furthermore, the second force sensor has a sensor surface, with the second force sensor being able to generate a sensor signal when the position of the sensor surface of the second force sensor changes. Force sensors are referred to as force sensors because they are used to measure forces, particularly compressive forces. In order to measure the force acting on them, the force sensors are designed in such a way that they have a sensor surface and can generate a sensor signal when the position of the sensor surface changes. The force sensors usually have an associated reference system and react to changes in the position of the sensor surface in this reference system. Force sensors often have a housing. The reference system is then often the housing. In such an embodiment, the force sensor can determine, for example, whether the position of the sensor surface has changed relative to the housing. If the force sensor is designed as a piezoelectric force sensor, for example, it has a piezo quartz that can generate an electrical signal when the position of one of its surfaces is changed relative to a reference surface, for example an opposite surface of the piezo quartz, the piezo Quartz, for example, is compressed. In the case of a force sensor designed as a strain gauge, a change in the position of the surface of the force sensor changes the length of the measuring wire or the measuring grid formed from measuring wires, mostly stretched, but sometimes also compressed. In the case of a force sensor designed as an optical force sensor, the optical properties of the force sensor, for example the refractive index or reflection properties, are changed by the change in the position of the surface.
Die erfindungsgemäß einzusetzenden Kraftsensoren weisen eine Sensorfläche auf, deren Lageänderung der Kraftsensor zur Bestimmung einer auf ihn wirkenden Kraft beobachtet. Es sind Ausführungsformen denkbar, bei denen die Sensorfläche eine Oberfläche des Elements ist, dessen Eigenschaften zur Erzeugung des Sensorsignals geändert werden, beispielsweise eine Oberfläche des Piezo-Quarzes selbst. Häufig sind bei derartigen Kraftsensoren jedoch Zwischenstücke vorgesehen, an denen die Sensorfläche ausgebildet ist. Häufig sind derartige Zwischenstücke starre Blöcke, bei denen eine Veränderung der Lage der einen Oberfläche des starren Blocks aufgrund der Starrheit des Blocks unmittelbar zu einer Veränderung der Lage der gegenüberliegenden Fläche führt. Derartige Zwischenstücke können dazu eingesetzt werden, die Sensorfläche von übrigen Teilen des Kraftsensors, insbesondere von einem Gehäuse überstehend auszubilden. Durch eine gegenüber anderen Teilen des Kraftsensors überstehende Sensorfläche wird die Messgenauigkeit erhöht, weil eine klar definierte Fläche geschaffen wird, auf die die Umgebung einwirken kann. Durch überstehende Sensorflächen können beispielsweise Messfehler durch Kraftnebenschluss verhindert werden. Der erfindungsgemäße Kraftsensor kann beispielsweise wie der in
In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Sensorfläche eben ausgeführt. In einer bevorzugten Ausführungsform weist die Flächennormale der ebenen Sensorfläche des ersten Kraftsensors in Richtung auf die Umfangsfläche. Die Flächennormale der Sensorfläche des zweiten Kraftsensors ist in einer bevorzugten Ausführungsform ebenfalls eben ausgeführt und weist in einer bevorzugten Ausführungsform ebenfalls in Richtung auf die Umfangsfläche. In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Flächennormale der Sensorfläche des ersten Kraftsensors parallel zur Flächennormale der Sensorfläche des zweiten Kraftsensors. In einer bevorzugten Ausführungsform ist eine Radialrichtung des Messrollenkörpers eine Flächennormale der Sensorfläche des ersten und/oder des zweiten Kraftsensors.In a preferred embodiment, the sensor surface is flat. In a preferred embodiment, the surface normal of the flat sensor surface of the first force sensor points in the direction of the peripheral surface. The surface normal of the sensor surface of the second force sensor is also flat in a preferred embodiment and also points in the direction of the peripheral surface in a preferred embodiment. In a preferred embodiment, the surface normal of the sensor surface of the first force sensor is parallel to the surface normal of the sensor surface of the second force sensor. In a preferred embodiment, a radial direction of the measuring roller body is a surface normal of the sensor surface of the first and/or the second force sensor.
In einer bevorzugten Ausführungsform steht die Flächennormale einer eben ausgeführten Sensorfläche an dem Punkt der Sensorfläche, an dem die Sensorfläche von einer Radialen des Messrollenkörpers geschnitten wird, in einem Winkel zu dieser Radialen des Messrollenkörpers, der kleiner ist als 45°, insbesondere bevorzugt kleiner als 20°, insbesondere bevorzugt kleiner als 10°, insbesondere bevorzugt kleiner als 5° ist.In a preferred embodiment, the surface normal of a flat sensor surface at the point on the sensor surface at which the sensor surface is intersected by a radial line of the measuring roller body is at an angle to this radial line of the measuring roller body that is less than 45°, particularly preferably less than 20 °, particularly preferably less than 10°, particularly preferably less than 5°.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Sensorfläche eines in der erfindungsgemäßen Messrolle eingesetzten Kraftsensors, insbesondere des ersten Kraftsensors und/oder des zweiten Kraftsensors eine ebene Fläche.In a preferred embodiment, the sensor surface of a force sensor used in the measuring roller according to the invention, in particular of the first force sensor and/or the second force sensor, is a flat surface.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Sensorfläche des ersten Kraftsensors symmetrisch bezüglich der Ebene ausgeführt, die die Längsachse des Messrollenkörpers enthält und die die Sensorfläche des Kraftsensors schneidet und in der auch eine Flächennormale der Sensorfläche liegt.In a preferred embodiment, the sensor surface of the first force sensor is symmetrical with respect to the plane that contains the longitudinal axis of the measuring roller body and that intersects the sensor surface of the force sensor and in which a surface normal of the sensor surface also lies.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Sensorfläche ringförmig, insbesondere kreisringförmig ausgeführt. Ebenso bevorzugt werden Ausführungsformen, bei denen die Sensorfläche kreisförmig oder elliptisch ausgeführt ist. Auch sind rechteckige, quadratische oder polygone Sensorflächen denkbar. In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Sensorfläche eben ausgeführt.In a preferred embodiment, the sensor surface is ring-shaped, in particular in the form of a circular ring. Equally preferred are embodiments in which the sensor surface is circular or elliptical. Rectangular, square or polygonal sensor surfaces are also conceivable. In a preferred embodiment, the sensor surface is flat.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Sensorfläche eine von übrigen Elementen des Kraftsensors hervorgehobene Fläche, die im Kontakt mit einer Begrenzungsfläche der Ausnehmung steht, bzw. die im Kontakt mit einem die Ausnehmung zur Umfangsfläche hin verschließenden Verschlusselement steht.In a preferred embodiment, the sensor surface is a surface that is emphasized from the other elements of the force sensor and is in contact with a boundary surface of the recess or is in contact with a closure element that closes the recess towards the peripheral surface.
In einer bevorzugten Ausführungsform sind zumindest zwei in der erfindungsgemäßen Messrolle eingesetzten Kraftsensoren, insbesondere bevorzugt die Mehrzahl der in der erfindungsgemäßen Messrolle eingesetzten Kraftsensoren, insbesondere bevorzugt alle in der erfindungsgemäßen Messrolle eingesetzten Kraftsensoren gleichartig ausgeführt, mithin vom gleichen Typ und insbesondere von der gleichen Baureihe, insbesondere bevorzugt identisch aufgebaut.In a preferred embodiment, at least two force sensors used in the measuring roller according to the invention, particularly preferably the majority of the force sensors used in the measuring roller according to the invention, particularly preferably all force sensors used in the measuring roller according to the invention, are of the same type, and are therefore of the same type and in particular of the same series, in particular preferably constructed identically.
Gemäß einer ersten Alternativen der erfindungsgemäßen Messrolle ist der erste Kraftsensor in der Ausnehmung neben dem zweiten Kraftsensor angeordnet. Das bedeutet, dass die Sensorfläche des ersten Kraftsensors näher zu einer Stirnseite des Messrollenkörpers angeordnet ist, als die Sensorfläche des zweiten Kraftsensors. Es ist denkbar, dass der erste Kraftsensor in der Ausnehmung in Umfangsrichtung versetzt zu dem zweiten Kraftsensor angeordnet ist. In einer bevorzugten Ausführungsform sind der erste Kraftsensor und der zweite Kraftsensor in Umfangsrichtung jedoch nicht versetzt zueinander angeordnet.According to a first alternative of the measuring roller according to the invention, the first force sensor is arranged in the recess next to the second force sensor. This means that the sensor surface of the first force sensor is arranged closer to an end face of the measuring roller body than the sensor surface of the second force sensor. It is conceivable that the first force sensor is arranged offset in the circumferential direction in relation to the second force sensor in the recess. In a preferred embodiment, however, the first force sensor and the second force sensor are not offset from one another in the circumferential direction.
In einer bevorzugten Ausführungsform sind der erste Kraftsensor und der zweite Kraftsensor im gleichen radialen Abstand zur Längsachse des Messrollenkörpers angeordnet.In a preferred embodiment, the first force sensor and the second force sensor are arranged at the same radial distance from the longitudinal axis of the measuring roller body.
Bei der erfindungsgemäßen Messrolle ist vorgesehen, dass entweder die Sensorfläche des ersten Kraftsensors an die Sensorfläche des zweiten Kraftsensors unmittelbar angrenzt oder dass der erste Kraftsensor so nah neben dem zweiten Kraftsensor angeordnet ist, dass der Winkel zwischen einer in Radialrichtung der Messrolle verlaufenden Endbegrenzungslinie, die den Punkt der Sensorfläche des ersten Kraftsensors schneidet, der der Sensorfläche des zweiten Kraftsensors am nächsten ist, und einer Linie, die
- ∘ in der Ebene verläuft, die die Endbegrenzungslinie und die Linie enthält, die den Punkt der Sensorfläche des ersten Kraftsensors, der der Sensorfläche des zweiten Kraftsensors am nächsten liegt, mit dem Punkt der Sensorfläche des zweiten Kraftsensors, der der Sensorfläche des ersten Kraftsensors am nächsten liegt, verbindet, und
- ∘ die Endbegrenzungslinie im Schnittpunkt der Endbegrenzungslinie mit der Umfangsfläche schneidet, und
- ∘ den Punkt der Sensorfläche des zweiten Kraftsensors schneidet, der der Sensorfläche des ersten Kraftsensors am nächsten liegt,
- ∘ Passing in the plane containing the end boundary line and the line connecting the point on the sensing face of the first force sensor that is closest to the sensing face of the second force sensor with the point on the sensing face of the second force sensor that is closest to the sensing face of the first force sensor lies, connects, and
- ∘ intersects the end gauge at the intersection of the end gauge and the peripheral surface, and
- ∘ intersects the point on the sensor face of the second force sensor that is closest to the sensor face of the first force sensor,
Von den beiden vorstehend genannten erfindungsgemäßen Alternativen ist insbesondere die bevorzugt, bei der die Sensorfläche des ersten Kraftsensors an die Sensorfläche des zweiten Kraftsensors unmittelbar angrenzt. Beispielsweise würde bei kreisförmigen oder kreisringförmigen Sensorflächen somit ein auf dem Umfang der kreisförmig oder kreisringförmig ausgeführten ersten Sensorfläche liegender Punkt an einem auf dem Umfang der kreisförmig oder kreisringförmig ausgeführten zweiten Sensorfläche liegenden Punkt angrenzen. In einer solchen Ausgestaltung der Erfindung könnten die auf den Umfang der Messrolle wirkenden Radialkräfte lückenlos gemessen werden. Es steht aber zu erwarten, dass eine derartige Anordnung zu einem Kraftnebenschluss führt und Bewegungen der ersten Sensorfläche aufgrund von auf die erste Sensorfläche wirkenden Kräften zu Bewegungen der zweiten Sensorfläche führen, beispielsweise durch Reibung an den Umfangsrändern der Sensorflächen. Ein Kraftnebenschluss könnte nur verhindert werden, wenn die Umfangsflächen der Sensorflächen so glatt ausgeführt sind, dass keine Reibkräfte übertragen werden. Es ist deshalb davon auszugehen, dass die Sensorflächen in der praktisch relevanten Umsetzung hauptsächlich leicht beabstandet zueinander angeordnet werden, um die Messergebnisse der jeweiligen Sensorfläche nicht durch Belastungen einer benachbarten Sensorfläche zu beeinflussen.Of the two alternatives according to the invention mentioned above, the one in which the sensor surface of the first force sensor is directly adjacent to the sensor surface of the second force sensor is particularly preferred. For example, in the case of circular or annular sensor surfaces, a point lying on the circumference of the circular or annular first sensor surface would adjoin a point lying on the circumference of the circular or annular second sensor surface. In such an embodiment of the invention, the radial forces acting on the circumference of the measuring roller could be measured without gaps. However, it is to be expected that such an arrangement leads to a force shunt and movements of the first sensor surface due to forces acting on the first sensor surface lead to movements of the second sensor surface, for example due to friction on the peripheral edges of the sensor surfaces. A force shunt could only be prevented if the peripheral surfaces of the sensor surfaces are so smooth that no frictional forces are transmitted. It can therefore be assumed that in the practically relevant implementation, the sensor surfaces will mainly be arranged at a slight distance from one another so that the measurement results of the respective sensor surface are not influenced by loads on an adjacent sensor surface.
In der anderen erfindungsgemäßen Alternative sind die Sensorflächen zwar beabstandet voneinander angeordnet, aber so nah beieinander, dass der Winkel zwischen einer in Radialrichtung der Messrolle verlaufenden Endbegrenzungslinie, die den Punkt der Sensorfläche des ersten Kraftsensors schneidet, der der Sensorfläche des zweiten Kraftsensors am nächsten ist, und einer Linie, die
- ∘ in der Ebene verläuft, die die Endbegrenzungslinie und die Linie enthält, die den Punkt der Sensorfläche des ersten Kraftsensors, der der Sensorfläche des zweiten Kraftsensors am nächsten liegt, mit dem Punkt der Sensorfläche des zweiten Kraftsensors, der der Sensorfläche des ersten Kraftsensors am nächsten liegt, verbindet, und
- ∘ die Endbegrenzungslinie im Schnittpunkt der Endbegrenzungslinie mit der Umfangsfläche schneidet, und
- ∘ den Punkt der Sensorfläche des zweiten Kraftsensors schneidet, der der Sensorfläche des ersten Kraftsensors am nächsten liegt,
- ∘ Passing in the plane containing the end boundary line and the line connecting the point on the sensing face of the first force sensor that is closest to the sensing face of the second force sensor with the point on the sensing face of the second force sensor that is closest to the sensing face of the first force sensor lies, connects, and
- ∘ intersects the end gauge at the intersection of the end gauge and the peripheral surface, and
- ∘ intersects the point on the sensor face of the second force sensor that is closest to the sensor face of the first force sensor,
Die erfindungsgemäß beanspruchte Auslegungsregel geht von einer radial verlaufenden Endbegrenzungslinie aus. Die Messrolle wird im praktischen Einsatz regelmäßig für das Messen von radial wirkenden Kräften eingesetzt werden. Diese Kräfte treten auf, wenn das zu untersuchende bandförmige Gut die Messrolle teilweise umschlingt. Die Endbegrenzungslinie legt durch den Punkt, in dem sie die Umfangsfläche schneidet, den Punkt fest, an dem eine radial wirkende Kraft noch gerade oberhalb der Sensorfläche des einen Kraftsensors liegt; und sei es bei einer kreisförmig oder kreisringförmig ausgeführten Sensorfläche auch nur oberhalb eines an dem Umfang der Sensorfläche liegenden Punkts.The design rule claimed according to the invention is based on a radial end boundary line. In practical use, the measuring roller is regularly used to measure radially acting forces. These forces occur when the strip-shaped material to be examined partially wraps around the measuring roller. Through the point at which it intersects the peripheral surface, the end boundary line defines the point at which a radially acting force is still just above the sensor surface of one force sensor; and be it in the case of a sensor surface designed in the form of a circle or annulus, even just above a point on the circumference of the sensor surface.
Ausgehend von dieser Endbegrenzungslinie legt die Erfindung den Abstand zur benachbarten Sensorfläche über die Winkellage einer Linie fest, die
- in der Ebene verläuft, die die Endbegrenzungslinie und die Linie enthält, die den Punkt der Sensorfläche des ersten Kraftsensors, der der Sensorfläche des zweiten Kraftsensors am nächsten liegt, mit dem Punkt der Sensorfläche des zweiten Kraftsensors, der der Sensorfläche des ersten Kraftsensors am nächsten liegt, verbindet, und
- die Endbegrenzungslinie im Schnittpunkt der Endbegrenzungslinie mit der Umfangsfläche schneidet, und
- den Punkt der Sensorfläche des zweiten Kraftsensors schneidet, der der Sensorfläche des ersten Kraftsensors am nächsten liegt.
- in the plane containing the end boundary line and the line connecting the point on the sensing face of the first force sensor that is closest to the sensing face of the second force sensor to the point on the sensing face of the second force sensor that is closest to the sensing face of the first force sensor , connects, and
- intersects the end gauge at the intersection of the end gauge and the peripheral surface, and
- intersects the point on the sensing face of the second force sensor that is closest to the sensing face of the first force sensor.
Erfindungsgemäß ist der Winkel zwischen diesen Linien kleiner als 65°, insbesondere bevorzugt kleiner als 55° und besonders bevorzugt kleiner oder gleich 45°, besonders bevorzugt kleiner oder gleich 40°, besonders bevorzugt kleiner oder gleich 35°, besonders bevorzugt kleiner oder gleich 30°, besonders bevorzugt kleiner oder gleich 20°, besonders bevorzugt kleiner oder gleich 10°, besonders bevorzugt kleiner oder gleich 5°.According to the invention, the angle between these lines is less than 65°, particularly preferably less than 55° and particularly preferably less than or equal to 45°, particularly preferably less than or equal to 40°, particularly preferably less than or equal to 35°, particularly preferably less than or equal to 30° , more preferably less than or equal to 20°, more preferably less than or equal to 10°, more preferably less than or equal to 5°.
Erfindungsgemäß sind somit auch Ausführungsformen vorgesehen, bei denen Teile der zweiten Sensorfläche innerhalb des "Rötscherkegel" liegen, der von einer radial wirkenden Kraft ausgeht, die im Schnittpunkt der Endbegrenzungslinie und der Umfangsfläche auf die Umfangsfläche wirkt.According to the invention, embodiments are thus also provided in which parts of the second sensor surface lie within the "Rötscher cone" which emanates from a radially acting force which acts on the peripheral surface at the intersection of the end boundary line and the peripheral surface.
In einer bevorzugten Ausführungsform verläuft die Linie, die den Punkt der Sensorfläche des ersten Kraftsensors, der der Sensorfläche des zweiten Kraftsensors am nächsten liegt, mit dem Punkt der Sensorfläche des zweiten Kraftsensors, der der Sensorfläche des ersten Kraftsensors am nächsten liegt, verbindet, parallel zur Längsachse der Messrolle. Dies ist insbesondere dann der Fall, wenn der erste Kraftsensor und der zweite Kraftsensor in einer langgestreckten Ausnehmung angeordnet sind und die Richtung der Längserstreckung der Ausnehmung parallel zur Längsachse der Messrolle verläuft. Es sind jedoch auch Ausführungsformen denkbar, bei denen der erste Kraftsensor in einer ersten radialen Ausnehmung, vorzugsweise einer Tasche, angeordnet ist, und der zweite Kraftsensor in einer zweiten radialen Ausnehmung, vorzugsweise einer Tasche angeordnet ist. Bei einer solchen Ausführungsform kann die Linie, die den Punkt der Sensorfläche des ersten Kraftsensors, der der Sensorfläche des zweiten Kraftsensors am nächsten liegt, mit dem Punkt der Sensorfläche des zweiten Kraftsensors, der der Sensorfläche des ersten Kraftsensors am nächsten liegt, verbindet, ebenfalls parallel zur Längsachse der Messrolle verlaufen. Es sind jedoch auch Ausführungsformen denkbar, bei denen die radiale Ausnehmung des ersten Kraftsensors axial (in Richtung der Längsachse der Messrolle) und in Umfangrichtung der Messrolle versetzt zur radialen Ausnehmung des zweiten Kraftsensors angeordnet ist. In solchen Ausführungsformen würde die Linie, die den Punkt der Sensorfläche des ersten Kraftsensors, der der Sensorfläche des zweiten Kraftsensors am nächsten liegt, mit dem Punkt der Sensorfläche des zweiten Kraftsensors, der der Sensorfläche des ersten Kraftsensors am nächsten liegt, verbindet, nicht parallel zur Längsachse der Messrolle verlaufen. Eine solche Ausrichtung der Linie ist auch bei langgestreckten Ausnehmungen gegeben, deren Längserstreckung nicht parallel zur Längsachse des Messrollenkörpers verläuft, sondern auch eine in Umfangsrichtung weisende Komponente hat.In a preferred embodiment, the line connecting the point on the sensor surface of the first force sensor that is closest to the sensor surface of the second force sensor with the point on the sensor surface of the second force sensor that is closest to the sensor surface of the first force sensor runs parallel to the Longitudinal axis of the measuring roller. This is the case in particular when the first force sensor and the second force sensor are arranged in an elongated recess and the direction of the longitudinal extent of the recess runs parallel to the longitudinal axis of the measuring roller. However, embodiments are also conceivable in which the first force sensor is arranged in a first radial recess, preferably a pocket, and the second force sensor is arranged in a second radial recess, preferably a pocket. In such an embodiment, the line connecting the point on the sensor surface of the first force sensor that is closest to the sensor surface of the second force sensor with the point on the sensor surface of the second force sensor that is closest to the sensor surface of the first force sensor can also be parallel to the longitudinal axis of the measuring roller. However, embodiments are also conceivable in which the radial recess of the first force sensor is offset axially (in the direction of the longitudinal axis of the measuring roller) and in the circumferential direction of the measuring roller relative to the radial recess of the second force sensor. In such embodiments, the line connecting the point on the sensing face of the first force sensor that is closest to the sensing face of the second force sensor and the point on the sensing face of the second force sensor that is closest to the sensing face of the first force sensor would not be parallel to the Run along the longitudinal axis of the measuring roller. Such an alignment of the line is also given in the case of elongated recesses, the longitudinal extension of which does not run parallel to the longitudinal axis of the measuring roller body, but also has a component pointing in the circumferential direction.
In einer bevorzugten Ausführungsform verläuft die Linie, die den Punkt der Sensorfläche des ersten Kraftsensors, der der Sensorfläche des zweiten Kraftsensors am nächsten liegt, mit dem Punkt der Sensorfläche des zweiten Kraftsensors, der der Sensorfläche des ersten Kraftsensors am nächsten liegt, verbindet, in einem Winkel zu einer Ebene, die senkrecht zur Längsachse der Messrolle steht, vorzugsweise in einem Winkel von >1°, insbesondere bevorzugt in einem Winkel von >5°, insbesondere bevorzugt in einem Winkel von >10°, insbesondere bevorzugt in einem Winkel von >15°, insbesondere bevorzugt in einem Winkel von >20°, insbesondere bevorzugt in einem Winkel von >25°, insbesondere bevorzugt in einem Winkel von >30°, insbesondere bevorzugt in einem Winkel von >45°. In einer bevorzugten Ausführungsform ist der Winkel ≤ 90°. Ist der Winkel gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform 90°, so verläuft die Linie, die die den Punkt der Sensorfläche des ersten Kraftsensors, der der Sensorfläche des zweiten Kraftsensors am nächsten liegt, mit dem Punkt der Sensorfläche des zweiten Kraftsensors, der der Sensorfläche des ersten Kraftsensors am nächsten liegt, verbindet, parallel zur Längsachse der Messrolle. In einer bevorzugten Ausführungsform liegen der Punkt der Sensorfläche des ersten Kraftsensors, der der Sensorfläche des zweiten Kraftsensors am nächsten liegt, und der Punkt der Sensorfläche des zweiten Kraftsensors, der der Sensorfläche des ersten Kraftsensors am nächsten liegt, nicht in Umfangsrichtung hintereinander.In a preferred embodiment, the line that connects the point on the sensor surface of the first force sensor that is closest to the sensor surface of the second force sensor with the point on the sensor surface of the second force sensor that is closest to the sensor surface of the first force sensor runs in one Angle to a plane which is perpendicular to the longitudinal axis of the measuring roller, preferably at an angle of >1°, particularly preferably at an angle of >5°, particularly preferably at an angle of >10°, particularly preferably at an angle of >15 °, particularly preferably at an angle of >20°, particularly preferably in at an angle of >25°, particularly preferably at an angle of >30°, particularly preferably at an angle of >45°. In a preferred embodiment, the angle is ≦90°. If, according to a particularly preferred embodiment, the angle is 90°, the line that connects the point on the sensor surface of the first force sensor that is closest to the sensor surface of the second force sensor runs with the point on the sensor surface of the second force sensor that is closest to the sensor surface of the first closest to the force sensor, parallel to the longitudinal axis of the measuring roller. In a preferred embodiment, the point on the sensor surface of the first force sensor that is closest to the sensor surface of the second force sensor and the point on the sensor surface of the second force sensor that is closest to the sensor surface of the first force sensor are not located one behind the other in the circumferential direction.
Die erfindungsgemäße Erkenntnis lässt sich für Ausführungsformen, bei denen die Sensorfläche an der Ausnehmungsbegrenzungsfläche anliegt, die der Umfangsfläche des Messrollenkörpers am nächsten liegt, auch in Abhängigkeit der Höhe des Stegs ausdrücken, wobei als Steg das Material zwischen der Umfangsfläche des Messrollenkörpers und der Ausnehmungsbegrenzungsfläche, die der Umfangsfläche des Messrollenkörpers am nächsten liegt, verstanden wird. Steghöhen können bei mehr als 2 mm, vorzugsweise bei 5 mm oder mehr liegen und liegen vorzugsweise bei weniger als 20 mm, vorzugsweise bei weniger als 15 mm und insbesondere bevorzugt bei gleich oder weniger als 12 mm. In einer alternativen Ausdrucksweise der erfindungsgemäßen Erkenntnis ist der Punkt der Sensorfläche des ersten Kraftsensors, der der Sensorfläche des zweiten Kraftsensor am nächsten liegt, um weniger als das 2,2-fache der Steghöhe entfernt von dem Punkt der Sensorfläche des zweiten Kraftsensors, der der Sensorfläche des ersten Kraftsensors am nächsten liegt, vorzugsweise um weniger als das 2-fache, insbesondere bevorzugt um gleich oder weniger als das 1-fach der Steghöhe.The knowledge according to the invention can also be expressed as a function of the height of the web for embodiments in which the sensor surface rests against the recess boundary surface that is closest to the peripheral surface of the measuring roller body, the material between the peripheral surface of the measuring roller body and the recess boundary surface being the web closest to the peripheral surface of the measuring roller body. Web heights can be more than 2 mm, preferably 5 mm or more and are preferably less than 20 mm, preferably less than 15 mm and particularly preferably equal to or less than 12 mm. In an alternative way of expressing the knowledge according to the invention, the point on the sensor surface of the first force sensor that is closest to the sensor surface of the second force sensor is less than 2.2 times the web height away from the point on the sensor surface of the second force sensor that is the sensor surface of the first force sensor is closest, preferably less than 2 times, particularly preferably equal to or less than 1 time the web height.
In einer bevorzugten Ausführungsform sind der erste Kraftsensor und der zweite Kraftsensor in einer Ausnehmung angeordnet, die von der einen Stirnseite des Messrollenkörpers zur gegenüberliegenden Stirnseite des Messrollenkörpers führt. In einer alternativen Bauform führt die Ausnehmung, in der sich der erste Kraftsensor und der zweite Kraftsensor befinden, in Richtung parallel zur Längsachse des Messrollenkörpers und erstreckt sich über mindestens 50%, insbesondere bevorzugt mindestens 60%, insbesondere bevorzugt mindestens 75%, insbesondere bevorzugt mindestens 80%, insbesondere bevorzugt mindestens 90%, insbesondere bevorzugt mindestens 95% der Länge des Messrollenkörpers, wie sie sich ergibt, wenn man sie von Stirnseite zu Stirnseite misst (also ohne Berücksichtigung der Zapfen).In a preferred embodiment, the first force sensor and the second force sensor are arranged in a recess that leads from one end face of the measuring roller body to the opposite end face of the measuring roller body. In an alternative design, the recess in which the first force sensor and the second force sensor are located leads in a direction parallel to the longitudinal axis of the measuring roller body and extends over at least 50%, particularly preferably at least 60%, particularly preferably at least 75%, particularly preferably at least 80%, particularly preferably at least 90%, particularly preferably at least 95% of the length of the measuring roller body as it results when measured from face to face (that is to say without taking the pins into account).
In der Ausführungsform, bei denen die Messrolle mehrere Ausnehmungen aufweist, sind Ausführungsformen denkbar, bei denen alle Ausnehmungen gleichartig ausgeführt sind, also zueinander parallele Längserstreckungen aufweisen und gleiche Längen aufweisen. In einer alternativen Ausführungsform ist es denkbar, eine Messrolle mit mehreren Ausnehmungen derart auszuführen, dass zumindest eine Ausnehmung die vorstehende Auslegungsregel erfüllt, also sich über mindestens 50%, insbesondere bevorzugt mindestens 60%, insbesondere bevorzugt mindestens 75%, insbesondere bevorzugt mindestens 80%, insbesondere bevorzugt mindestens 90%, insbesondere bevorzugt mindestens 95% der Länge des Messrollenkörpers, wie sie sich ergibt, wenn man sie von Stirnseite zu Stirnseite misst (also ohne Berücksichtigung der Zapfen) erstreckt, während es für die anderen Ausnehmungen denkbar ist, dass diese kürzer ausgeführt sind.
In einer bevorzugten Ausführungsform weist die Ausnehmung eine Öffnung auf, die an einer Stirnseite des Messrollenkörpers angeordnet ist. Diese Ausnehmung kann offenstehend ausgeführt sein. Es sind jedoch auch Bauformen denkbar, bei denen die Ausnehmung durch einen Deckel verschlossen wird. Bei mehreren Ausnehmungen, die an der Stirnseite münden, hätte in dieser Ausführungsform jede Ausnehmung einen eigenen Deckel. Auch sind Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Messrolle, insbesondere bei solchen Ausführungsformen, bei denen die Messrolle mehrere Ausnehmungen aufweist, denkbar, bei denen der Messrollenkörper einen stirnseitigen Deckel zum gemeinsamen Verschließen der Öffnungen der Ausnehmungen aufweist, beispielsweise einen Deckel, wie er in
In einer bevorzugten Ausführungsform weist die Messrolle eine Vielzahl von Kraftsensoren auf, die alle in einer Ausnehmung angeordnet sind. Insbesondere bevorzugt sind mehr als 5, besonders bevorzugt mehr als 7, besonders bevorzugt mehr als 10, besonders bevorzugt mehr als 15 Kraftsensoren in einer Ausnehmung angeordnet.In a preferred embodiment, the measuring roller has a large number of force sensors, all of which are arranged in a recess. Particularly preferably, more than 5, particularly preferably more than 7, particularly preferably more than 10, particularly preferably more than 15 force sensors are arranged in a recess.
In einer bevorzugten Ausführungsform weist die Messrolle eine erste Ausnehmung auf, in der eine Vielzahl von Kraftsensoren nebeneinander angeordnet sind, insbesondere bevorzugt sind mehr als 5, besonders bevorzugt mehr als 7, besonders bevorzugt mehr als 10, besonders bevorzugt mehr als 15 Kraftsensoren in der ersten Ausnehmung angeordnet, während die Messrolle diese Ausführungsform weitere Ausnehmungen ausweist, in denen jeweils nur ein einziger Kraftsensor oder weniger als 15, besonders bevorzugt weniger als 10, besonders bevorzugt weniger als 7, besonders bevorzugt weniger als 5 Kraftsensoren angeordnet sind.In a preferred embodiment, the measuring roller has a first recess in which a multiplicity of force sensors are arranged next to one another; more than 5 are particularly preferred, more than 7 are particularly preferred, particularly preferred more than 10, particularly preferably more than 15 force sensors are arranged in the first recess, while the measuring roller of this embodiment has further recesses, in each of which only a single force sensor or less than 15, particularly preferably less than 10, particularly preferably less than 7, particularly preferably less than 5 force sensors are arranged.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Messrolle, in der eine Vielzahl von Kraftsensoren in einer Ausnehmung angeordnet sind, sind die Kraftsensoren äquidistant über die Länge der Ausnehmung verteilt, zumindest aber äquidistant zueinander verteilt (für Ausführungsformen, bei denen der Abstand des letzten Kraftsensors zum Ende der Ausnehmung nicht dem Abstand entspricht, den dieser letzte Kraftsensor zu seinem benachbarten (vorletzten) Kraftsensor aufweist). Es sind jedoch auch Ausführungsformen denkbar, bei denen eine erste Gruppe von Kraftsensoren äquidistant zueinander angeordnet ist und eine zweite Gruppe von Kraftsensoren in anderem Abstand zu den Kraftsensoren dieser ersten Gruppe angeordnet sind, wobei die Kraftsensoren der zweiten Gruppe wiederum zueinander äquidistant angeordnet sein können. So lässt sich innerhalb der Ausnehmung eine Zone schaffen, innerhalb der die Kraftsensoren näher zueinander angeordnet sind, während die des Weiteren vorgesehenen Kraftsensoren außerhalb dieser Zone weiter beabstandet voneinander angeordnet sind.In a preferred embodiment of the measuring roller, in which a large number of force sensors are arranged in a recess, the force sensors are distributed equidistantly over the length of the recess, but are at least distributed equidistantly from one another (for embodiments in which the distance from the last force sensor to the end of the recess does not correspond to the distance that this last force sensor has to its neighboring (penultimate) force sensor). However, embodiments are also conceivable in which a first group of force sensors is arranged equidistant from one another and a second group of force sensors are arranged at a different distance from the force sensors of this first group, with the force sensors of the second group in turn being arranged equidistant from one another. A zone can thus be created within the recess, within which the force sensors are arranged closer to one another, while the force sensors that are also provided are arranged at a greater distance from one another outside this zone.
Ausführungsformen mit einer Vielzahl von Kraftsensoren können auch bei dem erfindungsgemäßen Grundtypus der Messrolle umgesetzt werden, bei dem die Kraftsensoren in Taschen angeordnet sind. Bei einer solchen Ausführungsform wird eine Vielzahl von Taschen nebeneinander angeordnet, insbesondere bevorzugt werden mehr als 5, besonders bevorzugt mehr als 7, besonders bevorzugt mehr als 10, besonders bevorzugt mehr als 15 derart angeordnet, dass der jeweils eine in der jeweiligen Tasche angeordnete Kraftsensor derart nah an einem benachbarten, in einer benachbarten Tasche angeordneten Kraftsensor ist, dass der Winkel zwischen einer in Radialrichtung der Messrolle verlaufenden Endbegrenzungslinie, die den Punkt der Sensorfläche des jeweiligen Kraftsensors schneidet, der der Sensorfläche des ihm benachbarten Kraftsensor am nächsten ist, und einer Linie, die
- in der Ebene verläuft, die die Endbegrenzungslinie und die Linie enthält, die den Punkt der Sensorfläche des jeweiligen Kraftsensors, der der Sensorfläche des benachbarten Kraftsensor am nächsten liegt, mit dem Punkt der Sensorfläche des benachbarten Kraftsensors, der der Sensorfläche des jeweiligen Kraftsensors am nächsten liegt, verbindet, und
- die Endbegrenzungslinie im Schnittpunkt der Endbegrenzungslinie mit der Umfangsfläche schneidet, und
- den Punkt der Sensorfläche des ihm benachbarten Kraftsensors schneidet, der der Sensorfläche des jeweiligen Kraftsensors am nächsten liegt,
- in the plane containing the end boundary line and the line connecting the point on the sensing face of each force sensor that is closest to the sensing face of the adjacent force sensor to the point on the sensing face of the adjacent force sensor that is closest to the sensing face of the relevant force sensor , connects, and
- intersects the end gauge at the intersection of the end gauge and the peripheral surface, and
- intersects the point of the sensor surface of the adjacent force sensor that is closest to the sensor surface of the respective force sensor,
In einer bevorzugten Ausführungsform werden die Kraftsensoren in der Ausnehmung verkeilt. Dadurch können sie in einer besonders bevorzugten Ausführungsform mit einer vordefinierten Vorspannung belastet werden. Sie werden durch das Verkeilen also nicht nur in ihrer Position innerhalb der Ausnehmung fixiert, sondern können zudem mit Vorspannkräften belastet werden. Das Belasten mit Vorspannkräften ist bevorzugt, da sich beim Einsatz der Messrolle im normalen Betrieb die Einbaubedingungen für den Kraftsensor unter den verschiedenen Betriebsbedingungen, wie z.B. durch Temperaturänderung, ändern können. Deshalb ist es bevorzugt, dass die Kraftsensoren beim Einbau in die Ausnehmungen mit einer Vorspannkraft beaufschlagt werden, die so hoch ist, dass im Betriebseinsatz unter allen Betriebseinflüssen die Kraftverbindung zwischen Kraftsensor und Ausnehmungswandung erhalten bleibt, damit eine hysteresefreie und lineare Messung gewährleistet ist.In a preferred embodiment, the force sensors are wedged in the recess. As a result, in a particularly preferred embodiment, they can be loaded with a predefined prestress. They are not only fixed in their position within the recess by being wedged, but can also be loaded with prestressing forces. Loading with pretensioning forces is preferred because when using the measuring roller in normal operation, the installation conditions for the force sensor can change under the various operating conditions, such as temperature changes. It is therefore preferred that the force sensors, when installed in the recesses, are subjected to a prestressing force that is so high that the force connection between the force sensor and the recess wall is maintained under all operating influences during operation, so that a hysteresis-free and linear measurement is ensured.
Die Kraftsensoren sollten in einer bevorzugten Ausführungsform in den Ausnehmungen fixiert, nämlich verkeilt, und bevorzugt auch durch die Verkeilung verspannt sein. In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Verkeilung derart ausgeführt, dass eine Vorspannung auf den Kraftsensor ausgeübt wird. Diese Vorspannung ist insbesondere bevorzugt so gewählt, dass im Betriebseinsatz unter allen Betriebseinflüssen die Kraftverbindung zwischen Kraftsensor und Ausnehmungswandung erhalten bleibt, damit eine hysteresefreie und lineare Messung gewährleistet ist.In a preferred embodiment, the force sensors should be fixed in the recesses, namely wedged, and preferably also braced by the wedging. In a preferred embodiment, the wedging is designed in such a way that a prestress is exerted on the force sensor. This prestressing is particularly preferably selected in such a way that the force connection between the force sensor and the wall of the recess is maintained during operational use under all operational influences, so that a hysteresis-free and linear measurement is ensured.
Treten beim Verspannen unterschiedliche Vorspannungen auf, lassen sich diese ohne weiteres messtechnisch kompensieren. Andererseits lässt sich die Vorspannung jedoch auch bewusst dosieren, um Fertigungstoleranzen sowohl der Kraftsensoren als auch der Ausnehmungen auszugleichen. Dabei können Kraftsensoren mit planparallelen Flächen zwischen keilförmigen Haltestücken, beispielsweise Spannkeilen angeordnet sein, die solange gegeneinander bewegt werden, bis der Kraftsensor unverrückbar zwischen den Haltestücken eingeklemmt ist.If different pretensions occur during tensioning, these can easily be compensated for using measurement technology. On the other hand, the preload can also be deliberately metered in order to compensate for manufacturing tolerances of both the force sensors and also to compensate for the recesses. In this case, force sensors with plane-parallel surfaces can be arranged between wedge-shaped holding pieces, for example clamping wedges, which are moved against one another until the force sensor is immovably clamped between the holding pieces.
Eines der beiden Haltestücke ist normalerweise dort, wo der Kraftsensor platziert werden soll, ortsfest in der Ausnehmung angeordnet, während das andere Haltestück zum Fixieren des Kraftsensors in der Ausnehmung verschoben wird. Dies kann mit Hilfe einer Spannschraube geschehen, die sich am Messrollenkorpus abstützt und über eine Distanzhülse auf das bewegliche Haltestück wirkt.One of the two holding pieces is normally arranged stationarily in the recess where the force sensor is to be placed, while the other holding piece is displaced in the recess in order to fix the force sensor. This can be done with the help of a clamping screw, which is supported on the measuring roller body and acts on the movable holding piece via a spacer sleeve.
Besonders günstig ist die Anordnung mehrerer Kraftsensoren in radial beweglichen Schiebestücken, die mit Hilfe einer Keilleiste in der Ausnehmung fixiert werden. Die Schiebestücke können in einer Distanzleiste angeordnet sein und mit Hilfe keilförmiger Haltenasen einer Spannleiste radial nach außen gedrückt und so in den Ausnehmungen verspannt werden.The arrangement of several force sensors in radially movable sliding pieces, which are fixed in the recess with the aid of a V-ledge, is particularly favorable. The sliding pieces can be arranged in a spacer strip and can be pressed radially outwards with the aid of wedge-shaped holding lugs of a clamping strip and thus clamped in the recesses.
Um die zu den Kraftsensoren führenden Leitungen sicher unterzubringen, können die Ausnehmungen mit parallel verlaufenden Leitungskanälen verbunden sein. Alternativ können die Ausnehmungen jedoch auch über einen Querkanal mit einer zentrischen Kabelausnehmung in der Messrolle verbunden sein. Der Querkanal kann im Korpus der Messrolle verlaufen oder als offener Kanal an der Stirnfläche der Messrolle und dann mit einem Deckel verschlossen sein.In order to safely accommodate the lines leading to the force sensors, the recesses can be connected to line channels running parallel. Alternatively, however, the recesses can also be connected to a central cable recess in the measuring roller via a transverse channel. The transverse channel can run in the body of the measuring roller or be an open channel on the end face of the measuring roller and then closed with a cover.
Um die Haltestücke für die Kraftsensoren oder die Leisten in den Ausnehmungen zu führen, können sie mit einer Längsrippe versehen sein, die in eine komplementäre Führungsnut im Korpus der Messrolle eingreift.In order to guide the holding pieces for the force sensors or the strips in the recesses, they can be provided with a longitudinal rib which engages in a complementary guide groove in the body of the measuring roller.
In einer bevorzugten Ausführungsform wird der Kraftsensor zwischen zwei Paaren von Innen- und Außenkeilelementen gehalten. Dadurch wird es zum einen möglich, den Kraftsensor in Wirkrichtung der zu messenden Druckkraft auszurichten. Ferner ist es durch diese Anordnung möglich, die Halterung bezüglich einer durch die Einbauposition des Kraftsensors verlaufenden, senkrecht zur Wirkrichtung der zu messenden Druckkraft angeordneten Ebene geometrisch symmetrisch auszubilden, möglicherweise sogar achssymmetrisch.In a preferred embodiment, the force sensor is held between two pairs of inner and outer wedge members. This makes it possible, on the one hand, to align the force sensor in the effective direction of the compressive force to be measured. Furthermore, this arrangement makes it possible to construct the holder geometrically symmetrically, possibly even axially symmetrically, with respect to a plane running through the installation position of the force sensor and arranged perpendicularly to the effective direction of the compressive force to be measured.
Die Vorzüge werden bereits durch eine Halterung für einen Kraftsensor, der eine von oben auf ihn wirkende Druckkraft messen kann, erzielt, der folgende Bauelemente aufweist:
- ein erstes oberhalb der für den Kraftsensor vorgesehenen Einbauposition angeordnetes Innenkeilelement mit einer zu der Einbauposition des Kraftsensors weisenden Innenfläche und einer im Winkel zur Innenfläche stehenden, der Innenfläche gegenüberliegenden Außenfläche, und
- ein erstes Außenkeilelement mit einer zu der Einbauposition des Kraftsensors weisenden Innenfläche, mit der das Außenkeilelement auf der Außenfläche des ersten Innenkeilelements aufliegt, sowie mit einer der Innenfläche gegenüberliegenden Außenfläche, und
- ein zweites unterhalb der für den Kraftsensor vorgesehenen Einbauposition angeordnetes Innenkeilelement mit einer zu der Einbauposition des Kraftsensors weisenden Innenfläche und einer im Winkel zur Innenfläche stehenden, der Innenfläche gegenüberliegenden Außenfläche und
- ein zweites Außenkeilelement mit einer zu der Einbauposition des Kraftsensors weisenden Innenfläche, mit der das Außenkeilelement auf der Außenfläche des zweiten Innenkeilelements aufliegt, sowie mit einer der Innenfläche gegenüberliegenden Außenfläche.
- a first inner wedge element arranged above the installation position provided for the force sensor and having an inner surface facing towards the installation position of the force sensor and an outer surface at an angle to the inner surface, opposite the inner surface, and
- a first outer wedge element with an inner surface facing towards the installation position of the force sensor, with which the outer wedge element rests on the outer surface of the first inner wedge element, and with an outer surface opposite the inner surface, and
- a second inner wedge element arranged below the installation position provided for the force sensor and having an inner surface facing towards the installation position of the force sensor and an outer surface which is at an angle to the inner surface and is opposite the inner surface and
- a second outer wedge element with an inner surface facing towards the installation position of the force sensor, with which the outer wedge element rests on the outer surface of the second inner wedge element, and with an outer surface opposite the inner surface.
Auf diese Weise wird die für das Vorspannen der Halterung und des Kraftsensors in einer Ausnehmung durch eine translatorische Bewegung notwendige Keilanordnung in das Innere der Halterung verlegt. Die Halterung kann bezüglich ihrer Außenflächen an die Formgebung der Ausnehmung, in die die Halterung und der Kraftsensor zu verspannen sind, angepasst werden und erlaubt gleichzeitig, die unmittelbar bzw. mittelbar die Einbauausrichtung des Kraftsensors beeinflussenden Innenflächen auf die gewünschte Ausrichtung anzupassen, beispielsweise diese Innenflächen senkrecht zu der Wirkrichtung der zu messenden Druckkraft anzuordnen. Außerdem hat es sich gezeigt, dass bei der erfindungsgemäßen Halterung die Oberflächengüte der Ausnehmung (beispielsweise der Axialausnehmung), in die die Halterung eingesetzt wird, geringer sein kann, ohne dass ein Kippen auftritt. Dadurch entfallen aufwendige Verfahren zum Erzeugen einer guten Oberflächengüte, wie beispielsweise das Hohnen oder Rollieren.In this way, the wedge arrangement required for the prestressing of the holder and the force sensor in a recess by means of a translatory movement is moved into the interior of the holder. With regard to its outer surfaces, the holder can be adapted to the shape of the recess into which the holder and the force sensor are to be clamped, and at the same time allows the inner surfaces that directly or indirectly influence the installation orientation of the force sensor to be adapted to the desired orientation, for example these inner surfaces perpendicularly to the effective direction of the compressive force to be measured. In addition, it has been shown that in the case of the holder according to the invention, the surface quality of the recess (for example the axial recess) into which the holder is inserted can be lower without tilting occurring. This eliminates the need for complex processes to produce a good surface quality, such as honing or roller burnishing.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Halterung bezüglich einer durch die Einbauposition des Kraftsensors verlaufenden, senkrecht zur Wirkrichtung der zu messenden Druckkraft angeordneten Ebene geometrisch symmetrisch ausgebildet. Bereits die Abstimmung der Geometrie der oberhalb des Kraftsensors und unterhalb des Kraftsensors angeordneten Bauelemente reduziert die beim Vorspannen auftretenden Kippmomente und kann sie sogar vollständig vermeiden.In a preferred embodiment, the holder is geometrically symmetrical with respect to a plane running through the installation position of the force sensor and arranged perpendicularly to the effective direction of the compressive force to be measured. The tuning of the geometry of the components arranged above the force sensor and below the force sensor already reduces the tilting moments that occur during prestressing and can even completely avoid them.
Alternativ oder ergänzend kann die Halterung bezüglich einer durch die Einbauposition des Kraftsensors verlaufenden, senkrecht zur Wirkrichtung der zu messenden Drucckraft angeordneten Ebene bezüglich der für die die Halterung bildenden Bauelemente verwendeten Materialien und/oder bezüglich der Oberflächenbeschaffenheiten dieser Bauelemente symmetrisch ausgebildet sein. Kippmomente können nicht nur durch geometrische Unterschiede der oberhalb und unterhalb des Kraftsensors vorgesehenen Bauelemente erzeugt werden, sondern auch dadurch, dass aufgrund unterschiedlicher Materialwahl oder unterschiedlicher Oberflächenbeschaffenheiten unterschiedliche Reibkräfte zwischen gegeneinander bewegten Oberflächen oberhalb und unterhalb des Kraftsensors entstehen. Dies kann durch die symmetrische Ausbildung der betreffenden Materialen bzw. Oberflächenbeschaffenheiten verhindert werden.Alternatively or in addition, the mount can be designed symmetrically with respect to a plane running through the installation position of the force sensor and arranged perpendicular to the effective direction of the compressive force to be measured with regard to the materials used for the components forming the mount and/or with regard to the surface properties of these components. Tilting moments can be generated not only by geometric differences in the components provided above and below the force sensor, but also by different frictional forces occurring between surfaces moving against one another above and below the force sensor due to different material selection or different surface properties. This can be prevented by the symmetrical design of the relevant materials or surface properties.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist eine Verbindung vorgesehen, die das erste Innenkeilelement und das zweite Innenkeilelement zur Vermeidung einer relativen Verschiebung in eine Richtung, die nicht die Wirkrichtung der zu messenden Druckkraft ist, verbindet. Die zu vermeidenden Kippmomente können auch dadurch entstehen, dass sich vergleichbare Bauelemente oberhalb des Kraftsensors und unterhalb des Kraftsensors nicht synchron zueinander bewegen. Dies kann vermieden werden, wenn die betreffenden Bauelemente miteinander verbunden werden. Vorzugsweise ist diese Verbindung jedoch derart ausgebildet, dass sie eine Verschiebung der beiden verbundenen Bauelemente in Wirkrichtung der zu messenden Druckkraft erlaubt. Bei Halterungen für Kraftsensoren, die eine von oben auf sie wirkende Druckkraft messen sollen, wird durch konstruktive Maßnahmen vorzugsweise versucht, den Kraftnebenschluss möglichst gering zu halten, also den Teil der zu messenden Druckkraft, der durch die Halterung an dem Kraftsensor vorbeigeleitet wird, klein zu halten. Dies erfolgt, indem die Bauelemente in Wirkrichtung der zu messenden Druckkraft relativ zueinander federnd ausgebildet sind und die Federsteifigkeit der durch die Verbindung entstandenen Kraftbrücke möglichst gering ist.In a preferred embodiment, a connection is provided which connects the first inner wedge element and the second inner wedge element to avoid a relative displacement in a direction which is not the effective direction of the compressive force to be measured. The tilting moments to be avoided can also arise from the fact that comparable components above the force sensor and below the force sensor do not move synchronously with one another. This can be avoided if the relevant components are connected to one another. However, this connection is preferably designed in such a way that it allows a displacement of the two connected components in the effective direction of the compressive force to be measured. In the case of mounts for force sensors, which are intended to measure a compressive force acting on them from above, design measures are preferably used to try to keep the force shunt as small as possible, i.e. the part of the compressive force to be measured that is conducted past the force sensor by the mount is reduced keep. This is done in that the components are designed to be resilient relative to one another in the effective direction of the compressive force to be measured and the spring stiffness of the force bridge created by the connection is as low as possible.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist eine Verbindung vorgesehen, die das erste Außenkeilelement und das zweite Außenkeilelement zur Vermeidung einer relativen Verschiebung in eine Richtung, die nicht die Wirkrichtung der zu messenden Druckkraft ist, verbindet. Dadurch werden die gleichen Vorteile wie bei der Verbindung der Innenkeilelemente erzielt.In a further embodiment of the invention, a connection is provided which connects the first outer wedge element and the second outer wedge element in order to avoid a relative displacement in a direction which is not the effective direction of the compressive force to be measured. This achieves the same advantages as when connecting the inner wedge elements.
Auch wenn die Außenfläche des ersten Innenkeilelements und/oder die Außenfläche des zweiten Innenkeilelements nach Art eines Flachkeils plan ausgebildet sein kann, ist bei einer bevorzugten Ausführungsform die Außenfläche des ersten Innenkeilelements und/oder die Außenfläche des zweiten Innenkeilelements als Teilfläche eines Kegels ausgebildet, dessen Längsachse durch die Einbauposition des Kraftsensors verläuft. Für die beim Vorspannen erzeugten Kippmomente ist es von Bedeutung, mit welcher Präzision die Geometrien der einander zugewandten Flächen einzelner, relativ zueinander bewegter Flächen hergestellt werden können. Es hat sich gezeigt, dass die Herstellung von Kegelteilflächen, beispielsweise durch drehende, spanabhebende Bearbeitung eines Halbzeugs präziser hergestellt werden kann, als die plane Fläche eines Flachkeils. Durch diese spezielle Ausgestaltung der Außenflächen wird deshalb eine weitere Verminderung der auftretenden Kippmomente erreicht.Even if the outer surface of the first inner wedge element and/or the outer surface of the second inner wedge element can be designed flat in the manner of a flat wedge, in a preferred embodiment the outer surface of the first inner wedge element and/or the outer surface of the second inner wedge element is designed as a partial surface of a cone whose longitudinal axis through the installation position of the force sensor. For the tilting moments generated during prestressing, it is important with the precision with which the geometries of the facing surfaces of individual surfaces that are moved relative to one another can be produced. It has been shown that the production of partial cone surfaces, for example by turning, machining a semi-finished product, can be produced more precisely than the flat surface of a flat wedge. This special design of the outer surfaces therefore achieves a further reduction in the overturning moments that occur.
Aus dem gleichen Grund wird die Innenfläche des ersten Außenkeilelements und/oder die Innenfläche des zweiten Außenkeilelements vorzugsweise als Teilfläche der Begrenzung einer kegelförmigen Ausnehmung ausgebildet, deren Längsachse durch die Einbauposition des Kraftsensors verläuft.For the same reason, the inner surface of the first outer wedge element and/or the inner surface of the second outer wedge element is preferably designed as a partial surface of the delimitation of a conical recess whose longitudinal axis runs through the installation position of the force sensor.
In einer bevorzugten Ausführungsform sind das erste Innenkeilelement und das zweite Innenkeilelement Teilelemente einer einstückig hergestellten Innenhülse. Dies bietet sowohl hinsichtlich der Fertigung der Bauteile der Halterung als auch hinsichtlich der Handhabung der Halterung beim Einbau des Kraftsensors Vorteile.In a preferred embodiment, the first inner wedge element and the second inner wedge element are partial elements of an inner sleeve manufactured in one piece. This offers advantages both with regard to the manufacture of the components of the mount and with regard to the handling of the mount when installing the force sensor.
In einer bevorzugten Ausführungsform weist die Innenhülse zwischen dem ersten Innenkeilelement und dem zweiten Innenkeilelement einen Längsschlitz auf, der zur Wirkrichtung der zu messenden Druckkraft im Wesentlichen senkrecht verläuft. Hierdurch wird die Federsteifigkeit der Innenhülse reduziert, so dass der Kraftnebenschluss gering bleibt. Ferner kann die Innenhülse mit einer geringen Wandstärke ausgebildet sein. Als geringe Wandstärke wird bei einem üblichen Innendurchmesser von z.B. 20 mm bis 50 mm eine Wandstärke von z.B. 0,3 mm bis 5 mm verstanden. Die gewählte Wandstärke der Hülsen kann auch in Abhängigkeit der Hülsenlänge, den Verschiebeweg und der Steigung gewählt werden. Sie kann an der dünnsten Stelle auch 1/10 mm betragen. Insbesondere kann der Längsschlitz derart ausgebildet sein, dass er nahezu die gesamte Längserstreckung der Innenhülse aufweist und nur an einem oder beiden Enden als Verbindung zwischen dem ersten Innenkeilelement und dem zweiten Innenkeilelement ein schmaler Steg verbleibt. In einer bevorzugten Ausführungsform weist die Innenhülse zwei Längsschlitze auf. Vorzugsweise ist der bzw. sind die Längsschlitze in einer durch die Einbauposition des Kraftsensors verlaufenden, senkrecht zur Wirkrichtung der zu messenden Druckkraft angeordneten Ebene vorgesehen.In a preferred embodiment, the inner sleeve has a longitudinal slit between the first inner wedge element and the second inner wedge element, which runs essentially perpendicular to the effective direction of the compressive force to be measured. This reduces the spring stiffness of the inner sleeve so that the force shunt remains low. Furthermore, the inner sleeve can be designed with a small wall thickness. A small wall thickness is understood to mean a wall thickness of, for example, 0.3 mm to 5 mm with a usual inside diameter of, for example, 20 mm to 50 mm. The selected wall thickness of the sleeves can also be chosen depending on the sleeve length, the displacement path and the pitch. It can also be 1/10 mm at the thinnest point. In particular, the longitudinal slot can be designed in such a way that it has almost the entire longitudinal extent of the inner sleeve and a narrow web remains only at one or both ends as a connection between the first inner wedge element and the second inner wedge element. In a preferred embodiment, the inner sleeve has two longitudinal slots. The longitudinal slot or slots is/are preferably provided in a plane running through the installation position of the force sensor and arranged perpendicular to the direction of action of the compressive force to be measured.
Wie auch bei den Innenkeilelementen können in einer bevorzugten Ausführungsform alternativ oder ergänzend das ersten Außenkeilelement und das zweite Außenkeilelement Teilelemente bzw. Teilstücke einer einstückig hergestellten Außenhülse sein. Diese Außenhülse kann in einer bevorzugten Ausführungsform ebenfalls mindestens einen Längsschlitz zwischen dem ersten Außenkeilelement und dem zweiten Außenkeilelement aufweisen, der zur Wirkrichtung der zu messenden Druckkraft im Wesentlichen senkrecht verläuft.As in the case of the inner wedge elements, in a preferred embodiment the first outer wedge element and the second outer wedge element can alternatively or additionally be part elements or parts of an outer sleeve produced in one piece. In a preferred embodiment, this outer sleeve can also have at least one longitudinal slit between the first outer wedge element and the second outer wedge element, which runs essentially perpendicular to the effective direction of the compressive force to be measured.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Innenfläche des ersten Innenkeilelements und/oder die Innenfläche des zweiten Innenkeilelements plan ausgebildet und in einer zur Wirkrichtung der zu messenden Druckkraft senkrechten Ebene angeordnet. Eine derartige Ausgestaltung erlaubt es, den an seiner Oberseite und Unterseite meist plan ausgebildeten Kraftsensor unmittelbar an die Innenflächen anliegend, zwischen die Innenkeilelemente einzuschieben.In a preferred embodiment, the inner surface of the first inner wedge element and/or the inner surface of the second inner wedge element is flat and arranged in a plane perpendicular to the effective direction of the compressive force to be measured. Such an embodiment allows the force sensor, which is mostly planar on its top and bottom, to be inserted between the inner wedge elements so that it rests directly against the inner surfaces.
Alternativ kann in einer weiteren Ausführungsform der Erfindung zwischen dem ersten Innenkeilelement und der Einbauposition des Kraftsensors ein erstes Zwischenstück mit einer Kalotte und/oder zwischen dem zweiten Innenkeilelement und der Einbauposition des Kraftsensors ein zweites Zwischenstück mit einer Kalotte vorgesehen sein, wobei die Kalotte die der einen Innenfläche eines Innenkeilelements zugewandte Fläche bildet und die zugehörige Innenfläche des Innenkeilelements korrespondierend ausgebildet ist. Die Kalotte weist dabei vorzugsweise die geometrische Form einer Teilfläche eines zylindrischen Körpers auf.Alternatively, in a further embodiment of the invention, a first intermediate piece with a spherical cap can be provided between the first inner wedge element and the installation position of the force sensor and/or a second intermediate piece with a spherical cap can be provided between the second inner wedge element and the installed position of the force sensor, the spherical cap being that of the one Inner surface of an inner wedge element facing surface forms and the associated inner surface of the inner wedge element is formed correspondingly. The cap preferably has the geometric shape of a partial surface of a cylindrical body.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Außenfläche des ersten und/oder des zweiten Außenkeilelements eine Teilfläche eines zylindrischen Körpers. Diese Ausgestaltung empfiehlt sich besonders in Anwendungsgebieten, bei denen der Kraftsensor mittels der Halterung in einer Ausnehmung, beispielsweise der Axialausnehmung einer Messrolle zu halten ist.In a preferred embodiment of the invention, the outer surface of the first and/or the second outer wedge element is a partial surface of a cylindrical body. This configuration is particularly recommended in areas of application in which the force sensor is to be held in a recess, for example the axial recess of a measuring roller, by means of the holder.
Die Halterung kann Zentrierstifte aufweisen, die in Zentrierausnehmungen in Bauelementen eingreifen. Mittels dieser Zentrierstifte können einzelne, lose Bauelemente, wie beispielsweise der Kraftsensor, im Verhältnis zu anderen Bauelementen, wie beispielsweise den Innenkeilelemente bzw. der Innenhülse, gut und genau positioniert werden.The mount can have centering pins that engage in centering recesses in components. Individual, loose components, such as the force sensor, can be positioned well and precisely in relation to other components, such as the inner wedge elements or the inner sleeve, by means of these centering pins.
In einer bevorzugten Ausführungsform weist die Halterung ein in das erste und zweite Außenkeilelement eingebrachte Innengewinde auf, dessen Längsachse durch die Einbauposition des Kraftsensors verläuft und eine in das Innengewinde eingeschraubte Druckschraube, die in Kontakt mit dem ersten Innenkeilelement und dem zweiten Innenkeilelement kommen kann und sie relativ zu dem ersten und dem zweiten Außenkeilelement verschieben kann. Durch diese Druckschraube kann ein einfaches Vorspannen der Halterung erzeugt werden. Durch die winklige Ausgestaltung der jeweiligen Außenflächen im Verhältnis zu den jeweiligen Innenflächen der miteinander kooperierenden Innenkeil- und Außenkeilelementen erzeugt eine Verschiebung der Keilelemente relativ zueinander eine Verlagerung des Außenkeilelements fort von der Einbauposition des Kraftsensors. Auf diese Weise kann die Halterung in einer Ausnehmung verspannt werden.In a preferred embodiment, the bracket has an internal thread formed in the first and second male wedge members, the longitudinal axis of which passes through the installation position of the force sensor, and a pressure screw screwed into the internal thread, which can come into contact with the first female wedge member and the second female wedge member and relatively to the first and the second outer wedge element. This pressure screw can be used to easily pre-tension the bracket. By angling the respective outer surfaces relative to the respective inner surfaces of the cooperating inner wedge and outer wedge members, displacement of the wedge members relative to one another produces displacement of the outer wedge member away from the force sensor mounting position. In this way, the holder can be braced in a recess.
Alternativ kann die Halterung ein in das erste und das zweite Innenkeilelement eingebrachtes Innengewinde aufweisen, dessen Längsachse durch die Einbauposition des Kraftsensors verläuft und eine Zugschraube, die in das Innengewinde eingeschraubt ist und mit ihrem Schraubenkopf in Kontakt mit dem ersten und dem zweiten Außenkeilelement kommen kann und sie relativ zu dem ersten und dem zweiten Innenkeilelement verschieben kann.Alternatively, the bracket can have an internal thread introduced into the first and the second inner wedge element, the longitudinal axis of which runs through the installation position of the force sensor and a tension screw, which is screwed into the internal thread and can come into contact with the first and the second outer wedge element with its screw head and it can slide relative to the first and second inner wedge members.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist mehr als eine Art von Kraftsensor in der Messrolle zur Messung unterschiedlicher mechanischer Kräfte vorgesehen. Dadurch kann der Einfluss der Temperatur erfasst werden, wobei die Erfinder erkannt haben, dass der Einfluss der Temperatur durch eine Messung einer in der Messrolle vorliegenden mechanischen Kraft erkannt und dann entsprechend korrigiert werden kann. Es wird demnach neben der sonst üblichen Messung einer mechanischen Kraft eine zweite mechanische Kraft gemessen, die Rückschlüsse auf den Einfluss eines Temperatureintrags bedingt durch die Verwendung der Messrolle im Warmband ermöglicht. Die erfindungsgemäß ausgestaltete Messrolle ermöglicht eine Separierung des durch den thermischen Eintrag in den Messrollenkörper erzeugten Kraftanteils vom Summensignal des Kraftmessgebers.In a preferred embodiment, more than one type of force sensor is provided in the measuring roller for measuring different mechanical forces. As a result, the influence of the temperature can be detected, with the inventors recognizing that the influence of the temperature can be detected by measuring a mechanical force present in the measuring roller and then corrected accordingly. Accordingly, in addition to the usual measurement of a mechanical force, a second mechanical force is measured, which allows conclusions to be drawn about the influence of a temperature input caused by the use of the measuring roller in the hot strip. The measuring roller configured according to the invention enables the force component generated by the thermal input into the measuring roller body to be separated from the sum signal of the force measuring transducer.
Die Erfinder haben es gemäß einer bevorzugten Ausführungsform als besonders sinnvoll erkannt, wenn eine Art der Kraftsensoren ein Kraftsensor zum Messen der Radialkraft ist, und eine Art der Kraftsensoren ein Kraftsensor zum Messen der Vorspannkraft des Kraftsensors zum Messen der Radialkraft ist. Versuche haben gezeigt, dass eine Temperaturveränderung an der Messrollenoberfläche derart zu einer elastischen Deformation der Messrolle führt, dass die unter Vorspannkraft eingebauten üblicherweise vorgesehenen Kraftsensoren zum Messen der Radialkraft ihre Vorspannkraft und damit auch ihre Linearität verändern. Durch die sich von der ersten Art unterscheidende Art der Kraftsensoren zum Messen der Vorspannkraft, die auf die Kraftsensoren zum Messen der Radialkraft ausgeübt wird, ist es möglich, den Einfluss der thermischen Verformung des Messrollenkörpers zu messen, und den durch die thermische Verformung erzeugten Anteil des Messsignals des Kraftsensors zum Messen der Radialkraft von der eigentlichen durch das bandförmige Gut verursachten Radialkraft zu separieren.According to a preferred embodiment, the inventors have recognized it as particularly useful if one type of force sensor is a force sensor for measuring the radial force, and one type of force sensor is a force sensor for measuring the prestressing force of the force sensor for measuring the radial force. Experiments have shown that a temperature change on the surface of the measuring roller leads to an elastic deformation of the measuring roller such that the force sensors usually provided for measuring the radial force that are installed under prestressing force change their prestressing force and thus also their linearity. By different from the first type of the force sensors for measuring the preload force applied to the force sensors for measuring the radial force, it is possible to measure the influence of the thermal deformation of the measuring roller body, and the proportion of the generated by the thermal deformation Separating the measurement signal of the force sensor for measuring the radial force from the actual radial force caused by the strip-shaped material.
Die Erfinder haben ferner als erste erkannt, dass mit Kraftsensoren einer weiteren Art, die eine mechanische Kraft messen, es möglich ist, dass neben der thermischen Verformung der Messrolle, die das Messergebnis der Kraftsensoren einer ersten Art beeinflusst, eine Relativtemperaturverteilung über die Bandbreite ermittelbar ist, wenn mehrere Kraftsensoren in Längsrichtung der Messrolle angeordnet sind. Beispielsweise kann für den thermischen Eintrag in Höhe von 1°C ein Wert x in N gemessen werden, über den die Temperaturverteilung durch das in Beziehung setzen mit der gemessenen mechanischen Kraft bestimmbar ist.The inventors were also the first to recognize that with force sensors of another type that measure a mechanical force, it is possible that, in addition to the thermal deformation of the measuring roller, which influences the measurement result of the force sensors of a first type, a relative temperature distribution over the bandwidth can be determined , if several force sensors are arranged in the longitudinal direction of the measuring roller. For example, for the thermal input of 1°C, a value x in N be measured, via which the temperature distribution can be determined by relating it to the measured mechanical force.
Bevorzugt werden die durch das unter Längszug stehende bandförmige Gut eingeleiteten Kräfte dynamisch durch eine Art von Kraftsensor gemessen und die durch die Verformung der Messrolle in Folge eines thermischen Eintrags auftretenden Kräfte statisch durch eine andere Art von Kraftsensor gemessen. Hierdurch können die jeweils aktuell gemessenen Kräfte aufeinander bezogen werden und die von den Kraftsensoren einer Art gemessenen Radialkräfte um den thermischen Eintrag bzw. die thermische Verformung korrigiert werden.Preferably, the forces introduced by the strip-shaped product under longitudinal tension are measured dynamically by a type of force sensor and the forces occurring as a result of the deformation of the measuring roller as a result of thermal input are measured statically by another type of force sensor. As a result, the currently measured forces can be related to one another and the radial forces measured by the force sensors of one type can be corrected for the thermal input or the thermal deformation.
Insbesondere eine Art von Kraftsensor kann in den Ausnehmungen fixiert bzw. verspannt sein, beispielsweise verkeilt. Diese Vorspannungen sind gewollt und lassen sich ohne weiteres messtechnisch kompensieren. Die Vorspannung kann mit einem vorgegebenen Wert eingestellt werden. Beispielsweise können Kraftsensoren mit planparallelen Flächen zwischen keilförmigen Haltestücken, beispielsweise Spannkeilen angeordnet sein, die solange gegeneinander bewegt werden, bis der Kraftsensor unverrückbar zwischen den Haltestücken eingeklemmt ist. Bevorzugt kann ein Kraftsensor der anderen Art, gemeinsam in einem Gehäuse mit der ersten Art von Kraftsensor in den Ausnehmungen fixiert bzw. verspannt sein. Die andere Art von Kraftsensor kann beispielsweise auch in einer an einer der Haltestücke ausgebildeten Ausnehmung oder an einem der Haltestücke befestigt sein, mit denen die eine Art von Kraftsensor in der Ausnehmung verspannt wird.In particular, one type of force sensor can be fixed or braced in the recesses, for example wedged. These prestresses are intentional and can easily be compensated for using measurement technology. The preload can be set to a predetermined value. For example, force sensors with plane-parallel surfaces can be arranged between wedge-shaped holding pieces, for example clamping wedges, which are moved against one another until the force sensor is immovably clamped between the holding pieces. A force sensor of the other type can preferably be fixed or braced together in a housing with the first type of force sensor in the recesses. The other type of force sensor can also be fastened, for example, in a recess formed on one of the holding pieces or on one of the holding pieces, with which one type of force sensor is braced in the cutout.
Eines der beiden Haltestücke kann dort, wo der Kraftsensor platziert werden soll, ortsfest in der Ausnehmung angeordnet sein, während das andere Haltestück zum Fixieren des Kraftsensors in der Ausnehmung verschoben wird. Dies kann z. B. mit Hilfe einer Spannschraube geschehen, die sich am Messrollenkorpus abstützt und über eine Distanzhülse auf das bewegliche Haltestück wirkt.One of the two holding pieces can be arranged stationarily in the recess where the force sensor is to be placed, while the other holding piece is displaced in the recess in order to fix the force sensor. This can e.g. B. done with the help of a clamping screw, which is supported on the measuring roller body and acts on the movable holding piece via a spacer sleeve.
Besonders bevorzugt ist es, dass die Kraftsensoren unterschiedlicher Art benachbart zueinander angeordnet sind, um den direkten Einfluss durch den thermischen Eintrag "vor Ort" zu messen und den Einfluss bei dem Signal des anderen Kraftsensors als Korrektur anzuwenden.It is particularly preferred that the force sensors of different types are arranged adjacent to one another in order to measure the direct influence of the thermal input "on site" and to apply the influence to the signal of the other force sensor as a correction.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist ein Kraftsensor einer Art mit einem Kraftsensor einer weiteren Art in bzw. an einem Gehäuse bzw. einer Halterung angeordnet, welches die Handhabung bei der Herstellung vereinfacht. Das Gehäuse kann in einer Ausnehmung der Messrolle angeordnet werden. Beispielsweise kann der Kraftsensor einer Art in dem Gehäuse schon vorgespannt werden, wobei der Kraftsensor der weiteren Art an dem Kraftsensor der ersten Art angeordnet ist und die Vorspannkraft messen kann. Es kann vorgesehen sein, dass der Kraftsensor der ersten Art in dem Gehäuse und/oder mit dem Gehäuse vorgespannt wird, wobei der Kraftsensor der weiteren Art die Vorspannung an dem Gehäuse, und damit den thermischen Eintrag, ermittelt. Bei der Anordnung der beiden Arten von Kraftsensoren in bzw. an einem Gehäuse wird auch sichergestellt, dass die beiden Arten von Kraftsensoren zueinander benachbart angeordnet sind, um den Einfluss den die eine Art von Kraftsensor ermittelt für die andere Art von Kraftsensor exakt zu berücksichtigen.In a preferred embodiment, a force sensor of one type is arranged with a force sensor of another type in or on a housing or a holder, which simplifies handling during manufacture. The housing can be arranged in a recess of the measuring roller. For example, the force sensor of one type can already be pretensioned in the housing, with the force sensor of the other type being arranged on the force sensor of the first type and measuring the pretensioning force can. Provision can be made for the force sensor of the first type to be preloaded in the housing and/or with the housing, with the force sensor of the second type determining the preload on the housing and thus the thermal input. When the two types of force sensors are arranged in or on a housing, it is also ensured that the two types of force sensors are arranged adjacent to one another in order to precisely take into account the influence that one type of force sensor determines on the other type of force sensor.
Von dem Begriff "Gehäuse" werden erfindungsgemäß auch Halterungen erfasst, die keine geschlossene Bauform eines üblichen Gehäuses aufweisen. Ein erfindungsgemäßes Gehäuse kann insbesondere wie in der
In einer bevorzugten Ausführungsform ist der Kraftsensor der anderen Art derart angeordnet, dass er im Kraftfluss der auf den Kraftsensor der ersten Art wirkenden Kraft liegt. Die Anordnung sollte im Kraftfluss der einen Art von Kraftsensor liegen.In a preferred embodiment, the force sensor of the other type is arranged in such a way that it lies in the flow of force of the force acting on the force sensor of the first type. The arrangement should be in the power flow of one type of force sensor.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist eine Art der Kraftsensoren als Quarz-Kraftsensor ausgestaltet, wobei unter Quarz-Kraftsensor ein piezo-elektrisches Element zu verstehen ist, an dessen Kristalloberfläche die zu messende Kraft Ladungen erzeugt, die als Messgröße dienen. Derartige Kraftsensoren besitzen eine hohe Anspruchsempfindlichkeit, eine hohe Eigenfrequenz und Stabilität bei geringen Abmessungen und ermöglichen es, Anfangslasten ohne Beeinträchtigung des Messergebnisses zu kompensieren.In a preferred embodiment, one type of force sensor is designed as a quartz force sensor, a quartz force sensor being a piezoelectric element on the crystal surface of which the force to be measured generates charges that serve as a measured variable. Such force sensors have a high sensitivity to demands, a high natural frequency and stability with small dimensions and make it possible to compensate for initial loads without impairing the measurement result.
Vorzugsweise ist ein Kraftsensor einer (weiteren) Art als Dehnungsmessstreifen ausgestaltet, der beispielsweise die Vorspannkraft eines Quarz-Kraftsensors messen kann, die sich bei der Verformung der Messrolle in Folge eines thermischen Eintrags in die Messrolle verändern kann.A force sensor of a (further) type is preferably designed as a strain gauge which, for example, measures the prestressing force of a quartz force sensor can, which can change when the measuring roller is deformed as a result of thermal input into the measuring roller.
Die erfindungsgemäße Messrolle findet insbesondere bevorzugt Einsatz beim Feststellen von Eigenschaften eines Metallbands beim Kalt- oder Warmwalzen des Metallbands, insbesondere zum Feststellen der Planheit des Metallbands. Weitere Einsatzgebiete können Weiterverarbeitungslinien sein, wie z.B. Nachwalzgerüste (Dressiergerüste), Bandglühlinien, Verzinkungslinien, Streck-Biege-Richtanlagen!The measuring roller according to the invention is particularly preferably used when determining properties of a metal strip during cold or hot rolling of the metal strip, in particular for determining the flatness of the metal strip. Further areas of application can be further processing lines, such as re-rolling stands (skin-passing stands), strip annealing lines, galvanizing lines, stretch-bending straightening lines!
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen des näheren erläutert. In der Zeichnung zeigen:
- Fig. 1
- die Seitenansicht einer ersten Ausführungsform einer Messrolle teilweise im Schnitt;
- Fig. 2
- eine Messrolle mit Kabelkanälen in perspektivischer Darstellung mit abgenommenem Deckel;
- Fig. 3
- einen Ausschnitt einer Stirnansicht der Messrolle gemäß
Fig. 3 ; - Fig. 4
- die perspektivische Ansicht einer Messrolle mit längs einer Schraubenlinie angeordneten gestaffelten Kraftsensoren mit abgenommenem Deckel;
- Fig. 5
- eine geschnittene Detailansicht der in einer Bohrung angeordneten Kraftsensoren;
- Fig. 6
- eine Draufsicht auf die Anordnung der Kraftsensoren gemäß
Fig. 5 ; - Fig. 7
- die Seitenansicht einer weiteren Ausführungsform einer Messrolle teilweise im Schnitt;
- Fig. 8
- einen Querschnitt durch eine Halterung mit einem Kraftsensor in der Einbausituation in einer ausschnittweise dargestellten Messrolle in einer geschnittenen Seitenansicht gemäß der Schnittlinie B-B in
Fig. 9 ; - Fig. 9
- die Elemente der
Fig. 8 in einer Ansicht entlang der Schnittlinie A-A inFig. 8 ; - Fig. 10
- die Elemente der
Fig. 8 und 9 in einer Ansicht gemäß der Schnittlinie C-C derFig. 9 ; - Fig. 11
- eine alternative Bauform der Halterung in einer zur
Fig. 9 vergleichbaren Darstellung; - Fig. 12
- eine weitere Bauform der Halterung in einer zu der
Fig. 8 vergleichbaren Darstellung; - Fig. 13
- die Elemente der
Fig. 12 in einer Ansicht entlang der Schnittlinie A-A derFig. 12 ; - Fig. 14
- die Elemente der
Fig. 12 und 13 in einer Ansicht entlang der Schnittlinie C-C inFig. 12 ; - Fig. 15
- eine weitere Bauform der Halterung in einer der
Fig. 8 und 12 vergleichbaren Ansicht; - Fig. 16
- eine Detailansicht von in einer Ausnehmung der Messrolle angeordneten Kraftsensoren;
- Fig. 17
- eine Detailansicht von in einer Ausnehmung der Messrolle angeordnete Kraftsensoren einer weiteren Ausführungsform; und
- Fig. 18
- eine schematische Darstellung der auf eine Messrolle wirkenden Kräfte.
- 1
- the side view of a first embodiment of a measuring roller partially in section;
- 2
- a measuring roller with cable ducts in a perspective view with the cover removed;
- 3
- a detail of an end view of the measuring roller according to FIG
3 ; - 4
- the perspective view of a measuring roller with staggered force sensors arranged along a helical line with the cover removed;
- figure 5
- a sectional detail view of the force sensors arranged in a bore;
- 6
- a top view of the arrangement of the force sensors according to FIG
figure 5 ; - 7
- the side view of a further embodiment of a measuring roller partially in section;
- 8
- a cross section through a bracket with a force sensor in the installation situation in a measuring roller shown in part in a sectional side view along the section line BB in
9 ; - 9
- the elements of
8 in a view along section line AA in8 ; - 10
- the elements of
Figures 8 and 9 in a view according to section line CC of9 ; - 11
- an alternative design of the bracket in a to
9 comparable representation; - 12
- another design of the holder in one of the
8 comparable representation; - 13
- the elements of
12 in a view along section line AA of12 ; - 14
- the elements of
12 and 13 in a view along section line CC in12 ; - 15
- another design of the bracket in one of the
8 and12 comparable view; - 16
- a detailed view of force sensors arranged in a recess of the measuring roller;
- 17
- a detailed view of a further embodiment of force sensors arranged in a recess of the measuring roller; and
- 18
- a schematic representation of the forces acting on a measuring roller.
Die erfindungsgemäße Messrolle 1 mit einem Zapfen 2 weist einen als Vollrolle ausgeführten Messrollenkörper 1a auf. In den Messrollenkörper 1a ist eine als zur Längsachse A des Messrollenkörpers 1a achsparallele Bohrung ausgeführte Ausnehmung 3 vorgesehen, von der nahe an ihrer Stirnseite ein Querkanal 4 abgeht und zu einem zentrischen Kabelkanal 5 führt. Die Ausnehmung 3 ist stirnseitig mit mit einem Deckel 6 oder jeweils einzeln mit Deckeln verschlossen und enthält einen ersten Kraftsensor 7a, einen neben dem ersten Kraftsensor 7a angeordneten zweiten Kraftsensor 7b, einen neben dem zweiten Kraftsensor 7b angeordneten dritten Kraftsensor 7c und einen neben dem dritten Kraftsensor 7c angeordneten vierten Kraftsensor 7d, von denen jeweils ein Kabel 8 (zur Vereinfachung nur als ein Kabel dargestellt) durch die Bohrung 3 , den Querkanal 4 und den zentrischen Kanal 5 nach außen geführt sind.The measuring
Die in den
Die Bohrungen können, wie in den
Im Vergleich zur Ausführungsform der
Wie die
In der
- in der Ebene verläuft, die
die Endbegrenzungslinie 117 und die Linie enthält, die den Punkt der Sensorfläche des ersten Kraftsensors, der der Sensorfläche des zweiten Kraftsensors am nächsten liegt, mit dem Punkt der Sensorfläche des zweiten Kraftsensors, der der Sensorfläche des ersten Kraftsensors am nächsten liegt, verbindet, und - die
Endbegrenzungslinie 117im Schnittpunkt 119der Endbegrenzungslinie 117 mit der Umfangsfläche schneidet, und - den Punkt der Sensorfläche des zweiten Kraftsensors 107b schneidet, der der Sensorfläche des ersten Kraftsensors 107a am nächsten liegt.
- runs in the plane containing the
end boundary line 117 and the line connecting the point on the sensing face of the first force sensor that is closest to the sensing face of the second force sensor with the point on the sensing face of the second force sensor, which is closest to the sensing face of the first force sensor, and - the
end boundary line 117 intersects at theintersection 119 of theend boundary line 117 with the peripheral surface, and - intersects the point on the sensor surface of the
second force sensor 107b which is closest to the sensor surface of thefirst force sensor 107a.
Wie die
Damit die kreisringförmigen, ebenen Sensorflächen der Kraftsensoren 107a und 107b an den Wandungen der Bohrung 103 anliegen können, ist die Bohrung 103 im Querschnitt rechteckig ausgeführt.So that the annular, flat sensor surfaces of the
Die in
Die Abdeckung 234 ist mit einer Kunststoffschicht 240 versehen. Zwischen dem Messgeber 207 und der Wandung der Ausnehmung 203 der Rolle 201 befindet sich infolge der unterschiedlichen Durchmesser des Messgebers und der Ausnehmung 203 ein Spalt 241, der bei eingesetzter Abdeckung durch die Kunststoffschicht 240 oder auf andere Weise nach außen hin verschlossen ist. Der Spalt kann sich auch zwischen der Messgeberabdeckung und der Wandung der Ausnehmung befinden.The
Die
Der Messrollenkörper 201a kann zur Bildung einer geschlossenen Umfangsfläche mit einer hier nicht dargestellten Beschichtung ausgeführt werden.The measuring
In der
Ferner weist die Halterung 1101 eine Außenhülse 1112 auf. Die Außenhülse 1112 weist ein erstes Außenkeilelement 1113 mit einer zu der Einbauposition des Kraftsensors weisenden Innenfläche 1114 und einer im Winkel zur Innenfläche 1114 stehenden, der Innenfläche 1114 gegenüberliegenden Außenfläche 1115 auf. Ferner weist die Außenhülse 1112 ein zweites Außenkeilelement 1116 mit einer zur Einbauposition des Kraftsensors 1102 weisenden Innenfläche 1117, mit der das Außenkeilelement 1116 auf der Außenfläche des zweiten Innenkeilelements 1109 aufliegt, auf. Ferner weist das Außenkeilelement 1116 eine der Innenfläche 1117 gegenüberliegende Außenfläche 1118 auf.Furthermore, the
Eine Druckschraube 1119 mit einem Außengewinde ist in ein in die Außenhülse eingebrachtes Innengewinde 1120 eingeschraubt. Die Einschraubtiefe der Druckschraube 1119 bestimmt die Relativposition der Innenhülse 1105 im Verhältnis zur Außenhülse 1112 und damit den Grad der Vorspannung der Halterung 1101 in der Axialausnehmung 1103.A
Wie der
Die
Die in der
In den
Ferner weist das Gehäuse 1101 eine Außenhülse 1112 auf, die ein erstes Außenkeilelement 1113 mit einer zu der Einbauposition des Kraftsensors 1102a weisenden Innenfläche 1114 und einer im Winkel zur Innenfläche 1114 stehenden, der Innenfläche 1114 gegenüberliegenden Außenfläche 1115 auf. Ferner weist die Außenhülse 1112 ein zweites Außenkeilelement 1120 mit einer zur Einbauposition des Kraftsensors 1102a weisenden Innenfläche 1117, mit der das Außenkeilelement 1120 auf der Außenfläche des zweiten Innenkeilelements 1127 aufliegt, auf. Ferner weist das Außenkeilelement 1120 eine der Innenfläche 1117 gegenüberliegende Außenfläche 1116 auf.Furthermore, the
Eine Druckschraube 1119 mit einem Außengewinde ist in ein in die Außenhülse 1112 eingebrachtes Innengewinde eingeschraubt. Die Einschraubtiefe der Druckschraube 1119 bestimmt die Relativposition der Innenhülse 1127 im Verhältnis zur Außenhülse 1112 und damit den Grad der Vorspannung des Gehäuses 1101 in der Ausnehmung 1103. Zur Ermittlung der Vorspannung ist der Kraftsensor 1102b in der Innenhülse 1127 in einer Ausnehmung derselben angeordnet. Mit dem Kraftsensor 1102b kann die Vorspannkraft gemessen werden.A
Der Kraftsensor 1102a zum Messen der Radialkraft wird vorgespannt, wobei die Größe der Vorspannung mittels des Kraftsensors 1102b ermittelt werden kann. Bei einem thermischen Eintrag bei der Behandlung beispielsweise von Metallband beim Warmwalzen werden durch die Umlenkung des unter Längszug stehenden Bandes Radialkräfte in die Messrolle eingeleitet, die die äußere Schale der Messrolle elastisch deformieren. Der "membranförmig" ausgebildete Steg oberhalb der Ausnehmung 1103 wird dabei in Radialrichtung verschoben, was durch den Kraftsensor 1102a, der als piezoelektrischer Kraftsensor ausgestaltet sein kann, ermittelbar ist. Thermische Spannungen, die aufgrund eines Temperaturgradienten entstehen, erzeugen an der dem in Umfangsrichtung nach außen liegenden Steg oberhalb der Ausnehmung 1103 ebenfalls eine Wegänderung in Radialrichtung, die der Radialkraft entgegengesetzt ist. Hierdurch wird das Messergebnis des Kraftsensors 1102a verändert, wobei mit dem Kraftsensor 1102b, der als statisch messender Kraftsensor, insbesondere als Dehnungsmessstreifen, ausgestaltet sein kann, die Wegänderung durch eine Änderung der Vorspannung erfassbar ist. Mit Hilfe der jeweils aktuell gemessenen Vorspannkraft können die Radialkraftwerte der Kraftsensoren 1102a korrigiert werden.The
Die in Paaren nahe beabstandet zueinander angeordneten Kraftsensoren 1102a, 1102b werden in die die Innenhülse 1127 und die Außenhülse 1112 aufweisende Gehäuse 101 eingesetzt und danach in die Ausnehmung 1103 der Messrolle 1 positioniert und an ihrer Position verspannt.The
Die üblicherweise in I-Units gemessene Bandlängenabweichung, die üblicherweise als ein Repräsentant für die Planheit des Bandes verwendet wird, lässt sich aufgrund der folgenden Beziehungen berechnen:
- Örtliche Radialkraft in N
F R,i - Örtliche Zugkraft in N
- Örtliche Zugspannung in N/mm2
- bEI = Messzonenbreit
- d = Banddicke
- Zugspannungsabweichung in N/mm2
- Sandlängenabweichung in µm/m
- Bandlängenabweichung in I-Unit
- Beispiel:
- Quarz-Kraftsensor: Empfindlichkeit = 4,2 pC/N
- Ladung am Sensor: = 210 pC
- Kraft auf Sensor: F R,i = 50 N
- F Z,i =50/ (2 x 0,342/2) = 146,19 N α = 20°
- (EStahl = 2,06 x 105 N / mm2)
- Local radial force in N
F R,i - Local tensile force in N
- Local tensile stress in N/mm2
- b EI = measurement zone width
- d = band thickness
- Tensile stress deviation in N/mm2
- Sand length deviation in µm/m
- Tape length deviation in I-Unit
- Example:
- Quartz Force Sensor: Sensitivity = 4.2 pC/N
- Charge on the sensor: = 210 pC
- Force on sensor: F R,i = 50 N
- F Z,i = 50 / (2 x 0.342/2) = 146.19 N α = 20°
- (E steel = 2.06 x 10 5 N / mm2)
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B565 | Issuance of search results under rule 164(2) epc |
Effective date: 20211214 |
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RIN1 | Information on inventor provided before grant (corrected) |
Inventor name: VOSS, THORSTEN Inventor name: KREMEYER, JULIAN Inventor name: MUECKE, GERT |
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STAA | Information on the status of an ep patent application or granted ep patent |
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18D | Application deemed to be withdrawn |
Effective date: 20220713 |