SE517543C2 - Transportvals med givare och cylindrar sammansatta med medel med reducerat tvärsnitt samt tillverkning och system för mätning med denna - Google Patents

Description

25 30 517 543 '* cylinderytan. Valsen tänks uppdelad i ett antal parallella zoner över mätvalsens bredd och en kraftgivare mäter en kraft som anbringas av valsen mot bandet i varje zon. På detta sätt är storleken och fördelningen av den kraft som anbringas av valsen mot bandet känd och processregler- tekniker kan användas för att korrigera eller optimera dessa krafter för att reglera egenskaperna hos bandet såsom t ex draghållfasthet, planhet eller andra dimen- sionsegenskaper. Krav på ökad noggrannhet med tiden innebär emellertid att det är svårt att mäta vissa krafter i varje enskild zon noggrant. Detta beror på en tendens hos en kraft som anbringas i en zon hos valsen att delas med eller överföras till en angränsande zon. Överföring av en kraft på ett oavsiktligt eller okon- trolleratgsätt beskrivs ibland som överhörning. Det används i denna beskrivning för att beskriva okontrollerad överföring av mekaniska krafter mellan mekaniskt samman- kopplade delar av en transportvals.

US 4,366,72O visar ett förfarande för konstruktion av en brytrulle eller en mätvals. Valsen konstrueras med an- vändning av en serie skivformade sektioner av en cylinder, av vilka några är utrustade med kraftmätgivare. I allmän- het uppstår emellertid en svårighet med cylindriska valsar innefattande sàdana skivformade sektioner. I industriell miljö finns det en tendens till att föroreningar såsom smuts, fett, kornformigt material eller oxider fastnar mellan närliggande skivsektioner vid normal användning.

Detta kan ge upphov till en partiell och oreglerad över- föring av kraft, överhörning, mellan skivorna, vilket gör det svårt att tillförsäkra noggrannhet vid kraftfördel- ningen över valsen och vid kraftmätningen i områden som är fördelade över valsen. 1O 15 20 25 30 517 545 BESKRIVNING AV UPPFINNINGEN Ett ändamål med uppfinningen är att åstadkomma en trans- portvals i vilken en yttre cylindriskt mantel hos trans- portvalsen uppdelas i en serie cylindriska element som är sammankopplade av en mekanisk koppling av känd och förut- bestämd styvhet.

Ett annat ändamål med uppfinningen är att åstadkomma en transportvals med vilken kraftmätningar gjorda i varje cylindriskt element hos valsen utsätts för en känd och begränsad grad av överhörning mellan elementen, samt en anordning för att åstadkomma detta resultat i transport- valsen.

Ett annat ändamål med uppfinningen är att àstadkomma ett förfarande för sammansvetsning av cylindriska element för att åstadkomma en transportvals i vilken de cylindriska elementen är mekaniskt sammankopplade med varandra i en känd och förutbestämd omfattning. Ännu ett ändamål med uppfinningen är att åstadkomma en transportvals i vilken cylindern eller de cylindriska elementen som utgör cylindern är i ett förspänt tillstånd.

Ett ytterligare ändamål med uppfinningen är att åstadkomma en anordning för mätning av en egenskap hos ett band- material, vilket mätvärde kan användas i en övervaknings-, styr- eller reglerfunktion för samma bandmaterial i samma eller en annan process.

Ett ändamål med uppfinningen är att åstadkomma ett system för att minska planhetsfel i åtminstone en del av bandets längd. 10 15 20 25 30 517 543 Uppfinningen kan sammanfattningsvis beskrivas som en transportvals som överför ett plant material eller band- material frän en anordning till en annan i en process. I synnerhet avser föreliggande uppfinning en transportvals i vilken åtminstone innerytan av valsens cylindriska mantel är helt eller delvis uppdelad i tvà eller flera cylin- driska element. Genom att åstadkomma ett medel för minskad, förutbestämd och konstant mekanisk styvhet i ett omràde hos cylindern mellan varje cylindriskt element, görs de mekanisk egenskaperna hos den cylindriska manteln i olika delar av den totala cylindern beroende i förut- sägbar omfattning inom transportvalsens driftsgränser. För det första betyder detta att den av transportvalsen pà bandmaterialet anbringade kraften kan anbringas jämnt och med större noggrannhet än vad som tidigare var möjligt.

För det andra är mätningar som utförs med användning av transportvalsen beroende i känd utsträckning mellan ett cylindriskt element och nästkommande. Graden av beroende pä grund av överhörning är känd och är baserad pà den förutbestämda mekaniska styvheten och kan kompenseras genom_beräkningar: Detta åstadkommer en konsekvent och avgörande förbättring av noggrannheten jämfört med be- fintliga transportvalsar. Följaktligen kan ett fel i en materialegenskap hos bandmaterialet som passerar över transportvalsen upptäckas med större noggrannhet än tidi- gare. Alternativt kan felmätningar uppmätta med större noggrannhet än tidigare därefter användas för att minska eller korrigera sådana fel föreliggande process eller en annan process för samma material.

Den huvudsakliga fördelen med uppfinningen är att ett band av ett plant material kan behandlas eller framställas i enlighet med en önskad egenskapsspecifikation sàsom tjocklek eller planhet med mindre fel, och följaktligen 10 15 20 25 30 517 543 n | | : s nu mindre nedgradering vad gäller produkter, skrot och avfall. En sådan avsevärd reduktion av fel och skrot ger en stor miljömässig vinst i form av minskad användning av material och energi i de industriella processer där trans- portvalsen används. Den ekonomiska vinsten av förbättrad noggrannhet och minskning av slöseriet med material och energi i kontinuerliga och andra processer som framställer mycket stora kvantiteter av t ex papper, papp, folie, metall och plast eller syntetiska material är också bety- dande.

Ett förfarande beskrivs för att åstadkomma en svetsfog som ett medel för att åstadkomma ett område av förutbestämd och reducerad styvhet mellan två cylindriska element av transportvalsen. En fördel med beskrivna uppfinningen enligt en bästa användning av föreliggande uppfinning är att konstruktionen av fogen också förhindrar att smält material från svetsfogen inträder i transportvalsens inre.

En annan fördel med detta förfarande är att den anpassar sig efter varje liten variation av svetsdjupet genom en fördelaktig tjocklekstolerans hos en osmält del av elemen- tets tvärsnitt. En ytterligare fördel med svetsfogen är att de cylindriska elementen lämpligen och var för sig kan förspännas innan de sammanfogas. Förspänning av den cylin- driska manteln ger ökad noggrannhet vid mätning av den av rullen mot ett band anbringade kraften.

Det är också en fördel att svetsfogen när den en gång är gjord också kan göras fullständigt slät på ytterytan hos transportvalsen med användning av konventionella till- verkningstekniker för framställning av metallklädda valsar. Den yttre ytan görs sålunda fullständigt plan och jämn enligt de specifikationer som normalt krävs för att inte märka eller repa ytan på en materialbana eller ett 10 15 20 25 30 ~ n n n nu 517 543 valsat band. En sàdan svetsfog kan också framställas sä att den är sömlös och fullständig, vilket förhindrar upp- byggnad eller genomträngande av föroreningar av vilken sort som helst.

En ytterligare fördel med uppfinningen är att mätnoggrann- heten tvärs över valsen förbättras avsevärt jämfört med känd teknik, varför transportvalsen kan användas i nya tillämpningar och industrigrenar där de tidigare begräns- ningarna i noggrannheten har gjort sàdana transportvalsar och mätvalsar problematiska.

En annan fördel är att transportvalsen lätt och ekonomiskt kan installeras i befintliga processer för att förbättra noggrannheten och sålunda minska kostnaderna.

FIGURBESKRIVNING Föreliggande uppfinning skall beskrivas närmare med hän- visning till bifogade ritningar.

Figur l (teknikens ståndpunkt) visar schematiskt ett axiellt snitt av en transportvals anordnad som en plan- hetsmätande vals enligt teknikens ståndpunkt.

Figur 2 (teknikens ståndpunkt) visar schematiskt ett tvärsnitt av samma transportvals enligt känd teknik.

Figur 3 visar ett förenklat tvärsnittsdiagram av en transportvals enligt en utföringsform av föreliggande uppfinning.

Figur 4 visar ett schematiskt diagram av ett tvärsnitt av en fog mellan tvä cylindriska element hos en transportvals enligt en utföringsform av föreliggande uppfinning. 10 15 20 25 30 51 7 543 BESKRIVNING AV FÖREDRAGNA UTFÖRINGSFORMER En vals utrustad med mätorgan anordnade att mäta planhet hos ett band av valsad metall enligt ett förfarande och en anordning från teknikens ståndpunkt visas i figur l och figur 3.

Figur 1 visar ett tvärsnitt av en transportvals l utmed cylinderns längdaxel med ett cylindriskt yttre skal 2 anordnat mellan tvà ändar 3, 4. Cylinderytan tänks upp- delad i en serie av zoner 5 för mätning. Figur 2 visar ett axiellt tvärsnitt av samma vals anordnad med givare inuti cylindern innefattande givaren 6.

En eller flera givare är anordnade inuti cylindern i kon- takt med valsens cylindriska mantel vid en eller flera punkter runt omkretsen i en eller flera zoner. När valsen roterar mäts en kraft som utövas av den cylindriska manteln mot ett band av material som passerar över valsen i varje zon av var och en av de en eller flera givarna.

Figur 3 visar en transportvals enligt en utföringsform av föreliggande uppfinning. En cylindrisk mantel 2 visas. Den cylindriska manteln innehåller cylindriska element sàsom 8 och urtagningar 7 pà innerytan av den cylindriska manteln.

Den cylindriska manteln 2 är sàlunda tunnare mellan de cylindriska elementen där urtagningarna 7 är anordnade.

Figur 4 visar ett föredraget förfarande för att àstadkomma en utföringsform av föreliggande uppfinning. Ett schema- tiskt snitt genom fogen 9 mellan två cylindriska element 8a, 8b illustreras. Cylindriska element 8a, Bb är samman- fogade genom en förutbestämd tjocklek hos materialet ll.

Den förutbestämda tjockleken ll kan liknas vid ett steg av 10 15 20 25 30 o; o ou . o n u °'. _' ,: n: o.Ou o' c :ctr u . : o I 0 u ' , : : n : : v' o a .. .. 1. ¿ - g . . .. . .

I II CIO I OI t! o.~.- ou. 0 .

.- In material som anpassas till ett samverkande och under- liggande steg vid änden av det andra cylindriska elementet 8b. Det underliggande steget hos 8b avgränsas av ett djup lika med dimensionerna 14a plus l4b och en längd i axiell riktning lika med dimensionen 12. En svetsfog 9 visas som upptar ett djup likvärdigt med den förutbestämda tjock- leken 11. En värmepàverkad zon för detta svetsdjup illu- streras och visas som l4a. En prickad linje l4b visar var djupet hos svetsen kan variera endast upp till ett förut- bestämt ytterligare djup 10. Urtagningen 7 visas i tvär- snittet.

Ett flertal urtagningar 7 uppdelar transportvalsens cylin- driska mantel i ett antal cylindriska element 8. Varje element är förbundet vid den cylindriska periferin av en förutbestämd tjocklek hos materialet ll, vilket väljs för att ge en förutbestämd mekanisk styvhet. Användningen av ett medel för att minska styvheten mellan de cylindriska elementen gör de cylindriska elementen mekaniskt beroende av varandra i känd, konstant och förutbestämd omfattning, -vilket sålunda minskar överhörningen mellan sektionerna, inom transportvalsens driftsgränser.

Genom detta har en kraft som anbringas pà en punkt pä ytan av ett cylindriskt element hos transportvalsen en begrän- sad men förutsägbar och beräkningsbar kraft pà varje annat cylindriskt element. Således kan den kraft som uppmäts pà punkten av ytan kompenseras noggrant för en känd och be- gränsad grad av överhörning fràn en kraft som verkar pä ett annat cylindriskt element.

Vid det föredragna förfarandet för hopsvetsning av cylinderelement är fogen vidare utförd med z-formigt tvärsnitt. Z-formen hos svetsen möjliggör variationer av 10 15 20 25 30 . ~ n v o - .c o :una djupet hos svetsen, fràn 11 till ett djup av 10 utan att påverka fogens ll effektiva förutbestämda tjocklek, och sáledes utan att pàverka den förutbestämda styvheten. Z- formen hos svetsen förhindrar ocksa att smält material strömmar in till cylinderns insida. En ytterligare för- delaktig aspekt vid detta förfarande är att ett eller fler cylinderelement kan behandlas innan de sammanfogas för att förbättra elementets fysiska egenskaper. Ett eller flera ringelement kan t ex pà ett fördelaktigt sätt förspännas före sammanfogningen för att förbättra elementets meka- niska beteende för drifts- eller mätändamàl. Detta är gynnsamt genom att den cylindriska manteln anordnas att anbringa en önskad förspänningskraft pá kraftgivare monte- rade inuti valsen.

Vid den föredragna utföringsformen av transportvalsen placeras en eller flera givare pà insidan av den cylin- driska manteln pà liknande sätt som vid teknikens ståndpunkt. Givare kan placeras i ett eller flera cylindriska element. Magnetoelastiska givare av Pressductor-typ används för att ge en noggrann och tillförlitlig mätning av en mekanisk kraft som anbringas pá transportvalsens mantel.

Driften av en magnetoelastisk givare av Pressductor-typ baseras pà att den magnetiska permeabiliteten hos ett magnetiskt material förändras under mekanisk spänning.

Denna typ av givare har en primärlindning och en sekun- därlindning, var och en lindad genom samma tva häl i ett givarmaterial innefattande en stapel av magnetostriktiva metallameller. Primärlindningen är försedd med växelström för magnetisering av materialet. Sekundärlindningen mäter spänningar som uppstår pà grund av mekanisk belastning som pàförs givarens magnetostriktiva material. En annan typ av 10 15 20 25 30 517 543 10 magnetostriktiv givare kan användas för att ge större nog- grannhet, sàsom vid tillverkning av metallfolier, vilken givare innefattar områden av givarmaterial med en primär- lindning och en sekundärlindning var för sig lindade genom fyra hàl i givarmaterialet sà att de tva lindningarna korsar varandra i rät vinkel.

Ett flertal mätningar fràn givare i transportvalsen ger en mätning av fördelningen av den uppmätta kraften över manteln hos cylindern, och sålunda pà eller i bandmateria- let som löper över transportvalsen. Sådana mätningar används för att beräkna spänningen i det överförda mate- rialet, spänningen pà transportvalsen. Dessa mätningar kan i sin tur användas för att beräkna dimensionsegenskaper sàsom planhet eller tjocklek eller andra egenskaper hos bandmaterialet.

Vid den bästa användningen av den föredragna utförings- formen används en styrenhet för att samla in de av givarna gjorda mätningarna. En sàdan styrenhet är typiskt utrustad med datalagringsmedel och beräkningsmedel såsom en eller flera processorer eller microprocessorer. Den är företrä- desvis anordnad ansluten till en eller flera databaser för lagring av mätvärden och beräkningsvärden av en eller flera egenskaper hos det plana eller valsade bandmate- rialet. Sålunda innefattar transportvalsen en aktiv komponent av ett mätsystem för övervakning och/eller reglering av en egenskap hos bandmaterialet.

Vid en annan utföringsform av uppfinningen används ett annat förfarande för att förse en vals med en cylindrisk mantel som är invändigt uppdelat i cylindriska element.

Förfarandet gàr ut pá att göra en cylindrisk utskärning pá insidan av den cylindriska manteln till ett förutbestämt ...uno u noen.- 10 15 20 25 30 u . n ø o .n 11 djup med användning av en lämplig skäranordning eller lämpligt skärverktyg. Pà detta sätt kan en urtagning med det rätta djupet àstadkommas, vilket lämnar de cylindriska elementen sammankopplade av ett omràde av material av den cylindriska manteln som har reducerats till förutbestämd tjocklek. Urtagningen kan ha vilket tvärsnitt som helst, exempelvis halvklotformigt. Materialet kan avlägsnas fràn den cylindriska manteln genom skärning, smältning, elek- troerosion eller pà nàgot annat lämpligt sätt för att bilda en i huvudsak fullständig cylindriskt urtagning mellan tvà cylindriska element.

Vid en ytterligare alternativ utföríngsform av upp- finningen är medlet för reducerad styvhet ett lokaliserat område där materialegenskaperna skiljer sig fràn det om- givande materialet. Detta àstadkoms genom att ändra mate- rialets mikrostruktur så att styvheten reduceras i ett lokaliserat område. Detta kan åstadkommas exempelvis genom lokaliserad värmebehandling.

Den föredragna givaren för användning vid uppfinningen är som nämnts ovan en magnetoelastisk givare som är beroende av en magnetostriktiv egenskap hos ett magnetiskt material för att alstra en signal i en mätspole i proportion till en mekanisk last som anbringas pá detta material. Det är emellertid också möjligt att utföra uppfinningen med användning av en eller flera givare baserat pà andra mättekniker sàsom t ex töjningsmätare, piezoelektriska material.

Claims (21)

10 15 20 25 30 517 543 l 2 PATENTKRAV

1. l. Transportvals (1) för förflyttning av ett band av i huvudsak plant material, vilken transportvals innefattar en yttre cylindrisk mantel (2) och en eller flera givare för mätning av en kraft, kännetecknad av att nämnda cylindriska mantel hos nämnda transportvals innefattar àtminstone tvà cylindriska element (8a, 8b) mekaniskt förbundna av ett medel (7) för att åstadkomma ett omràde av den cylindriska manteln med förutbestämd och reducerad styvhet relativt styvheten hos återstoden av den cylin- driska manteln, vilket nämnt område innefattar en minskning av tvärsnittstjockleken.

2. Transportvals enligt patentkrav l, kännetecknad av att nämnda medel (7) innefattar en fog (9) och de cylindriska elementen är sammanfogade sà att tvärsnittet hos den resulterande cylindern reduceras i tjocklek vid fogen relativt tvärsnittet hos resten av den cylindriska man- teln.

3. Transportvals enligt patentkrav 2, kännetecknad av att nämnda fog (9) är en svetsfog.

4. Transportvals enligt patentkrav 3, kännetecknad av att svetsfogen (9) mellan de två cylindriska elementen är bildad mellan ett steg (ll) av reducerad tjocklek i det cylindriska mantelmaterialet hos den i huvudsak cirkulära änden av ett cylindriskt element (8a) och ett under- liggande samverkande steg i en cirkulär ände av det andra cylindriska elementet (8b). 10 15 20 25 30 13

5. Transportvals enligt patentkrav l, kännetecknad av att ett eller flera cylindriska element hos transportvalsen är i förspänt tillstànd.

6. Transportvals enligt patentkrav 1, kännetecknad av att (7) hos den cylindriska manteln innefattar åtminstone en ur- nämnda medel för att reducera den mekaniska styvheten tagning gjord i innerytan av den cylindriska manteln (2) hos transportvalsen (1).

7. Transportvals enligt patentkrav l, kännetecknad av att medlet (7) för att reducera den mekaniska styvheten hos den cylindriska manteln innefattar åtminstone ett cylin- driskt omràde i materialet hos den cylindriska manteln (2) (1) ändrats jämfört med materialet intill området. hos transportvalsen där materialets mikrostruktur har

8. Transportvals enligt patentkrav l, kännetecknad av att en eller flera givare är anordnade invid innerytan av den cylindriska manteln i ett eller flera av varje cylindriskt element innefattande nämnda transportvals.

9. Transportvals enligt patentkrav 8, kännetecknad av att nämnda en eller flera kraftgivare är en magnetoelastisk givare.

10. Transportvals enligt patentkrav 8, kännetecknad av att nämnda en eller flera kraftgivare innefattar en töjnings- mätare.

11. ll. Transportvals enligt patentkrav 8, kännetecknad av att nämnda en eller flera kraftgivare innefattar en piezo- elektrisk givare. u annans 10 15 20 25 30 517 543 14

12. Transportvals enligt något av patentkrav 1-ll, kännetecknad av att den yttre cylindriska ytan hos transportvalsen är plan och jämn.

13. Användning av en transportvals enligt något av patentkrav 1-12 för mätning av en egenskap hos ett band (1) av plant eller valsat material.

14. Användning av en transportvals enligt något av patentkrav 1-12 för mätning av en kraft som utövas av nämnda transportvals mot ett band (1).

15. Användning av en transportvals enligt något av patentkrav 1-12 för mätning av ett bands (1) planhet.

16. Förfarande för att åstadkomma en transportvals (1), för förflyttning av ett band av i huvudsak plant material, vilken transportvals innefattar en yttre cylindrisk mantel (2) och en eller flera givare för mätning av en kraft sammanfogas, kännetecknat av att nämnda transportvals innefattar åtminstone två cylindriska element (8a, 8b) ) mekaniskt förbundna av ett medel (7) för att åstadkomma ett område av den cylindriska manteln med förutbestämd och reducerad styvhet relativt styvheten hos återstoden av den cylindriska manteln, vilket nämnt område innefattar en minskning av tvärsnittstjockleken och av steget att svetsa samman nämnda två eller flera cylindriska element så att en svetsfog (9) bildas mellan de i huvudsak cirkulära ändarna av nämnda två eller flera cylindriska element.

17. Förfarande enligt patentkrav 16, kännetecknat av att nämnda två eller flera cylindriska element sammanfogas av enbart en deltjocklek (11) av tvärsnittet hos den cylin- driska manteln intill fogen. 10 15 20 25 30 517 543 15

18. Förfarande enligt patentkrav 16, kännetecknat av det ytterligare steget att förspänna ett cylindriskt element innan det sammanfogas med ett eller flera andra cylin- driska element.

19. Förfarande för att åstadkomma en transportvals enligt patentkrav 16, kännetecknat av att material avlägsnas från den cylindriska mantelns inneryta mellan två cylindriska element för att på så sätt bilda en eller flera urtag- ningar i den cylindriska manteln (2) hos transportvalsen.

20. System för att mäta en egenskap hos ett band av plant eller valsat material, innefattande en transportvals (l) anordnad med givare för mätning av en kraft placerad på insidan av nämnda transportvals, och en styrenhet för behandling av mätvärden från nämnda givare, kännetecknat av att transportvalsen innefattar en cylindrisk mantel (2) innefattande åtminstone två cylindriska element (8a, 8b) mekaniskt förbundna av ett medel (7) för att åstadkomma ett område av den cylindriska manteln med förutbestämd och reducerad mekanisk styvhet vilket område innefattar en minskning av tvärsnittstjockleken så att styvheten hos fogen (9) är känd och mindre än styvheten hos det cylindriska elementets omgivande material.

21. Användning av ett system enligt patentkrav 20 för att mäta en egenskap hos ett band (1) av plant eller valsat material.