WO2024068946A1 - Measuring roller for measuring a strip tension, apparatus, and method - Google Patents
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Classifications
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Definitions
- the invention relates to a measuring roller for determining a property of a strip-shaped material guided over the measuring roller.
- the invention also relates to a method for determining a property of a strip-shaped material.
- the invention also relates to a method for producing a measuring roller for determining a property of a strip-shaped material guided over the measuring roller.
- an evaluation unit generates information dependent on a sensor signal from a first force sensor of a measuring roller and a sensor signal from a second force sensor of the measuring roller, which corresponds to the band tension with which a band-shaped material passes over the measuring roller is guided, corresponds to or is directly proportional to the belt tension.
- the method described provides that the band-shaped material is guided over a measuring roller in order to determine a property of a band-shaped material guided over the measuring roller, the measuring roller having a measuring roller body with a peripheral surface, at least one recess in the measuring roller body, which is spaced from the peripheral surface is arranged or leads from the peripheral surface into the interior of the measuring roller body and is designed with a first force sensor which is arranged in the recess and a second force sensor which is arranged in the recess or a further recess adjacent to the recess.
- the first force sensor has a sensor surface and the first force sensor can 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 and the second Force sensor can generate a sensor signal when the position of the sensor surface of the second force sensor changes.
- the measuring roller is designed in such a way that either the first force sensor is arranged in the recess next to the second force sensor and the sensor surface of the first force sensor is directly adjacent to the sensor surface of the second force sensor or the first force sensor is arranged so close to the second force sensor that the angle between an end limit line running in the radial direction of the measuring roller, which intersects the point on the sensor surface of the first force sensor that is closest to the sensor surface of the second force sensor, and a line that
- the band-shaped material is guided over the measuring roller in such a way that it partially wraps around the measuring roller.
- the method provides that the sensor signal that the first force sensor generates due to the change in the position of the sensor surface of the first force sensor, which results from the pressure force resulting from the wrap, is fed to an evaluation unit and the sensor signal that the second force sensor due to the change in the position of the sensor surface of the second force sensor, which results from the pressure force resulting from the wrap, is generated, is fed to an evaluation unit and the evaluation unit generates information dependent on the sensor signal of the first force sensor and the sensor signal of the second force sensor.
- strip tension is understood to be a tensile force acting on the strip-shaped goods or a tensile stress prevailing in the strip.
- the strip tension acts, for example, in a longitudinal direction of the band-shaped goods as a tensile force.
- a deflection roller, on which the goods are deflected, is subjected to compressive force by the band tension.
- the support forces of the rollers can be measured to measure the belt tension.
- Special force measuring devices under the supports of the rollers or deflection rollers are common for this purpose.
- the object of the invention was to create a measuring roller for determining a property of a strip-shaped material guided over the measuring roller, a method for determining a property of a strip-shaped material and a method for producing a measuring roller for determining a property of a strip-shaped material guided over the measuring roller, which allow the strip tension to be determined by means of the measuring roller more frequently than once per revolution.
- the invention is based on the basic idea of providing a further force sensor, namely the third force sensor, within a measuring roller that is equipped with force sensors that are usually used to measure the flatness of the strip-shaped material, namely the first force sensor and the second force sensor, which is intended to determine a force acting on it axially instead of a force acting on it radially.
- the inventors have recognized that the deflection of the measuring roller body can be determined using a force sensor that is arranged within the measuring roller body and can measure a force acting on it axially.
- the inventors have also recognized that the deflection of the measuring roller body is dependent on the strip tension acting on the strip-shaped material guided over the measuring roller.
- the invention therefore creates the possibility of measuring, in addition to the property of the strip-shaped material guided over the measuring roller, which is determined by means of the first force sensor and the second force sensor (often the flatness), another property of the strip-shaped material guided over the measuring roller, namely the strip tension acting on the strip-shaped material.
- the invention By adding the third force sensor, which acts on the first force sensor and the second force sensor, namely radially acting Forces, forces acting in a different direction, namely the axial direction, the invention creates a decoupling of the measuring tasks.
- the existing force sensors which in the W02020/120328 A1 can also be used to measure the flatness of the strip-shaped material, are given the additional task of measuring the strip tension.
- the good news is that in the W02020/120328 A1 the force sensors already present can also be used for a second measuring task.
- the effort required for the W02020/120328 A1 is therefore relatively lower.
- no further force sensors need to be provided for the second measuring task (e.g.
- the setup for the second measuring task for example measuring the strip tension
- the setup must be accepted as it is intended for the first measuring task. This leads, among other things, to the problem described above that the strip tension is only ever measured once per revolution of the measuring roller in the method according to W02020/120328 A1.
- the invention is based on the basic idea that by evaluating the sensor signal of the third force sensor, the strip tension acting on the strip-shaped material guided over the measuring roller can be measured at any time.
- the measuring roller rotates about the axis of rotation (hereinafter sometimes referred to as the longitudinal axis) while the strip-shaped material is guided over it.
- the strip tension acting on the strip-shaped material guided over the measuring roller can be determined at virtually any angular position of the measuring roller during this rotation by evaluating the sensor signal of the third force sensor.
- the measuring roller according to the invention is suitable for determining a property of a strip-shaped material, in particular metal strip, guided over the measuring roller.
- the measuring roller is suitable for determining two properties of the strip-shaped material, in particular metal strip, guided over the measuring roller.
- the measuring roller is suitable for determining the flatness of the strip-shaped material, in particular metal strip, guided over the measuring roller.
- a use according to the invention of the measuring roller according to the invention therefore provides for the use of the measuring roller to determine the flatness of a strip-shaped material, in particular metal strip, guided over the measuring roller.
- the measuring roller is suitable for determining the band tension that acts on a band-shaped material, in particular metal band, guided over the measuring roller.
- a use according to the invention therefore provides that the measuring roller according to the invention is used to determine the band tension, which is on a Band-shaped material, in particular metal band, guided over the measuring roller acts.
- the measuring roller according to the invention is used to determine the flatness of a strip-shaped material, in particular metal strip, which is guided over the measuring roller, and to determine the strip tension acting on this strip-shaped material.
- the measuring roller according to the invention has a measuring roller body.
- the measuring roller body preferably has a closed circumferential surface.
- the measuring roller body is a solid roller that extends along a longitudinal axis (rotation axis).
- a solid roller is understood to mean a measuring roller body that is in one piece and whose shape was either produced using a primary forming process, for example casting, and/or whose geometric shape is produced from a one-piece semi-finished product by separating processes, in particular by machining, in particular by turning, drilling, milling or grinding.
- the solid roller can also be produced entirely or in parts (in particular in layers) by applying layers, as is described in particular in WO 2020/174001 A1.
- the measuring roller pins arranged on the front side of the measuring roller for rotatably supporting the measuring roller are also part of the one-piece body.
- designs such as those shown in Fig. 2 of DE 20 2014 006 820 U1 are also conceivable, in which the main part of the measuring roller body is designed as a cylindrical solid roller that has covers arranged on the front side on which the measuring roller pins are made.
- the measuring roller body according to the invention can be designed, for example, like the measuring roller body shown in Fig.
- the measuring roller body is designed with molded pins and a jacket tube is pushed over the measuring roller body.
- the measuring roller does not have a jacket tube, but is designed as a solid roller.
- the measuring roller body of the measuring roller according to the invention preferably has a closed circumferential surface.
- This can be achieved, for example, by designing the measuring roller body as a solid roller and all recesses provided in the measuring roller body being designed in such a way that no recess leads to the circumferential surface and opens into it.
- 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 extend radially from the recess further into the interior of the measuring roller body, for example to a collecting channel in the middle of the measuring roller body.
- a closed circumferential surface of the measuring roller body can also be achieved by closing this by a closure element in embodiments in which the respective recess has a recess leading in the direction of the circumferential surface.
- a closure element can be a jacket tube that completely surrounds a base body of the measuring roller body, as shown for example in Figs. 3 and 4 of DE 102014 012 426 A1.
- the closure element can also be designed in the manner of the cover shown in DE 19747655 A1.
- the measuring roller does not have a jacket tube, but is designed as a solid roller, either as one in which no recess leads to the circumferential surface, or as one in which the respective recess is a recess leading in the direction of the circumferential surface, but which is closed by a closure element, such as a cover.
- a closure element such as a cover.
- coatings are conceivable, for example on the peripheral surface of a solid roller or the peripheral surface of a casing pipe, 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 be achieved with just a single recess in the measuring roller body. When measuring the flatness, it is therefore conceivable 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 several recesses.
- the recesses are designed at the same radial distance from the longitudinal axis of the measuring roller body.
- all recesses are distributed equidistant 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 equidistantly distributed 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 in terms of 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 from the remaining recesses as the remaining recesses have from one another.
- a measuring roller in terms of flatness measurement in the same way as a measuring roller of the prior art, for example like the solid roller known from DE 102 07 501 or the measuring rollers known from DE 10 2014 012 426 A1, but then for the one according to the invention Equip these prior art measuring rollers with another one designed outside the grid
- the recesses mentioned in this paragraph are those that run in the axial direction of the measuring roller body.
- the measuring roller has a single recess and all force sensors of the measuring roller are arranged in a single recess, for example in a single axially extending recess.
- the measuring roller body has a closed circumferential surface and is closed off at each end by an end face.
- the end faces are arranged at an angle of 90° to the circumferential surface.
- the measuring roller has bearing pins.
- the bearing pins are formed on the end faces.
- the measuring roller body is cylindrical.
- the measuring roller has a first force sensor which is arranged in a recess.
- the recess is arranged at a distance from the peripheral surface, wherein the recess does not open towards the peripheral surface, or no further recess leading 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 has a second force sensor which is arranged in a recess.
- the first force sensor and the second force sensor are arranged in a recess.
- the second force sensor is arranged in a further recess, i.e. not in the recess in which the first force sensor is arranged.
- the further recess is arranged at a distance from the peripheral surface, with the further recess not opening towards the peripheral surface, or no recess extending from the further recess, for example no bore, leading to the peripheral surface.
- the further one leads Recess from the peripheral surface into the interior of the measuring roller body, but is closed by a closure element.
- 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 at least at one of its ends, preferably at both ends, into 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 shown, for example, in FIGS. 1 and 2, or FIG. 4 of DE 10 2014 012 426 A1.
- the recess is preferably elongated, where “elongated” is understood to mean 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 extension of the elongated recess in the longitudinal direction is twice or particularly preferably more than twice larger than in any direction perpendicular to this direction.
- the longitudinal direction of the recess forms an angle with the longitudinal direction of the measuring roller body that is smaller 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 - as 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 containing the longitudinal axis of the measuring roller body.
- the projection of the longitudinal axis of the recess onto a plane containing the longitudinal axis of the measuring roller body is therefore designed such that the projection of the longitudinal direction of the recess with the longitudinal direction of the measuring roller body encloses an angle that is smaller than 75°, particularly preferably ⁇ 45°, particularly preferably ⁇ 30°, particularly preferably ⁇ 10°, particularly preferably ⁇ 5°.
- the longitudinal axis of the recess intersects
- the recess obviously does not intersect the longitudinal axis of the measuring roller body, just as a projection of the longitudinal axis onto a plane that contains the longitudinal axis of the measuring roller body does not intersect the longitudinal axis of the measuring roller body.
- DE 20 2007 001 066 U1 shows a measuring roller with elongated recesses.
- At least one recess is not elongated but is designed as radially extending pockets, as shown, for example, in DE 19838457 A1. This recess can be used, for example, as a separate recess for the third force sensor.
- the first force sensor and the second force sensor are arranged in a recess (if the measuring roller has only one recess: in the recess) of the measuring roller.
- the measuring roller has a third force sensor.
- the third force sensor can be arranged in the recess in which the first force sensor is also arranged. If the first force sensor and the second force sensor are arranged in a recess according to a preferred embodiment, then according to a preferred embodiment the third force sensor can also be provided in this one recess; the first force sensor, the second force sensor and the third force sensor are arranged in a recess in this preferred embodiment.
- the recess is an elongated recess, which particularly preferably extends parallel to the longitudinal axis of the measuring roller body.
- the third force sensor can be arranged in the recess in which the second force sensor is also arranged. If, according to a preferred embodiment, the first force sensor is arranged in a recess and the second force sensor is arranged in a further recess, then according to a preferred embodiment the third force sensor can be provided in the further recess; in this preferred embodiment the second force sensor and the third force sensor are arranged in one recess, namely the further recess, while the first force sensor is arranged in a separate recess.
- the further recess is an elongated recess which particularly preferably extends parallel to the longitudinal axis of the measuring roller body.
- a separate recess is provided in the measuring roller body for the third force sensor, which is arranged at a distance from the peripheral surface or leads from the peripheral surface into the interior of the measuring roller body, with the third force sensor being arranged in this recess provided for it.
- the first force sensor and the second force sensor are arranged in one recess and the third force sensor is arranged in a separate recess provided for the third force sensor.
- the first force sensor is arranged in one recess
- the second force sensor is arranged in a further recess
- the third force sensor is arranged in a recess provided for it, which is not the recess in which the first force sensor is arranged and is not the further recess.
- the recess provided specifically for the third force sensor is designed differently, in particular is aligned differently, than a recess in which the first force sensor is arranged.
- the recess in which the first force sensor is arranged is an elongated recess which particularly preferably extends parallel to the longitudinal axis of the measuring roller body, wherein the recess provided specifically for the third force sensor is not designed parallel to the longitudinal axis of the measuring roller body, but designed as radially extending pockets, as shown for example in DE 198 38 457 A1.
- the first force sensor has a sensor surface, wherein the force sensor can 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, wherein the second force sensor can generate a sensor signal when the position of the sensor surface of the second force sensor changes.
- the third force sensor has a sensor surface, wherein the third force sensor can generate a sensor signal when the position of the sensor surface of the third force sensor changes.
- Force sensors are referred to as force sensors because they are used to measure forces, particularly preferably 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, for example, determine whether the position of the sensor surface has changed relative to the housing.
- the force sensor included For example, designed as a piezoelectric force sensor, 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, for example the piezo-quartz is compressed becomes.
- 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, usually stretching it, but sometimes also compressing it.
- the optical properties of the force sensor for example the refractive index or reflection properties, are changed by the change in bearing of the surface.
- the force sensors to be used according to the invention have a sensor surface whose change in position is observed by the force sensor to determine a force acting on it.
- 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.
- intermediate pieces are often provided in such force sensors on which the sensor surface is formed. Such intermediate pieces are often rigid blocks in which a change in the position of one surface of the rigid block directly leads to 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 from 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 prevent measurement errors caused by force shunts.
- the force sensor according to the invention can, for example, be designed like the force sensor shown in DE 1 773 551 A1 and have a piezo element arranged in a housing and consisting of a multi-layer crystal arrangement, which is arranged between two force transmission disks.
- the sensor surface would be the outer surface of the upper power transmission disk in FIG. 1 of DE 1 773551 A1 or the outer surface of the lower power transmission disk in FIG. 1 of DE 1 773 551 A1.
- 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 and in a preferred embodiment also points in the direction of the peripheral surface.
- 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 the sensor surface of the third force sensor is also flat in a preferred embodiment and points in a direction parallel to the axis of rotation.
- the surface normal of a flat sensor surface of the first force sensor and/or the second force sensor at the point of the sensor surface at which the sensor surface is intersected by a radial of the measuring roller body is at an angle to this radial of the measuring roller body, which is smaller than 45°, particularly preferably less than 20°, particularly preferably less than 10°, particularly preferably less than 5°.
- the surface normal of a flat sensor surface of the third force sensor is at an angle to this line that is smaller than 45 ° at a point on the sensor surface at which the sensor surface is intersected by a line running parallel to the axis of rotation of the measuring roller body, 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 is annular, in particular annular.
- the sensor surface is circular or elliptical are also preferred. Rectangular, square or polygonal sensor surfaces are also conceivable.
- the sensor surface is flat.
- the sensor surface is a surface which stands out from other elements of the force sensor and which is in contact with a boundary surface of the recess or which is in contact with a closure element which closes the recess towards the peripheral surface.
- the third force sensor can be designed as a strain sensor, in particular as a surface strain sensor.
- the type 9232A sensor from Kistler AG https://www.kistler.com/de/ equipped/type- 9232a/ as available on May 27, 2022
- the first force sensor and/or the second force sensor and/or the third force sensor can be fixed or clamped, for example wedged, in the recess in which it is arranged. These pre-tensions are intentional and can be easily compensated for by measurement.
- the pre-tension 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 each other until the force sensor is immovably clamped between the holding pieces.
- the respective force sensor is arranged on a housing or a holder, which simplifies handling during production.
- the housing can be arranged in a recess in the measuring roller. It can be provided that the force sensor of the first type is prestressed in the housing and/or with the housing.
- the term “housing” also includes holders that do not have the closed design of a usual housing.
- a housing according to the invention can be designed in particular as described in DE 102006003792 A1, the disclosure content of which is explicitly incorporated herein by reference, wherein the housing or the holder has an inner sleeve having an outer circumferential cone, in which a force sensor is arranged, and one with the inner sleeve has an outer sleeve that can be brought into engagement or braced with an inner circumferential cone.
- the first force sensor and the second force sensor can be arranged in an axially extending recess and the third force sensor can be arranged in a radially extending recess.
- the sensor surface of the first force sensor is arranged in such a way that its position can be changed by a force acting on it in a radial direction of the measuring roller body.
- the effect of a force on the sensor surface of the first force sensor takes place in that a force acting on the measuring roller body moves a surface of a component of the measuring roller body adjacent to the first force sensor, which is in contact with the sensor surface or is brought into contact with the sensor surface by the effect of the force acting on the measuring roller body, further in the direction of the first force sensor.
- the attempt to move the surface of the measuring roller body in contact with the sensor surface is successful from a certain force level onwards in such a way that the sensor surface of the first force sensor changes its position.
- the certain force level at which this effect occurs is a measure of the sensitivity of the sensor. If the force that wants to move the surface of the adjacent component further in the direction of the first force sensor is so small that the sensor surface does not give way (does not change its position), then this is a force below the sensitivity of the sensor.
- the teaching provided according to the invention of arranging the sensor surface of the first force sensor in such a way that its position can be changed by a force that acts on it in a radial direction of the measuring roller body can therefore be implemented by providing a component that is adjacent to the first force sensor in the radial direction of the measuring roller body and that has a surface that is either already in contact with the sensor surface in the initial state or that is brought into contact with the sensor surface when a force acts on the measuring roller body.
- this surface can be provided by a part of the surfaces surrounding the axial bore arranged in the radial direction above or below the first force sensor.
- the first force sensor is arranged in a radial bore that is closed with a closure element, for example, the surface can be formed by the underside of the closure element, for example.
- the sensor surface of the second force sensor is arranged such that its position can be changed by a force acting on it in a radial direction of the measuring roller body.
- the action of a force on the sensor surface of the second force sensor occurs in that a force acting on the measuring roller body moves a surface of a component of the measuring roller body adjacent to the second force sensor, which is in contact with the sensor surface or is brought into contact with the sensor surface by the action of the force acting on the measuring roller body, further in the direction of the second force sensor.
- the attempt to move the surface of the adjacent component in contact with the sensor surface further in the direction of the second force sensor is successful from a certain force level onwards in such a way that the sensor surface of the second force sensor changes its position.
- the certain force level at which this effect occurs is a measure of the sensitivity of the sensor. If the force that wants to move the surface of the adjacent component further in the direction of the second force sensor is so small that the sensor surface does not give way (does not change its position), then it is a force below the sensitivity of the sensor.
- the teaching provided according to the invention of arranging the sensor surface of the second force sensor in such a way that its position can be changed by a force that acts on it in a radial direction of the measuring roller body can be implemented by a component is provided which is adjacent to the second force sensor in the radial direction of the measuring roller body and which has a surface which is either already in contact with the sensor surface in the initial state or which is brought into contact with the sensor surface when a force acts on the measuring roller body.
- the second force sensor is arranged in an axial bore, for example, this surface can be provided by a part of the surfaces surrounding the axial bore which is arranged radially above or below the second force sensor.
- the second force sensor is arranged in a radial bore which is closed with a closure element, for example, the surface can be formed by the underside of the closure element.
- the sensor surface of the third force sensor is arranged so that its position can be changed by a force that acts on it parallel to the axis of rotation of the measuring roller body.
- a force acts on the sensor surface of the third force sensor in that a force acting on the measuring roller body affects a surface of a component of the measuring roller body adjacent to the third force sensor, which is in contact with the sensor surface or through the action of the Measuring roller body acting force is brought into contact with the sensor surface, moved further towards the third force sensor.
- the attempt to move the surface of the adjacent component that is in contact with the sensor surface further towards the third force sensor is successful from a certain force level in such a way that the sensor surface of the third force sensor changes its position.
- the specific force level at which this effect occurs is a measure of the sensitivity of the sensor. If the force that wants to move the surface of the adjacent component further towards the third force sensor is so small that the sensor surface does not give way (does not change its position), then it is a force below the sensitivity of the sensor.
- the teaching provided according to the invention to arrange the sensor surface of the third force sensor in such a way that its position can be changed by a force that acts on it parallel to the axis of rotation of the measuring roller body, can be realized in that a to the third force sensor in a direction parallel to the axis of rotation A component adjacent to the measuring roller body is provided, which has a surface which is either already in contact with the sensor surface in the initial state, or which is brought into contact with the sensor surface when a force is applied to the measuring roller body.
- the third force sensor is arranged in an axial bore and is intended to measure a force that results in an expansion of a part of the surface surrounding the axial bore
- this surface can, for example, be provided by a part of the force sensor arranged in the radial direction above or below the third force sensor
- Surfaces surrounding the axial bore are provided, with the force transmission taking place by means of friction.
- the first Force sensor for example, arranged in a radial bore
- this surface can be provided, for example, by a part of the surfaces surrounding the radial bore arranged in the axial direction next to the third force sensor.
- the invention exploits the knowledge that the measuring roller body bends when it
- the first force sensor and/or the second force sensor and/or the third force sensor are each a piezoelectric force sensor, a strain gauge or an optical force sensor.
- at least the first force sensor and the second force sensor are of the same type.
- the first force sensor and the second force sensor and the third force sensor are of the same type, preferably a piezoelectric force sensor.
- the first force sensor and the second force sensor are of the same type, but the third force sensor is of a different type.
- the first force sensor and the second force sensor are piezoelectric force sensors, but the third force sensor is a strain gauge.
- the third force sensor is arranged closer to the peripheral surface than to the axis of rotation. It is to be expected that a change in shape of the measuring roller body resulting from the bending is more pronounced in areas of the measuring roller body that are arranged closer to the peripheral surface than to the axis of rotation than in areas that are closer to the rotation axis than on the peripheral surface. Since in a preferred embodiment the magnitude of the force to be determined by the third force sensor depends on the magnitude of the change in shape of the measuring roller body in the region in which the third force sensor is arranged, it is advantageous if the third force sensor is arranged in the region in which the change in shape is particularly large.
- the measuring roller body has two opposite ends and a center located centrally between these two ends, with the third force sensor preferably being arranged in the center.
- a force sensor arranged between the center and one end is arranged at least closer to the center than to the end. It is to be expected that a change in shape of the measuring roller body resulting from the bending is more pronounced in areas of the measuring roller body that are arranged closer to the center than to one end of the measuring roller body than in areas that are closer to one end than to the center are arranged.
- the size of the force to be determined by the third force sensor depends on the size of the change in shape of the measuring roller body in the area in which the third force sensor is arranged, it is advantageous if the third force sensor is arranged in the area in which the change in shape is particularly large.
- a fourth force sensor is provided, the fourth force sensor
- the fourth force sensor • or a separate recess for the fourth force sensor is provided in the measuring roller body, which is arranged at a distance from the peripheral surface or leads from the peripheral surface into the interior of the measuring roller body, and the fourth force sensor is arranged in this recess provided for it, the fourth force sensor has a sensor surface and the fourth force sensor can generate a sensor signal when the position of the sensor surface of the fourth force sensor changes, the sensor surface of the fourth force sensor being arranged such that its position can be changed by a force acting on it parallel to the axis of rotation of the measuring roller body works.
- the fourth force sensor is particularly preferably used to confirm the measurement result of the third force sensor.
- the third force sensor and the fourth force sensor are arranged in a plane that is perpendicular to the axis of rotation. The third force sensor and the fourth force sensor are therefore arranged "at the same height" between the ends of the measuring roller body in this preferred embodiment.
- the measuring roller body has, in addition to the first force sensor and the second force sensor, several, preferably more than 3, preferably more than 5, further force sensors, of which the respective force sensor is in a recess, preferably in the recess of the first force sensor or alternatively is arranged in its own recess, wherein the recess in which the respective force sensor is arranged is arranged at a distance from the peripheral surface or leads from the peripheral surface into the interior of the measuring roller body, the respective force sensor having a sensor surface and the respective force sensor a change in the position of the sensor surface of the respective force sensor can generate a sensor signal, the sensor surface of the respective force sensor being arranged such that its position can be changed by a force which acts on it in a radial direction of the measuring roller body.
- the measuring roller according to the invention can be designed as described in WO 2020/120329 A1. According to the invention, a measuring roller equipped in this way is supplemented by at least the “third force sensor” in order to measure, for example, the band tension of the band-shaped material guided over the measuring roller.
- the method according to the invention for determining a property of a band-shaped material provides that the band-shaped material is guided over a measuring roller according to the invention in such a way that the measuring roller bends.
- the strip-shaped material is guided over the measuring roller according to the invention with a wrap angle.
- the wrap angle is between 0.5° and 90°, particularly preferably between 3° and 45° and particularly preferably between 5° and 30°.
- an evaluation unit which determines the band tension acting on the band-shaped material from the sensor signal of the third force sensor.
- the method according to the invention for producing a measuring roller according to the invention provides that the measuring roller has at least one layer and that the layer is formed by means of
- SLS Selective Laser Sintering
- SLM Selective Laser Melting
- EHLA Extremely high speed laser cladding
- the measuring roller according to the invention is manufactured according to the method described in WO 2020/174001.
- the invention relates to a measuring roller which is used when treating, for example rolling, hardening, forming, coating, separating, punching, etc., in particular in an at least intermittently continuous process, of strip-shaped or two-dimensionally elongated material, for example made of/with metal, for example iron , steel, aluminum, copper, magnesium, titanium and / or zinc, and / or made of / with plastic and / or paper, can be used, and with which a band tension on a or the item can be measured.
- a measuring roller which is used when treating, for example rolling, hardening, forming, coating, separating, punching, etc., in particular in an at least intermittently continuous process, of strip-shaped or two-dimensionally elongated material, for example made of/with metal, for example iron , steel, aluminum, copper, magnesium, titanium and / or zinc, and / or made of / with plastic and / or paper, can be used, and with which a band tension on a or the item can be measured.
- FIG. 1 shows the side view of a first embodiment of a measuring roller, partially in section
- Fig. 2 a measuring roller with cable ducts in perspective view with the cover removed;
- FIG. 3 shows a detail of a front view of the measuring roller according to FIG. 2;
- Fig. 4 is a sectional detailed view of the force sensors arranged in a bore; a plan view of the arrangement of the force sensors according to Fig. 4; Fig. 6 a cross section through a holder with a force sensor in the installation situation in a partially shown measuring roller in a sectional side view according to the section line BB in Fig. 7; the elements of Fig. 6 in a view along the section line AA in Fig.
- FIG. 13 is a further schematic side view of the measuring roller according to the invention to illustrate the factors used in the calculation of the strip tension for an exemplary measuring situation; a schematic representation of a structure for determining the
- Proportionality factor k ig. 15 a graph illustrating the forces acting on the measuring roller; ig. 16 a graph showing the forces acting on the measuring roller and the resulting force measured by the sensor.
- the measuring roller 1 according to the invention with a pin 2 has a measuring roller body 1a designed as a solid roller.
- a A (rotation axis A) of the measuring roller body 1a a recess 3 is provided which is designed as an axially parallel bore, from which a transverse channel 4 branches off close to its front side and leads to a central cable channel 5.
- the recess 3 is closed at the front with a cover 6 or with individual covers and contains a first force sensor 7a, a second force sensor 7b arranged next to the first force sensor 7a and further force sensors 7c, 7d arranged next to the second force sensor 7b, from each of which a cable 8 (shown as only one cable for simplicity) is led outwards through the bore 3, the transverse channel 4 and the central channel 5.
- a cable 8 shown as only one cable for simplicity
- the measuring roller 1 shown schematically in perspective in Fig. 2 and Fig. 3 with the cover 6 removed has cable channels 10, 11 lying opposite one another parallel to each bore 3 for cables led outwards via the transverse channel 4 and the central channel 5. While in the embodiment according to Fig. 2 and 3 a bore 3 is provided in which the force sensors 7a, 7b, 7c, 7d (not shown in Fig. 2 and 3) are arranged, embodiments as shown in Fig. 1 are also possible, in which a roller body 1a designed as a solid roller is designed with a groove on its outer circumference, which forms the recess for the force sensors 7a, 7b, 7c, 7d, and is covered with a jacket tube 1b closing the groove.
- the embodiments of the measuring roller 1 according to the invention shown in the figures have a measuring roller body 1a extending along a rotation axis A with a circumferential surface 20.
- the circumferential surface 20 is the outer surface of the casing tube 1b, in the embodiment of Figs. 2 and 3, the circumferential surface 20 is the outer surface of the solid roller.
- the measuring roller body 1a has a recess 3 (once designed as a bore (Fig. 2 and 3) and once as a groove closed by the casing tube 1b).
- the recess 3 is arranged at a distance from the peripheral surface (Fig. 1 to 3).
- a first force sensor 7a is arranged in the recess, wherein the first force sensor 7a has 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, wherein the sensor surface of the first force sensor 7a is arranged such that its position can be changed by a force that acts on it in a radial direction of the measuring roller body 1b.
- a second force sensor 7b is also provided.
- the second force sensor 7b is arranged in both embodiments of Fig. 1 and Fig. 2 and 3 in the recess 3 in which the first force sensor 7a is also arranged. It would also be conceivable to provide a further recess in the measuring roller body 1a, which is arranged at a distance from the peripheral surface 20 or extends from the peripheral surface 20 into the interior of the measuring roller body 1a, and to arrange the second force sensor 7b in the further recess.
- the second force sensor 7b has a sensor surface.
- the second force sensor 7b can generate a sensor signal when the position of the sensor surface of the second force sensor 7b changes, wherein the sensor surface of the second force sensor 7b is arranged such that its position can be changed by a force that acts on it in a radial direction of the measuring roller body 1a.
- the measuring roller 1 has a third force sensor 17. This is arranged in a radial bore 13 in Fig. 1, which is also closed by the casing tube 1b. It would also be conceivable to arrange the third force sensor - similar to the force sensor 7c or 7d - in the bore 3 of the embodiment according to Fig. 1 and to design the third force sensor as a strain gauge that measures an expansion of the wall delimiting the bore 3 in the embodiment according to Fig. 1.
- the third force sensor 17 has a sensor surface.
- the third force sensor 17 can generate a sensor signal when the position of the sensor surface of the third force sensor 17 changes, the sensor surface of the third force sensor 17 being arranged in such a way that its position can be changed by a force which is parallel to the rotation axis A of the measuring roller body 1a it works.
- FIG. 4 shows the arrangement of a first force sensor 107a and a second force sensor 107b in a bore 103 of a measuring roller body 1a of a measuring roller, which is designed in the manner of the design shown in FIGS. 2 and 3 as a solid roller with an axial bore 103 made in the solid roller .
- the force sensors 107a, 107b shown in FIG. 4 each have a housing 120.
- a socket 122 is installed on one side of the respective housing 120.
- the respective force sensor 107a, 107b each has a piezo element 113, which consists of a multi-layer 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 the force sensor 107a is the outer surface of the force transmission disk 114 which is in contact with the bore wall of the bore 103.
- the sensor surface of the force sensor 107b is the outer surface of the force transmission disk 114 which is in contact with the bore wall of the bore 103.
- Fig. 5 shows a schematic top view, cut at the level of the upper bore wall, of the force sensors 107a, 107b arranged in the bore 103, with line 123 being drawn in Fig. 5, which is the point of the sensor surface of the first force sensor 107a, that of the sensor surface of the second force sensor 107b is closest to the point of the sensor surface of the second force sensor 107b that is closest to the sensor surface of the first force sensor 107a.
- the sensor surface of the force sensor 107a is the outer surface of the force transmission disk 114 which is in contact with the bore wall of the bore 103.
- the sensor surface of the force sensor 107b is the outer surface of the force transmission disk 114 which is in contact with the bore wall of the bore 103.
- Fig. 6 shows a holder 1101 for a force sensor 1102.
- the holder 1101 holds the force sensor 1102 in an axial bore 1103 of the measuring roller 1104 shown in detail.
- this type of holder can also be used, for example, to hold the force sensor 17 in the radial bore 13 in the embodiment according to FIG. 1.
- the holder 1101 has an inner sleeve 1105, which consists of a first inner wedge element arranged above the installation position intended for the force sensor 1102
- the inner sleeve 1105 has a second inner wedge element 1109 arranged below the installation position intended for the force sensor 1102, which has an inner surface 1110 facing the installation position of the force sensor 1102 and an outer surface 1111 that is at an angle to the inner surface 1110 and is 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 facing the installation position of the force sensor and an outer surface 1115 that is 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 facing 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 inserted into the outer sleeve.
- the screw-in 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 pretension 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 and the outer sleeve 1112 and ensure that the force shunt remains low.
- the compressive force to be determined acting in the direction of arrow D is therefore well introduced into the force sensor 1102.
- the outer sleeve 1112 and the inner sleeve 1105 can be manufactured in a first processing step by machining.
- 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 manufactured particularly precisely, thus enabling the inner sleeve 1105 to move relative to the outer sleeve 1112 without any tilting moment.
- the areas of the inner sleeve 1105 arranged laterally in the view of Fig. 9 can be further narrowed in order to reduce the lateral wall thickness of the inner sleeve 1105. This creates lateral free spaces 1123, 1124 between the inner sleeve 1105 and the outer sleeve 1112 in the view of Fig. 7, which promote the introduction of force into the force sensor 1102 and further reduce the force shunt.
- Fig. 8 shows the top view of the force sensor 1102.
- the cable arrangement leading to the force sensor 1102 can be clearly seen.
- a first cable 1125 leads to the force sensor 1102 shown, while further cables 1126 lead to further force sensors (not shown) that are arranged in the same axial recess 1103.
- Fig. 9 shows the forces applied to the measuring roller by a metal strip that partially wraps around the measuring roller and is under tension.
- the quartz force sensors 7a, 7b, 7c, 7d arranged in recesses in the measuring roller generate electrical charge. This is directly proportional to the force applied to the quartz.
- the tape length deviation can be calculated based on the following relationships
- the flatness or band length deviation is the first property of the metal band guided over the measuring roller 1, which can be determined with the measuring roller 1 according to the invention.
- the force sensors 7a, 7b, 7c, 7d are used for this.
- the third force sensor 17 By providing the third force sensor 17 according to the invention and its arrangement deviating from the arrangement of the force sensors 7a, 7b, 7c, 7d, a further property of the metal strip guided over the measuring roller 1 can now be determined, namely the strip tension acting on the metal strip as a whole.
- the invention is based on the fact that the measuring roller body 1a bends due to the metal strip being guided over it and subject to strip tension. This is shown schematically and exaggeratedly in Fig. 10 and 11.
- the measuring roller 1 is held with its pins 2 in bearings (not shown).
- Fig. 11 highlights that a radial force FR acting on the measuring roller body 1a, bending it, leads to compressive stresses in the material of the measuring roller body 1a in the area of the measuring roller body that lies between the point of application of the radial force FR and the axis of rotation A (symbolized in Fig. 11 by the arrows 22 pointing towards each other).
- the radial force FR leads to tensile stresses in the material of the measuring roller body 1a (symbolized in Fig. 11 by the arrows 21 pointing away from each other).
- the force FR shown in Fig. 11 does not have to act vertically on the measuring roller 1.
- the point of application of the force FR depends on the wrap angle with which the belt wraps around the measuring roller 1, as well as on the point at which the belt runs onto the measuring roller 1.
- Fig. 10 highlights that the compressive stresses lead to forces acting axially (parallel to the rotation axis A) on the third force sensor 17 (highlighted in Fig. 10 by corresponding arrows).
- a radial coordinate system is defined to determine the strip tension.
- the position "0°” is selected in the "3 o'clock position”. The angle increases in an anti-clockwise direction; thus the "12 o'clock position” has an angle of 90°, the “9 o'clock position” has an angle of 180° and the “6 o'clock position” has an angle of 270°.
- F_Sensor F_Radial * k, where k is a proportionality factor.
- the radial force F_Radial acting on the roller body 1a is composed of: • a radial force F_unbalance from an unbalance of the roller body 1a,
- F_Radial F_Unbalance + F_Radial band tension + F_Weight.
- the radial force F_unbalance is proportional to the square of the angular velocity of the measuring roller 10 according to the following equation:
- the radial force F_radial belt tension is sinusoidal over the angle of rotation of the measuring roller 1 and can be expressed with the following equation: where ß corresponds to the angle at which the tape wraps around the measuring roller (measured in °) and a corresponds to the angular position of the third force sensor in the coordinate system at the time of measurement (measured in °) and a_B corresponds to an average angular position (measured in °) of a contact surface, in particular the wrap between the strip-shaped material and the measuring roller 1.
- F_Weight m * g * sin(a + a_g), where m corresponds to the mass of the measuring roller 1 (measured in kg) and g corresponds to the acceleration due to gravity (expressed in m/(s*s)) and a corresponds to the angular position of the measuring roller 1 in the coordinate system at the time of measurement corresponds (measured in °) and a_g corresponds to an angular position (measured in °) to the vertical or to the acceleration due to gravity.
- Fig. 12 and 13 show by way of example how the values included in the above formulas are determined for the coordinate system used here and for the illustrated embodiment.
- the belt is guided over the measuring roller 1 in such a way that the angle ß corresponds to approximately 60° in the embodiment shown here.
- the angle ß is usually a constant, since the wrap angle of the belt around the measuring roller 1 results from the installation position of the measuring roller and from the position of units that are connected upstream and downstream of the measuring roller 1.
- the center of the wrap angle ß is located at the angle a_B from the "3 o'clock position".
- the angle a_B is approximately 120°.
- the angle a_B is usually a constant, as it results from the wrap angle and the position of the contact surface between the belt and the measuring roller 1.
- the contact surface is the surface with which the belt rests on the measuring roller and results directly from the wrap angle and the width of the belt.
- the position of the center of the contact surface results from the point - usually constant in the selected coordinate system - at which the belt runs onto the measuring roller and the point - usually constant in the selected coordinate system - at which the belt runs off the measuring roller.
- the angle a_g is 270°.
- the angle a_g is a constant because it results from the position of the selected zero point of the coordinate system and its relative position to the force of gravity.
- Fig. 13 also shows the position of the center of mass M and the eccentricity of the center of mass M to the axis of rotation A.
- the weight m of the measuring roller 1 and the eccentricity e and the proportionality factor k, the band tension acting on the measuring roller 1 can be calculated from the force F_Sensor measured by the third force sensor 17.
- the proportionality factor k is determined experimentally. The procedure for determining the proportionality factor k is explained using the schematic representation shown in FIG. 14.
- the measuring roller 1 is mounted on rotatable bearings 12. In a first step, the measuring roller 1 is not loaded and does not rotate. As a result, the radial force F_unbalance is not present, since the radial force F_unbalance is only present during the rotation of the measuring roller 1. In addition, there is no tape on the measuring roller 1, so that the radial force F_Bandzug is also not present.
- the measuring roller is then loaded with a reference force 14 using a stamp 13 at the same angles.
- the measuring roller 1 is loaded with a simulated radial force F_Bandzug.
- the simulated radial force F_Bandzug and the radial force F_Weight therefore act on the measuring roller 1 and are measured by the third force sensor 17.
- the proportionality factor k can in particular also be determined depending on the angle and the proportionality factor k can be extrapolated from the determined values for the proportionality factor k for an entire rotation. Alternatively, the proportionality factor k can also be determined for each angle.
- Fig. 15 is a graph showing the angle of rotation on the X-axis, where the angle of rotation shows the position of the third force sensor 17 relative to the “zero position” of a selected coordinate system.
- the Y-axis shows the force or voltage acting on the third force sensor 17 in the respective position.
- Curves A and B show the effect that the imbalance has on the force measured by the third force sensor. Curves A and B therefore "ignore" the influence of gravitational acceleration and the influence of belt tension.
- Curve C shows the influence of the weight (F_weight). Curve C therefore "ignores” the influence of the imbalance and the influence of the belt tension.
- Curves D and E show the effect of the band tension on the force measured by the third force sensor 17. Curves D and E therefore “ignore” the influence of unbalance and the influence of weight.
- Curves D and E differ in the height of the belt tension. With curve E, a higher tension acts on the belt than with curve D.
- Fig. 16 shows a graph with the forces acting on the measuring roller and the resulting force measured by the sensor.
- the x-axis shows the angular position a of the measuring roller and the y-axis shows the applied or measured force.
- the radial force F_Weight runs sinusoidally with the rotation of the measuring roller.
- the radial force F_Unbalance is constant regardless of the angle.
- the radial force F_Radial acting on the roller body 1a results from the sum of the radial forces F_Weight, F_Unbalance and F_Radial band tension.
- the radial force F_Radial is related to the force F_Sensor measured by the sensor 17 via the experimentally determined proportionality factor k.
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Force Measurement Appropriate To Specific Purposes (AREA)
Abstract
The invention relates to a measuring roller for determining a property of a strip-type material, in particular a metal strip, that is guided over the measuring roller, said measuring roller comprising: · a measuring roller body which has a peripheral surface and extends along an axis of rotation, · a recess in the measuring roller body, which recess is positioned at a distance from the peripheral surface or leads from the peripheral surface into the interior of the measuring roller body, · a first force sensor which is located in the recess, · and a second force sensor, the second force sensor either being located in the recess or a further recess being provided in the measuring roller body which is positioned at a distance from the peripheral surface or leads from the peripheral surface into the interior of the measuring roller body, and the second force sensor being located in the further recess, the first and second force sensors measuring a force which acts in a radial direction of the measuring roller body. · The measuring roller also has a third force sensor, wherein the third force sensor · is either located in the recess · or is located in the further recess · or a separate recess for the third force sensor is provided in the measuring roller body, which separate recess is positioned at a distance from the peripheral surface or leads from the peripheral surface into the interior of the measuring roller body, and the third force sensor is located in said recess provided for said third force sensor, wherein the third force sensor measures a force which acts parallel to the axis of rotation of the measuring roller body.
Description
"Messrolle zum Messen eines Bandzuqs, Vorrichtung und Verfahren" "Measuring roll for measuring a band zuq, device and method"
Die Erfindung betrifft eine Messrolle zum Feststellen einer Eigenschaft eines über die Messrolle geführten bandförmigen Guts. Ebenso betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Feststellen einer Eigenschaft eines bandförmigen Guts. Ebenso betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Herstellen einer Messrolle zum Feststellen einer Eigenschaft eines über die Messrolle geführten bandförmigen Guts. The invention relates to a measuring roller for determining a property of a strip-shaped material guided over the measuring roller. The invention also relates to a method for determining a property of a strip-shaped material. The invention also relates to a method for producing a measuring roller for determining a property of a strip-shaped material guided over the measuring roller.
Aus WO 2020/120328 A1 ist ein Verfahren bekannt, bei dem durch eine Auswerteeinheit eine von einem Sensorsignal eines ersten Kraftsensors einer Messrolle und einem Sensorsignal eines zweiten Kraftsensors der Messrolle abhängige Information erzeugt wird, die dem Bandzug, mit dem ein bandförmiges Gut über die Messrolle geführt wird, entspricht oder zu dem Bandzug direkt proportional ist. Das beschriebene Verfahren sieht dabei vor, dass das bandförmige Gut über eine Messrolle zum Feststellen einer Eigenschaft eines über die Messrolle geführten bandförmigen Guts geführt wird, wobei die Messrolle mit einem Messrollenkörper mit einer Umfangsfläche, mindestens einer Ausnehmung in dem Messrollenkörper, die beabstandet zu der Umfangsfläche angeordnet ist oder von der Umfangsfläche in das Innere des Messrollenkörpers führt und mit einem ersten Kraftsensor, der in der Ausnehmung angeordnet ist, und einem zweiten Kraftsensor, der in der Ausnehmung oder einer weiteren, der Ausnehmung benachbarten Ausnehmung angeordnet ist, ausgeführt ist. From WO 2020/120328 A1 a method is known in which an evaluation unit generates information dependent on a sensor signal from a first force sensor of a measuring roller and a sensor signal from a second force sensor of the measuring roller, which corresponds to the band tension with which a band-shaped material passes over the measuring roller is guided, corresponds to or is directly proportional to the belt tension. The method described provides that the band-shaped material is guided over a measuring roller in order to determine a property of a band-shaped material guided over the measuring roller, the measuring roller having a measuring roller body with a peripheral surface, at least one recess in the measuring roller body, which is spaced from the peripheral surface is arranged or leads from the peripheral surface into the interior of the measuring roller body and is designed with a first force sensor which is arranged in the recess and a second force sensor which is arranged in the recess or a further recess adjacent to the recess.
Der erste Kraftsensor weist eine Sensorfläche auf und der erste Kraftsensor kann bei einer Änderung der Lage der Sensorfläche des ersten Kraftsensors ein Sensorsignal erzeugen. Der zweite Kraftsensor weist eine Sensorfläche auf und der zweite
Kraftsensor kann bei einer Änderung der Lage der Sensorfläche des zweiten Kraftsensors ein Sensorsignal erzeugen. Dabei ist die Messrolle derart ausgeführt, dass entweder der erste Kraftsensor in der Ausnehmung neben dem zweiten Kraftsensor angeordnet ist und 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 The first force sensor has a sensor surface and the first force sensor can 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 and the second Force sensor can generate a sensor signal when the position of the sensor surface of the second force sensor changes. The measuring roller is designed in such a way that either the first force sensor is arranged in the recess next to the second force sensor and the sensor surface of the first force sensor is directly adjacent to the sensor surface of the second force sensor or the first force sensor is arranged so close to the second force sensor that the angle between an end limit line running in the radial direction of the measuring roller, which intersects the point on the sensor surface of the first force sensor that is closest to the sensor surface of the second force sensor, and a line that
• 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 • runs in the plane that contains the end boundary line and the line that connects the point of the sensor surface of the first force sensor that is closest to the sensor surface of the second force sensor with the point of the sensor surface of the second force sensor that is closest to the sensor surface of the first force sensor lies, connects, and
• die Endbegrenzungslinie im Schnittpunkt der Endbegrenzungslinie mit der Umfangsfläche schneidet, und • the end boundary line intersects at the intersection of the end boundary line with the peripheral surface, and
• den Punkt der Sensorfläche des zweiten Kraftsensors schneidet, der der Sensorfläche des ersten Kraftsensors am nächsten liegt, kleiner als 65° ist. • the angle between the point on the sensor surface of the second force sensor that is closest to the sensor surface of the first force sensor is less than 65°.
Bei dem beschriebenen Verfahren wird das bandförmige Gut derart über die Messrolle geführt wird, dass es die Messrolle teilweise umschlingt. Das Verfahren sieht vor, dass das Sensorsignal, das der erste Kraftsensor aufgrund der Änderung der Lage der Sensorfläche des ersten Kraftsensors, die sich aufgrund der aus der Umschlingung ergebenden Druckkraft ergibt, erzeugt, einer Auswerteeinheit zugeführt wird und das Sensorsignal, das der zweite Kraftsensor aufgrund der Änderung der Lage der Sensorfläche des zweiten Kraftsensors, die sich aufgrund der aus der Umschlingung ergebenden Druckkraft ergibt, erzeugt, einer Auswerteeinheit zugeführt wird und die Auswerteeinheit eine von dem Sensorsignal des ersten Kraftsensors und dem Sensorsignal des zweiten Kraftsensors abhängige Information erzeugt. In the method described, the band-shaped material is guided over the measuring roller in such a way that it partially wraps around the measuring roller. The method provides that the sensor signal that the first force sensor generates due to the change in the position of the sensor surface of the first force sensor, which results from the pressure force resulting from the wrap, is fed to an evaluation unit and the sensor signal that the second force sensor due to the change in the position of the sensor surface of the second force sensor, which results from the pressure force resulting from the wrap, is generated, is fed to an evaluation unit and the evaluation unit generates information dependent on the sensor signal of the first force sensor and the sensor signal of the second force sensor.
Wenn bandförmiges Gut behandelt wird, ist ein auf das bandförmige Gut wirkender Bandzug von Interesse. Unter Bandzug wird eine auf das bandförmige Gut wirkende Zugkraft bzw. in dem Band vorherrschende Zugspannung verstanden. Innerhalb einer Vorrichtung wirkt der Bandzug beispielsweise in eine Längserstreckungsrichtung des
bandförmigen Gutes als eine Zugkraft. Eine Umlenkrolle, an welcher das Gut umgelenkt wird, wird durch den Bandzug druckkraftbeaufschlagt. When strip-shaped goods are treated, the strip tension acting on the strip-shaped goods is of interest. Strip tension is understood to be a tensile force acting on the strip-shaped goods or a tensile stress prevailing in the strip. Within a device, the strip tension acts, for example, in a longitudinal direction of the band-shaped goods as a tensile force. A deflection roller, on which the goods are deflected, is subjected to compressive force by the band tension.
Bei den bekannten Rollen kommt zur Messung des Bandzugs eine Messung der Auflagerkräfte der Rollen in Betracht. Hierbei sind spezielle Kraftmesseinrichtungen unter den Auflagern von den Rollen bzw. Umlenkrollen üblich. With the known rollers, the support forces of the rollers can be measured to measure the belt tension. Special force measuring devices under the supports of the rollers or deflection rollers are common for this purpose.
Bei dem aus WO 2020/120328 A1 bekannten Verfahren besteht das Problem, dass der Bandzug nur einmal pro Umdrehung der Messrolle gemessen wird. The problem with the method known from WO 2020/120328 A1 is that the strip tension is only measured once per revolution of the measuring roller.
Vor diesem Hintergrund lag der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Messrolle zum Feststellen einer Eigenschaft eines über die Messrolle geführten bandförmigen Guts, ein Verfahren zum Feststellen einer Eigenschaft eines bandförmigen Guts und ein Verfahren zum Herstellen einer Messrolle zum Feststellen einer Eigenschaft eines über die Messrolle geführten bandförmigen Guts zu schaffen, die es erlauben, mittels der Messrolle den Bandzug häufiger als einmal pro Umdrehung zu bestimmen. Against this background, the object of the invention was to create a measuring roller for determining a property of a strip-shaped material guided over the measuring roller, a method for determining a property of a strip-shaped material and a method for producing a measuring roller for determining a property of a strip-shaped material guided over the measuring roller, which allow the strip tension to be determined by means of the measuring roller more frequently than once per revolution.
Diese Aufgabe wird durch die Messrolle gemäß Anspruch 1 , durch das Verfahren gemäß Anspruch 6 und durch das Verfahren gemäß Anspruch 7 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind in den Unteransprüchen und der hier nachfolgenden Beschreibung wiedergegeben. This object is achieved by the measuring roller according to claim 1, by the method according to claim 6 and by the method according to claim 7. Advantageous embodiments are given in the subclaims and the description below.
Die Erfindung geht von dem Grundgedanken aus, innerhalb einer Messrolle, die mit Kraftsensoren ausgestattet ist, mit denen üblicherweise die Planheit des bandförmigen Guts gemessen wird, nämlich dem ersten Kraftsensor und dem zweiten Kraftsensor, einen weiteren Kraftsensor, nämlich den dritten Kraftsensor vorzusehen, der dazu vorgesehen ist, anstelle einer radial auf ihn wirkenden Kraft eine axial auf ihn wirkende Kraft festzustellen. Die Erfinder haben erkannt, dass sich mit einem Kraftsensor, der innerhalb des Messrollenkörpers angeordnet ist, und eine axial auf ihn wirkende Kraft messen kann, die Durchbiegung des Messrollenkörpers ermittelt werden kann. Die Erfinder haben ebenso erkannt, dass die Durchbiegung des Messrollenkörpers abhängig von dem auf das über die Messrolle geführten bandförmigen Gut wirkenden Bandzug ist. Durch das Hinzufügen des dritten Kraftsensors wird erfindungsgemäß mithin die Möglichkeit geschaffen, neben der Eigenschaft des über die Messrolle geführten bandförmigen Guts, die mittels dem ersten Kraftsensor und dem zweiten Kraftsensor ermittelt wird (häufig der Planheit), eine weitere Eigenschaft des über die Messrolle geführten bandförmigen Guts zu messen, nämlich den auf das bandförmige Gut wirkenden Bandzug. The invention is based on the basic idea of providing a further force sensor, namely the third force sensor, within a measuring roller that is equipped with force sensors that are usually used to measure the flatness of the strip-shaped material, namely the first force sensor and the second force sensor, which is intended to determine a force acting on it axially instead of a force acting on it radially. The inventors have recognized that the deflection of the measuring roller body can be determined using a force sensor that is arranged within the measuring roller body and can measure a force acting on it axially. The inventors have also recognized that the deflection of the measuring roller body is dependent on the strip tension acting on the strip-shaped material guided over the measuring roller. By adding the third force sensor, the invention therefore creates the possibility of measuring, in addition to the property of the strip-shaped material guided over the measuring roller, which is determined by means of the first force sensor and the second force sensor (often the flatness), another property of the strip-shaped material guided over the measuring roller, namely the strip tension acting on the strip-shaped material.
Durch die Hinzunahme des dritten Kraftsensors, der gegenüber den auf den ersten Kraftsensor und den zweiten Kraftsensor wirkenden Kräften, nämlich radial wirkenden
Kräften, Kräfte misst, die in eine andere Richtung, nämlich die Axialrichtung wirken, schafft die Erfindung eine Entkopplung der Messaufgaben. Bei dem aus W02020/120328 A1 bekannten Verfahren werden die vorhandenen Kraftsensoren, die bei der W02020/120328 A1 auch dazu verwendet werden können, die Planheit des bandförmigen Guts zu messen, mit der zusätzlichen Aufgabe beaufschlagt, den Bandzug zu messen. Das führt im Guten dazu, dass bei der W02020/120328 A1 die ohnehin vorhandenen Kraftsensoren auch für eine zweite Messaufgabe genutzt werden können. Mithin ist der zu betreibende Aufwand bei der W02020/120328 A1 relativ gesehen geringer. Bei der W02020/120328 A1 müssen für die zweite Messaufgabe (beispielsweise das Messen des Bandzugs) keine weiteren Kraftsensoren vorgesehen werden, wodurch relativ gesehen weniger Teile benötigt werden. Die diesen Vorteil bewirkende Mehrfachnutzung der vorhandenen Komponenten führt bei der W02020/120328 A1 jedoch auch dazu, dass der Aufbau für die zweite Messaufgabe, beispielsweise das Messen des Bandzugs nicht individuell optimiert werden kann. Für das Durchführen der zweiten Messaufgabe muss der Aufbau so hingenommen werden, wie er für die erste Messaufgabe vorgesehen wird. Das führt u.a. zu dem vorstehend beschriebenen Problem, dass der Bandzug bei dem Verfahren gemäß W02020/120328 A1 immer nur einmal pro Umdrehung der Messrolle gemessen wird. By adding the third force sensor, which acts on the first force sensor and the second force sensor, namely radially acting Forces, forces acting in a different direction, namely the axial direction, the invention creates a decoupling of the measuring tasks. In the method known from W02020/120328 A1, the existing force sensors, which in the W02020/120328 A1 can also be used to measure the flatness of the strip-shaped material, are given the additional task of measuring the strip tension. The good news is that in the W02020/120328 A1 the force sensors already present can also be used for a second measuring task. The effort required for the W02020/120328 A1 is therefore relatively lower. In the W02020/120328 A1, no further force sensors need to be provided for the second measuring task (e.g. measuring the strip tension), which means that relatively fewer parts are required. However, the multiple use of the existing components that results in this advantage in the W02020/120328 A1 also means that the setup for the second measuring task, for example measuring the strip tension, cannot be individually optimized. To carry out the second measuring task, the setup must be accepted as it is intended for the first measuring task. This leads, among other things, to the problem described above that the strip tension is only ever measured once per revolution of the measuring roller in the method according to W02020/120328 A1.
Die Erfindung geht von dem Grundgedanken aus, dass durch eine Auswertung des Sensorsignals des dritten Kraftsensors jederzeit der auf das über die Messrolle geführte bandförmige Gut wirkende Bandzug gemessen werden kann. Die Messrolle rotiert um die Rotationsachse (nachstehend aus teilweise als Längsachse bezeichnet), während das bandförmige Gut über sie geführt wird. Nach den Erkenntnissen der Erfindung kann bei quasi jeder beliebigen Winkellage der Messrolle während dieser Rotation durch eine Auswertung des Sensorsignals des dritten Kraftsensors der auf das über die Messrolle geführte bandförmige Gut wirkende Bandzug bestimmt werden. The invention is based on the basic idea that by evaluating the sensor signal of the third force sensor, the strip tension acting on the strip-shaped material guided over the measuring roller can be measured at any time. The measuring roller rotates about the axis of rotation (hereinafter sometimes referred to as the longitudinal axis) while the strip-shaped material is guided over it. According to the findings of the invention, the strip tension acting on the strip-shaped material guided over the measuring roller can be determined at virtually any angular position of the measuring roller during this rotation by evaluating the sensor signal of the third force sensor.
Die erfindungsgemäße Messrolle ist zum Feststellen einer Eigenschaft eines über die Messrolle geführten bandförmigen Guts, insbesondere von Metallband, geeignet. Insbesondere bevorzugt ist die Messrolle zum Feststellen von zwei Eigenschaften des über die Messrolle geführten bandförmigen Guts, insbesondere von Metallband, geeignet. In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Messrolle zum Feststellen der Planheit des über die Messrolle geführten bandförmigen Guts, insbesondere von Metallband, geeignet. Eine erfindungsgemäße Verwendung der erfindungsgemäßen Messrolle sieht mithin den Einsatz der Messrolle zum Feststellen der Planheit eines über die Messrolle geführten bandförmigen Guts, insbesondere von Metallband vor. Ergänzend oder alternativ ist die Messrolle zum Feststellen des Bandzugs, der auf ein über die Messrolle geführtes bandförmiges Gut, insbesondere von Metallband, wirkt, geeignet. Eine erfindungsgemäße Verwendung sieht mithin vor, dass die erfindungsgemäße Messrolle zum Feststellen des Bandzugs verwendet wird, der auf ein
über die Messrolle geführtes bandförmiges Gut, insbesondere von Metallband, wirkt. In einer besonders bevorzugten erfindungsgemäßen Verwendung wird die erfindungsgemäße Messrolle zum Feststellen der Planheit eines über die Messrolle geführten bandförmigen Guts, insbesondere von Metallband, und zum Feststellen des auf dieses bandförmige Gut wirkenden Bandzugs eingesetzt. The measuring roller according to the invention is suitable for determining a property of a strip-shaped material, in particular metal strip, guided over the measuring roller. Particularly preferably, the measuring roller is suitable for determining two properties of the strip-shaped material, in particular metal strip, guided over the measuring roller. In a preferred embodiment, the measuring roller is suitable for determining the flatness of the strip-shaped material, in particular metal strip, guided over the measuring roller. A use according to the invention of the measuring roller according to the invention therefore provides for the use of the measuring roller to determine the flatness of a strip-shaped material, in particular metal strip, guided over the measuring roller. Additionally or alternatively, the measuring roller is suitable for determining the band tension that acts on a band-shaped material, in particular metal band, guided over the measuring roller. A use according to the invention therefore provides that the measuring roller according to the invention is used to determine the band tension, which is on a Band-shaped material, in particular metal band, guided over the measuring roller acts. In a particularly preferred use according to the invention, the measuring roller according to the invention is used to determine the flatness of a strip-shaped material, in particular metal strip, which is guided over the measuring roller, and to determine the strip tension acting on this strip-shaped material.
BESCHREIBUNG MESSROLLE (GRUNDAUFBAU): DESCRIPTION OF MEASURING ROLL (BASIC CONSTRUCTION):
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 (Rotationsachse) 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. Ergänzend oder alternativ kann die Vollrolle auch gänzlich oder in Teilen (insbesondere in Schichten) durch das Aufträgen von Schichten hergestellt werden, wie dies insbesondere in WO 2020/174001 A1 beschrieben wird. The measuring roller according to the invention has a measuring roller body. The measuring roller body preferably has a closed circumferential surface. In a preferred embodiment, the measuring roller body is a solid roller that extends along a longitudinal axis (rotation axis). A solid roller is understood to mean a measuring roller body that is in one piece and whose shape was either produced using a primary forming process, for example casting, and/or whose geometric shape is produced from a one-piece semi-finished product by separating processes, in particular by machining, in particular by turning, drilling, milling or grinding. In addition or alternatively, the solid roller can also be produced entirely or in parts (in particular in layers) by applying layers, as is described in particular in WO 2020/174001 A1.
In einer bevorzugten Ausführungsform sind bei einem 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 Fig. 2 der DE 20 2014 006 820 U1 dargestellt werden, denkbar, bei denen der Hauptteil des Messrollenkörpers als zylinderförmige Vollrolle ausgeführt wird, die stirnseits angeordnete Deckel aufweist, an denen die Messrollenzapfen ausgeführt sind. Ferner kann der erfindungsgemäße Messrollenkörper beispielsweise wie der in Fig. 3 der DE 20 2014 006 820 U1 ausgeführte Messrollenkörper ausgebildet sein, bei dem der Messrollenkörper mit angeformten Zapfen ausgebildet ist und über den Messrollenkörper ein Mantelrohr aufgeschoben wird. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform weist die Messrolle jedoch kein Mantelrohr auf, sondern ist als Vollrolle ausgeführt. In a preferred embodiment, in a measuring roller body designed as a solid roller, the measuring roller pins arranged on the front side of the measuring roller for rotatably supporting the measuring roller, for example in ball bearings, are also part of the one-piece body. However, designs such as those shown in Fig. 2 of DE 20 2014 006 820 U1 are also conceivable, in which the main part of the measuring roller body is designed as a cylindrical solid roller that has covers arranged on the front side on which the measuring roller pins are made. Furthermore, the measuring roller body according to the invention can be designed, for example, like the measuring roller body shown in Fig. 3 of DE 20 2014 006 820 U1, in which the measuring roller body is designed with molded pins and a jacket tube is pushed over the measuring roller body. In a particularly preferred embodiment, however, the measuring roller does not have a jacket tube, but is designed as a solid roller.
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 zur Umfangsfläche führt und in dieser mündet. 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 Fig. 3 und 4 der DE 102014 012 426 A1 gezeigt. Das Verschlusselement kann jedoch auch nach Art der in DE 19747655 A1 gezeigten Abdeckung ausgebildet sein. In einer bevorzugten Ausführungsform weist die Messrolle jedoch kein Mantelrohr auf, sondern ist als Vollrolle ausgeführt, entweder als solche, bei der keine Ausnehmung zur Umfangsfläche führt, oder als solche, bei der die jeweilige Ausnehmung eine in Richtung auf die Umfangsfläche führende Ausnehmung ist, die aber durch ein Verschlusselement, wie beispielsweise eine Abdeckung, verschlossen wird. Zudem sind Beschichtungen, beispielsweise der Umfangsfläche einer Vollrolle oder der Umfangsfläche eines Mantelrohr denkbar, beispielsweise zur Reduktion der Reibung oder zum Schutz des über die Messrolle zu führenden bandförmigen Guts. The measuring roller body of the measuring roller according to the invention preferably has a closed circumferential surface. This can be achieved, for example, by designing the measuring roller body as a solid roller and all recesses provided in the measuring roller body being designed in such a way that no recess leads to the circumferential surface and opens into it. In such an embodiment, 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 extend radially from the recess further into the interior of the measuring roller body, for example to a collecting channel in the middle of the measuring roller body. A closed circumferential surface of the measuring roller body can also be achieved by closing this by a closure element in embodiments in which the respective recess has a recess leading in the direction of the circumferential surface. Such a closure element can be a jacket tube that completely surrounds a base body of the measuring roller body, as shown for example in Figs. 3 and 4 of DE 102014 012 426 A1. However, the closure element can also be designed in the manner of the cover shown in DE 19747655 A1. In a preferred embodiment, however, the measuring roller does not have a jacket tube, but is designed as a solid roller, either as one in which no recess leads to the circumferential surface, or as one in which the respective recess is a recess leading in the direction of the circumferential surface, but which is closed by a closure element, such as a cover. In addition, coatings are conceivable, for example on the peripheral surface of a solid roller or the peripheral surface of a casing pipe, for example to reduce friction or to protect the strip-shaped material to be guided over the measuring roller.
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 be achieved with just a single recess in the measuring roller body. When measuring the flatness, it is therefore conceivable 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 DE 102 07 501 bekannte Vollrolle oder die aus DE 10 2014 012 426 A1 bekannten Messrollen, um dann aber für die erfindungsgemäße Ausstattung diese Messrollen des Standes der Technik mit einer weiteren, außerhalb des Rasters ausgeführten
Ausnehmung zu versehen, mit der beispielsweise eine andere Messung durchgeführt wird, nämlich die mit dem dritten Kraftsensor durchzuführende Messung. Vorzugsweise sind die in diesem Absatz genannten Ausnehmungen solche, die in Axialrichtung des Messrollenkörpers verlaufen. Es sind auch Ausführungsformen denkbar, bei der die Messrolle eine einzige Ausnehmung aufweist und alle Kraftsensoren der Messrolle in einer einzigen Ausnehmung, beispielsweise in einer einzigen axial verlaufenden Ausnehmung angeordnet sind. In a preferred embodiment, the measuring roller body has several recesses. In a preferred embodiment, the recesses are designed at the same radial distance from the longitudinal axis of the measuring roller body. In a preferred embodiment, all recesses are distributed equidistant from one another in the circumferential direction. However, embodiments are also conceivable in which a first group of recesses is provided, which are particularly preferably arranged at the same radial distance from the longitudinal axis and equidistantly distributed 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 in terms of 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 from the remaining recesses as the remaining recesses have from one another. For example, it is conceivable to design a measuring roller in terms of flatness measurement in the same way as a measuring roller of the prior art, for example like the solid roller known from DE 102 07 501 or the measuring rollers known from DE 10 2014 012 426 A1, but then for the one according to the invention Equip these prior art measuring rollers with another one designed outside the grid To provide a recess with which, for example, another measurement is carried out, namely the measurement to be carried out with the third force sensor. Preferably, the recesses mentioned in this paragraph are those that run in the axial direction of the measuring roller body. Embodiments are also conceivable in which the measuring roller has a single recess and all force sensors of the measuring roller are arranged in a single recess, for example in a single axially extending recess.
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 circumferential 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 circumferential 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 pins. In a preferred embodiment, in embodiments of the measuring roller with end faces, the bearing pins 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.
ANORDNUNG ERSTER und ZWEITER KRAFTSENSOR: ARRANGEMENT OF FIRST and SECOND FORCE SENSOR:
Erfindungsgemäß weist die Messrolle einen ersten Kraftsensor auf, der in einer Ausnehmung angeordnet ist. In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Ausnehmung beabstandetzu 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 alternativen, ebenfalls bevorzugten Ausführungsform führt die Ausnehmung von der Umfangsfläche in das Innere des Messrollenkörpers, ist aber durch ein Verschlusselement verschlossen. According to the invention, the measuring roller has a first force sensor which is arranged in a recess. In a preferred embodiment, the recess is arranged at a distance from the peripheral surface, wherein the recess does not open towards the peripheral surface, or no further recess leading from the recess, for example no bore, leads to the peripheral surface. In an alternative, also preferred embodiment, the recess leads from the peripheral surface into the interior of the measuring roller body, but is closed by a closure element.
Erfindungsgemäß weist die Messrolle einen zweiten Kraftsensor auf, der in einer Ausnehmung angeordnet ist. In einer bevorzugten Ausführungsform sind der erste Kraftsensor und der zweite Kraftsensor in einer Ausnehmung angeordnet. In einer bevorzugten, alternativen Ausführungsform ist der zweite Kraftsensor in einer weiteren Ausnehmung angeordnet, also nicht in der Ausnehmung, in der der erste Kraftsensor angeordnet ist. In einer bevorzugten Ausführungsform ist die weitere Ausnehmung beabstandet zu der Umfangsfläche angeordnet ist, wobei die weitere Ausnehmung sich nicht zur Umfangsfläche hin öffnet, bzw. keine von der weiteren Ausnehmung fortführende Ausnehmung, beispielsweise keine Bohrung zur Umfangsfläche führt. In einer alternativen, ebenfalls bevorzugten Ausführungsform führt die weitere
Ausnehmung von der Umfangsfläche in das Innere des Messrollenkörpers, ist aber durch ein Verschlusselement verschlossen. According to the invention, the measuring roller has a second force sensor which is arranged in a recess. In a preferred embodiment, the first force sensor and the second force sensor are arranged in a recess. In a preferred, alternative embodiment, the second force sensor is arranged in a further recess, i.e. not in the recess in which the first force sensor is arranged. In a preferred embodiment, the further recess is arranged at a distance from the peripheral surface, with the further recess not opening towards the peripheral surface, or no recess extending from the further recess, for example no bore, leading to the peripheral surface. In an alternative, also preferred embodiment, the further one leads Recess from the peripheral surface into the interior of the measuring roller body, but is closed by a closure element.
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 Fig. 1 und 2, bzw. Fig. 4 der DE 10 2014 012 426 A1 gezeigt. In a preferred embodiment, 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. In a preferred embodiment, the respective recess opens at least at one of its ends, preferably at both ends, into 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 shown, for example, in FIGS. 1 and 2, or FIG. 4 of DE 10 2014 012 426 A1.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Ausnehmung, bzw. bei mehreren vorgesehenen Ausnehmungen ist bevorzugt zumindest eine 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 Aus-
nehmung 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 DE 20 2007 001 066 U1 wird beispielsweise eine Messrolle mit langgestreckt ausgeführten Ausnehmungen gezeigt. In a preferred embodiment, the recess, or in the case of several recesses provided, at least one recess is preferably elongated, where “elongated” is understood to mean that the recess is larger in a first direction (in the longitudinal direction of the recess) than in any direction perpendicular to this direction. In a preferred embodiment, the extension of the elongated recess in the longitudinal direction is twice or particularly preferably more than twice larger than in any direction perpendicular to this direction. In a preferred embodiment, the longitudinal direction of the recess forms an angle with the longitudinal direction of the measuring roller body that is smaller than 75°, particularly preferably <45°, particularly preferably <30°, particularly preferably <10°, particularly preferably <5°. In a preferred embodiment, the longitudinal direction of the recess is not perpendicular to the longitudinal axis of the measuring roller body. If - as 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 containing the longitudinal axis of the measuring roller body. In these embodiments, the projection of the longitudinal axis of the recess onto a plane containing the longitudinal axis of the measuring roller body is therefore designed such that the projection of the longitudinal direction of the recess with the longitudinal direction of the measuring roller body encloses an angle that is smaller than 75°, particularly preferably <45°, particularly preferably <30°, particularly preferably <10°, particularly preferably <5°. In the preferred embodiments in which the recess extends parallel to the longitudinal axis of the measuring roller body, the longitudinal axis of the recess intersects The recess obviously does not intersect the longitudinal axis of the measuring roller body, just as a projection of the longitudinal axis onto a plane that contains the longitudinal axis of the measuring roller body does not intersect the longitudinal axis of the measuring roller body. For example, DE 20 2007 001 066 U1 shows a measuring roller with elongated recesses.
In anderen bevorzugten Ausführungsformen ist zumindest eine Ausnehmungen nicht langgestreckt sondern als radial verlaufende Taschen ausgeführt, wie sie beispielsweise in DE 19838457 A1 dargestellt sind. Diese Ausnehmung kann beispielsweise als eigene Ausnehmung für den dritten Kraftsensor verwendet werden. In other preferred embodiments, at least one recess is not elongated but is designed as radially extending pockets, as shown, for example, in DE 19838457 A1. This recess can be used, for example, as a separate recess for the third force sensor.
In bevorzugten Ausführungsform sind in einer Ausnehmung (wenn die Messrolle nur eine Ausnehmung aufweist: in der Ausnehmung) der Messrolle der erster Kraftsensor und der zweiter Kraftsensor angeordnet. In a preferred embodiment, the first force sensor and the second force sensor are arranged in a recess (if the measuring roller has only one recess: in the recess) of the measuring roller.
ANORDNUNG DRITTER KRAFTSENSOR: ARRANGEMENT OF THIRD FORCE SENSOR:
Erfindungsgemäß weist die Messrolle einen dritten Kraftsensor auf. According to the invention, the measuring roller has a third force sensor.
Der dritte Kraftsensor kann in der Ausnehmung angeordnet sein, in der auch der erste Kraftsensor angeordnet ist. Sind der erste Kraftsensor und der zweite Kraftsensor gemäß einer bevorzugten Ausführungsform in einer Ausnehmung angeordnet, so kann gemäß einer bevorzugten Ausführungsform auch der dritte Kraftsensor in dieser einen Ausnehmung vorgesehen sein; der erste Kraftsensor, der zweite Kraftsensor und der dritte Kraftsensor sind in dieser bevorzugten Ausführungsform in einer Ausnehmung angeordnet. In einer bevorzugten Ausführungsform dieser Ausführungsform ist die Ausnehmung eine langgestreckte Ausnehmung, die sich insbesondere bevorzugt parallel zur Längsachse des Messrollenkörpers erstreckt. The third force sensor can be arranged in the recess in which the first force sensor is also arranged. If the first force sensor and the second force sensor are arranged in a recess according to a preferred embodiment, then according to a preferred embodiment the third force sensor can also be provided in this one recess; the first force sensor, the second force sensor and the third force sensor are arranged in a recess in this preferred embodiment. In a preferred embodiment of this embodiment, the recess is an elongated recess, which particularly preferably extends parallel to the longitudinal axis of the measuring roller body.
Der dritte Kraftsensor kann in der Ausnehmung angeordnet sein, in der auch der zweite Kraftsensor angeordnet ist. Ist gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der erste Kraftsensor in einer Ausnehmung angeordnet und der zweite Kraftsensor in einer weiteren Ausnehmung angeordnet, so kann gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der dritte Kraftsensor in der weiteren Ausnehmung vorgesehen sein; der zweite Kraftsensor und der dritte Kraftsensor sind in dieser bevorzugten Ausführungsform in einer Ausnehmung angeordnet, nämlich der weiteren Ausnehmung, während der erste Kraftsensor in einer separaten Ausnehmung angeordnet ist. In einer bevorzugten Ausführungsform dieser Ausführungsform ist die weitere Ausnehmung eine langgestreckte Ausnehmung, die sich insbesondere bevorzugt parallel zur Längsachse des Messrollenkörpers erstreckt.
In einer alternativen Ausführungsform ist in dem Messrollenkörper eine eigene Ausnehmung für den dritten Kraftsensor vorgesehen ist, die beabstandet zu der Umfangsfläche angeordnet ist oder von der Umfangsfläche in das Innere des Messrollenkörpers führt, wobei der dritte Kraftsensor in dieser für ihn vorgesehenen Ausnehmung angeordnet ist. In einer bevorzugten Ausführungsform sind der erste Kraftsensor und der zweite Kraftsensor in einer Ausnehmung angeordnet und der dritte Kraftsensor ist in einer eigenen, für den dritten Kraftsensor vorgesehenen Ausnehmung angeordnet. In einer alternativen Ausführungsform ist der erste Kraftsensor in einer Ausnehmung angeordnet, der zweite Kraftsensor in einer weiteren Ausnehmung angeordnet und der dritte Kraftsensor in einer für ihn vorgesehenen Ausnehmung angeordnet, die nicht die Ausnehmung ist, in der der erste Kraftsensor angeordnet ist und nicht die weitere Ausnehmung ist. The third force sensor can be arranged in the recess in which the second force sensor is also arranged. If, according to a preferred embodiment, the first force sensor is arranged in a recess and the second force sensor is arranged in a further recess, then according to a preferred embodiment the third force sensor can be provided in the further recess; in this preferred embodiment the second force sensor and the third force sensor are arranged in one recess, namely the further recess, while the first force sensor is arranged in a separate recess. In a preferred embodiment of this embodiment, the further recess is an elongated recess which particularly preferably extends parallel to the longitudinal axis of the measuring roller body. In an alternative embodiment, a separate recess is provided in the measuring roller body for the third force sensor, which is arranged at a distance from the peripheral surface or leads from the peripheral surface into the interior of the measuring roller body, with the third force sensor being arranged in this recess provided for it. In a preferred embodiment, the first force sensor and the second force sensor are arranged in one recess and the third force sensor is arranged in a separate recess provided for the third force sensor. In an alternative embodiment, the first force sensor is arranged in one recess, the second force sensor is arranged in a further recess and the third force sensor is arranged in a recess provided for it, which is not the recess in which the first force sensor is arranged and is not the further recess.
In den Ausführungsformen, in denen der dritte Kraftsensor in einer eigenen Ausnehmung angeordnet ist, ist es gemäß einer bevorzugten Ausführungsform, dass die eigens für den dritten Kraftsensor vorgesehen Ausnehmung anders ausgeführt, insbesondere anders ausgerichtet ist, als eine Ausnehmung in der der erste Kraftsensor angeordnet ist. In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Ausnehmung, in der der erste Kraftsensor angeordnet ist, eine langgestreckte Ausnehmung, die sich insbesondere bevorzugt parallel zur Längsachse des Messrollenkörpers erstreckt, wobei die eigens für den dritten Kraftsensor vorgesehen Ausnehmung nicht parallel zur Längsachse des Messrollenkörpers ausgeführt ist, sondern als radial verlaufende Taschen ausgeführt, wie sie beispielsweise in DE 198 38 457 A1 dargestellt sind. In the embodiments in which the third force sensor is arranged in its own recess, according to a preferred embodiment, the recess provided specifically for the third force sensor is designed differently, in particular is aligned differently, than a recess in which the first force sensor is arranged. In a preferred embodiment, the recess in which the first force sensor is arranged is an elongated recess which particularly preferably extends parallel to the longitudinal axis of the measuring roller body, wherein the recess provided specifically for the third force sensor is not designed parallel to the longitudinal axis of the measuring roller body, but designed as radially extending pockets, as shown for example in DE 198 38 457 A1.
BESCHREIBUNG KRAFTSENSOREN: DESCRIPTION OF FORCE SENSORS:
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. Ferner weist der dritte Kraftsensor eine Sensorfläche auf, wobei der dritte Kraftsensor bei einer Änderung der Lage der Sensorfläche des dritten 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 Kraftsensoren 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 bei-
spielsweise 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. The first force sensor has a sensor surface, wherein the force sensor can 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, wherein the second force sensor can generate a sensor signal when the position of the sensor surface of the second force sensor changes. Furthermore, the third force sensor has a sensor surface, wherein the third force sensor can generate a sensor signal when the position of the sensor surface of the third force sensor changes. Force sensors are referred to as force sensors because they are used to measure forces, particularly preferably 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, for example, determine whether the position of the sensor surface has changed relative to the housing. Is the force sensor included? For example, designed as a piezoelectric force sensor, 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, for example the piezo-quartz is compressed becomes. 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, usually stretching it, but sometimes also compressing it. 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 bearing 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 DE 1 773 551 A1 gezeigte Kraftsensor ausgeführt sein und ein in einem Gehäuse angeordnetes, aus einer mehrschichtigen Kristallanordnung bestehendes Piezoelement aufweisen, das zwischen zwei Kraftübertragungsscheiben angeordnet ist. Bei einer solchen Ausführungsform wäre die Sensorfläche die Außenoberfläche der in Fig. 1 der DE 1 773551 A1 oberen Kraftübertragungsscheibe oder die Außenoberfläche der in Fig. 1 der DE 1 773 551 A1 unteren Kraftübertragungsscheibe. The force sensors to be used according to the invention have a sensor surface whose change in position is observed by the force sensor to determine a force acting on it. Embodiments are conceivable in which 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. However, intermediate pieces are often provided in such force sensors on which the sensor surface is formed. Such intermediate pieces are often rigid blocks in which a change in the position of one surface of the rigid block directly leads to 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 from other parts of the force sensor increases the measurement accuracy because a clearly defined surface is created on which the environment can act. For example, protruding sensor surfaces can prevent measurement errors caused by force shunts. The force sensor according to the invention can, for example, be designed like the force sensor shown in DE 1 773 551 A1 and have a piezo element arranged in a housing and consisting of a multi-layer crystal arrangement, which is arranged between two force transmission disks. In such an embodiment, the sensor surface would be the outer surface of the upper power transmission disk in FIG. 1 of DE 1 773551 A1 or the outer surface of the lower power transmission disk in FIG. 1 of DE 1 773 551 A1.
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. Die Flächennormale der Sensorfläche des dritten Kraftsensors ist in einer bevorzugten Ausführungsform ebenfalls eben ausgeführt und weist in einer bevorzugten Ausführungsform in Richtung parallel zur Rotationsachse. 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. In a preferred embodiment, the surface normal of the sensor surface of the second force sensor is also flat and in a preferred embodiment 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. 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. The surface normal of the sensor surface of the third force sensor is also flat in a preferred embodiment and points in a direction parallel to the axis of rotation.
In einer bevorzugten Ausführungsform steht die Flächennormale einer eben ausgeführten Sensorfläche des ersten Kraftsensors und/oder des zweiten Kraftsensors 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 of the first force sensor and/or the second force sensor at the point of the sensor surface at which the sensor surface is intersected by a radial of the measuring roller body is at an angle to this radial of the measuring roller body, which is smaller than 45°, particularly preferably less than 20°, particularly preferably less than 10°, particularly preferably less than 5°.
In einer bevorzugten Ausführungsform steht die Flächennormale einer eben ausgeführten Sensorfläche des dritten Kraftsensors an einem Punkt der Sensorfläche, an dem die Sensorfläche von einer parallel zur Rotationsachse des Messrollenkörpers verlaufenden Linie geschnitten wird, in einem Winkel zu dieser Linie, 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 of the third force sensor is at an angle to this line that is smaller than 45 ° at a point on the sensor surface at which the sensor surface is intersected by a line running parallel to the axis of rotation of the measuring roller body, 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 und/oder des dritten 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 the first force sensor and/or the second force sensor and/or the third force sensor, is a flat surface.
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 annular, in particular annular. Embodiments in which the sensor surface is circular or elliptical are also preferred. 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 which stands out from other elements of the force sensor and which is in contact with a boundary surface of the recess or which is in contact with a closure element which 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.
Der dritte Kraftsensor kann als Dehnungssensor, insbesondere als Oberflächen- Dehnungssensor ausgeführt sein. Beispielsweise kann für den dritten Kraftsensor der Sensor des Typs 9232A der Firma Kistler AG (https://www.kistler.com/de/produkt/type- 9232a/ wie am 27. Mai 2022 abrufbar) eingesetzt werden. 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 of the force sensors used in the measuring roller according to the invention are of the same design, thus of the same type and in particular of the same series, particularly preferably of identical construction. The third force sensor can be designed as a strain sensor, in particular as a surface strain sensor. For example, the type 9232A sensor from Kistler AG (https://www.kistler.com/de/produkt/type- 9232a/ as available on May 27, 2022) can be used for the third force sensor.
Der erste Kraftsensor und/oder der zweite Kraftsensor und/oder der dritte Kraftsensor kann in der Ausnehmungen, in der er angeordnet ist, 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. The first force sensor and/or the second force sensor and/or the third force sensor can be fixed or clamped, for example wedged, in the recess in which it is arranged. These pre-tensions are intentional and can be easily compensated for by measurement. The pre-tension 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 each other until the force sensor is immovably clamped between the holding pieces.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist der jeweilige Kraftsensor an einem Gehäuse bzw. einer Halterung angeordnet, welches die Handhabung bei der Herstellung vereinfacht. Das Gehäuse kann in einer Ausnehmung der Messrolle angeordnet werden. Es kann vorgesehen sein, dass der Kraftsensor der ersten Art in dem Gehäuse und/oder mit dem Gehäuse vorgespannt wird. 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 DE 102006003792 A1 , deren Offenbarungsgehalt hier durch Inbezugnahme explizit aufgenommen wird, beschrieben ausgestaltet sein, wobei das Gehäuse bzw. die Halterung eine einen Außenumfangskonus aufweisende Innenhülse, in der ein Kraftsensor angeordnet ist, und eine mit der Innenhülse in Eingriff bringbare bzw. mit dieser verspannbare einen Innenumfangkonus aufweisende Außenhülse aufweist. In a preferred embodiment, the respective force sensor is arranged on a housing or a holder, which simplifies handling during production. The housing can be arranged in a recess in the measuring roller. It can be provided that the force sensor of the first type is prestressed in the housing and/or with the housing. According to the invention, the term “housing” also includes holders that do not have the closed design of a usual housing. A housing according to the invention can be designed in particular as described in DE 102006003792 A1, the disclosure content of which is explicitly incorporated herein by reference, wherein the housing or the holder has an inner sleeve having an outer circumferential cone, in which a force sensor is arranged, and one with the inner sleeve has an outer sleeve that can be brought into engagement or braced with an inner circumferential cone.
Nach der Art der DE 10 2006 003 792 A1 kann der erste Kraftsensor und der zweite Kraftsensor in einer axial verlaufenden Ausnehmung und der dritte Kraftsensor in einer radial verlaufenden Ausnehmung angeordnet sein. According to the manner of DE 10 2006 003 792 A1, the first force sensor and the second force sensor can be arranged in an axially extending recess and the third force sensor can be arranged in a radially extending recess.
Erfindungsgemäß ist die Sensorfläche des ersten Kraftsensors so angeordnet ist, dass ihre Lage durch eine Kraft geändert werden kann, die in eine Radialrichtung des Messrollenköpers auf sie wirkt. Das Einwirken einer Kraft auf die Sensorfläche des ersten Kraftsensors erfolgt in einer bevorzugten Ausführungsform dadurch, dass eine auf den Messrollenkörper wirkende Kraft eine Oberfläche eines zum ersten Kraftsensor benachbarten Bauteils des Messrollenkörpers, die in Kontakt mit der Sensorfläche steht oder durch das Einwirken der auf den Messrollenkörper wirkenden Kraft in Kontakt mit der Sensoroberfläche gebracht wird, weiter in Richtung auf den ersten Kraftsensor bewegt. Der Versuch, die mit der Sensorfläche in Kontakt stehende Oberfläche des
benachbarten Bauteils weiter in Richtung auf den ersten Kraftsensor zu bewegen, ist ab einem bestimmten Kraftniveau in der Weise erfolgreich, dass die Sensorfläche des ersten Kraftsensors ihre Lage ändert. Das bestimmte Kraftniveau, ab dem dieser Effekt eintritt, ist ein Maß für die Empfindlichkeit des Sensors. Ist die Kraft, die die Oberfläche des benachbarten Bauteils weiter in Richtung auf den ersten Kraftsensor bewegen will, so gering, dass die Sensorfläche nicht nachgibt (ihre Lage nicht ändert), dann handelt es sich um eine Kraft unterhalb der Empfindlichkeit des Sensors. Mithin kann die erfindungsgemäß vorgesehen Lehre, die Sensorfläche des ersten Kraftsensors so anzuordnen, dass ihre Lage durch eine Kraft geändert werden kann, die in eine Radialrichtung des Messrollenköpers auf sie wirkt, dadurch realisiert werden, dass ein zum ersten Kraftsensor in Radialrichtung des Messrollenkörper benachbartes Bauteil bereitgestellt wird, das eine Oberfläche aufweist, die entweder bereits im Ausgangszustand mit der Sensorfläche in Kontakt ist, oder die beim Einwirken einer Kraft auf den Messrollenkörper in Kontakt mit der Sensorfläche gebracht wird. Ist der erste Kraftsensor beispielsweise in einer axialen Bohrung angeordnet, so kann diese Oberfläche beispielsweise durch einen in radialer Richtung oberhalb oder unterhalb des ersten Kraftsensors angeordneten Teil der die axiale Bohrung umgebenden Flächen bereitgestellt werden. Ist der erste Kraftsensor beispielsweise in einer radialen Bohrung angeordnet, die mit einem Verschlusselement verschlossen ist, angeordnet, so kann die Oberfläche beispielsweise durch die Unterseite des Verschlusselements gebildet werden. According to the invention, the sensor surface of the first force sensor is arranged in such a way that its position can be changed by a force acting on it in a radial direction of the measuring roller body. In a preferred embodiment, the effect of a force on the sensor surface of the first force sensor takes place in that a force acting on the measuring roller body moves a surface of a component of the measuring roller body adjacent to the first force sensor, which is in contact with the sensor surface or is brought into contact with the sensor surface by the effect of the force acting on the measuring roller body, further in the direction of the first force sensor. The attempt to move the surface of the measuring roller body in contact with the sensor surface The attempt to move the surface of the adjacent component further in the direction of the first force sensor is successful from a certain force level onwards in such a way that the sensor surface of the first force sensor changes its position. The certain force level at which this effect occurs is a measure of the sensitivity of the sensor. If the force that wants to move the surface of the adjacent component further in the direction of the first force sensor is so small that the sensor surface does not give way (does not change its position), then this is a force below the sensitivity of the sensor. The teaching provided according to the invention of arranging the sensor surface of the first force sensor in such a way that its position can be changed by a force that acts on it in a radial direction of the measuring roller body can therefore be implemented by providing a component that is adjacent to the first force sensor in the radial direction of the measuring roller body and that has a surface that is either already in contact with the sensor surface in the initial state or that is brought into contact with the sensor surface when a force acts on the measuring roller body. If the first force sensor is arranged in an axial bore, for example, this surface can be provided by a part of the surfaces surrounding the axial bore arranged in the radial direction above or below the first force sensor. If the first force sensor is arranged in a radial bore that is closed with a closure element, for example, the surface can be formed by the underside of the closure element, for example.
Erfindungsgemäß ist die Sensorfläche des zweiten Kraftsensors so angeordnet ist, dass ihre Lage durch eine Kraft geändert werden kann, die in eine Radialrichtung des Messrollenköpers auf sie wirkt. Das Einwirken einer Kraft auf die Sensorfläche des zweiten Kraftsensors erfolgt in einer bevorzugten Ausführungsform dadurch, dass eine auf den Messrollenkörper wirkende Kraft eine Oberfläche eines zum zweiten Kraftsensor benachbarten Bauteils des Messrollenkörpers, die in Kontakt mit der Sensorfläche steht oder durch das Einwirken der auf den Messrollenkörper wirkenden Kraft in Kontakt mit der Sensoroberfläche gebracht wird, weiter in Richtung auf den zweiten Kraftsensor bewegt. Der Versuch, die mit der Sensorfläche in Kontakt stehende Oberfläche des benachbarten Bauteils weiter in Richtung auf den zweiten Kraftsensor zu bewegen, ist ab einem bestimmten Kraftniveau in der Weise erfolgreich, dass die Sensorfläche des zweiten Kraftsensors ihre Lage ändert. Das bestimmte Kraftniveau, ab dem dieser Effekt eintritt, ist ein Maß für die Empfindlichkeit des Sensors. Ist die Kraft, die die Oberfläche des benachbarten Bauteils weiter in Richtung auf den zweiten Kraftsensor bewegen will, so gering, dass die Sensorfläche nicht nachgibt (ihre Lage nicht ändert), dann handelt es sich um eine Kraft unterhalb der Empfindlichkeit des Sensors. Mithin kann die erfindungsgemäß vorgesehen Lehre, die Sensorfläche des zweiten Kraftsensors so anzuordnen, dass ihre Lage durch eine Kraft geändert werden kann, die in eine Radialrichtung des Messrollenköpers auf sie wirkt, dadurch realisiert werden, dass ein
zum zweiten Kraftsensor in Radialrichtung des Messrollenkörper benachbartes Bauteil bereitgestellt wird, das eine Oberfläche aufweist, die entweder bereits im Ausgangszustand mit der Sensorfläche in Kontakt ist, oder die beim Einwirken einer Kraft auf den Messrollenkörper in Kontakt mit der Sensorfläche gebracht wird. Ist der zweite Kraftsensor beispielsweise in einer axialen Bohrung angeordnet, so kann diese Oberfläche beispielsweise durch einen in radialer Richtung oberhalb oder unterhalb des zweiten Kraftsensors angeordneten Teil der die axiale Bohrung umgebenden Flächen bereitstellen. Ist der zweite Kraftsensor beispielsweise in einer radialen Bohrung angeordnet, die mit einem Verschlusselement verschlossen ist, angeordnet, so kann die Oberfläche beispielsweise durch die Unterseite des Verschlusselements gebildet werden. According to the invention, the sensor surface of the second force sensor is arranged such that its position can be changed by a force acting on it in a radial direction of the measuring roller body. In a preferred embodiment, the action of a force on the sensor surface of the second force sensor occurs in that a force acting on the measuring roller body moves a surface of a component of the measuring roller body adjacent to the second force sensor, which is in contact with the sensor surface or is brought into contact with the sensor surface by the action of the force acting on the measuring roller body, further in the direction of the second force sensor. The attempt to move the surface of the adjacent component in contact with the sensor surface further in the direction of the second force sensor is successful from a certain force level onwards in such a way that the sensor surface of the second force sensor changes its position. The certain force level at which this effect occurs is a measure of the sensitivity of the sensor. If the force that wants to move the surface of the adjacent component further in the direction of the second force sensor is so small that the sensor surface does not give way (does not change its position), then it is a force below the sensitivity of the sensor. Therefore, the teaching provided according to the invention of arranging the sensor surface of the second force sensor in such a way that its position can be changed by a force that acts on it in a radial direction of the measuring roller body can be implemented by a component is provided which is adjacent to the second force sensor in the radial direction of the measuring roller body and which has a surface which is either already in contact with the sensor surface in the initial state or which is brought into contact with the sensor surface when a force acts on the measuring roller body. If the second force sensor is arranged in an axial bore, for example, this surface can be provided by a part of the surfaces surrounding the axial bore which is arranged radially above or below the second force sensor. If the second force sensor is arranged in a radial bore which is closed with a closure element, for example, the surface can be formed by the underside of the closure element.
Erfindungsgemäß ist die Sensorfläche des dritten Kraftsensors so angeordnet ist, dass ihre Lage durch eine Kraft geändert werden kann, die parallel zur Rotationsachse des Messrollenkörpers auf sie wirkt. Das Einwirken einer Kraft auf die Sensorfläche des dritten Kraftsensors erfolgt in einer bevorzugten Ausführungsform dadurch, dass eine auf den Messrollenkörper wirkende Kraft eine Oberfläche eines zum dritten Kraftsensor benachbarten Bauteils des Messrollenkörpers, die die in Kontakt mit der Sensorfläche steht oder durch das Einwirken der auf den Messrollenkörper wirkenden Kraft in Kontakt mit der Sensoroberfläche gebracht wird, weiter in Richtung auf den dritten Kraftsensor bewegt. Der Versuch, die mit der Sensorfläche in Kontakt stehende Oberfläche des benachbarten Bauteils weiter in Richtung auf den dritten Kraftsensor zu bewegen, ist ab einem bestimmten Kraftniveau in der Weise erfolgreich, dass die Sensorfläche des dritten Kraftsensors ihre Lage ändert. Das bestimmte Kraftniveau, ab dem dieser Effekt eintritt, ist ein Maß für die Empfindlichkeit des Sensors. Ist die Kraft, die die Oberfläche des benachbarten Bauteils weiter in Richtung auf den dritten Kraftsensor bewegen will, so gering, dass die Sensorfläche nicht nachgibt (ihre Lage nicht ändert), dann handelt es sich um eine Kraft unterhalb der Empfindlichkeit des Sensors. Mithin kann die erfindungsgemäß vorgesehene Lehre, die Sensorfläche des dritten Kraftsensors so anzuordnen, dass ihre Lage durch eine Kraft geändert werden kann, die parallel zur Rotationsachse des Messrollenkörpers auf sie wirkt, dadurch realisiert werden, dass ein zum dritten Kraftsensor in eine Richtung parallel zur Rotationsachse des Messrollenkörpers benachbartes Bauteil bereitgestellt wird, das eine Oberfläche aufweist, die entweder bereits im Ausgangszustand mit der Sensorfläche in Kontakt ist, oder die beim Einwirken einer Kraft auf den Messrollenkörper in Kontakt mit der Sensorfläche gebracht wird. Ist der dritte Kraftsensor beispielsweise in einer axialen Bohrung angeordnet und soll eine Kraft messen, die in einer Dehnung eines Teils der die axiale Bohrung umgebenden Fläche resultiert, so kann diese Oberfläche beispielsweise durch einen in radialer Richtung oberhalb oder unterhalb des dritten Kraftsensors angeordneten Teil der die axiale Bohrung umgebenden Flächen bereitgestellt werden, wobei die Kraftübertragung mittels Reibung erfolgt. Ist der erste
Kraftsensor beispielsweise in einer radialen Bohrung angeordnet, so kann diese Oberfläche beispielsweise durch einen in axialer Richtung neben dem dritten Kraftsensors angeordneten Teil der die radiale Bohrung umgebenden Flächen bereitgestellt werden. According to the invention, the sensor surface of the third force sensor is arranged so that its position can be changed by a force that acts on it parallel to the axis of rotation of the measuring roller body. In a preferred embodiment, a force acts on the sensor surface of the third force sensor in that a force acting on the measuring roller body affects a surface of a component of the measuring roller body adjacent to the third force sensor, which is in contact with the sensor surface or through the action of the Measuring roller body acting force is brought into contact with the sensor surface, moved further towards the third force sensor. The attempt to move the surface of the adjacent component that is in contact with the sensor surface further towards the third force sensor is successful from a certain force level in such a way that the sensor surface of the third force sensor changes its position. The specific force level at which this effect occurs is a measure of the sensitivity of the sensor. If the force that wants to move the surface of the adjacent component further towards the third force sensor is so small that the sensor surface does not give way (does not change its position), then it is a force below the sensitivity of the sensor. Therefore, the teaching provided according to the invention, to arrange the sensor surface of the third force sensor in such a way that its position can be changed by a force that acts on it parallel to the axis of rotation of the measuring roller body, can be realized in that a to the third force sensor in a direction parallel to the axis of rotation A component adjacent to the measuring roller body is provided, which has a surface which is either already in contact with the sensor surface in the initial state, or which is brought into contact with the sensor surface when a force is applied to the measuring roller body. If, for example, the third force sensor is arranged in an axial bore and is intended to measure a force that results in an expansion of a part of the surface surrounding the axial bore, this surface can, for example, be provided by a part of the force sensor arranged in the radial direction above or below the third force sensor Surfaces surrounding the axial bore are provided, with the force transmission taking place by means of friction. Is the first Force sensor, for example, arranged in a radial bore, this surface can be provided, for example, by a part of the surfaces surrounding the radial bore arranged in the axial direction next to the third force sensor.
Die Erfindung nutzt die Erkenntnis aus, dass sich der Messrollenkörper durchbiegt, wenn er The invention exploits the knowledge that the measuring roller body bends when it
• einerseits endseits radial gelagert ist, beispielsweise durch das Lagern von Lagerzapfen der Messrolle in Ständern, • on the one hand, it is supported radially at the end, for example by supporting the bearing pins of the measuring roller in stands,
• und andererseits ein mit Bandzug beaufschlagtes bandförmiges Gut mit einem Umschlingungswinkel über die Messrolle geführt wird. • and on the other hand, a strip-shaped material subjected to strip tension is guided over the measuring roller with a wrap angle.
Im Zuge der Beschreibung der Erfindung wird einerseits davon ausgegangen, dass die sich durch die Durchbiegung ergebende Formänderung des Messrollenkörpers, beispielsweise der Umstand, dass die Rotationsachse bei durchgebogenem Messrollenkörper keine gänzlich gerade Achse mehr ist, sondern leicht gebogen ist, so gering ist, dass der Fachmann räumliche Bezüge von Körpern immer noch als „radial“ oder „parallel zur Rotationsachse“ beschreibt. Ferner treffen die im Zuge der Beschreibung der Erfindung gewählten räumlichen Bezüge, wie beispielsweise „radial“ oder „Radialrichtung“ oder „axial“ oder „parallel zur Rotationsachse“ jedenfalls bei unbelasteter Messrolle zu, also wenn die Messrolle als solche betrachtet wird und ohne dass die bereits durch ein über die Messrolle geführtes Gut durchgebogen wurde. In the course of describing the invention, it is assumed on the one hand that the change in shape of the measuring roller body resulting from the deflection, for example the fact that the axis of rotation is no longer a completely straight axis when the measuring roller body is bent, but is slightly curved, is so small that the person skilled in the art still describes spatial relationships of bodies as "radial" or "parallel to the axis of rotation". Furthermore, the spatial relationships chosen in the course of describing the invention, such as "radial" or "radial direction" or "axial" or "parallel to the axis of rotation", apply in any case when the measuring roller is not under load, i.e. when the measuring roller is considered as such and without it having already been bent by a material guided over the measuring roller.
In einer bevorzugten Ausführungsform sind der erste Kraftsensor und/oder der zweite Kraftsensor und/oder der dritte Kraftsensor jeweils ein piezoelektrischer Kraftsensor, ein Dehnungsmessstreifen oder ein optischer Kraftsensor sind. In einer bevorzugten Ausführungsform sind zumindest der erste Kraftsensor und der zweite Kraftsensor des gleichen Typs. In einer bevorzugten Ausführungsform sind der erste Kraftsensor und der zweite Kraftsensor und der dritte Kraftsensor des gleichen Typs, vorzugsweise ein piezoelektrischer Kraftsensor. In einer bevorzugten Ausführungsform sind der erste Kraftsensor und der zweite Kraftsensor des gleichen Typs, der dritte Kraftsensor ist jedoch von einem anderen Typ. In einer bevorzugten Ausführungsform sind der erste Kraftsensor und der zweite Kraftsensor piezoelektrischer Kraftsensor, der dritte Kraftsensor ist jedoch ein Dehnungsmessstreifen. In a preferred embodiment, the first force sensor and/or the second force sensor and/or the third force sensor are each a piezoelectric force sensor, a strain gauge or an optical force sensor. In a preferred embodiment, at least the first force sensor and the second force sensor are of the same type. In a preferred embodiment, the first force sensor and the second force sensor and the third force sensor are of the same type, preferably a piezoelectric force sensor. In a preferred embodiment, the first force sensor and the second force sensor are of the same type, but the third force sensor is of a different type. In a preferred embodiment, the first force sensor and the second force sensor are piezoelectric force sensors, but the third force sensor is a strain gauge.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist der dritte Kraftsensor näher an der Umfangsfläche als an der Rotationsachse angeordnet ist. Es ist zu erwarten, dass eine sich durch das Durchbiegen ergebende Formänderung des Messrollenkörpers in Bereichen des Messrollenkörpers, die näher an der Umfangsfläche als an der Rotationsachse angeordnet sind, ausgeprägter ist, als in Bereichen, die näher an der
Rotationsachse als an der Umfangsfläche angeordnet sind. Da in einer bevorzugten Ausführungsform die Größe der von dem dritten Kraftsensor zu ermittelnden Kraft von der Größe der Formänderung der Messrollenkörpers in dem Bereich, in dem der dritte Kraftsensor angeordnet ist, abhängt, ist es vorteilhaft, wenn der dritte Kraftsensor in dem Bereich angeordnet ist, in dem die Formänderung besonders groß ist. In a preferred embodiment, the third force sensor is arranged closer to the peripheral surface than to the axis of rotation. It is to be expected that a change in shape of the measuring roller body resulting from the bending is more pronounced in areas of the measuring roller body that are arranged closer to the peripheral surface than to the axis of rotation than in areas that are closer to the rotation axis than on the peripheral surface. Since in a preferred embodiment the magnitude of the force to be determined by the third force sensor depends on the magnitude of the change in shape of the measuring roller body in the region in which the third force sensor is arranged, it is advantageous if the third force sensor is arranged in the region in which the change in shape is particularly large.
In einer bevorzugten Ausführungsform hat der Messrollenkörper zwei gegenüberliegende Enden und eine mittig zwischen diesen beiden Enden liegende Mitte, wobei der dritte Kraftsensor vorzugsweise in der Mitte angeordnet ist. In einer bevorzugten Ausführungsform ist ein zwischen der Mitte und einem Ende angeordneter Kraftsensor zumindest näher an der Mitte als an dem Ende angeordnet. Es ist zu erwarten, dass eine sich durch das Durchbiegen ergebende Formänderung des Messrollenkörpers in Bereichen des Messrollenkörpers, die näher an der Mitte als an einem Ende des Messrollenkörpers angeordnet sind, ausgeprägter ist, als in Bereichen, die näher an einem Ende als an der Mitte angeordnet sind. Da in einer bevorzugten Ausführungsform die Größe der von dem dritten Kraftsensor zu ermittelnden Kraft von der Größe der Formänderung der Messrollenkörpers in dem Bereich, in dem der dritte Kraftsensor angeordnet ist, abhängt, ist es vorteilhaft, wenn der dritte Kraftsensor in dem Bereich angeordnet ist, in dem die Formänderung besonders groß ist. In a preferred embodiment, the measuring roller body has two opposite ends and a center located centrally between these two ends, with the third force sensor preferably being arranged in the center. In a preferred embodiment, a force sensor arranged between the center and one end is arranged at least closer to the center than to the end. It is to be expected that a change in shape of the measuring roller body resulting from the bending is more pronounced in areas of the measuring roller body that are arranged closer to the center than to one end of the measuring roller body than in areas that are closer to one end than to the center are arranged. Since in a preferred embodiment the size of the force to be determined by the third force sensor depends on the size of the change in shape of the measuring roller body in the area in which the third force sensor is arranged, it is advantageous if the third force sensor is arranged in the area in which the change in shape is particularly large.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist ein vierter Kraftsensor vorgesehen, wobei der vierte Kraftsensor In a preferred embodiment, a fourth force sensor is provided, the fourth force sensor
• entweder in der Ausnehmung angeordnet ist • is either arranged in the recess
• oder in der weiteren Ausnehmung angeordnet ist • or is arranged in the further recess
• oder in der für den dritten Kraftsensor vorgesehenen Ausnehmung angeordnet ist • or is arranged in the recess provided for the third force sensor
• oder in dem Messrollenkörper eine eigene Ausnehmung für den vierte Kraftsensor vorgesehen ist, die beabstandet zu der Umfangsfläche angeordnet ist oder von der Umfangsfläche in das Innere des Messrollenkörpers führt, und der vierte Kraftsensor in dieser für ihn vorgesehenen Ausnehmung angeordnet ist, wobei der vierte Kraftsensor eine Sensorfläche aufweist und der vierte Kraftsensor bei einer Änderung der Lage der Sensorfläche des vierten Kraftsensors ein Sensorsignal erzeugen kann, wobei die Sensorfläche des vierten Kraftsensors so angeordnet ist, dass ihre Lage durch eine Kraft geändert werden kann, die parallel zur Rotationsachse des Messrollenköpers auf sie wirkt. • or a separate recess for the fourth force sensor is provided in the measuring roller body, which is arranged at a distance from the peripheral surface or leads from the peripheral surface into the interior of the measuring roller body, and the fourth force sensor is arranged in this recess provided for it, the fourth force sensor has a sensor surface and the fourth force sensor can generate a sensor signal when the position of the sensor surface of the fourth force sensor changes, the sensor surface of the fourth force sensor being arranged such that its position can be changed by a force acting on it parallel to the axis of rotation of the measuring roller body works.
Der vierte Kraftsensor wird insbesondere bevorzugt zur Bestätigung des Messergebnisses des dritten Kraftsensor verwendet. In einer bevorzugten
Ausführungsform sind der dritte Kraftsensor und der vierte Kraftsensor in einer Ebene angeordnet sind, die senkrecht zur Rotationsachse steht. Der dritte Kraftsensor und der vierte Kraftsensor sind in dieser bevorzugten Ausführungsform mithin „auf der gleichen Höhe“ zwischen den Enden des Messrollenkörpers angeordnet. The fourth force sensor is particularly preferably used to confirm the measurement result of the third force sensor. In a preferred In this preferred embodiment, the third force sensor and the fourth force sensor are arranged in a plane that is perpendicular to the axis of rotation. The third force sensor and the fourth force sensor are therefore arranged "at the same height" between the ends of the measuring roller body in this preferred embodiment.
In einer bevorzugten Ausführungsform weist der Messrollenkörper neben dem ersten Kraftsensor und dem zweiten Kraftsensor noch mehrere, vorzugsweise noch mehr als 3 weitere, vorzugsweise noch mehr als 5 weitere Kraftsensoren auf, von denen der jeweilige Kraftsensor in einer Ausnehmung, vorzugsweise in der Ausnehmung des ersten Kraftsensors oder alternativ in einer eigenen Ausnehmung angeordnet ist, wobei die Ausnehmung, in der der jeweilige Kraftsensor angeordnet ist, beabstandet zu der Umfangsfläche angeordnet ist oder von der Umfangsfläche in das Innere des Messrollenkörpers führt, wobei der jeweilige Kraftsensor eine Sensorfläche aufweist und der jeweilige Kraftsensor bei einer Änderung der Lage der Sensorfläche des jeweiligen Kraftsensors ein Sensorsignal erzeugen kann, wobei die Sensorfläche des jeweiligen Kraftsensors so angeordnet ist, dass ihre Lage durch eine Kraft geändert werden kann, die in eine Radialrichtung des Messrollenköpers auf sie wirkt. Je größer die Zahl der Kraftsensoren, deren Lage der Sensorfläche durch eine Kraft geändert werden kann, die in eine Radialrichtung des Messrollenköpers auf sie wirkt, desto genauer kann die Auflösung der Bestimmung der Planheit des über die Messrolle geführten bandförmigen Guts sein. Hinsichtlich der Anordnung der Kraftsensoren, deren Lage der Sensorfläche durch eine Kraft geändert werden kann, die in eine Radialrichtung des Messrollenköpers auf sie wirkt, kann die erfindungsgemäße Messrolle so ausgestaltet sein, wie in WO 2020/120329 A1 beschrieben. Eine so ausgestattete Messrolle wird gemäß der Erfindung zumindest um den „dritten Kraftsensor“ ergänzt, um mit diesem beispielsweise den Bandzug des über die Messrolle geführten bandförmigen Guts zu messen. In a preferred embodiment, the measuring roller body has, in addition to the first force sensor and the second force sensor, several, preferably more than 3, preferably more than 5, further force sensors, of which the respective force sensor is in a recess, preferably in the recess of the first force sensor or alternatively is arranged in its own recess, wherein the recess in which the respective force sensor is arranged is arranged at a distance from the peripheral surface or leads from the peripheral surface into the interior of the measuring roller body, the respective force sensor having a sensor surface and the respective force sensor a change in the position of the sensor surface of the respective force sensor can generate a sensor signal, the sensor surface of the respective force sensor being arranged such that its position can be changed by a force which acts on it in a radial direction of the measuring roller body. The larger the number of force sensors whose position of the sensor surface can be changed by a force that acts on them in a radial direction of the measuring roller body, the more precise the resolution of determining the flatness of the band-shaped material guided over the measuring roller can be. With regard to the arrangement of the force sensors, the position of the sensor surface of which can be changed by a force that acts on it in a radial direction of the measuring roller body, the measuring roller according to the invention can be designed as described in WO 2020/120329 A1. According to the invention, a measuring roller equipped in this way is supplemented by at least the “third force sensor” in order to measure, for example, the band tension of the band-shaped material guided over the measuring roller.
Das erfindungsgemäße Verfahren zum Feststellen einer Eigenschaft eines bandförmigen Guts sieht vor, dass das bandförmige Gut in der Weise über eine erfindungsgemäße Messrolle geführt wird, dass sich die Messrolle durchbiegt. The method according to the invention for determining a property of a band-shaped material provides that the band-shaped material is guided over a measuring roller according to the invention in such a way that the measuring roller bends.
In einer bevorzugten Ausführungsform wird das bandförmige Gut mit einem Umschlingungswinkel über die erfindungsgemäße Messrolle geführt. In einer bevorzugten Ausführungsform ist der Umschlingungswinkel zwischen 0,5° und 90°, insbesondere bevorzugt zwischen 3° und 45° und insbesondere bevorzugt zwischen 5° und 30°. In a preferred embodiment, the strip-shaped material is guided over the measuring roller according to the invention with a wrap angle. In a preferred embodiment, the wrap angle is between 0.5° and 90°, particularly preferably between 3° and 45° and particularly preferably between 5° and 30°.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist eine Auswerteeinheit vorgesehen, die aus dem Sensorsignal des dritten Kraftsensors den auf das bandförmige Gut wirkenden Bandzug ermittelt.
Das erfindungsgemäße Verfahren zum Herstellen einer erfindungsgemäßen Messrolle sieht vor, dass die Messrolle mindestens eine Schicht aufweist und dass die Schicht mittels In a preferred embodiment, an evaluation unit is provided which determines the band tension acting on the band-shaped material from the sensor signal of the third force sensor. The method according to the invention for producing a measuring roller according to the invention provides that the measuring roller has at least one layer and that the layer is formed by means of
• Drucken mittels 3D-Drucker, • Printing using 3D printers,
• Laserstrahlschmelzen, • Laser beam melting,
• Elektronenstrahlschmelzen, • Electron beam melting,
• Laser-Pulverauftragsschweißen • Laser powder deposition welding
• thermischem Spritzen • thermal spraying
• Auftragsschweißen • Hardfacing welding
• Auftragslöten • Contract soldering
• ein Drahtlaserauftragsschweißen, • wire laser deposition welding,
• ein Pulverbettverfahren, insbesondere bevorzugt das sog. „Selectiv Laser Sintering“ (SLS) oder das sog. „Selective Laser Melting“ (SLM),• a powder bed process, particularly preferably the so-called “Selective Laser Sintering” (SLS) or the so-called “Selective Laser Melting” (SLM),
• das Laser Metal Deposition (LMD), • Laser Metal Deposition (LMD),
• das Extremhochgeschwindigkeitslaserauftragsschweißen (EHLA) und/oder• Extremely high speed laser cladding (EHLA) and/or
• Lichtbogenschweißen mit Drahtvorschub erzeugt wird. In einer bevorzugten Ausführungsform wird die erfindungsgemäße Messrolle nach dem in WO 2020/174001 beschriebenen Verfahren hergestellt. • Arc welding with wire feed. In a preferred embodiment, the measuring roller according to the invention is manufactured according to the method described in WO 2020/174001.
Die Erfindung betrifft eine Messrolle, die beim Behandeln, z.B. Walzen, Härten, Umformen, Beschichten, Trennen, Stanzen, etc., insbesondere bei einem wenigstens taktweise kontinuierlichen Prozess, von bandförmigem bzw. zweidimensional langgestrecktem Gut, z.B. aus/mit Metall, z.B. Eisen, Stahl, Aluminium, Kupfer, Magnesium, Titan und/oder Zink, und/oder aus/mit Kunststoff und/oder Papier, verwendet werden kann, und mit der ein Bandzug an einem bzw. dem Gut gemessen werden kann. The invention relates to a measuring roller which is used when treating, for example rolling, hardening, forming, coating, separating, punching, etc., in particular in an at least intermittently continuous process, of strip-shaped or two-dimensionally elongated material, for example made of/with metal, for example iron , steel, aluminum, copper, magnesium, titanium and / or zinc, and / or made of / with plastic and / or paper, can be used, and with which a band tension on a or the item can be measured.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen des Näheren erläutert. In der Zeichnung zeigen: The invention is explained in more detail below using exemplary embodiments shown in the drawing. Show in the drawing:
Fig. 1 die Seitenansicht einer ersten Ausführungsform einer Messrolle teilweise im Schnitt; 1 shows the side view of a first embodiment of a measuring roller, partially in section;
Fig. 2 eine Messrolle mit Kabelkanälen in perspektivischer Darstellung mit abgenommenem Deckel; Fig. 2 a measuring roller with cable ducts in perspective view with the cover removed;
Fig. 3 einen Ausschnitt einer Stirnansicht der Messrolle gemäß Fig. 2; 3 shows a detail of a front view of the measuring roller according to FIG. 2;
Fig. 4 eine geschnittene Detailansicht der in einer Bohrung angeordneten Kraftsensoren;
eine Draufsicht auf die Anordnung der Kraftsensoren gemäß Fig. 4; ig. 6 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. 7; die Elemente der Fig. 6 in einer Ansicht entlang der Schnittlinie A-A in Fig. Fig. 4 is a sectional detailed view of the force sensors arranged in a bore; a plan view of the arrangement of the force sensors according to Fig. 4; Fig. 6 a cross section through a holder with a force sensor in the installation situation in a partially shown measuring roller in a sectional side view according to the section line BB in Fig. 7; the elements of Fig. 6 in a view along the section line AA in Fig.
6; ig. 8 die Elemente der Fig. 6 und 7 in einer Ansicht gemäß der Schnittlinie C-C der Fig. 7; eine schematische Darstellung der auf eine Messrolle wirkenden Kräfte; ig. 10 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Messrolle, die durch die Radialkräfte, die das unter Bandzug stehende bandförmige Gut in die Messrolle einbringt, durchgebogen wird; die schematische Darstellung der Fig. 10 mit Darstellung der in dem6; ig. 8 shows the elements of FIGS. 6 and 7 in a view along section line C-C of FIG. 7; a schematic representation of the forces acting on a measuring roller; ig. 10 is a schematic representation of a measuring roller according to the invention, which is bent by the radial forces that the band-shaped material under tension introduces into the measuring roller; the schematic representation of Fig. 10 showing the in the
Messrollenkörper wirkenden Druck- und Zugspannungen; eine schematische Seitenansicht auf die erfindungsgemäße Messrolle zurcompressive and tensile stresses acting on the measuring roller body; a schematic side view of the measuring roller according to the invention for
Darstellung der in der Berechnung des Bandzugs verwendeten Faktoren; ig. 13 eine weitere schematische Seitenansicht auf die erfindungsgemäße Messrolle zur Darstellung der in der Berechnung des Bandzugs verwendeten Faktoren für eine beispielhafte Messsituation; eine schematische Darstellung eines Aufbaus zur Bestimmung desRepresentation of the factors used in the calculation of the strip tension; Fig. 13 is a further schematic side view of the measuring roller according to the invention to illustrate the factors used in the calculation of the strip tension for an exemplary measuring situation; a schematic representation of a structure for determining the
Proportionalitätsfaktors k; ig. 15 eine Graphik mit der die auf die Messrolle wirkenden Kräfte veranschaulicht werden; ig. 16 eine Graphik mit der auf die Messrolle wirkenden Kräften und der daraus resultierenden von dem Sensor gemessene Kraft. Proportionality factor k; ig. 15 a graph illustrating the forces acting on the measuring roller; ig. 16 a graph showing the forces acting on the measuring roller and the resulting force measured by the sensor.
Die erfindungsgemäße Messrolle 1 mit einem Zapfen 2 weist einen als Vollrolle ausgeführten Messrollenkörper 1a auf. In dem Messrollenkörper 1a ist eine als zur Längsachse
A (Rotationsachse 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 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 und weitere neben dem zweiten Kraftsensor 7b angeordnete Kraftsensoren 7c, 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 roller 1 according to the invention with a pin 2 has a measuring roller body 1a designed as a solid roller. In the measuring roller body 1a, a A (rotation axis A) of the measuring roller body 1a, a recess 3 is provided which is designed as an axially parallel bore, from which a transverse channel 4 branches off close to its front side and leads to a central cable channel 5. The recess 3 is closed at the front with a cover 6 or with individual covers and contains a first force sensor 7a, a second force sensor 7b arranged next to the first force sensor 7a and further force sensors 7c, 7d arranged next to the second force sensor 7b, from each of which a cable 8 (shown as only one cable for simplicity) is led outwards through the bore 3, the transverse channel 4 and the central channel 5.
Die in den Fig. 2 und Fig. 3 schematisch-perspektivisch dargestellte Messrolle 1 mit abgenommenem Deckel 6 besitzt parallel zu jeder Bohrung 3 einander gegenüber liegende Kabelkanäle 10, 11 für über den Querkanal 4 und den zentrischen Kanal 5 nach außen geführte Leitungen. Während bei der Ausführungsform gemäß Fig. 2 und 3 eine Bohrung 3 vorgesehen ist, in der die Kraftsensoren 7a, 7b, 7c, 7d (in Fig. 2 und 3 nicht dargestellt) angeordnet sind, sind auch Ausführungsformen wie in Fig. 1 dargestellt möglich, bei denen ein als Vollrolle ausgeführter Rollenkörper 1a mit einer an seinem Außenumfang ausgeführten Nut ausgeführt ist, die die Ausnehmung für die Kraftsensoren 7a, 7b, 7c, 7d bildet, und mit einem die Nut verschließenden Mantelrohr 1 b überzogen wurde. The measuring roller 1 shown schematically in perspective in Fig. 2 and Fig. 3 with the cover 6 removed has cable channels 10, 11 lying opposite one another parallel to each bore 3 for cables led outwards via the transverse channel 4 and the central channel 5. While in the embodiment according to Fig. 2 and 3 a bore 3 is provided in which the force sensors 7a, 7b, 7c, 7d (not shown in Fig. 2 and 3) are arranged, embodiments as shown in Fig. 1 are also possible, in which a roller body 1a designed as a solid roller is designed with a groove on its outer circumference, which forms the recess for the force sensors 7a, 7b, 7c, 7d, and is covered with a jacket tube 1b closing the groove.
Die in den Fig. dargestellten Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Messrolle 1 weisen einen sich entlang einer Rotationsachse A erstreckenden Messrollenkörper 1a mit einer Umfangsfläche 20 auf. Bei der Ausführungsform der Fig. 1 ist die Umfangsfläche 20 die Außenoberfläche des Mantelrohrs 1 b, bei der Ausführungsform der Fig. 2 und 3 ist die Umfangsfläche 20 die Außenoberfläche der Vollrolle. The embodiments of the measuring roller 1 according to the invention shown in the figures have a measuring roller body 1a extending along a rotation axis A with a circumferential surface 20. In the embodiment of Fig. 1, the circumferential surface 20 is the outer surface of the casing tube 1b, in the embodiment of Figs. 2 and 3, the circumferential surface 20 is the outer surface of the solid roller.
Der Messrollenkörper 1a weist in beiden Ausführungsformen der Fig. 1 und der Fig. 2 und 3 eine Ausnehmung 3 (einmal als Bohrung (Fig. 2 und 3) und einmal als durch das Mantelrohr 1 b verschlossene Nut ausgeführt) auf. Die Ausnehmung 3 ist beabstandet zu der Umfangsfläche angeordnet ist (Fig. 1 bis 3) . Ein ersten Kraftsensor 7a ist in der Ausnehmung angeordnet, 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, wobei die Sensorfläche des ersten Kraftsensors 7a so angeordnet ist, dass ihre Lage durch eine Kraft geändert werden kann, die in eine Radialrichtung des Messrollenköpers 1b auf sie wirkt. Ferner ist ein zweiter Kraftsensor 7b vorgesehen. Der zweite Kraftsensor 7b ist in beiden Ausführungsformen der Fig. 1 und der Fig. 2 und 3 in der Ausnehmung 3 angeordnet, in der auch der erste Kraftsensor 7a angeordnet ist. Denkbar wäre auch, in dem Messrollenkörper 1a eine weitere Ausnehmung vorzusehen, die beabstandet zu der Umfangsfläche 20 angeordnet ist oder von der Umfangsfläche 20 in das Innere des
Messrollenkörpers 1a führt, und den zweite Kraftsensor 7b in der weiteren Ausnehmung anzuordnen. Der zweite Kraftsensor 7b weist eine Sensorfläche auf. Der zweite Kraftsensor 7b kann bei einer Änderung der Lage der Sensorfläche des zweiten Kraftsensors 7b ein Sensorsignal erzeugen, wobei die Sensorfläche des zweiten Kraftsensors 7b so angeordnet ist, dass ihre Lage durch eine Kraft geändert werden kann, die in eine Radialrichtung des Messrollenköpers 1a auf sie wirkt. In both embodiments of Fig. 1 and Fig. 2 and 3, the measuring roller body 1a has a recess 3 (once designed as a bore (Fig. 2 and 3) and once as a groove closed by the casing tube 1b). The recess 3 is arranged at a distance from the peripheral surface (Fig. 1 to 3). A first force sensor 7a is arranged in the recess, wherein the first force sensor 7a has 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, wherein the sensor surface of the first force sensor 7a is arranged such that its position can be changed by a force that acts on it in a radial direction of the measuring roller body 1b. A second force sensor 7b is also provided. The second force sensor 7b is arranged in both embodiments of Fig. 1 and Fig. 2 and 3 in the recess 3 in which the first force sensor 7a is also arranged. It would also be conceivable to provide a further recess in the measuring roller body 1a, which is arranged at a distance from the peripheral surface 20 or extends from the peripheral surface 20 into the interior of the measuring roller body 1a, and to arrange the second force sensor 7b in the further recess. The second force sensor 7b has a sensor surface. The second force sensor 7b can generate a sensor signal when the position of the sensor surface of the second force sensor 7b changes, wherein the sensor surface of the second force sensor 7b is arranged such that its position can be changed by a force that acts on it in a radial direction of the measuring roller body 1a.
Die Messrolle 1 weist einen dritter Kraftsensor 17 auf. Dieser ist in einer in der Fig. 1 radial ausgeführten Bohrung 13 angeordnet, die ebenfalls durch das Mantelrohr 1 b verschlossen wird. Es wäre auch denkbar, den dritten Kraftsensor - ähnlich wie den Kraftsensor 7c oder 7d - in der Bohrung 3 der Ausführungsform gemäß Fig. 1 anzuordnen und den dritten Kraftsensor als Dehnungsmessstreifen auszuführen, der eine Dehnung der die Bohrung 3 in der Ausführungsform gemäß Fig. 1 begrenzenden Wandung misst. The measuring roller 1 has a third force sensor 17. This is arranged in a radial bore 13 in Fig. 1, which is also closed by the casing tube 1b. It would also be conceivable to arrange the third force sensor - similar to the force sensor 7c or 7d - in the bore 3 of the embodiment according to Fig. 1 and to design the third force sensor as a strain gauge that measures an expansion of the wall delimiting the bore 3 in the embodiment according to Fig. 1.
Der dritte Kraftsensor 17 weist eine Sensorfläche auf. Der dritte Kraftsensor 17 kann bei einer Änderung der Lage der Sensorfläche des dritten Kraftsensors 17 ein Sensorsignal erzeugen, wobei die Sensorfläche des dritten Kraftsensors 17 so angeordnet ist, dass ihre Lage durch eine Kraft geändert werden kann, die parallel zur Rotationsachse A des Messrollenköpers 1a auf sie wirkt. The third force sensor 17 has a sensor surface. The third force sensor 17 can generate a sensor signal when the position of the sensor surface of the third force sensor 17 changes, the sensor surface of the third force sensor 17 being arranged in such a way that its position can be changed by a force which is parallel to the rotation axis A of the measuring roller body 1a it works.
Fig. 4 zeigt die Anordnung eines ersten Kraftsensors 107a und eines zweiten Kraftsensors 107b in einer Bohrung 103 eines Messrollenkörpers 1a einer Messrolle, die nach Art der in Fig. 2 und 3 gezeigten Bauform als Vollrolle mit in die Vollrolle eingebrachte, axiale Bohrung 103 ausgeführt ist. Die in Fig. 4 dargestellten Kraftsensoren 107a, 107b weisen jeweils ein Gehäuse 120 auf. Auf einer Seite des jeweiligen Gehäuses 120 ist eine Steckerbuchse 122 eingebaut. Der jeweilige Kraftsensor 107a, 107b weist jeweils ein Piezoelement 113 auf, das aus einer mehrschichtigen Kristallanordnung besteht. Das jeweilige Piezoelement 113 liegt zwischen zwei Kraftübertragungsscheiben 114, 115. Die Kraftübertragungsscheiben 114, 115 sind mittels elastischer Flansche 116 mit dem Gehäuse 120 verbunden. Die Sensorfläche des Kraftsensors 107a ist die in Kontakt mit der Bohrungswandung der Bohrung 103 stehende äußere Oberfläche der Kraftübertragungsscheibe 114. Die Sensorfläche des Kraftsensors 107b ist die in Kontakt mit der Bohrungswandung der Bohrung 103 stehende äußere Oberfläche der Kraftübertragungsscheibe 114. 4 shows the arrangement of a first force sensor 107a and a second force sensor 107b in a bore 103 of a measuring roller body 1a of a measuring roller, which is designed in the manner of the design shown in FIGS. 2 and 3 as a solid roller with an axial bore 103 made in the solid roller . The force sensors 107a, 107b shown in FIG. 4 each have a housing 120. A socket 122 is installed on one side of the respective housing 120. The respective force sensor 107a, 107b each has a piezo element 113, which consists of a multi-layer 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 the force sensor 107a is the outer surface of the force transmission disk 114 which is in contact with the bore wall of the bore 103. The sensor surface of the force sensor 107b is the outer surface of the force transmission disk 114 which is in contact with the bore wall of the bore 103.
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.
Fig. 5 zeigt eine schematische, auf Höhe der oberen Bohrungswandung geschnittene Draufsicht auf die in der Bohrung 103 angeordneten Kraftsensoren 107a, 107b, wobei in Fig. 5 die Linie 123 eingezeichnet ist, die den Punkt der Sensorfläche des ersten Kraftsensors 107a, der der Sensorfläche des zweiten Kraftsensors 107b am nächsten liegt, mit dem Punkt der Sensorfläche des zweiten Kraftsensors 107b, der der Sensorfläche des ersten Kraftsensors 107a am nächsten liegt, verbindet. Die Sensorfläche des Kraftsensors 107a ist die in Kontakt mit der Bohrungswandung der Bohrung 103 stehende äußere Oberfläche der Kraftübertragungsscheibe 114. Die Sensorfläche des Kraftsensors 107b ist die in Kontakt mit der Bohrungswandung der Bohrung 103 stehende äußere Oberfläche der Kraftübertragungsscheibe 114. So that the annular, flat sensor surfaces of the force sensors 107a and 107b can rest on the walls of the bore 103, the bore 103 is rectangular in cross section. Fig. 5 shows a schematic top view, cut at the level of the upper bore wall, of the force sensors 107a, 107b arranged in the bore 103, with line 123 being drawn in Fig. 5, which is the point of the sensor surface of the first force sensor 107a, that of the sensor surface of the second force sensor 107b is closest to the point of the sensor surface of the second force sensor 107b that is closest to the sensor surface of the first force sensor 107a. The sensor surface of the force sensor 107a is the outer surface of the force transmission disk 114 which is in contact with the bore wall of the bore 103. The sensor surface of the force sensor 107b is the outer surface of the force transmission disk 114 which is in contact with the bore wall of the bore 103.
Fig. 6 zeigt eine Halterung 1101 für einen Kraftsensor 1102. Die Halterung 1101 hält den Kraftsensor 1102 in einer Axialbohrung 1103 der ausschnittweise dargestellten Messrolle 1104. Diese Art der Halterung kann aber beispielsweise auch angewendete werden, um den Kraftsensor 17 in der radial ausgeführten Bohrung 13 in der Ausführungsform gemäß Fig. 1 zu halten. Fig. 6 shows a holder 1101 for a force sensor 1102. The holder 1101 holds the force sensor 1102 in an axial bore 1103 of the measuring roller 1104 shown in detail. However, this type of holder can also be used, for example, to hold the force sensor 17 in the radial bore 13 in the embodiment according to FIG. 1.
Die Halterung 1101 weist eine Innenhülse 1105 auf, die aus einem ersten oberhalb der für den Kraftsensor 1102 vorgesehenen Einbauposition angeordneten InnenkeilelementThe holder 1101 has an inner sleeve 1105, which consists of a first inner wedge element arranged above the installation position intended for the force sensor 1102
1106 mit einer zu der Einbauposition des Kraftsensors 1102 weisenden Innenfläche1106 with an inner surface facing the installation position of the force sensor 1102
1107 und einer im Winkel zur Innenfläche 1107 stehenden, der Innenfläche 1107 gegenüberliegenden Außenfläche 1108 auf. Ferner weist die Innenhülse 1105 ein zweites unterhalb der für den Kraftsensor 1102 vorgesehenen Einbauposition angeordnetes Innenkeilelement 1109 auf, das eine zu der Einbauposition des Kraftsensors 1102 weisende Innenfläche 1110 und eine im Winkel zur innenfläche 1110 stehende, der Innenfläche 1110 gegenüberliegende Außenfläche 1111 aufweist. 1107 and an outer surface 1108 which is at an angle to the inner surface 1107 and is opposite the inner surface 1107. Furthermore, the inner sleeve 1105 has a second inner wedge element 1109 arranged below the installation position intended for the force sensor 1102, which has an inner surface 1110 facing the installation position of the force sensor 1102 and an outer surface 1111 that is at an angle to the inner surface 1110 and is opposite the inner surface 1110.
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 holder 1101 has an outer sleeve 1112. The outer sleeve 1112 has a first outer wedge element 1113 with an inner surface 1114 facing the installation position of the force sensor and an outer surface 1115 that is 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 1116 with an inner surface 1117 facing 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. Furthermore, the outer wedge element 1116 has an outer surface 1118 opposite the inner surface 1117.
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 pressure screw 1119 with an external thread is screwed into an internal thread 1120 inserted into the outer sleeve. The screw-in 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 pretension of the holder 1101 in the axial recess 1103.
Wie der Fig. 7 zu entnehmen ist, weisen die Innenhülse 1105 und die Außenhülse 1112, Schlitze 1121 respektive 1122 auf. Diese Längsschlitze 1121 , 1122 reduzieren die Federsteifigkeit der Innenhülse 1105 bzw. der Außenhülse 1112 und sorgen dafür, dass der Kraftnebenschluss gering bleibt. Die in die Wirkrichtung des Pfeils D wirkende, zu ermittelnde Druckkraft wird deshalb gut in den Kraftsensor 1102 eingeleitet. Die Außenhülse 1112 und die Innenhülse 1105 können in einem ersten Bearbeitungsschritt durch spanabhebendes Drehen hergestellt werden. Dadurch kann insbesondere die Formtoleranz der Innenflächen 1114, 1117 der Außenhülse 1112 und der Außenflächen 1108, 1111 der Innenhülse besonders präzise hergestellt werden und so ein kippmomentfreies Bewegen der Innenhülse 1105 relativ zur Außenhülse 1112 ermöglicht werden. In nachfolgenden Bearbeitungsschritten können die in der Ansicht der Fig. 9 seitlich angeordneten Bereiche der Innenhülse 1105 weiter verschmälert werden, um die seitliche Wandstärke der Innenhülse 1105 zu reduzieren. Dadurch entstehen in der Ansicht der Fig. 7 seitliche Freiräume 1123, 1124 zwischen der Innenhülse 1105 und der Außenhülse 1112, die die Krafteinleitung in den Kraftsensor 1102 begünstigen und den Kraftnebenschluss weiter verringern. As can be seen from Fig. 7, 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 and the outer sleeve 1112 and ensure that the force shunt remains low. The compressive force to be determined acting in the direction of arrow D is therefore well introduced into the force sensor 1102. The outer sleeve 1112 and the inner sleeve 1105 can be manufactured in a first processing step by machining. In this way, 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 manufactured particularly precisely, thus enabling the inner sleeve 1105 to move relative to the outer sleeve 1112 without any tilting moment. In subsequent processing steps, the areas of the inner sleeve 1105 arranged laterally in the view of Fig. 9 can be further narrowed in order to reduce the lateral wall thickness of the inner sleeve 1105. This creates lateral free spaces 1123, 1124 between the inner sleeve 1105 and the outer sleeve 1112 in the view of Fig. 7, which promote the introduction of force into the force sensor 1102 and further reduce the force shunt.
Die Fig. 8 zeigt die Draufsicht auf den Kraftsensor 1102. In dieser Ansicht ist die zu dem Kraftsensor 1102 führende Kabelanordnung gut zu erkennen. Ein erstes Kabel 1125 führt zu dem dargestellten Kraftsensor 1102, während weitere Kabel 1126 zu weiteren, nicht dargestellten Kraftsensoren führen, die in der gleichen Axialausnehmung 1103 angeordnet sind. Fig. 8 shows the top view of the force sensor 1102. In this view, the cable arrangement leading to the force sensor 1102 can be clearly seen. A first cable 1125 leads to the force sensor 1102 shown, while further cables 1126 lead to further force sensors (not shown) that are arranged in the same axial recess 1103.
Fig. 9 zeigt die durch ein die Messrolle teilweise umschlingendes, unter Bandzug stehendes Metallband auf die Messrolle aufgebrachten Kräfte. Die an den in Ausnehmungen in der Messrolle angeordneten Quarz-Kraftsensoren 7a, 7b, 7c, 7d erzeugen elektrische Ladung. Diese ist direkt proportional der auf den Quarz aufgebrachten Kraft. Fig. 9 shows the forces applied to the measuring roller by a metal strip that partially wraps around the measuring roller and is under tension. The quartz force sensors 7a, 7b, 7c, 7d arranged in recesses in the measuring roller generate electrical charge. This is directly proportional to the force applied to the quartz.
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 The tape length deviation, usually measured in I-units, which is commonly used as a representative of the flatness of the tape, can be calculated based on the following relationships
Örtliche Radialkraft in N Local radial force in N
FR,i F R,i
Örtliche Zugkraft in N Local tensile force in N
Fz,i = FR,i / (2 x sin a/2)
a = Bandumlenkwinkel um Messrolle Fz,i = FR,i / (2 x sin a/2) a = belt deflection angle around measuring roller
Örtliche Zugspannung in N/mm2 Local tensile stress in N/mm2
6z,i = Fz,i / (b£| x d) bEI = Messzonenbreit d = Banddicke 6z,i = Fz,i / (b£| x d) bEI = measuring zone width d = strip thickness
Zugspannungsabweichung in N/mm2 Tensile stress deviation in N/mm2
A6z,i = 6z, max - 6z, i A6z,i = 6z, max - 6z, i
6z,max = maximale örtliche Zugspannung 6z,max = maximum local tensile stress
Bandlängenabweichung in pm/m Band length deviation in pm/m
AL/Lj=(A6z,i /E)x106 AL/Lj=(A6z,i /E)x10 6
5 5
E=E-Modul (Estahl =2,06x10° N/mm2) E=E-modulus (Esteel =2.06x10° N/mm2)
5 5
E=E-Modul (Estahl =2,06x10° N/mm2) E=E-module (stainless steel =2.06x10° N/mm2)
Beispiel: Example:
Quarz-Kraftsensor: Empfindlichkeit = 4,2 pC/N Quartz force sensor: sensitivity = 4.2 pC/N
Ladung am Sensor: = 210 pC Charge on sensor: = 210 pC
Kraft auf Sensor: FR = 50 N Force on sensor: FR = 50 N
Fz,i =50/ (2 x 0,342/2) = 146,19 N a = 20° 6z, i= 146, 19/(25x0.5)= 11 ,69N/mm2 b£l =25mm,d=0.5mm A6z,i = 20 - 11 ,69 = 8,3 N/mm2 6z, max = 20 N/mm2 AL/Lj = (A6z,i / E) x 106 =162,34 pm/m E = E-Modul Fz,i =50/ (2 x 0.342/2) = 146.19 N a = 20° 6z, i= 146, 19/(25x0.5)= 11 ,69N/mm2 b£l =25mm,d=0.5mm A6z,i = 20 - 11 ,69 = 8.3 N/mm2 6z, max = 20 N/mm2 AL/Lj = (A6z,i / E) x 10 6 =162.34 pm/m E = Young's modulus
5 5
(Estahl = 2,06 x 10° N / mm2) (Stainless steel = 2.06 x 10° N / mm2)
5 5
AL/Lj = (A6z,i / E) x 10° = 16,234 I-Unit AL/Lj = (A6z,i / E) x 10° = 16.234 I-Unit
Die Planheit, bzw. Bandlängenabweichung ist die erste Eigenschaft des über die Messrolle 1 geführten Metallbands, die mit der erfindungsgemäßen Messrolle 1 ermittelt werden kann. Dazu werden die Kraftsensoren 7a, 7b, 7c, 7d verwendet. The flatness or band length deviation is the first property of the metal band guided over the measuring roller 1, which can be determined with the measuring roller 1 according to the invention. The force sensors 7a, 7b, 7c, 7d are used for this.
Durch das erfindungsgemäße Vorsehen des dritten Kraftsensors 17 und seiner von der Anordnung der Kraftsensoren 7a, 7b, 7c, 7d abweichenden Anordnung kann nun noch eine weitere Eigenschaft des über die Messrolle 1 geführten Metallbands ermittelt werden, nämlich der auf das Metallband gesamthaft wirkende Bandzug.
Die Erfindung geht davon aus, dass sich der Messrollenkörper 1a durch das über es geführte, unter Bandzug stehenden Metallband durchbiegt. Dies ist in der Fig. 10 und 11 schematisch und übertrieben dargestellt. Die Messrolle 1 ist mit ihren Zapfen 2 in (nicht dargestellten) Lagern gehalten. By providing the third force sensor 17 according to the invention and its arrangement deviating from the arrangement of the force sensors 7a, 7b, 7c, 7d, a further property of the metal strip guided over the measuring roller 1 can now be determined, namely the strip tension acting on the metal strip as a whole. The invention is based on the fact that the measuring roller body 1a bends due to the metal strip being guided over it and subject to strip tension. This is shown schematically and exaggeratedly in Fig. 10 and 11. The measuring roller 1 is held with its pins 2 in bearings (not shown).
Die Fig. 11 hebt hervor, dass eine auf den Messrollenkörper 1a wirkende, ihn durchbiegende Radialkraft FR in dem Bereich des Messrollenkörpers, der zwischen dem Angriffspunkt der Radialkraft FR und der Rotationsachse A liegt, zu Druckspannungen in dem Material des Messrollenkörpers 1 a führt (in der Fig. 11 symbolisiert durch die auf einander zu weisenden Pfeile 22). In dem Bereich des Messrollenkörpers, der ausgehend vom Angriffspunkt der Radialkraft FR jenseits der Rotationsachse A liegt, führt die Radialkraft FR zu Zugspannungen in dem Material des Messrollenkörpers 1a führt (in der Fig. 11 symbolisiert durch die voneinander weg weisenden Pfeile 21). Die in Fig. 11 dargestellte Kraft FR muss nicht vertikal auf die Messrolle 1 wirken. Der Angriffspunkt der Kraft FR hängt von dem Umschlingungswinkel ab, mit dem das Band die Messrolle 1 umschlingt, sowie von dem Punkt, an dem das Band auf die Messrolle 1 aufläuft. Fig. 11 highlights that a radial force FR acting on the measuring roller body 1a, bending it, leads to compressive stresses in the material of the measuring roller body 1a in the area of the measuring roller body that lies between the point of application of the radial force FR and the axis of rotation A (symbolized in Fig. 11 by the arrows 22 pointing towards each other). In the area of the measuring roller body that lies beyond the axis of rotation A from the point of application of the radial force FR, the radial force FR leads to tensile stresses in the material of the measuring roller body 1a (symbolized in Fig. 11 by the arrows 21 pointing away from each other). The force FR shown in Fig. 11 does not have to act vertically on the measuring roller 1. The point of application of the force FR depends on the wrap angle with which the belt wraps around the measuring roller 1, as well as on the point at which the belt runs onto the measuring roller 1.
Fig. 10 hebt hervor, dass die Druckspannungen zu axial (parallel zur Rotationsachse A) auf den dritten Kraftsensor 17 wirkenden Kräften führen (in Fig. 10 durch entsprechende Pfeile hervorgehoben). Fig. 10 highlights that the compressive stresses lead to forces acting axially (parallel to the rotation axis A) on the third force sensor 17 (highlighted in Fig. 10 by corresponding arrows).
Für die Ermittlung des Bandzugs wird ein radiales Koordinatensystem festgelegt. In der Festlegung der Fig. 12 (das Koordinatensystem kann auch anders festgelegt werden) ist die Position „0°“ in der „3 Uhr Position“ gewählt. Der Winkel nimmt im Gegenuhrzeigersinn zu; so hat die „12-Uhr-Position“ den Winkel 90°, die „9-Uhr- Position“ den Winkel 180° und die „6-Uhr-Position“ den Winkel 270°. A radial coordinate system is defined to determine the strip tension. In the definition in Fig. 12 (the coordinate system can also be defined differently), the position "0°" is selected in the "3 o'clock position". The angle increases in an anti-clockwise direction; thus the "12 o'clock position" has an angle of 90°, the "9 o'clock position" has an angle of 180° and the "6 o'clock position" has an angle of 270°.
Die von dem Sensor 17 gemessene Kraft F_Sensor ist nach den Erkenntnissen der Erfindung proportional zur Durchbiegung 23 des Rollenkörpers 1a, wobei die Durchbiegung 23 proportional zu der auf den Rollenkörper 1a wirkenden Radialkraft F_Radial (= FR) ist. Dies lässt sich mit der nachstehenden Formel ausdrücken: According to the findings of the invention, the force F_Sensor measured by the sensor 17 is proportional to the deflection 23 of the roller body 1a, whereby the deflection 23 is proportional to the radial force F_Radial (= FR) acting on the roller body 1a. This can be expressed using the following formula:
F_Sensor = F_Radial * k, wobei k eine Proportionalitätsfaktor ist. F_Sensor = F_Radial * k, where k is a proportionality factor.
Nach den erfindungsgemäßen Erkenntnissen setzt sich die auf den Rollenkörper 1a wirkende Radialkraft F_Radial auszusammen aus:
• einer Radialkraft F_Unwucht aus einer Unwucht des Rollenkörpers 1a,According to the findings of the invention, the radial force F_Radial acting on the roller body 1a is composed of: • a radial force F_unbalance from an unbalance of the roller body 1a,
• einer Radialkraft F_Radialbandzug, die aus dem gesuchten Bandzug resultiert, • a radial force F_Radialbandzug, which results from the desired band tension,
• einer Radialkraft aus dem Eigengewicht F_Gewicht der Messrolle. • a radial force from the dead weight F_weight of the measuring roller.
Dies lässt sich mit der nachstehenden Formel ausdrücken, wobei die einzelnen Kräfte (F_Sensor, F_Radial, F_Unwucht, F_Radialbandzug, F_Gewicht) Skalare sind: This can be expressed with the following formula, where the individual forces (F_Sensor, F_Radial, F_Unbalance, F_Radialbandzug, F_Weight) are scalars:
F_Radial = F_Unwucht + F_Radialbandzug + F_Gewicht. F_Radial = F_Unbalance + F_Radial band tension + F_Weight.
Die Radialkraft F_Unwucht ist proportional zum Quadrat der Winkelgeschwindigkeit der Messrolle 10 nach folgender Gleichung: The radial force F_unbalance is proportional to the square of the angular velocity of the measuring roller 10 according to the following equation:
F_Unwucht = m * e * w2, wobei m die Masse der Messrolle 1 gemessen in kg ist und e die Exzentrizität, also der Abstand des Schwerpunkts der Masse vom Drehpunkt der Messrolle 10 (gemessen in m) und w die Winkelgeschwindigkeit der Messrolle 10 ist (gemessen in 1/s, wobei sich die Winkelgeschwindigkeit w aus der Drehzahl n (in 1/min) durch die Beziehung w = (n * TT * 2)/60 ergibt). F_unbalance = m * e * w 2 , where m is the mass of the measuring roller 1 measured in kg and e is the eccentricity, i.e. the distance of the center of gravity of the mass from the pivot point of the measuring roller 10 (measured in m) and w is the angular velocity of the measuring roller 10 (measured in 1/s, where the angular velocity w results from the rotational speed n (in 1/min) by the relationship w = (n * TT * 2)/60).
Für die Bestimmung der Lage des Massenschwerpunkts (der Exzentrizität) können die bekannten Methoden angewendet werden, wie sie beispielsweise unter htps://de.wikipedia.org/wiki/Massenmittelpunkt (in der am 30. Mai 2022 abrufbaren Fassung) erläutert werden. To determine the position of the center of mass (eccentricity), the known methods can be used, as explained, for example, at htps://de.wikipedia.org/wiki/Massenmittelpunkt (in the version available on May 30, 2022).
Die Radialkraft F_Radialbandzug verläuft sinusförmig über dem Drehwinkel der Messrolle 1 und lässt sich mit folgender Gleichung ausdrücken:
wobei ß dem Winkel entspricht, mit dem das Band die Messrolle umschlingt (gemessen in °) und a der Winkelposition des dritten Kraftsensors im Koordinatensystem zum Zeitpunkt der Messung entspricht (gemessen in °) und
a_B einer mittleren Winkelposition (gemessen in °) einer Kontaktfläche insbesondere der Umschlingung zwischen bandförmigem Gut und Messrolle 1 entspricht. The radial force F_radial belt tension is sinusoidal over the angle of rotation of the measuring roller 1 and can be expressed with the following equation: where ß corresponds to the angle at which the tape wraps around the measuring roller (measured in °) and a corresponds to the angular position of the third force sensor in the coordinate system at the time of measurement (measured in °) and a_B corresponds to an average angular position (measured in °) of a contact surface, in particular the wrap between the strip-shaped material and the measuring roller 1.
Die Radialkraft F_Gewicht durch die Gewichtskraftverläuft sinusförmig über dem Drehwinkel und lässt sich mit folgender Gleichung ausdrücken: The radial force F_Weight due to the weight force runs sinusoidally over the angle of rotation and can be expressed with the following equation:
F_Gewicht = m * g * sin(a + a_g), wobei m der Masse der Messrolle 1 entspricht (gemessen in kg) entspricht und g der Erdbeschleunigung entspricht (ausgedrückt in m/(s*s)) entspricht und a der Winkelposition der Messrolle 1 im Koordinatensystem zum Zeitpunkt der Messung entspricht (gemessen in °) und a_g einer Winkelposition (gemessen in °) zur Senkrechten bzw. zur Erdbeschleunigung entspricht. F_Weight = m * g * sin(a + a_g), where m corresponds to the mass of the measuring roller 1 (measured in kg) and g corresponds to the acceleration due to gravity (expressed in m/(s*s)) and a corresponds to the angular position of the measuring roller 1 in the coordinate system at the time of measurement corresponds (measured in °) and a_g corresponds to an angular position (measured in °) to the vertical or to the acceleration due to gravity.
Fig. 12 und 13 zeigen beispielhaft, wie die in das vorstehende Formelwerk eingehenden Werte bei dem hier angewendeten Koordinatensystem und für das illustrierte Ausführungsbeispiel bestimmt werden. Fig. 12 and 13 show by way of example how the values included in the above formulas are determined for the coordinate system used here and for the illustrated embodiment.
Das Koordinatensystem ist so gewählt, dass der Winkel a = 0° bei der „3-Uhr-Position“ liegt. The coordinate system is chosen so that the angle a = 0° is at the “3 o’clock position”.
Das Band wird so über die Messrolle 1 geführt, dass der Winkel ß in dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel etwa 60° entspricht. Üblicherweise ist der Winkel ß eine Konstante, da sich der Umschlingungswinkel des Bandes um die Messrolle 1 aus der Einbaulage der Messrolle und aus der Lage von Aggregaten ergibt, die der Messrolle 1 vor und nachgeschaltet sind. The belt is guided over the measuring roller 1 in such a way that the angle ß corresponds to approximately 60° in the embodiment shown here. The angle ß is usually a constant, since the wrap angle of the belt around the measuring roller 1 results from the installation position of the measuring roller and from the position of units that are connected upstream and downstream of the measuring roller 1.
Die Mitte des Umschlingungswinkel ß liegt um den Winkel a_B von der „3-Uhr-Position“ entfernt. Der Winkel a_B beträgt in dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel etwa 120°. Üblicherweise ist der Winkel a_B eine Konstante, da er sich aus dem Umschlingungswinkel und der Lage der Kontaktfläche zwischen Band und Messrolle 1 ergibt. Die Kontaktfläche ist die Fläche, mit der das Band an der Messrolle anliegt und ergibt sich unmittelbar aus dem Umschlingungswinkel und der Breite des Bands. Die Lage der Mitte der Kontaktfläche ergibt sich aus dem - in dem gewählten Koordinatensystem meist konstanten - Punkt, an dem das Band auf die Messrolle aufläuft und dem - in dem gewählten Koordinatensystem meist konstanten - Punkt, an dem das Band von der Messrolle abläuft.
Der Winkel a_g beträgt in dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel 270°. Der Winkel a_g ist eine Konstante, weil er sich aus der Lage des gewählten Nullpunkts des Koordinatensystems und dessen relativer Lage zur Erdbeschleunigungskraft ergibt. The center of the wrap angle ß is located at the angle a_B from the "3 o'clock position". In the example shown here, the angle a_B is approximately 120°. The angle a_B is usually a constant, as it results from the wrap angle and the position of the contact surface between the belt and the measuring roller 1. The contact surface is the surface with which the belt rests on the measuring roller and results directly from the wrap angle and the width of the belt. The position of the center of the contact surface results from the point - usually constant in the selected coordinate system - at which the belt runs onto the measuring roller and the point - usually constant in the selected coordinate system - at which the belt runs off the measuring roller. In the example shown here, the angle a_g is 270°. The angle a_g is a constant because it results from the position of the selected zero point of the coordinate system and its relative position to the force of gravity.
Die Fig. 13 zeigt eine Momentaufnahme, bei der sich der dritte Kraftsensor 17 bei der Winkelposition a = 200° befindet. In Fig. 13 ist ebenfalls die Lage des Massenschwerpunkts M und die Exzentrizität des Massenschwerpunkts M zur Rotationsachse A eingezeichnet. Fig. 13 shows a snapshot in which the third force sensor 17 is at the angular position a = 200°. Fig. 13 also shows the position of the center of mass M and the eccentricity of the center of mass M to the axis of rotation A.
Mithin ergeben sich für die in Fig. 13 dargestellte momentane Messsituation folgende Werte für die Kräfte (unter Verwendung der auch im Fig. 12 dargestellten Werte für ß, a_B, a_g): The following values for the forces result for the current measurement situation shown in FIG. 13 (using the values for β, a_B, a_g also shown in FIG. 12):
F_Unwucht = m * e * w2 , F_unbalance = m * e * w 2 ,
F_Radialbandzug = F_Radialbandzug =
F_Bandzug * 2 * sin (0,5 * ß) * sin(a + a_B) = F_Band tension * 2 * sin (0.5 * ß) * sin(a + a_B) =
F_Bandzug * 2 * sin (0,5 * 60°) * sin(200° + 120°) = F_strip tension * 2 * sin (0.5 * 60°) * sin(200° + 120°) =
F_Bandzug * 2 * 0,866 * -0,643 = F_band tension * 2 * 0.866 * -0.643 =
Für die momentane, in Fig. 13 dargestellte Messsituation: For the current measurement situation shown in Fig. 13:
-> F_Bandzug = ((F_Sensor)Z * k - (m * e * w2) - m * 9,218)Z -1 ,114 -> F_Bandzug = ((F_Sensor)Z * k - (m * e * w 2 ) - m * 9.218)Z -1 .114
Damit lässt sich in Kenntnis der Winkelgeschwindigkeit w (messbar über einen Drehgeber am Lagerzapfen 2), des Gewichts m der Messrolle 1 und der Exzentrizität e und des Proportionalitätsfaktors k aus der vom dritten Kraftsensor 17 gemessenen Kraft F_Sensor der auf die Messrolle 1 wirkende Bandzug berechnen.
Der Proportionalitätsfaktors k wird auf experimentelle Weise bestimmt. Das Vorgehen zur Bestimmung des Proportionalitätsfaktors k wird anhand der in Fig. 14 gezeigten schematischen Darstellung erläutert. With knowledge of the angular velocity w (measurable via a rotary encoder on the bearing journal 2), the weight m of the measuring roller 1 and the eccentricity e and the proportionality factor k, the band tension acting on the measuring roller 1 can be calculated from the force F_Sensor measured by the third force sensor 17. The proportionality factor k is determined experimentally. The procedure for determining the proportionality factor k is explained using the schematic representation shown in FIG. 14.
Die Messrolle 1 wird auf drehbaren Lagerungen 12 angebracht. In einem ersten Schritt wird die Messrolle 1 nicht belastet und nicht rotiert. Dadurch ist die Radialkraft F_Unwucht nicht vorhanden, da die Radialkraft F_Unwucht nur während der Rotation der Messrolle 1 vorhanden ist. Zudem liegt an der Messrolle 1 kein Band an, sodass die Radialkraft F_Bandzug ebenfalls nicht vorhanden ist. The measuring roller 1 is mounted on rotatable bearings 12. In a first step, the measuring roller 1 is not loaded and does not rotate. As a result, the radial force F_unbalance is not present, since the radial force F_unbalance is only present during the rotation of the measuring roller 1. In addition, there is no tape on the measuring roller 1, so that the radial force F_Bandzug is also not present.
Somit liegt ohne eine Rotation der Messrolle 1 lediglich die Radialkraft F_Gewicht vor. Demnach ist F_Radial = F_Gewicht. Daher beruht die mit dem dritten Kraftsensor 17 gemessen Kraft, lediglich auf F_Gewicht. Die Messrolle wird in mehreren Winkelpositionen a gemessen, sodass für verschiedene Winkel die Auswirkung von F_Gewicht auf den dritten Kraftsensor bekannt ist. Die auf diese Weise gemessen Kraft am dritten Kraftsensor F_SENSOR_GEWICHT entspricht somit lediglich dem Einfluss der Radialkraft F_Gewicht. Thus, without rotation of the measuring roller 1, only the radial force F_weight is present. Accordingly, F_radial = F_weight. Therefore, the force measured with the third force sensor 17 is based only on F_weight. The measuring roller is measured in several angular positions a, so that the effect of F_weight on the third force sensor is known for different angles. The force measured in this way on the third force sensor F_SENSOR_WEIGHT therefore corresponds only to the influence of the radial force F_weight.
Anschließend wird die Messrolle bei denselben Winkeln mit einem Stempel 13 mit einer Referenzkraft 14 belastet. Hierdurch wird die Messrolle 1 mit einer simulierten Radialkraft F_Bandzug belastet. Somit wirkt in diesen Fällen die simulierten Radialkraft F_Bandzug und die Radialkraft F_Gewicht auf die Messrolle 1 und werden vom dritten Kraftsensor 17 gemessen. The measuring roller is then loaded with a reference force 14 using a stamp 13 at the same angles. As a result, the measuring roller 1 is loaded with a simulated radial force F_Bandzug. In these cases, the simulated radial force F_Bandzug and the radial force F_Weight therefore act on the measuring roller 1 and are measured by the third force sensor 17.
Da der Einfluss der Radialkraft F_Gewicht auf den dritten Kraftsensor bekannt ist, kann der Einfluss von F_Gewicht von der gemessenen Kraft abgezogen werden. Anschließend wird die gemessene Kraft am dritten Sensor 17 durch die simulierten Radialkraft F_Bandzug geteilt, um den Proportionalitätsfaktor k bei den verschiedenen Winkeln zu bestimmen:
Since the influence of the radial force F_Weight on the third force sensor is known, the influence of F_Weight can be subtracted from the measured force. The measured force at the third sensor 17 is then divided by the simulated radial force F_Bandzug in order to determine the proportionality factor k at the different angles:
Der Proportionalitätsfaktor k kann insbesondere auch winkelabhängig ermittelt werden und aus den ermittelten Werten für den Proportionalitätsfaktor k kann für eine gesamte Rotation der Proportionalitätsfaktor k extrapoliert werden. Alternativ kann der Proportionalitätsfaktor k auch für jeden Winkel bestimmt werden. The proportionality factor k can in particular also be determined depending on the angle and the proportionality factor k can be extrapolated from the determined values for the proportionality factor k for an entire rotation. Alternatively, the proportionality factor k can also be determined for each angle.
Fig. 15 ist ein Graph, derauf der X-Achse den Drehwinkel darstellt, wobei der Drehwinkel die Lage des dritten Kraftsensors 17 relativ zur „Nulllage“ eines gewählten Koordinatensystems zeigt.
Die Y-Achse zeigt die sich in der jeweiligen Lage ergebende, auf den dritten Kraftsensor 17 wirkende Kraft, bzw. Spannung. Fig. 15 is a graph showing the angle of rotation on the X-axis, where the angle of rotation shows the position of the third force sensor 17 relative to the “zero position” of a selected coordinate system. The Y-axis shows the force or voltage acting on the third force sensor 17 in the respective position.
Die einzelnen in Fig. 15 dargestellten Kurven zeigen singulär den Effekt des jeweils betrachteten Effekts, also unter Weglassen anderer Effekte. The individual curves shown in Fig. 15 show the effect of the respective effect considered singularly, i.e. omitting other effects.
Die Kurven A und B zeigen den Effekt, den die Unwucht auf die vom dritten Kraftsensor gemessene Kraft hat. Die Kurven A und B „ignorieren“ mithin den Einfluss der Erdbeschleunigung und den Einfluss des Bandzugs. Curves A and B show the effect that the imbalance has on the force measured by the third force sensor. Curves A and B therefore "ignore" the influence of gravitational acceleration and the influence of belt tension.
Da die Lage des Massenschwerpunkts zur Lage des dritten Kraftsensors 17 konstant ist (vgl. bspw. Fig. 13), ist der Einfluss der Unwucht (F_Unwucht) zwar abhängig von der Winkelgeschwindigkeit w, nicht aber von dem Drehwinkel. Die Kurve A zeigt den Einfluss der Unwucht für eine niedrige Winkelgeschwindigkeit, die Kurve B den Einfluss der Unwucht bei einer hohen Winkelgeschwindigkeit. Since the position of the center of mass in relation to the position of the third force sensor 17 is constant (see, for example, Fig. 13), the influence of the unbalance (F_unbalance) is dependent on the angular velocity w, but not on the angle of rotation. Curve A shows the influence of the unbalance for a low angular velocity, curve B shows the influence of the unbalance at a high angular velocity.
Die Kurve C zeigt den Einfluss der Gewichtskraft (F_Gewicht). Die Kurve C „ignoriert“ mithin den Einfluss der Unwucht und den Einfluss des Bandzugs Der Einfluss der Gewichtskraft hängt von der Momentanlage des dritten Kraftsensors 17 zum Messzeitpunkt im gewählten Koordinatensystem ab. Im unteren Totpunkt (in dem gewählten Koordinatensystem der Fig. 12 und 13 mithin bei a = 270°) erhöht die Gewichtskraft die vom dritten Kraftsensor 17 gemessene Kraft. Im oberen Totpunkt (in dem gewählten Koordinatensystem der Fig. 12 und 13 mithin bei a = 90°) reduziert die Gewichtskraft die vom dritten Kraftsensor 17 gemessene Kraft. Curve C shows the influence of the weight (F_weight). Curve C therefore "ignores" the influence of the imbalance and the influence of the belt tension. The influence of the weight depends on the moment of the third force sensor 17 at the time of measurement in the selected coordinate system. At bottom dead center (in the selected coordinate system of Fig. 12 and 13 therefore at a = 270°) the weight increases the force measured by the third force sensor 17. At top dead center (in the selected coordinate system of Fig. 12 and 13 therefore at a = 90°) the weight reduces the force measured by the third force sensor 17.
Die Kurven D und E zeigen den Effekt des Bandzugs auf die vom dritten Kraftsensor 17 gemessene Kraft. Die Kurven D und E „ignorieren“ mithin den Einfluss der Unwucht und den Einfluss Gewichtskraft. Der Einfluss des Bandzugs Gewichtskraft hängt von der Momentanlage des dritten Kraftsensors 17 zum Messzeitpunkt im gewählten Koordinatensystem sowie von der Lage der Kontaktfläche zwischen Band und Messrolle ab. Ist der Kraftsensor im gewählten Koordinatensystem genau unterhalb der mittleren Winkelposition (genau bei a = a_B) so wird der Kraftsensor mit einer maximalen Druckkraft beaufschlagt. Ist der Kraftsensor im gewählten Koordinatensystem genau gegenüberliegend der mittleren Winkelposition (genau bei a = 180 + a_B) so wird der Kraftsensor mit einer maximalen Zugkraft beaufschlagt. Die Kurven D und E unterscheiden sich durch die Höhe des Bandzugs. Bei der Kurve E wirkt ein höher Bandzug auf das Band als bei der Kurve D.
Fig. 16 zeigt eine Graphik mit der auf die Messrolle wirkenden Kräften und der daraus resultierenden von dem Sensor gemessene Kraft. Dabei zeigt die x-Achse die Winkelposition a der Messrolle und die y-Achse die anliegende bzw. gemessene Kraft. Die Radialkraft F_Gewicht verläuft sinusförmig mit der Rotation der Messrolle. Die Radialkraft F_Unwucht ist winkelunabhängig konstant. Aus der Summe der Radialkräfte F_Gewicht, F_Unwucht und F_ Radialbandzug ergibt sich die auf den Rollenkörper 1a wirkenden Radialkraft F_Radial. Die Radialkraft F_Radial steht über den experimentell bestimmten Proportionalitätsfaktor k zu der von dem Sensor 17 gemessene Kraft F_Sensor in Bezug.
Curves D and E show the effect of the band tension on the force measured by the third force sensor 17. Curves D and E therefore “ignore” the influence of unbalance and the influence of weight. The influence of the belt tension weight depends on the moment of the third force sensor 17 at the time of measurement in the selected coordinate system and on the position of the contact surface between the belt and the measuring roller. If the force sensor in the selected coordinate system is exactly below the mean angular position (exactly at a = a_B), the force sensor is subjected to a maximum compressive force. If the force sensor in the selected coordinate system is exactly opposite the mean angular position (exactly at a = 180 + a_B), the force sensor is subjected to a maximum tensile force. Curves D and E differ in the height of the belt tension. With curve E, a higher tension acts on the belt than with curve D. Fig. 16 shows a graph with the forces acting on the measuring roller and the resulting force measured by the sensor. The x-axis shows the angular position a of the measuring roller and the y-axis shows the applied or measured force. The radial force F_Weight runs sinusoidally with the rotation of the measuring roller. The radial force F_Unbalance is constant regardless of the angle. The radial force F_Radial acting on the roller body 1a results from the sum of the radial forces F_Weight, F_Unbalance and F_Radial band tension. The radial force F_Radial is related to the force F_Sensor measured by the sensor 17 via the experimentally determined proportionality factor k.
Claims
Patentansprüche: Messrolle (1) zum Feststellen einer Eigenschaft eines über die Messrolle (1) geführten bandförmigen Guts, insbesondere von Metallband, mit Claims: Measuring roller (1) for determining a property of a strip-shaped material, in particular metal strip, guided over the measuring roller (1).
• einem sich entlang einer Rotationsachse (A) erstreckenden Messrollenkörper (1 a) mit einer Umfangsfläche (20), • a measuring roller body (1 a) extending along a rotation axis (A) with a peripheral surface (20),
• einer Ausnehmung (3) in dem Messrollenkörper (1a), die beabstandet zu der Umfangsfläche (20) angeordnet ist oder von der Umfangsfläche (20) in das Innere des Messrollenkörpers (1a) führt, und einem ersten Kraftsensor (7, 7a), der in der Ausnehmung (3) angeordnet ist, wobei der erste Kraftsensor (7,7a) eine Sensorfläche aufweist und der erste Kraftsensor (7,7a) bei einer Änderung der Lage der Sensorfläche des ersten Kraftsensors (7,7a) ein Sensorsignal erzeugen kann, wobei die Sensorfläche des ersten Kraftsensors (7,7a) so angeordnet ist, dass ihre Lage durch eine Kraft geändert werden kann, die in eine Radialrichtung des Messrollenköpers (1a) auf sie wirkt, • a recess (3) in the measuring roller body (1a), which is arranged at a distance from the peripheral surface (20) or leads from the peripheral surface (20) into the interior of the measuring roller body (1a), and a first force sensor (7, 7a), which is arranged in the recess (3), wherein the first force sensor (7,7a) has a sensor surface and the first force sensor (7,7a) can generate a sensor signal when the position of the sensor surface of the first force sensor (7,7a) changes , wherein the sensor surface of the first force sensor (7,7a) is arranged such that its position can be changed by a force which acts on it in a radial direction of the measuring roller body (1a),
• und einem zweite Kraftsensor (7,7b), wobei • and a second force sensor (7,7b), where
• der zweite Kraftsensor (7,7b) entweder in der Ausnehmung (3) angeordnet ist oder • the second force sensor (7,7b) is either arranged in the recess (3) or
• in dem Messrollenkörper (1a) eine weitere Ausnehmung (3) vorgesehen ist, die beabstandet zu der Umfangsfläche (20) angeordnet ist oder von der Umfangsfläche (20) in das Innere des Messrollenkörpers (1a) führt, und der zweite Kraftsensor (7,7b) in der weiteren Ausnehmung (3) angeordnet ist, wobei der zweite Kraftsensor (7,7b) eine Sensorfläche aufweist und der zweite Kraftsensor (7,7b) bei einer Änderung der Lage der Sensorfläche des zweiten Kraftsensors (7,7b) ein Sensorsignal erzeugen kann, wobei die Sensorfläche des zweiten Kraftsensors (7,7b) so angeordnet ist, dass ihre Lage durch eine Kraft geändert werden kann, die in eine Radialrichtung des Messrollenköpers (1a) auf sie wirkt, dadurch gekennzeichnet, dass ein dritter Kraftsensor (17) vorgesehen ist, wobei der dritte Kraftsensor (17) • in the measuring roller body (1a) a further recess (3) is provided, which is arranged at a distance from the peripheral surface (20) or leads from the peripheral surface (20) into the interior of the measuring roller body (1a), and the second force sensor (7, 7b) is arranged in the further recess (3), wherein the second force sensor (7, 7b) has a sensor surface and the second force sensor (7, 7b) can generate a sensor signal when the position of the sensor surface of the second force sensor (7, 7b) changes, wherein the sensor surface of the second force sensor (7, 7b) is arranged such that its position can be changed by a force acting on it in a radial direction of the measuring roller body (1a), characterized in that a third force sensor (17) is provided, wherein the third force sensor (17)
• entweder in der Ausnehmung (3) angeordnet ist • is either arranged in the recess (3).
• oder in der weiteren Ausnehmung (3) angeordnet ist • or is arranged in the further recess (3)
• oder in dem Messrollenkörper (1 a) eine eigene Ausnehmung (13) für den dritten Kraftsensor (17) vorgesehen ist, die beabstandet zu der Umfangsfläche (20) angeordnet ist oder von der Umfangsfläche (20) in das
Innere des Messrollenkörpers (1 a) führt, und der dritte Kraftsensor (17) in dieser für ihn vorgesehenen Ausnehmung (13) angeordnet ist, wobei der dritte Kraftsensor (17) eine Sensorfläche aufweist und der dritte Kraftsensor (17) bei einer Änderung der Lage der Sensorfläche des dritten Kraftsensors (17) ein Sensorsignal erzeugen kann, wobei die Sensorfläche des dritten Kraftsensors (17) so angeordnet ist, dass ihre Lage durch eine Kraft geändert werden kann, die parallel zur Rotationsachse (A) des Messrollenköpers (1a) auf sie wirkt. • or in the measuring roller body (1 a) a separate recess (13) is provided for the third force sensor (17), which is arranged at a distance from the peripheral surface (20) or extends from the peripheral surface (20) into the Interior of the measuring roller body (1 a), and the third force sensor (17) is arranged in this recess (13) provided for it, wherein the third force sensor (17) has a sensor surface and the third force sensor (17) can generate a sensor signal when the position of the sensor surface of the third force sensor (17) changes, wherein the sensor surface of the third force sensor (17) is arranged such that its position can be changed by a force which acts on it parallel to the axis of rotation (A) of the measuring roller body (1a).
2. Messrolle nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der erste Kraftsensor (7,7a) und/oder der zweite Kraftsensor (7,7b) und/oder der dritte Kraftsensor (17) jeweils ein piezoelektrischer Kraftsensor, ein Dehnungsmessstreifen oder ein optischer Kraftsensor sind. 2. Measuring roller according to claim 1, characterized in that the first force sensor (7,7a) and/or the second force sensor (7,7b) and/or the third force sensor (17) are each a piezoelectric force sensor, a strain gauge or an optical force sensor.
3. Messrolle nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der dritte Kraftsensor (17) näher an der Umfangsfläche (20) als an der Rotationsachse (A) angeordnet ist. 3. Measuring roller according to claim 1 or 2, characterized in that the third force sensor (17) is arranged closer to the peripheral surface (20) than to the axis of rotation (A).
4. Messrolle nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass ein vierter Kraftsensor vorgesehen ist, wobei der vierte Kraftsensor 4. Measuring roller according to one of claims 1 to 3, characterized in that a fourth force sensor is provided, wherein the fourth force sensor
• entweder in der Ausnehmung (3) angeordnet ist • is either arranged in the recess (3).
• oder in der weiteren Ausnehmung (3) angeordnet ist • or is arranged in the further recess (3).
• oder in der für den dritten Kraftsensor vorgesehenen Ausnehmung (13) angeordnet ist • or is arranged in the recess (13) provided for the third force sensor
• oder in dem Messrollenkörper eine eigene Ausnehmung für den vierte Kraftsensor vorgesehen ist, die beabstandet zu der Umfangsfläche (20) angeordnet ist oder von der Umfangsfläche (20) in das Innere des Messrollenkörpers (1 a) führt, und der vierte Kraftsensor in dieser für ihn vorgesehenen Ausnehmung angeordnet ist, wobei der vierte Kraftsensor eine Sensorfläche aufweist und der vierte Kraftsensor bei einer Änderung der Lage der Sensorfläche des vierten Kraftsensors ein Sensorsignal erzeugen kann, wobei die Sensorfläche des vierten Kraftsensors so angeordnet ist, dass ihre Lage durch eine Kraft geändert werden kann, die parallel zur Rotationsachse des Messrollenköpers auf sie wirkt. • or a separate recess is provided in the measuring roller body for the fourth force sensor, which is arranged at a distance from the peripheral surface (20) or leads from the peripheral surface (20) into the interior of the measuring roller body (1 a), and the fourth force sensor is arranged in this recess provided for it, wherein the fourth force sensor has a sensor surface and the fourth force sensor can generate a sensor signal when the position of the sensor surface of the fourth force sensor changes, wherein the sensor surface of the fourth force sensor is arranged such that its position can be changed by a force acting on it parallel to the axis of rotation of the measuring roller body.
5. Messrolle nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der dritte Kraftsensor (17) und der vierte Kraftsensor in einer Ebene angeordnet sind, die senkrecht zur Rotationsachse (A) steht.
Verfahren zum Feststellen einer Eigenschaft eines bandförmigen Guts, dadurch gekennzeichnet, dass das bandförmige Gut in der Weise über eine Messrolle (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5 geführt wird, dass sich die Messrolle (1) durchbiegt. Verfahren zum Herstellen einer Messrolle (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Messrolle (1) mindestens eine Schicht aufweist und dass die Schicht mittels 5. Measuring roller according to claim 4, characterized in that the third force sensor (17) and the fourth force sensor are arranged in a plane which is perpendicular to the axis of rotation (A). Method for determining a property of a band-shaped product, characterized in that the band-shaped product is guided over a measuring roller (1) according to one of claims 1 to 5 in such a way that the measuring roller (1) bends. Method for producing a measuring roll (1) according to one of claims 1 to 5, characterized in that the measuring roll (1) has at least one layer and that the layer by means of
• Drucken mittels 3D-Drucker, • Printing using 3D printers,
• Laserstrahlschmelzen, • Laser beam melting,
• Elektronenstrahlschmelzen, • electron beam melting,
• Laser-Pulverauftragsschweißen • Laser powder deposition welding
• thermischem Spritzen • thermal spraying
• Auftragsschweißen • Hardfacing welding
• Auftragslöten • Contract soldering
• ein Drahtlaserauftragsschweißen, • wire laser cladding,
• ein Pulverbettverfahren, insbesondere bevorzugt das sog. „Selectiv Laser Sintering“ (SLS) oder das sog. „Selective Laser Melting“ (SLM), • a powder bed process, particularly preferably the so-called “Selective Laser Sintering” (SLS) or the so-called “Selective Laser Melting” (SLM),
• das Laser Metal Deposition (LMD), • Laser Metal Deposition (LMD),
• das Extremhochgeschwindigkeitslaserauftragsschweißen (EHLA) und/oder• Extremely high-speed laser deposition welding (EHLA) and/or
• Lichtbogenschweißen mit Drahtvorschub erzeugt wird.
• Arc welding is produced with wire feed.
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