DE1573693A1

DE1573693A1 - Verfahren zum Messen der Verteilung von Zugspannungen ueber die Breite von unter Laengszug stehendem bandfoermigen Gut und zugehoerige Messvorrichtung

Info

Publication number: DE1573693A1
Application number: DE19651573693
Authority: DE
Inventors: Dr Wolfgang Muehlberg
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1965-10-18
Filing date: 1965-10-18
Publication date: 1970-10-29
Also published as: GB1169381A

Description

Dr₄ w. Mühlberg Krefeld—Bockum,

Gertrudisstrasse 9

i ,

pi.

Verfahren.zum Messen der Verteilung von Zugspannungen über die Breite von unter Längszug stehendem bandförmigen Gut und zugehörige Meßvorrichtung. _i

Die Erfindung erstreckt sich auf .ein Verfahren zur meßtechnischen Erfassung der Verteilung von Zugspannungen über die Breite von bandförmigem Gut, das einem bei Anwendung von Längszug ablaufenden Transportprozeß unterworfen ist., sowie auf die zugehörige Meßanordnung.

Beim Walzen, insbesondere beim Kaltwalzen von sehr dünnen Bändern aus schwer verformbaren Werkstoffen, werden in Walzurichtung -gesehen .vor und hinter dem durch die Arbeitswalzen gebildeten Walzspalt, in dem, das Material vornehmlich durch Walzdruck in erster Linie in Walzrichtung verformt wird, Zugspannungen an das durchlaufende Band angelegt, mit denen einmal die Mihrung des Bandes, zum anderen aber auch ein bedeuten« der in Walzrichtung wirksamer Verformun^sbeitrag geleistet wird. Dieser Verformungsbeitrag der in Walzrichtung wirksamen Zugspannungen ist umso wichtiger, je dünner das zu walzende Material ist und je stärker die durch den Verformungsvorgang hervorgerufene Kaltverfestigung des Materials ansteigt. Diese dadurch bedingte Erschwerung des Walzprozesses versucht man durch Anwendung möglichst hoher in Walzrichtung wirksamer Zugspannungen zu kompensieren. Ihre Größe ist aber mit Rücksicht auf die notwendige Sicherheit gegen Abreißen d'es Walzgutes zur Zeit in der Praxis mit etwa 25 bis 30$ der jeweils erreichten Verformungsfestigkeit begrenzt. Der Grund für diese rela-tiv niedrige Höchstgrenze der angelegten Läng3zugspannungen beim Bandwalzen liegt in der großen Unsicherheit, mit der die Verteilung der LängsZugspannungen über die Bandbreite zu beherrschen ist. Wenn beispielsweise durch zu ballig geschliffene oder durch zu stark in der Walzenballenmitte erwärmte Walzen

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infolge des damit "verbundenen größeren Durchmessers eine gegenüber den Bandrändern größere Streckung des zu walzenden Bandes erfolgt, verlagern sich bei konstanter Bandzugkraft die Band- · Zugspannungen in gefährlicher Weise zu den Bandrändern, unter gleichzeitiger Verringerung in Bandmitte. Im ungünstigsten Falle kann diese ungleichförmige Verteilung an den Bandrändern etwa den dreifachen Betrag der mittleren rechnerischen, gleichmäßig verteilt angenommenen Zugspannung erreichen, wobei in Bandmitte die. Zugspannung den Wert Null annimmt, so daß sich diese Ungleichförmigkeit noch nicht durch eine Mittelwelligkeit des Bandes anzeigen kann₀ An den Bandrändern würde sich damit eine Zug<spannung von etwa 75 bis 90$ der jeweils erreichten Verformungsfestigkeit einstellen,, Der Abstand gegen, das Erreichen der Fließgrenze odeE' Verformungsfestigkeit ist- dann aber zu gering, um ein Abreißen des Bandes mit Sicherheit zu verhindern. Bei deutlich wahrnehmbarere Mittelwelligkeit des Bandes ist aber die Randspannung noch höher, so daß dabei die Gefahr eines Band" risses noch größer ist.

Die Erfindung macht sich die bekannte Tatsache zunutze, wonach ein» Balken, vornehmlich ein Balken auf zwei Stützen, ba. gleicher Belastung, abeir unterschiedlicher'Verteilung der Belastung über die Balkenlänge, unterschiedliche Durchbiegungen erfährt,,, Bei Bandbewegungsprozessen, vornehmlich beim Bandwalzen, werden die absoluten Größen der Bandzüge über eine Bandablenkung durch Rollern gemessen,. Bei Tandemstraßen wird diese Ablenkung durch eine 3-Rollenanordnung (Fig 1) zwischen den einzelnen Walz« gerüsten vorgenommen, wobei eine dieser drei Rollen die abso« luten Werte des Bandzuges als Auflagerkräfte erfaßt.

Durch die vorgelegte Erfindung wird die unterschiedliche Durch·- biegung der Rolle, vornehmlich in Rollenmitte M und in den Drittelspunkten D und D¹ als Maß für die unterschiedlich über die Bandbreite verteilten Bandzugspannungen, erfaßt und mit einer vorausberechneten Durchbiegung in den genannten Punkten verglichen. ·

Diese Vorausbereehnung erstreckt sich auf die drei in Pig 2 dargestellten Fälle einer durch die gleiche Bandzugkraft Z im Bandquersohnitt F erzeugten Zugspannung,, mit der Annahme

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a) gleichmäßiger Verteilung über die Bandbreite b, wobei sieh

"~ Z eine mittlere Bandzugspannung Q* = ψ ergibt, die zu den Durchbiegungen in Rollenmitte M f_zM und in den Rollendrittelspunkten D und D' ^ führt,

b) symmetrischer parabolischer Verteilung über die Bandbreite b mit dem Parabelseheitel in Bandmitte derart, daß der Parabel— scheitel ein Maximum der Bandzugspannungen kennzeichnet, wobei sieh die Durchbiegungen in Rollenmitte M zu f_1M und in den Rollendrittelspunkten D und D' zu f einstellen,

c) symmetrischer parabolischer Verteilung über die Bandbreite b mit dem Parabelscheitel in Bandmitte derart, daß der Parabelseheitel die Zugspannung Null kennzeichnet, wobei sich die Durchbiegungen in Rollenmitte M zu f_3M und in den Rollendrittelspunkten D und D¹ zu f ergeben.

Es ist leicht nachzuweisen, daß für die Durchbiegung der Rolle (Fig 2a) die folgenden Ungleichungen gelten: .

> f > f 'I-"

Um 3m \

¹ ] (Fig 2b)

Die bei Bandtransportprozessen angestrebte über die Bandbreite b gleichmäßig verteilte Bandzugspannung wird von den unter b) und c) als zugelassene Grenzen genannten Verteilungen eingeschlossen, wobei die für den Bandtransportprozeß gefährlichste Verteilung der Band zugspannung en unter c) beschriebene ist, mit den Spitzen·* werten der Bandzugspannung an den Bandrändern und dem Wert Null in Bandmitte.

Die Erfindung gestattet die Bestimmung der Bandzugspannungsverteilung über die Bandbreite über eine Messung der Durchbiegung einer Bandablenkrolle. Der besondere Vorteil der Erfindung ergibt sich dadurch, daß sie bei vorhandenen Bandwalzgerüsten Anwendung finden kann, bei denen schon, wie beispielsweise bei Tandemstraßen, Meßeinrichtungen zwischen den Gerüsten in Form von Dreirollenanordnungen für. die absoluten Bandzüge vorhanden sind (Fig 1). Sie ist auch bei Reversiergerüsten anwendbar, bei denen zur Fixierung der Wälzebene* auf" der Ein- und

Auslaufseite zwischen Gerüst und Reversierhaspeln Umlenkrollen angeordnet sind. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung (Fig 3, Fig 3a, Fig 4-) dreht sich eine Hohlrolle 1 in den Lagern 2, 2' um eine unbewegliche Achse 3.Hohlrolle 1 und Achse 3 sind vorzugsweise aus unmagnetischem Material gefertigt-. In Rollenmitte M bzw. in den Rollendrittelspunkten D und D¹ sind in den unmagnetischen Rollenmantel 1 Ringe 4 und 4^f aus magnetischem Werkstoff eingeschrumpft. Diese Ringe überstreichen U-förmige Magnete 5 und 5'- mit den Polen N-,, S-. und N₂, S₂ (Fig 3, Fig 3a)).

Die Schenkel Έ-, und Np tragen je eine Primärwindung gleicher Windungszahl η-, , während sich auf den Schenkeln S, und S₂ die Sekundärwindungen gleicher Windungszahl n₂ befinden. Eine Durchbiegung dea; als Balken auf 2 Stützen aufzufassenden Rollen*- mantels 1 derarti daß sich der Abstand des Ringes 4 zu den beiden Polen N₁ und S, des U-förmigen Magneten 5 verringert, während sich der Abstand des Ringes 4 zu den Polen N₂ und S₂ des U-förmigen Magneten 5' vergrößert, bewirkt folgendes:

a) Der Widerstand des magnetischen Flußes JjT-, über den Luftspalt zwischen Ring 4 und den Polen N-, und S-, des Magneten 5 verringert sich, so daß in den Sekundärwindungen auf dem Schenkel S-, eine dazu fast proportionale, größere Spannung U indiziert wird.

b) Der Widerstand des magnetischen Flußes JT₂ über den Luftspalt zwischen Ring 4 und den Polen N₂ und S₂ des Magneten 5' vergrößert sich, so daß in den Sekundärwindungen auf dem Schenkel S₂ eine dazu fast proportionale, kleiner Spannung U_? indiziert wird.

Beide Sekundärwindungen werden in geeigneter Weise zu einer Halbbrücke zusammengeschaltet. Die den Änderungen der Durchbiegung entsprechenden Spannungsänderungen infolge der Änderung der magnetischen Flüsse §-, und J^, werden' durch geeignete Anzeigeinstrumente angezeigt. Diesen Änderungen der Durchbiegung entsprechen! bei konstanter Zugkraft Änderungen in der Bandzugspannung avert eilung über die Bandbreite.

Durch eine Änderung der Ziigkraft wird auch eine Änderung der Durchbiegung der Holle hervorgerufen. Sie äußert sich aber

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gleichzeitig in einer Änderung der Rollenauflagerkräfte, die mittels, elektrischen-Druckmeßdosen erfaßt werden. Diese oft nur zeitlich sehr kurzen Änderungen können durch entsprechende Schaltungen ausgesiebt werden, so daß sie nicht zu falschen Regelkommandos führen. Die durch die Anzeigeinstrumente ange·- zeigten Werte können auch als Stellgrößen einem Regelkreis für eine Balligkeitskorr,ektur der Walzen über eine Walzenbiegevorrichtung bzw. über eine Änderung in der Verteilung der Kühlmittelbeaufschlagung der Walzen zugeführt werden. Man kann sie auch einem Prozeßrechner eingeben, der beispielsweise bei einer Tandemstraße eine Verlagerung der einzelnen Dickenabnahmen von Walzgerüst zu Walzgerüst vornehmen fassen kann, so daß die Verformung des Bandes in den einzelnen Gerüsten der jeweiligen Walzenballigkeit angepaßt wird.

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Claims

Dr. W. Mühlberg Krefeld-Bockum, .. Gertrudisstrasse 9 Patentansprüche.■

1. Verfahren zum Messen der Verteilung von Zugspannungen über die Breite von unter LängsZugspannungen stehendem band" förmigem Gut, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchbiegung einer das Band ablenkenden Rolle ermittelt und mit einer im voraus berechneten Durchbiegung der Rolle infolge einer gleichmäßig über die Bandbreite verteilten Längszugspannung verglichen wird»

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Winkelverdrehung der Rollenachse an ihren Auflagern ermittelt und mit einer im voraus, berechneten Winkelverdrehung der Rollenachse an ihren Auflagern infolge einer gleichmäßig über die Bandbreite verteilten Längszugspannung verglichen wird.

3. Meßanordnung für das Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer hohlen Mantelrolle aus magnetisierbarem. Material mit einer unbeweglichen Achse die Änderung desi Abstandes¹. der Rolleninnenlaibung zur festen Achse als Luftspaltänderung zwischen den Polen · zweier um 180 versetzter U-förmiger Magneten und des als Magnetjoch aufzufassenden Rollenmantels ermittelt wird.

4. Meßanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Mantelrolle und die Achse aus nicht magnetisierbarem Material bestehen und daß als Joch für die U-förmigen Magnete ein aus magnetisierbarem Material bestehender konzentrisch in den Rollenmantel eingesetzter Ring fungiert.

5. Meßanordnung für das Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchbiegung an der Außenlaibung bei einer Voll- oder Hohlrolle bzw. an der Innenlaibung einer Hohlrolle durch eine mechanische Abtastung ermittelt wird.

6. Meßanordnung für das Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer Rolle aus magnetisierbarem

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Material die Durchbiegung an der Außenlaibung als Luftspaltänderung zwischen den Polen eines auf der der Belastung gegenüberliegenden Rollenseite befindlichen U-förmigen Magneten und des durch die Rolle gebildeten Jochs ermittelt ■ wird.

7, Meßanordnung für das Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet y. daß die Durchbiegung an der Außenlaibung bei einer Voll- oder Hohlrolle bzw. an der Innenlaibung einer Hohlrolle als Druckänderung eines gasförmigen Mediums, vorzugsweise Luft, ermittelt wird, das in einen sich infolge Durchbiegung der Rolle ändernden Luftspalts zwischen Rolleninnen- bzw,■Außenlaibung und entsprechend gekrümmten feststehenden Polen gedrückt wird.

8. Meßanordnung für das Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchbiegung einer Rolle vorzugsweise in den Dritiielspunkten der Rollenstützweite mit Hilfe der Meßanordnungen nach den Ansprüchen 3, 4, 5, 6, 7 ermittelt wird, unt eine unsymmetrische Verteilung 'der Bandzugspannungen über die Bandbreite durch unterschiedlich ermittelte Durch" biegungen in den symmetrisch zur Rollenmitte liegenden Drittelspunkten zu erfassen.

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