DE3326593A1 - Vorrichtung zur messung der spannungsverteilung ueber die breite von biegsamen baendern - Google Patents

Description

• BESCHREIBUNG:
• Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Messung der Spannungsverteilung über die Breite von biegsamen Bändern gemäß der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 bezeichneten Art.
• Eine derartige Vorrichtung ist nach der DE-OS 29 44 723 bekannt.
• Die bei diesen Umlenkmeßrollen zur Anwendung gelangenden Meßscheiben sind hiernach funktionell differenziert gestaltet, so daß es Bereicheder Meßscheiben gibt, die sich auf die Messung beziehen, und andererseits Bereiche bestehen, welche die Abstützung übernehmen.
• Die Gestaltung führt einerseits zu zweiteiligen Scheiben, bei welchen ein innerer, konzentrischer Teil die Abstützung übernimmt, während der äußere, periphere Teil für den Einbau der Kraftmeßgeber Anwendung findet, wobei im genannten äußeren peripheren Teil ein Kraftschluß in achsialer Richtung nicht zustande kommt. Andererseits finden bei dieser Entwicklung auch einteilige Meßscheiben Anwendung, bei denen ebenfalls der äußere, periphere Teil vom achsialen Kraftschluß ausgeschlossen ist und den Kraftmeßgeber aufnimmt. Während die erstgenannte Ausführungsform im Hinblick auf die einzuhaltenden Toleranzen einen sehr hohen Fertigungsaufwand erforderlich macht, kann es bei der zweitgenannten Ausführungsform dazu kommen, daß der periphere Bereich bei einer vorzunehmenden Härtung eine Verwerfung erfährt; wenngleich letztere, insbesondere bei gleichmäßiger thermischer Belastung, sehr gering sein kann, führt sie dennoch zu Verfälschungen der Meßergebnisse bzw. zu Beschädigungen der Bandoberfläche, da bereits im Bereich von /ccm liegende änderungen hierfür störend sind. Diese Anderungen lassen sich lediglich durch ein entsprechendes Nachschleifen beheben.
• Bei beiden Ausführungsformen der Meßscheiben ist gemeinsam, daß nur ein verhältnismäßig kleiner, stützender Kerndurchmesser wirksam ist.
• Dies birgt die Gefahr der Rollendurchbiegung in sich. Die Trägheitsmomente sind entsprechend der Masseverteilung sehr groß, und schließlich lassen sich in den peripheren Zonen die den Kraftfluß unterbindenden Spalten mit der erforderlichen Präzision nur durch hohen Fertigungsaufwand genau einstellen.
• Von diesem Stand der Technik ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Umlenkmeßrolle für eine Vorrichtung der einleitend beschriebenen Art dahingehend weiterzuentwickeln, daß die erwähnten Nachteile nicht mehr auftreten. Die Rollen sollen also einen großen tragenden Durchmesser aufweisen, wobei Durchbiegungen vermieden werden sollen, oder zumindest in ihrer Auswirkung auf die Meßergebnisse bedeutungslos werden sollen. Weiterhin sollen die Meßscheiben zu einem möglichst kleinen Trägheitsmoment der Umlenkmeßrolle führen und sich mit geringerem Fertigungsaufwand herstellen lassen.
• Diese Aufgabenstellung wird erfindungsgemäß nach dem Vorschlag des Kennzeichnungsteils des Patentanspruchs 1 gelöst, für welchen die Vorschläge der Unteransprüche 2 bis 13 vorteilhafte Weiterentwicklungen vorsehen.
• Somit ist das Prinzip, die periphere Zone von einer tragenden bzw.
• stützenden Funktion auszuschließen, grundsätzlich aufgegeben worden, indem die periphere Zone der Meßscheibe mit nahezu geschlossenen Ringflächen ausgeführt wird, die der Verspannung der Scheiben gegeneinander dienen. Der Ausschluß des für die Aufnahme eines Kraftmeßgebers ausgesparten Sektors von der Ringfläche läßt sich sehr leicht verwirklichen, denn es ist bereits ein nur geringer Abstand erforderlich, um den Kraftfluß zu unterbinden. Der genannte Sektor braucht demgemäß lediglich etwa fünf 100stel mm gegenüber der übrigen Ringfläche zurückgesetzt zu werden. Er ist weiter für den Kraftmeßgeber ausgespart.
• Gleichwohl führt dies nach einem weiteren Vorschlag der Erfindung nicht etwa zu einer Herabsetzung des Widerstandsmomentes, wenn der umfangsnahe Bereich der Meßscheibe in Nähe der Kraftmeßgeber mit größerer Masse als im übrigen Teil ausgeführt wird, wobei die Ringfläche eine konzentrische Form besitzt. Auf diese Weise wird eine größere Steifigkeit erreicht, so daß sich Biegespannungen weniger stark in Form von Deformationen der peripheren Zone auswirken können; einaldemgemäße Verfälschung der Meßwerte wird vermieden.
• In ihrer sodann folgenden, mittleren Zone sind die Meßscheiben zweckmäßig von herabgesetzter achsialer Dicke, wohingegen die zentrale Zone wiederum verdickt sein kann, ohne daß es jedoch dort zu einer kraftschlüssigen Berührung der Meßscheiben kommt.
• Man erreicht die vorgeschlagene Formgebung in besonders wirkungsvoller Weise mit sehr geringem Fertigungsaufwand, wenn die mittlere Zone durch eine exzentrische Aussparung in ihrer Dicke verringert wird, im Anschluß an welche Aussparung die achsiale Dicke zu den peripheren Ringflächen hin größer wird. Eine solche exzentrische Aussparung läßt sich als Dreharbeit ausführen, so daß die Herstellungskosten gering bleiben.
• Eine Zunahme der achsialen Dicke kann auch, von der genannten Aussparung ausgehend, zur zentralen Zone hin erfolgen. Dies ist besonders dann von Vorteil, wenn die zentrale Zone noch im Hinblick auf eine Zentrierung Aufgaben zu erfüllen hat. Dies ist dann der Fall, wenn Meßscheiben mit konzentrischen Lochkreisen versehen sind, durch welche Zuganker geführt sind, so daß die zentrale Zone im übrigen leer bleibt. Die genannten Zuganker durchsetzen nämlich die im Aussparungsbereich befindlichen Löcher mit Abstand, so daß sich eine Durchbiegung nicht auf die Meßscheiben auswirken kann. Mann kann dann zum Zwecke der Ausrichtung der Meßscheiben die zentralen Zonen derselben durch nachgiebige Zentrierringe miteinander verbinden.
• Die Vorspannung läßt sich jedoch nicht nur mit mehreren Zugankern erzielen, sondern insbesondere mittels eines einzigen zentralen Zugankers, der beidendig Stirnscheiben beaufschlagt, die die Meß- scheiben zusammenpressen. Die Stirnscheiben sind in diesem Falle für die Anlage einer Schraubenmutter oder dergleichen ausgebildet.
• Um bei der Fertigung nicht die gesamte Spannung mittels der Schraubenmutter aufbringen zu müssen, kann man Stirnscheiben dann leicht hydraulisch vorspannen und dann in gespanntem Zustand die Muttern nachstellen. Die Verwendung eines einzigen Zugankers hat den Vorteil, daß man ihn zugleich an seinen beiden Enden als Lagerzapfen ausbilden kann.
• Daneben läßt sich mit dem Zuganker jedoch auch eine Zentrierung der Meßscheiben vornehmen, wobei jedoch darauf geachtet werden muß, daß die in den einzelnen Scheiben vorgesehenen Fassungen gegenüber dem Zuganker nachgiebig gehalten sind. Man kann also zwischen der zentralen Uffnung der Scheibe und dem Zuganker verformungsfähige Büchsen, beispielsweise aus Kunststoff, einsetzen. Eine andere Möglichkeit besteht darin, den Zuganker nur punktuell zur Einwirkung gelangen zu lassen, indem von der Innenwand der Uffnung der Meßscheiben Vorsprünge ausgehen. Diese punktuellen Berührungen erfolgen dann mit hoher Kraft und gestatten es, daß elastische Verformungen aufgenommen werden.
• Damit durch die Anordnung der Kraftmeßgeber innerhalb der Meßscheiben bei deren Zusammenschluß zur Umlenkmeßrolle keine einseitig "weiche" Zone in achsialer Richtung entsteht, werden die Meßscheiben wie es an sich nach der DE-OS 26 30 410.9 bekannt ist, grundsätzlich gegeneinander versetzt. Dies geschieht zweckmäßig in der Weise, daß Kraftmeßgeber bei aufeinanderfolgenden Meßscheiben einander etwa diametral gegenüber liegen, ohne indes den Versetzungswinkel von 1800 aufzuweisen.
• Eine weitere Besonderheit während des Betriebes ergibt sich dadurch, daß es bei hohen Bandtemperaturen auch die Umlenkmeßrolle von Temperaturänderungen nicht unbetroffen bleibt. Die hierdurch verursachten Dehnungen der Umlenkmeßrolle verändern die Vorspannkräfte der in der Rolle befindlichen Kraftmeßgeberuid führen notwendigerweise zu einem Driften der Meßsignale. Werden mehrere Kraftmeßgeber, wie es nach der schon erwähnten DE-OS 26 30 410.9 vorgeschlagen ist, parallel zueinander geschaltet, so läßt sich die Auswirkung des genannten Driftens bei Kraftmeßgebern mit Druckquarzen dadurch vermeiden, daß die oberen und unteren Quarzscheiben jeweils aufeinander folgnder Kraftmeßgeber einander entgegengesetzte Kennlinien aufweisen. In diesem Falle bedeutet die Aufeinanderfolge der Kraftmeßgeber nicht, daß sie sich geometrisch in Nachbarstellung befinden.
• Vielmehr ist die Aufeinanderfolge in diesem Falle unter dem Gesichtspunkt der Signalfolge bei der Umdrehung der Umlenkmeßrolle zu verstehen.
• Von einer nach der US-PS 39 02 363 vorgesehenen Umlenmeßrolle ist es bekannt gewesen, die Meßscheiben in Form von Ringen auszubilden, die exzentrisch um eine feststehende Nabe umlaufen. Diese Ringe tragen noch einen Mantel, der konzentrisch zu ihnen ist und die Anpaßkraft eines umzulenkenden Bandes auf mit der feststehenden Nabe verbundene Kraftmeßgeber überträgt. Dank der Exzentrizität lassen sich hierbei Lageabweichungen des zu untersuchenden Bandes ausgleichen, die sonst zu Verfälschungen der Meßwerte führen könnten.
• Zur weiteren Veranschaulichung der Erfindung wird auf die sich auf Ausführungsbeispiele beziehenden Zeichnungen verwiesen. Darin zeigen: Figur 1 eine stirnseitige Ansicht auf eine Meßscheibe, Figur 2 einen Längsschnitt durch die neue Meßscheibe, Figur 3 die Anordnung mehrerer Meßscheiben gemäß den Figuren 1 und 2 bei einer Umlenk-Meßrolle, Figur 4 eine Umlenkmeßrolle mit abgewandelt gestalteten Meßscheiben, Figur 5 die schematische Darstellung von Kraftmeßgebern mit Quarz- scheiben positiver und negativer Kennlinie und Figur 6 eine graphische Darstellung der erfindungsgemäßen Driftkompensation.
• Bei,tler in Figur 1 dargestellten Meßscheibe erkennt man die peripheren Ringflächen 12, welche der Anpressung dienen. Der Sektor 11 ist etwas zurückgesetzt, wie man gleichfalls der Figur 2 entnehmen kann. In diesem Sektor 11 befindet sich ein Kraftmeßgeber 10.
• Der umfangsnahe Bereich 13 ist in Nähe des Kraftmeßgebers 10 von größerer Masse als im übrigen Teil der Meßscheibe. Zu diesem Zweck ist die mittlere Zone 14 exzentrisch ausgespart, so daß die achsiale Dicke 15 in dieser mittleren Zone herabgesetzt ist. die zentrale Zone 16 ist indes wiederum verdickt, jedoch bleibt sie hinter der achsialen Dicke der peripheren Zone zurück.
• Die Meßscheiben sind von exzentrischen Zugankern 27 durchsetzt, welche in der mittleren Zone der Meßscheiben vorgesehene oeffnungen 28 mit Abstand durchdringen. Bei Figur 3, die teilweise im Längsschnitt dargestellt ist, erkennt man einen dieser Zuganker 27. Die Zuganker 27 greifen an abweichend gestalteten Endscheiben 29 an und halten somit die gesamten Meßscheiben 18 zusammengepreßt.
• Bei der in Figur 4 dargestellten Ausführungsform besteht insofern eine Abweichung, als lediglich ein zentraler Zuganker 17 Anwendung findet. Dieser durchsetzt eine zentrale Uffnung der Meßscheiben 18 und beaufschlagt mittels Schraubmuttern 19 die Stirnscheiben 20.
• Figur 4 zeigt die Anordnung auf lediglich einer Seite der Umlenkmeßrolle , jedoch ist die Anordnung auf der anderen Seite derselben in gleicher Weise getroffen. Der zentrale Zuganker 17 findet seinen Fortsatz im Lagerzapfen 21. Der genannte Zuganker kann mit den erwähnten Einschränkungen gleichfalls für Zwecke der Zentrierung verwendet werden. Letztere läßt sich auch verwirklichen, wenn gemäß Figur 3 Zentrierringe 22 vorgesehen sind, welche die einzelnen Meß- scheiben in Bezug zueinander ausrichten. Hierbei ist jedoch wichtig, daß die Zentrierringe 22 aus einem weichen Material, beispielsweise aus einem Kunststoff, bestehen, weil eine Kraftübertragung durch letztere ausgeschlossen bleiben soll.
• Die(Kraftmeßgeber 10 sind, wie schon erwähnt, mit Druckquarzen 24 ausgeführt, wie aus Figur 5 schematisch erkennbar ist. Diese Druckquarze bestehen jeweils aus oberen Quarzscheiben 25 bzw. 25' sowie aus unteren Quarzscheiben 26 bzw. 26'. Im oberen Teilbild sind die genannten Quarzscheiben so angeordnet, daß sich eine positive Kennlinie bei Druckbelastung in Richtung der vertikalen Pfeile ergibt.
• Demgegenüber sind die Quarzscheiben im unteren Teilbild der Figur 5 in umgekehrter Weise angeordnet, so daß in diesem Falle eine negative Kennlinie entsteht. Diese Anordnung wird, wie schon beschrieben, dabei für in der Umdrehung aufeinander folgende Kraftmeßaeber aeschaffen. Somit lassen sich Meßwertverfälschungen durch ein Driften vermeiden. Ansich ist es möglich, die Kraftmeßgeber bezüglich ihres Signalsdurch ein elektronisches Glied im Meßverstärker beim Uberschreiten einer vorgegebenen Spannung infolge Driftens auf Null zurückzusetzen. Dies bedeutet aber, daß zumindest bei einer derartigen Umdrehung die angefallenen Meßwerte zu verwerfen sind, weil die Nullsetzung einen nicht vorhandenen Meßzustand vortäuschen würde. Durch die abwechselnde Anordnung von Kraftmeßgebern mit positiver und negativer Kennlinie, deren Wirkungsbereich zweckmäßig eine teilweise Oberdeckung aufweist, wird bezüglich des Meßsignals U die Driftstörung behoben. Figur 6 zeigt diesen Verhalt schematisch. Man erkennt im oberen Teilbild in vertikaler Richtung die Abwicklung der Umlenkmeßrolle zwischen einem Anfangswinkel von 0° bis zu einem halben Umdrehungswinkel von1800. Es folgen hierbei jeweils Kraftmeßgeber mit positiver Kennlinie P auf Kraftmeßgeber mit negativer Kennlinie N. Im Verlaufe der vorerwähnten Abwicklung kommt man zu einem Verlauf der Einzelsignale, wie sie im mittleren Teilbild der Figur 6 als Amplitudenwerte dargestellt sind. Die störende Drift ist im mittleren Teilbild ebenfalls wiedergegeben, und zwar als eine zunehmende Abweichung der Lage der Abszisse von der Null-Linie bei fortschreitender Drehung. Dies würde mit zunehmender Abweichung zu Meßsignalen führen, die entsprechend zu hoch liegen. Bei der vorgenommenen Prallelschaltung der Kraftmeßgeber kommt man jedoch anstatt der im mittleren Teil der Figur 6 dargestellten Einzelsignale zu einem einzigen Signalverlauf, wie er im unteren Teilbild(der Figur 6 dargestellt ist. Hierbei sind die Amplitudenwerte U1, U2, U3 und U4 von der Verfälschung durch die Drift nicht mehr betroffen. Die teilweise Oberdeckung der genannten Signale führt lediglich dazu, daß die Flanken der Signalverläufe wegen der vorgenommenen Additionen im Oberdeckungsbereich steiler als außerhalb desselben sind. Somit erhält man ein Summensignal, wie es dem tatsächlichen Belastungsfall entspricht, ohne daß Signalverluste entstehen können.
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Claims (13)

1. Vorrichtung zur Messung der Spannungsverteilung über die Breite von biegsamen Bändern PATENTANSPROCHE: 9rrichtung zur Messung der Spannungsverteilung über die Breite von biegsamen, sich in ihrer Längsrichtung bewegenden Bändern, vor allem von Stahlbändern beim Kaltwalzen, bestehend aus einer Umlenkmeßrolle, die aus nebeneinander gelagerten, mit dem unter Spannung umgelenkten Band mitlaufenden, zueinander in unverdrehbarer Stellung gehaltenen Abschnitten in Form von gegeneinander angepreßten Scheiben besteht, von denen wenigstens einige mit fest in sie eingesetzten Kraftmeßgebern versehen sind, und die mittels Zuganker über Stirnscheiben gegeneinander verspannt sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßscheiben (18) mit peripheren, bis auf für die Aufnahme der Kraftmeßgeber (10) ausgespart ten Sektoren (11) geschlossenen Rjngflächen(l2)ausqeführt sind, die ausschließlich die Anpressung der Meßscheiben (18) gegeneinander übernehmen.
2. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die umfangsnahen Bereiche (13) in Nähe der Kraftmeßgeber (10) mit größerer Masse als im übrigen Teil ausgeführt sind, während die Ringflächen eine konzentrische Form haben.
3. 3. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßscheiben (18) in ihren mittleren Zonen (14) von herabgesetzter, achsialer Dicke (15) sind, während ihre zentralen Zonen (16) verdickt sind, ohne sich jedoch zu berühren.
4. 4. Vorrichtung nach den Ansprüchen 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß die mittlere Zonen(14) durch beidseitige, exzentrische Aussparungen in ihrer Dicke verringert sind,im Anschluß an welche Aussparungen die achsiale Dicke (15) zur peripheren Ringfläche (12) hin größer ist.
5. 5. Vorrichtung nach den Ansprüchen 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß die achsiale Dicke auch zu der zentralen Zone (16) hin größer ist.
6. 6. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß zur Herstellung der Verspannung ein einziger zentraler Zuganker (17) vorgesehen ist, der je eine für die Anlaae einer Schraubmutter (14) oder dergleichen ausgebildete Stirnscheibe (20) beaufschlagt.
7. 7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Zuganker (17) zugleich als Lagerzapfen (21) der Umlenkmeßrolle ausgeführt ist.
8. 8. Vorrichtung nach den Ansprüchen 6 und 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Zuganker (17) die Meßscheiben(18), letztere zentrierend,durchsetzt, wobei er gegenüber in den Meßscheiben (18) vorgesehenen,zentralen Fassungen nachgiebig gehalten ist.
9. 9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der zentralen Uffnung (22) der Meßscheibe (18) und dem Zuganker (17) eine verformbare Büchse eingesetzt ist.
10. 10. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß eine Berührung zwischen dem Zuganker (17) und der Meßscheibe (18) punktuell besteht, indem die Innenwand der Uffnung der Meßscheibe (18) Vorsprünge aufweist.
11. 11. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die zentralen Zonen (16) der Meßscheiben (18) durch nachgiebige Zentrierringe (22) miteinander verbunden sind, wobei die Meßscheiben (18) aufeinander ausgerichtet sind.
12. 12. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen Meßscheiben (18) der Umlenkmeßrolle radial gegeneinander mit der Maßgabe versetzt sind, daß die Kraftmeßgeber (10) bei aufeinandefolgenden Meßscheiben (18) einander etwa diametral gegenüberliegen, ohne dabei einen Versetzungswinkel von 1800 aufzuweisen.
13. 13.Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß bei Ausführung der Kraftmeßgeber mit Druckquarzen (24) und Parallelschaltung derselben die oberenund unterenQuarzscheiben (25, 25'; 26, 26') aufeinanderfolgender Kraftmeßgeber (10) derart vertauscht sind, daß die Kraftmeßgeber einander elektrisch entgegengesetzte Kennlinien aufweisen.