-
Die Erfindung betrifft eine Messrolle zur Messung der Bandzugspannung nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 und ein Verfahren zur Herstellung der Messrolle nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 6.
-
Eine solche Messrolle ist beispielsweise aus
DE 92 18 981 bekannt. Dabei werden die Sensoren in einem auf der Zylindermantelfläche der Messrolle verteilten Muster in Radialbohrungen eingebracht. Zur Befestigung der Sensoren in den Radialbohrungen der Messrolle und zum Schließen der Bohrungen sind verschraubte Kappen vorgesehen. Der Ringspalt auf der Zylindermantelfläche erfordert eine sorgfältige Abdichtung um Verschmutzungen zu vermeiden. Dies gelingt nur begrenzt. Der Austausch defekter Sensoren ist zudem mit hohem Aufwand verbunden.
-
In
DE 196 16 980 A1 wird eine Messrolle beschrieben, bei welcher der Ringspalt mit einer Kunststoffschicht abgedichtet ist. Die Verschmutzungen können sich hierbei im Kunststoff ablagern.
-
Aus
EP 1 432 536 B1 sind verschiedene Ausführungen der Sensorabdeckung und der Sensorbefestigung bekannt, die dazu dienen, die Aufnahmebohrungen für die Sensoren in der Messrolle ohne einen Ringspalt abzudichten. Der Austausch defekter Sensoren ist in einer solchen Messrolle besonders aufwändig.
-
DE 102 07 501 C1 offenbart eine Vorgehensweise, die das Problem von Ringspalten dadurch umgeht, dass zur Aufnahme der Drucksensoren dicht unter der Oberfläche verlaufende achsenparallele Bohrungen oder Kanälen verwendet werden. Das Verfahren ist jedoch sehr unwirtschaftlich und die Auswechslung einzelner Sensoren ist mit hohem Aufwand verbunden.
-
DE 198 38 457 A1 beschreibt eine Messrolle, bei der ein Mantelrohr auf einen Grundkörper aufgeschrumpft wird, wobei der Grundkörper die Radialbohrungen mit den Sensoren enthält. Ein Austausch defekter Sensoren ist bei dieser Messrolle besonders schwierig.
-
Aufgabe der Erfindung ist es, die Nachteile nach dem Stand der Technik zu beseitigen und ein wirtschaftlicheres Verfahren für den Einbau bzw. den Austausch der Sensoren in der Messrolle zu ermöglichen. Zudem soll das wirtschaftliche Potential solcher Messrollen durch Gewichtsreduktion verbessert werden.
-
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. Zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Merkmalen der Patentansprüche 2 bis 6.
-
Nach Maßgabe der Erfindung wird vorgeschlagen, dass die Komponente der Messrolle, welche die Sensoren und deren Befestigung enthält aus einem Hohlzylinder besteht. Dieser Hohlzylinder kann aus Stahl oder Leichtmetall beschaffen sein. Des Weiteren kann der Hohlzylinder aus Faserverbundwerkstoff bestehen, wie zum Beispiel kohlefaserverstärkten Kunststoff oder verstärktem Leichtmetall. Der Hohlzylinder kann ohne Weiteres auch aus Metall und Faserverbundwerkstoff zusammengesetzt sein.
-
In diesem Hohlzylinder können die Sensoren von innen durch eine formschlüssige und gegen Lockerung im Betrieb gesicherte Befestigung angebracht werden. Diese Befestigung kann zum Austausch eines Sensors manuell gelöst werden. Eine solche Sensorbefestigung kann beispielsweise eine Schraubverbindung mit einer Schraubensicherung sein.
-
Zur Sensoraufnahme befinden sich entsprechende Vertiefungen auf der Innenseite des Hohlzylinders. Die Vertiefungen können kreisrund sein und können einen Durchmesser aufweisen, der z. B. zwischen 10 und 50 mm liegt. Deren Tiefe ist zwischen 0,5 und 10 mm kleiner als die Wandstärke des Hohlzylinders.
-
Die Vertiefungen können Gewinde oder Nuten enthalten. Die Gewinde können jedoch beispielsweise auch in Form von eingepressten oder eingeklebten Gewindehülsen vorliegen.
-
In jede dieser Vertiefungen kann beispielsweise ein radial druckempfindlicher Sensor befestigt werden. Der Sensor wird dabei bis zum Kraftschluss mit dem Zylindermantel geführt und über die Seitenfläche der Vertiefung formschlüssig befestigt. Dies kann über ein Gewinde erfolgen. Bei Verwendung von biege- oder dehnungsempfindlichen Sensoren können diese auch auf Seiten der Vertiefung direkt mit dem Mantel stoffschlüssig verbunden werden.
-
Zweckmäßigerweise erfolgt die Verteilung der Vertiefungen und Sensoren in einer Anordnung so, dass Unwucht, Festigkeits- und Steifigkeitseibußen der Messrolle vermieden werden.
-
Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung erfolgt die die Verteilung der Vertiefungen und Sensoren so, dass in jeder Messposition Bandzugspannung und Messrollen-Durchbiegung auf den zugehörigen Abschnitten der Messrolle simultan erfasst werden können.
-
An jedem Sensor befindet sich ein Kabel oder ein Stecker, wodurch die Sensoren mit einer in der Rolle befindlichen Elektronik zur Signalverarbeitung bzw. Signalübertragung verbunden werden können.
-
Nach Maßgabe der Erfindung werden zur Herstellung einer solchen Messrolle folgende Schritte vorgeschlagen:
Der erste Schritt ist die Herstellung eines rundlaufenden Hohlzylinder mit entsprechender Geometrie (Durchmesser, Wandstärke), welcher die Anforderungen im Hinblick auf Festigkeit und Steifigkeit für die Messaufgabe erfüllt. Dieser erste Hohlzylinder kann dabei aus Metall oder Faserverbundwerkstoff bestehen und wird im Folgenden als Sensorträger bezeichnet. An den geplanten Sensorpositionen befinden sich Löcher im Sensorträger. Dabei kann es sich um kreisrunde Löcher mit einem Durchmesser zwischen 5 mm und 50 mm handeln, die durch Bohren oder Fräsen eingebracht wurden. Die Löcher können zudem mit Gewinden versehen sein.
-
Als nächstes werden in die Löcher Platzhalter eingebracht, so dass die Zylindermantelflache des Sensorträgers vorübergehend verschlossen wird. Der dabei an der Zylindermantelfläche entstehende Ringspalt kann zwischen 0.01 und 0.2 mm liegen. Der verwendete Platzhalter kann aus Metall oder Kunststoff bestehen. Der Platzhalter kann auch ein Außengewinde aufweisen, so dass er im Fall eines im Loch vorhandenen Gewindes einfach eingeschraubt werden kann.
-
Der Platzhalter kann zumindest mit der Zylindermantelfläche strukturkonform abschließen. Das heißt er weist außen dieselbe Krümmung wie die Zylindermantelflache auf. Eine zusätzliche Fixierung des Platzhalters und Abdichtung des Ringspaltes kann durch ein leichtes Verkleben oder Verspachteln des Spaltes auf der Seite der Zylindermantelfläche erfolgen.
-
Die Fixierung des Platzhalter kann auch durch eine mechanische Vorrichtung, wie z. B. einen Dorn im Inneren des Hohlzylinders erfolgen. Alternativ können auch Platzhalter verwendet werden, die über die Zylindermantelfläche überstehen. Diese können nach einer Fixierung durch mechanische Nachbearbeitung wie z. B. Abschleifen oder Abdrehen strukturkonform bündig zur Zylindermantelfläche angepasst werden.
-
Mantelflächenseitig kann der Platzhalters mit einer Trennschicht versehen sein. Diese Trennschicht kann ein Lack oder eine Folie sein.
-
Zur Herstellung der zentrischen und geschlossene Oberfläche wird nach dem Einsetzten der angepassten Platzhalter auf die Zylindermantelfläche des Sensorträgers ein äußerer Mantel stoffschlüssig aufgebracht. Zweckmäßigerweise werden dazu mit Harz oder Kunststoff imprägnierte Endlosfasern um die Mantelfläche des Sensorträgers aufgewickelt, bis die gewünschte Wandstärke erreicht ist. Nach einer alternativen Methode können alternativ Faserverbund Prepregs um den Sensorträger gelegt oder gewickelt werden, bis die gewünschte Dicke erreicht ist. Die Wicklung bzw. das Gelege wird danach ausgehärtet. Die Aushärtung erfolgt zweckmäßigerweise unter erhöhter Temperatur und unter Aufbringung von Druck auf die Wicklung bzw. das Gelege.
-
Zur Verbesserung des Rundlaufs kann die hierbei entstehende neue Mantelfläche z. B. durch Schleifen oder Drehen einfach mechanisch bearbeitet werden. Zweckmäßigerweise kann die neue Mantelfläche zusätzlich mit einer verschleißarmen Schutzschicht überzogen werden. Als Beschichtungsmaterial kann Metall, Keramik, Gummi oder Kunststoff dienen. Um die Vertiefungen freizulegen, werden die eingesetzten Platzhalter wieder herausgenommen.
-
Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung werden Gewindehülsen in die vorgefertigten Vertiefungen eingebracht. Die Befestigung kann durch Schraub- und/oder Klebeverbindung erfolgen.
-
Die Sensoren werden in die Vertiefung bzw. in die Gewindehülsen eingeschraubt und gesichert. Dabei können die Sensoren zweckmäßigerweise im selben Arbeitsschritt justiert und kalibriert werden.
-
Die vorgeschlagene Anordnung ist besonders robust. Defekte Sensoren lassen sich mit sehr geringem Aufwand austauschen.
-
Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung besteht der innere Zylinder aus Kohlefaserverbundwerkstoff. Dadurch wird die vorgeschlagene Anordnung besonders leicht.
-
Nach einer weiteren besonders vorteilhaften Ausgestaltung ist der Sensor ein druckempfindlicher piezoelektrischer Sensor, der nach dem Einbau einen Kraftschluss mit dem Mantel des Hohlzylinders aufweist.
-
Mit einer derartigen Messrolle ist es möglich, die Bandzugspannungsverteilung in Walzprozessen zu überwachen.
-
Nachfolgend werden vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
-
1 Eine schematische Schnittansicht der Rolle ohne Sensoren,
-
2 eine schematische Schnittansicht eines Platzhalters,
-
3 eine schematische Schnittansicht einer Gewindehülse,
-
4. eine schematische axiale Schnittansicht der Messrolle,
-
5 eine schematische radiale Schnittansicht der Messrolle,
-
6 eine schematische Schnittansicht eines Ausschnitts der Messrolle.
-
In den 1 bis 6 ist mit dem Bezugszeichen 1 jeweils der Sensorträger bezeichnet. Dieser kann beispielsweise aus einem kohlefaserverstärkten Kunststoff hergestellt sein. Mit dem Bezugszeichen 2 ist der Mantel bezeichnet. Er kann ebenfalls aus kohlefaserverstärktem Kunststoff bestehen und durch ein Wickelverfahren und anschließende Aushärtung aufgebracht werden. Mit dem Bezugszeichen 3 werden die Vertiefungen bezeichnet, die mit einem Gewinde oder einer Gewindehülse versehen sein kann. Mit Bezugszeichen 4 werden die Platzhalter bezeichnet, die zur Verschließung der Löcher dienen, damit beim nachträglichen Laminier oder Wickelprozess ein oberflächenkonformes Verschließen der Löcher gelingt und keine „Mulden” übrig bleiben. Mit dem Bezugszeichen 5 sind die Gewindehülsen bezeichnet, die Optional in die Vertiefungen eingeklebt oder eingeschraubt werden können. Mit dem Bezugszeichen 6 sind jeweils die Sensoren bezeichnet. Diese werde entweder direkt in die Vertiefungen oder in die Gewindehülsen eingeschraubt. Mit dem Bezugszeichen 7 ist der Hohlzylinder bezeichnet, der stoffschlüssig aus dem Sensorträger und dem Mantel zusammengesetzt ist.
-
Bezugszeichenliste
-
- 1
- Sensorträger
- 2
- Mantel
- 3
- Vertiefung
- 4
- Platzhalter
- 5
- Gewindehülse
- 6
- Sensor
- 7
- Hohlzylinder
- M
- Messrolle
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
- DE 9218981 [0002]
- DE 19616980 A1 [0003]
- EP 1432536 B1 [0004]
- DE 10207501 C1 [0005]
- DE 19838457 A1 [0006]