Um die Messung der Spannungsverteilung durchführen zu können, wird das Metallband um die Meßrolle geführt. Die Messung erfolgt dann durch in der Rolle befindliche Kraft- Meßsensoren, mit denen das Band abgetastet wird. Die auf die Meßrolle wirkenden Bandumlenkkräfte führen in der Meßrolle zu Biegespannungen, die eine Verformung des Querschnitts der Meßrolle bewirken.

Ein grundsätzliches Problem bei einer derartigen Erfassung der Spannungsverteilung besteht in der Gefahr einer Beschädigung der Sensoren und darin, daß es zu Verschmutzungen der Meßsensoren kommt. Daher ist seit jeher versucht worden, die Meßsensoren so gegenüber Umgebung abzuschirmen, daß einerseits eine optimale Meßgenauigkeit erreicht und andererseits eine Zerstörung der Sensoren oder eine das Meßergebnis negativ beeinflussende Verschmutzung der Meßsensoren verhindert wird.

Ein Versuch dieser Art ist aus der DE 26 30 410 AI bekannt.

Bei dieser Meßrolle sind die Meßsenoren in in die Meßrolle eingeformten Aufnahmen eingesetzt. Zum Schutz der Meßsensoren ist die Meßrolle mit einem aufgeschrumpften Stahlmantel überzogen.

In ähnlicher Weise ist in der DE 198 38 457 A1 vorgeschlagen worden, den Meßrollenkörper mit einer durch ein dünnes Metallrohr gebildeten Ummantelung zu umgeben.

Dabei sitzt das für das für die Übertragung der im Betrieb wirkenden Kräfte eingesetzte Kraftübertragungselement mit einem Untermaß in einer zylindrisch geformten Aufnahme auf dem die Kräfte aufnehmenden Sensor, der auf dem Grund der Aufnahme angeordnet ist. Die zwischen dem Kraftübertragungselement und der Innenwand der Aufnahme vorhandene Fuge ist mittels einer Dichtmasse geschlossen, so daß das Kraftübertragungselement spielfrei in der Aufnahme gehalten ist.

Der Vorteil von mit einer Ummantelung umgebenden Meßrollen besteht darin, daß die Eigenschaften des Ummantelungsmaterials optimal an die Eigenschaften des zu walzenden Blechs angepaßt werden können. Beschädigungen der Blechoberfläche können so weitestgehend vermieden werden.

Gleichzeitig schützt die Ummantelung die Meßeinrichtung vor Verschmutzung. In der Praxis muß dazu allerdings in Kauf genommen werden, daß es dann, wenn die Ummantelung eine größere Wandstärke aufweist, zu einer beträchtlichen Verfälschung des Meßergebnisses kommt. So ist festgestellt worden, daß schon bei Ummantelungen mit einer Dicke von 2 mm große Kraftnebenschlüsse entstehen, die das Meßergebnis deutlich verfälschen.

Ausgehend von dem voranstehend erläuterten Stand der Technik bestand die Aufgabe der Erfindung darin, eine Vorrichtung zu schaffen, mit der sich die in einem Metallband auftretenden Spannungen sicher und bei minimierter Gefahr von störenden Einflüssen erfassen lassen.

Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung zum Erfassen der Spannungsverteilung von durch Bandzug belasteten Metallbändern die mit einer Meßrolle, mit mindestens einer in den Meßrollenkörper der Meßrolle eingeformten Aufnahme, mit einem Meßsensor, der in der Aufnahme sitzt, mit einem in der Aufnahme steckenden Kraftübertragungselement, welches einen auf den Meßsensor wirkenden Belastungsabsatz aufweist, dessen Querschnittsfläche kleiner als die Querschnittsfläche der Aufnahme ist, und mit einer in der Öffnung der Aufnahme sitzenden Abdeckung, deren nach außen weisende Oberfläche im wesentlichen flächenbündig zur Umfangsfläche des Meßrollenkörpers angeordnet ist.

Bei einer erfindungsgemäßen Vorrichtung ist ein Kraftübertragungselement vorgesehen, dessen Durchmesser derart bemessen ist, daß es mit Spiel in der Aufnahme sitzt. Über den Belastungsabsatz des Kraftübertragungselements erfolgt die Belastung des Meßsensors. Die Einleitung der im Betrieb von der Meßrolle aufgenommenen Kräfte in das Kraftübertragungselement erfolgt durch die auf dem Kraftübertragungselement abgestützte Abdeckung, welche die Öffnung der Aufnahme bis auf eine Fuge von geringer Breite, vorzugsweise jedoch fugenfrei, abdichtet. Abdeckung und Kraftübertragungselement sind dabei durch einen Preßsitz miteinander verbunden. Gleichzeitig ist das Kraftübertragungselement in geeigneter Weise mit der Meßrolle verbunden. Auf diese Weise ist sichergestellt, daß die auf die Abdeckung wirkenden Kräfte richtig und ohne Verfälschungen durch äußere Einflüsse auf den Meßsensor übertragen und von diesem als exaktes Abbild der tatsächlichen Belastungen an eine Meß-und Regeleinrichtung geliefert werden.

Wie beim eingangs erläuterten Stand der Technik kann bei einer erfindungsgemäßen Vorrichtung der Meßrollenkörper der Meßrolle mit einer vorzugsweise aus einem hinsichtlich der Schonung der Oberfläche des Bandes optimierten Kunststoff bestehenden Ummantelung umgeben sein, welche den in einer Aufnahme der Meßrolle sitzenden Meßsensor gegen äußere Einflüsse schützt. Die erfindungsgemäße Ausgestaltung des Kraftübertragungselements und seine durch Preßsitz verwirklichte Verbindung mit der Abdeckung ermöglichen es dabei, die Vorteile einer mit einer Ummantelung versehenen Meßrolle ohne die beim Stand der Technik bestehende Gefahr einer Verfälschung des Meßergebnisses zu nutzen.

Die Abdeckung selbst kann in die Öffnung der Aufnahme ebenfalls eingepreßt sein, so daß unabhängig vom Vorhandensein einer Ummantelung eine dauerhaft sichere Abdichtung der Aufnahme bei gleichzeitig im wesentlichen fugenlosem Übergang zwischen der Umfangsfläche der Meßrolle und der Abdeckung gewährleistet ist. Auf diese Weise wird einerseits sicher verhindert, daß sich lose Partikel im Bereich der Abdeckung festsetzen, die das Meßergebnis verfälschen könnten. Andererseits ist durch den Preßsitz sichergestellt, daß die Oberfläche des jeweils verarbeiteten Bandes nicht durch Ansammlungen von Schmutzpartikeln auf der Umfangsfläche der Meßrolle beschädigt wird.

Das Einpressen der Abdeckung in die Aufnahme kann in konventioneller Weise dadurch erfolgen, daß die Abdeckung in die Aufnahme eingeschrumpft wird. Alternativ können auch Formelemente, wie Keilschrägen oder ähnliches, vorgesehen werden, um ein mechanisch unterstütztes Einpressen der Abdeckung in die Aufnahme zu erleichtern. Die auf die Abdeckung wirkende Pressung verursacht eine Kraft, durch die der Meßsensor auch im Ruhezustand definiert vorgespannt ist. Daher ist es zweckmäßig, die während des Einpressens der Abdeckung auftretenden Kräfte über den Meßsensor zu erfassen, um so eine eindeutige Aussage über den tatsächlichen Belastungszustand des Sensors im fertig montierten Zustand zu erhalten.

Sitzt die Abdeckung nicht fugenlos in der Öffnung der Aufnahme, so sollte die vorhandene Fuge mittels einer geeigneten Dichtungsmasse abgedichtet werden, um ein Eindringen von unter die Ummantelung gelangendem Schmutz, wie Kriechöle etc., in die Aufnahme zu vermeiden.

Eine in bestimmten Einsatzfällen erfindungsgemäßer Meßrollen besonders vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung besteht dabei darin, daß die Abdeckung jeweils über einen Stützabschnitt auf dem Kraftübertragungselement abgestützt ist, dessen Querschnittsfläche kleiner ist als die Querschnittsfläche des Kraftübertragungselements im Bereich des Belastungsabsatzes, über den die Belastung des Meßsensors erfolgt. Bei Ausbildung eines solchen Stützabsatzes zwischen der Abdeckung und dem Kraftübertragungselement ist sichergestellt, daß die auf die Abdeckung wirkenden Kräfte konzentriert in das Kraftübertragungselement eingeleitet und von diesem auf den Meßsensor übertragen werden. Dies ermöglicht es, den Meßsensor, die Gestalt des Kraftübertragungselements und die Form der Abdeckung so aufeinander abzustimmen, daß ein stets optimal exaktes Meßergebnis erreicht wird.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist der Meßsensor ringförmig ausgebildet. Mit einem derart ringförmigen Meßsensor lassen sich die im Betrieb der Meßrolle auftretenden Belastungen besonders sicher erfassen.

Dies gilt insbesondere dann, wenn das Kraftübertragungselement einen Schaftabschnitt aufweist, dessen eines Ende fest mit der Meßrolle verbunden ist. Die den Spannungen im um die Meßrolle geführten Band entsprechenden Belastungen der Meßrolle lassen sich so besonders eindeutig erfassen.

Vorzugsweise ist der Belastungsabsatz als um den Schaftabschnitt umlaufender Kragen ausgebildet, so daß der Meßsensor und das Kraftübertragungselement koaxial zueinander angeordnet sein können und der Belastungsabsatz mit seiner von der Außenseite der Meßrolle abgewandten Unterseite auf den Meßsensor wirken kann. Bei dieser Gestaltung und Anordnung des Meßsensors und des Kraftübertragungselements ist sichergestellt, daß die im Betrieb der Meßrolle auftretenden Belastungen hinsichtlich ihrer Wirkrichtung und Verteilung von dem Meßsensor richtig erfaßt werden.

In der Regel ist es für eine einwandfreie Erfassung der Meßsignale erforderlich, das aus Abdeckung, Kraftübertragungselement und Meßsensor gebildete Meßsystem vorzuspannen. Durch die Tiefe, über die das Kraftübertragungselement in die Aufnahme eingeführt wird, läßt sich die Kraft exakt einstellen, mit der der Meßsensor vorgespannt wird.

Die erfindungsgemäß mehrteilige Ausführung der aus der Abdeckung und dem Kraftübertragungselement gebildeten, zur Übertragung der auftretenden Kräfte dienenden Baugruppe hat den Vorteil, daß sich für die Herstellung der Abdeckung und des Kraftübertragungselementes unterschiedliche Werkstoffe verwenden lassen. So kann die Abdeckung aus einem besonders verschleißfesten Material gefertigt werden, während ein an dem Kraftübertragungselement, zum Anschluß an die Meßrolle ausgebildeter Schaft aus einem zähen Werkstoff bestehen kann, der besonders gut in der Lage ist, die im Betrieb der Meßrolle auftretenden Belastungen aufzunehmen.

Der besondere Vorteil der erfindungsgemäßen Ausgestaltung einer Meßvorrichtung besteht somit darin, daß in einem ersten Arbeitsgang der Belastungsabsatz mit einem gegebenenfalls an ihm ausgebildeten oder mit ihm verbundenen Schaft in der Aufnahme der Meßrolle vormontiert und justiert werden kann. Anschließend wird dann die Abdeckung mit dem Belastungsabsatz verpreßt, wobei sie, sofern dies vorgesehen ist, gleichzeitig in die Öffnung der Aufnahme eingepreßt wird. Auf diese Weise kann die Lage des Belastungsabsatzes im Hinblick auf ein optimales Meßergebnis exakt ausgerichtet werden, ohne daß es dabei zu Behinderungen durch die Abdeckung kommt.

Die einwandfreie Erfassung der die Spannungsverteilung im untersuchten Band wiederspiegelnden Kräfte der Meßrolle kann zudem dadurch unterstützt werden, daß die Abdeckung und/oder das Kraftübertragungselement Formelemente aufweist, welche eine gerichtete Einleitung von auf die Abdeckung wirkenden Kräften auf das Kraftübertragungselement bewirken. Diese Formelemente können beispielsweise als Kerben, Einsenkungen, Nuten oder ähnliches ausgebildet sein, welche eine gezielte Schwächung des Kraftübertragungselements und/oder der Abdeckung bewirken und eine dementsprechend bevorzugte Verformungsrichtung der Kraftübertragung festlegen.

In anderen Fällen, bei denen wegen der in der Ummantelung begründeten Besonderheiten der Verformung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung nicht zweckmäßig ist, die von der Abdeckung aufgenommenen Kräfte konzentriert in den Meßsensor einzuleiten, sollte jedoch auf den voranstehend erläuterten Stützabschnitt verzichtet werden und die Preßverbindung zwischen der Abdeckung und dem Kraftübertragungselement so ausgebildet werden, daß die Abdeckung flächig auf der ihr zugeordneten Oberseite des Kraftübertragungselements aufliegt.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben und werden nachfolgend anhand einer Ausführungsbeispiele darstellenden Zeichnung näher erläutert. Es zeigen schematisch : Fig. 1 eine erste Meßrolle im Querschnitt, Fig. 2 eine zweite Meßrolle im Querschnitt, Fig. 3 eine dritte Meßrolle im Querschnitt, Fig. 4 eine vierte Meßrolle im Querschnitt.

Die in den Figuren dargestellten Meßrollen A bis D werden typischerweise in Kaltwalzwerken eingesetzt. Das hier nicht gezeigte, in dem Kaltwalzwerk verarbeitete Stahlband wird dazu über die Umfangsfläche der Meßrollen A, B, C, D umgelenkt.

Die aus einem Stahl gefertigten Meßrollenkörper 1 der Meßrollen A bis D weisen jeweils mindestens eine im Querschnitt kreisförmige, sacklochartig ausgebildete Aufnahme 2 auf, in deren Boden 3 zusätzlich jeweils eine angrenzend an ihren Grund mit einem Innengewinde versehene und koaxial zur Längsachse L der Aufnahme 2 ausgerichtete Bohrung 4 eingeformt ist.

In die Bohrung 4 ist ein Schaft 5a mit einem an seinem einen Ende ausgebildeten Gewindeabschnitt eingeschraubt. An seinem der Öffnung der Aufnahme 2 zugeordneten anderen Ende trägt der Schaft 5a einen Belastungsabsatz 5b, der als um den Schaft 5a umlaufender Kragen ausgebildet ist. Der »' Durchmesser Db des Belastungsabsatzes 5b ist dabei kleiner als der Innendurchmesser Di der Aufnahme 2.

Der Schaft 5a und der von ihm getragene Belastungsabsatz 5b bilden gemeinsam ein Kraftübertragungselement 5, über das ein ringförmig ausgebildeter, koaxial zur Längsachse L angeordneter Meßsensor 6 belastet wird. Der Meßsensor 6 ist dazu zwischen dem Belastungsabsatz 5b und dem Boden 3 der Aufnahme 2 derart eingespannt, daß der Belastungsabsatz 5b mit seiner von der Öffnung der Aufnahme 2 abgewandten Unterseite auf den Meßsensor 6 wirkt.

In der Oberseite des Kraftübertragungselements 5 ist eine Einsenkung 5d eingeformt. In die Einsenkung 5d ist ein an der Unterseite einer Abdeckung 7 ausgebildeter und gegenüber dieser vorstehender Absatz 7a eingepreßt. Auf diese Weise ist die Abdeckung 7 mit dem Kraftübertragungselement 5 fest verbunden.

Die Abdeckung 7 ist kreisrund ausgebildet und koaxial zur Längsachse L ausgerichtet. Ihr Durchmesser ist dabei so bemessen, daß sie die Öffnung der Aufnahme 2 im wesentlichen vollständig ausfüllt.

Der Verlauf der Außenfläche 7a der Abdeckung 7 ist an den Verlauf der Umfangsfläche des jeweiligen Meßrollenkörpers 1 angepaßt, so daß die Abdeckung 7 flächenbündig in die Aufnahme 2 eingepaßt ist. Die Anpassung der Abdeckung 7 an den Verlauf der Umfangsfläche 1 kann durch eine entsprechende Formgebung schon bei der Herstellung der Abdeckung 7 vorbereitet und nach erfolgter Montage der Abdeckung 7 durch eine spanabhebende Bearbeitung vollendet werden. Bei den Meßrollen A, B (Figuren 1,2) weist der Absatz 7a eine Länge auf, die größer ist als die Tiefe der Einsenkung 5d. Auf diese Weise bildet der Absatz 7a einen Stützabsatz, dessen Durchmesser Ds kleiner ist als der Durchmesser Db des Belastungsabsatzes 5b. Der Absatz 7a besitzt daher eine kleinere Querschnittsfläche als der Belastungsabsatz 5b. Auf diese Weise werden die von der Abdeckung 7 aufgenommenen Kräfte konzentriert in das Kraftübertragungselement 5 und von dort auf den Meßsensor 6 übertragen.

Stellt sich heraus, daß es infolge des Vorhandenseins eines Stützabsatzes aufgrund des Zusammenspiels von Ummantelung 9 und Abdeckung 7 zu übermäßigen, das Meßergebnis verfälschenden Verformungen im Bereich des Randes der Abdeckung 7 kommt, so kann dem dadurch begegnet werden, daß die Abdeckung 7 großflächiger auf der Oberseite des Kraftübertragungselements 5 abgestützt wird. Um dies zu ermöglichen, ist bei den Meßrolle C, D die Länge des Absatzes 7a der Abdeckung 7 kleiner als die Tiefe der Einsenkung 5d, so daß die Abdeckung 7 mit ihrer Unterseite flächig auf der Oberseite des Kraftübertragungselements 5 aufliegt.

Beim in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Abdeckung 7 in die Öffnung der Aufnahme 2 eingepreßt. Auf diese Weise ist die Aufnahme 2 gegenüber der Umgebung der Meßrolle A fugenlos dicht verschlossen. Die Einpreßkraft ist dabei so gewählt, daß einerseits ein dauerhaft fester Sitz der Abdeckung 7 gewährleistet und andererseits ein Eindringen von Schmutz in die Aufnahme 2 sicher vermieden wird.

A.. A Bei dem in den Figuren 2 bis 3 dargestellten Ausführungsbeispiel sitzt die Abdeckung 7 mit Spiel in der Öffnung der Aufnahme 2. Die zwischen dem Innenrand der Öffnung der Aufnahme 2 und dem Außenrand der Abdeckung 7 verbleibende Fuge ist durch eine Dichtungsmasse 8 verschlossen.

Der Meßrollenkörper 1 der in Fig. 4 dargestellten Meßrolle D ist von einer Ummantelung 9 umgeben, die aus einem Kunststoff besteht, der weicher ist als der Stahl, aus dem die Meßrollenkörper 1 der Meßrollen A, B jeweils hergestellt sind. Die Dicke der Ummantelung ist dabei so bemessen, daß die in der Praxis an das Abschliffmaß gestellten Anforderungen (Abschliffmaß 2 2 bis 3 mm) sicher erfüllt werden.

BEZUGSZEICHEN A, B Meßrollen L Längsachse der Aufnahme 2 Db Durchmesser des Belastungsabsatzes 5b Di Innendurchmesser der Aufnahme 2 Ds Durchmesser des Absatzes 7a 1 Meßrollenkörper 2 Aufnahme 3 Boden der Aufnahme 2 4 Bohrung 5 Kraftübertagungselement 5a Schaft 5b Belastungsabsatz 5d Einsenkung .-' 6 Meßsensor 7 Abdeckung 7a (Stütz-) Absatz der Abdeckung 7 8 Dichtungsmasse 9 Ummantelung