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.

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.

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

• 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

• die Endbegrenzungslinie im Schnittpunkt der Endbegrenzungslinie mit der Umfangsfläche schneidet, und

• den Punkt der Sensorfläche des zweiten Kraftsensors schneidet, der der Sensorfläche des ersten Kraftsensors am nächsten liegt, kleiner als 65° ist.

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.

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.

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.

Bei dem aus WO 2020/120328 A1 bekannten Verfahren besteht das Problem, dass der Bandzug nur einmal pro Umdrehung der Messrolle gemessen wird.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

BESCHREIBUNG MESSROLLE (GRUNDAUFBAU):

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.

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.

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.

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.

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 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 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 einer bevorzugten Ausführungsform ist der Messrollenkörper zylinderförmig ausgeführt.

ANORDNUNG ERSTER und ZWEITER KRAFTSENSOR:

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.

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.

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 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 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 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.

ANORDNUNG DRITTER KRAFTSENSOR:

Erfindungsgemäß weist die Messrolle einen dritten Kraftsensor auf.

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.

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.

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.

BESCHREIBUNG KRAFTSENSOREN:

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.

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.

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 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 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 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 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 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 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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

Die Erfindung nutzt die Erkenntnis aus, dass sich der Messrollenkörper durchbiegt, wenn er

• einerseits endseits radial gelagert ist, beispielsweise durch das Lagern von Lagerzapfen der Messrolle in Ständern,

• und andererseits ein mit Bandzug beaufschlagtes bandförmiges Gut mit einem Umschlingungswinkel über die Messrolle geführt wird.

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 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 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 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 einer bevorzugten Ausführungsform ist ein vierter Kraftsensor vorgesehen, wobei der vierte Kraftsensor

• entweder in der Ausnehmung angeordnet ist

• oder in der weiteren Ausnehmung angeordnet ist

• oder in der für den dritten Kraftsensor vorgesehenen Ausnehmung angeordnet ist

• 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.

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.

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.

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.

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 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

• Drucken mittels 3D-Drucker,

• Laserstrahlschmelzen,

• Elektronenstrahlschmelzen,

• Laser-Pulverauftragsschweißen

• thermischem Spritzen

• Auftragsschweißen

• Auftragslöten

• ein Drahtlaserauftragsschweißen,

• ein Pulverbettverfahren, insbesondere bevorzugt das sog. „Selectiv Laser Sintering“ (SLS) oder das sog. „Selective Laser Melting“ (SLM),

• das Laser Metal Deposition (LMD),

• das Extremhochgeschwindigkeitslaserauftragsschweißen (EHLA) und/oder

• Lichtbogenschweißen mit Drahtvorschub erzeugt wird. In einer bevorzugten Ausführungsform wird die erfindungsgemäße Messrolle nach dem in WO 2020/174001 beschriebenen Verfahren hergestellt.

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.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen des Näheren erläutert. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 die Seitenansicht einer ersten Ausführungsform einer Messrolle teilweise im Schnitt;

Fig. 2 eine Messrolle mit Kabelkanälen in perspektivischer Darstellung mit abgenommenem Deckel;

Fig. 3 einen Ausschnitt einer Stirnansicht der Messrolle gemäß 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.

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 dem

Messrollenkörper wirkenden Druck- und Zugspannungen; eine schematische Seitenansicht auf die erfindungsgemäße Messrolle zur

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 des

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

Die Halterung 1101 weist eine Innenhülse 1105 auf, die aus einem ersten oberhalb der für den Kraftsensor 1102 vorgesehenen Einbauposition angeordneten Innenkeilelement

1106 mit einer zu der Einbauposition des Kraftsensors 1102 weisenden Innenfläche

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.

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.

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.

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.

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. 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.

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

Örtliche Radialkraft in N

^F R,i

Örtliche Zugkraft in N

Fz,i = FR,i / (2 x sin a/2) a = Bandumlenkwinkel um Messrolle

Örtliche Zugspannung in N/mm2

6z,i = Fz,i / (b£| x d) bEI = Messzonenbreit d = Banddicke

Zugspannungsabweichung in N/mm2

A6z,i = 6z, max - 6z, i

6z,max = maximale örtliche Zugspannung

Bandlängenabweichung in pm/m

AL/Lj=(A6z,i /E)x10 ⁶

5

E=E-Modul (Estahl =2,06x10° N/mm2)

Bandlängenabweichung in I-Unit

5

E=E-Modul (Estahl =2,06x10° N/mm2)

Beispiel:

Quarz-Kraftsensor: Empfindlichkeit = 4,2 pC/N

Ladung am Sensor: = 210 pC

Kraft auf 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 10 ⁶ =162,34 pm/m E = E-Modul

5

(Estahl = 2,06 x 10° N / mm2)

5

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.

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.

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. 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).

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°.

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:

F_Sensor = F_Radial * k, wobei k eine Proportionalitätsfaktor ist.

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,

• einer Radialkraft F_Radialbandzug, die aus dem gesuchten Bandzug resultiert,

• einer Radialkraft aus dem Eigengewicht F_Gewicht der Messrolle.

Dies lässt sich mit der nachstehenden Formel ausdrücken, wobei die einzelnen Kräfte (F_Sensor, F_Radial, F_Unwucht, F_Radialbandzug, F_Gewicht) Skalare sind:

F_Radial = F_Unwucht + F_Radialbandzug + F_Gewicht.

Die Radialkraft F_Unwucht ist proportional zum Quadrat der Winkelgeschwindigkeit der Messrolle 10 nach folgender Gleichung:

F_Unwucht = m * e * w ² , 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).

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.

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.

Die Radialkraft F_Gewicht durch die Gewichtskraftverläuft sinusförmig über dem Drehwinkel und lässt sich mit folgender Gleichung ausdrücken:

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.

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.

Das Koordinatensystem ist so gewählt, dass der Winkel a = 0° bei der „3-Uhr-Position“ liegt.

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.

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.

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.

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):

F_Unwucht = m * e * w ² ,

F_Radialbandzug =

F_Bandzug * 2 * sin (0,5 * ß) * sin(a + a_B) =

F_Bandzug * 2 * sin (0,5 * 60°) * sin(200° + 120°) =

F_Bandzug * 2 * 0,866 * -0,643 =

F_Bandzug * -1 ,114

Für die momentane, in Fig. 13 dargestellte Messsituation:

-> 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.

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.

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.

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.

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:

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.

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.

Die einzelnen in Fig. 15 dargestellten Kurven zeigen singulär den Effekt des jeweils betrachteten Effekts, also unter Weglassen anderer Effekte.

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.

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.

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.

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.