DE19729821C2 - Meßeinrichtung zur Ermittlung von Eigenschaften eines profil- oder band- oder draht- oder mehrdrahtförmigen Richtgutes - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Meßeinrichtung zur Ermittlung von Eigenschaften eines profil- oder band- oder draht- oder mehrdrahtförmigen Richtgutes mit zwei antreibbaren drehbaren Rollen, die nacheinander vom Richtgut umschlungen werden und mit einem Drehzahlmesser gekoppelt sind, wobei jeder umschlungenen Rolle eine weitere umschlungene Rolle derart zugeordnet ist, daß jede Rolle halbkreisförmig umschlungen ist.

Aus der GB 15 45 609 ist ein Verfahren zur kontinuierlichen Messung und Anpassung des Glühzustandes eines Drahtes oder eines Endlosmaterials bekannt. Der Glühzustand korrelliert mit den mechanischen Eigenschaften des Materials, die in ihrer Gesamtheit über eine lokale Dehnung identifiziert werden. Die spezifische lokale Verformung führt zu einer integralen Charakterisierung eines Werkstücks, wobei diese Charakterisierung sich nur auf das besondere Problem der Modifikation des Glühzustandes, d. h. die Regelung des Glühprozesses verwenden läßt. Gemäß diesem Verfahren wird primär durch eine Rolle kleinen Durchmessers sowie sekundär durch eine mechanische Spannung, aufgebracht durch eine Masse, nur eine lokale Dehnung des Endlosmaterials an der Außenseite hervorgerufen. Die sekundäre mechanische Spannung dient dazu, eine möglichst gleichmäßige und konstante Umschlingung der Rolle mit dem Ziel der Biegeverformung bzw. -dehnung ausschließlich im Bereich dieser Rolle zu ermöglichen. Somit erfolgt die integrale Charakterisierung des Werkstücks über die Wirkung eines Biegemomentes über den Biegewinkel, die der Biegearbeit entspricht. Durch diese Vorrichtung ist es nicht möglich, eine Kraft zu messen bzw. zu ermitteln, auch gibt sie darauf keinen Hinweis.

Aus Pat. Abstr. of Japan P-426, 1986, Vol. 10, Nr. 30, JP 60-179625 (A) ist ein Prüfgerät zur Durchführung technologischer Versuche für Glasfasern bekannt, aus denen sich auf die auf eine Glasfaser aufgebrachte Zugkraft sowie auf die Längenänderung in grober Annäherung schließen läßt. Dies gelingt auch nur dann näherungsweise, wenn die Masse bekannt ist und der Spannungsabfall am Potentiometer ausgewertet werden kann. Das daraus bekannte Prüfgerät ist somit nur zur Durchführung von technologischen Wechselbelastungsversuchen im Sinne einer Betriebsfestigkeit geeignet. Die Identifikation von Werkstückkenngrößen ist nicht möglich.

Aus der DE-OS 19 63 120 ist es bekannt, einen sich fortlaufend bewegenden Draht einer hohen Spannung auszusetzen, wodurch bei einem Werkstück die Einhaltung einer vorgegebenen Zugfestigkeit überprüfbar ist, z. B., um einen Drahtriß festzustellen. Eine Quantifizierung des Parameters Zugfestigkeit ist hier nicht möglich, da derartige Informationen innerhalb der wirksamen Versuchslänge nicht zur Verfügung stehen. Hieraus ist auch das Aufbringen eines Schlupf verhindernden bzw. vermindernden Belags in Form von Weichgummi bekannt, das wegen seiner Elastizität andere Probleme mit sich bringt, z. B. einen Dehnschlupf nicht verhindert.

Aus der DE 43 29 051 A1 ist es bekannt, ein Bremsmoment zum Aufbringen einer Zugkraft vorzusehen.

In DRAHT 45 (1994) 4/5 S. 273/4 ist ein Meßsystem zum kontinuierlichen Messen des E- Moduls beim Drahtziehen beschrieben. Die Meßeinrichtung erfaßt und dokumentiert kontinuierlich den Durchmesser, die Fertigungslänge, Zugkraftänderungen sowie die Dehnung von Runddrähten und errechnet aus diesen Größen den Elastizitätsmodul. Hierzu weist die Einrichtung insbesondere zwei drehbare von Runddraht zu 360° umschlungene Rollen mit unterschiedlichen Durchmessern und eine Meßrolle, über die der Runddraht läuft, zur Ermittlung der Zugkraft auf. Wird während der Messung die erste Rolle geringfügig mit einer regelbaren Intensität gebremst, während sich die zweite Rolle mit gleichbleibender Geschwindigkeit weiterdreht, entsteht im Draht eine elastische Dehnung, die über eine Impulsänderung eines vorgesehenen Inkrementaldrehgebers ermittelt wird.

Mit dieser Meßeinrichtung lassen sich jedoch nur die genannten Eigenschaften und auch nur von Runddrähten ermitteln.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Meßeinrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 dahingehend zu verbessern, die verschiedene Eigenschaften eines auch profilförmigen Richtgutes mit hoher Präzision zu ermitteln erlaubt.

Diese Aufgabe wird durch eine Meßeinrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen.

Nachfolgend wird die Erfindung unter bezug auf eine schematische Zeichnung näher erläutert.

Fig. 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer Meßeinrichtung zur Ermittlung von Eigenschaften von band- oder profilförmigem oder draht- und mehrdrahtförmigen Richtgut;

Fig. 2 zeigt die Bestimmung des Elastizitätsmoduls E und des Verfestigungsmoduls V.

Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel einer Meßeinrichtung sind zwei Rollen 1, 2 im Abstand voneinander drehbar gelagert, wobei zwischen ihnen eine Meßrolle 3 einer bekannten Einrichtung zur Messung der Zugkraft angeordnet ist. Der Rolle 1 ist eine zusätzlich Rolle 5 und der Rolle 2 eine zusätzliche Rolle 6 derart zugeordnet, daß alle Rollen 5, 1, 2, 6 aufeinanderfolgend durch ein Richtgut 4, z. B. einen Draht oder einen Mehrdraht oder ein Profil oder ein Band um etwa 180°, d. h. etwa um ihren halben Umfang umschlungen und zwischen den Rollen 1 und 2 über die Meßrolle 3 geführt werden. Nach Verlassen der zusätzlichen Rolle 6 wird dann das Richtgut 4 einer Weiterverarbeitung, z. B. einem Richtapparat zugeführt. Die Drehrichtung der Rollen 5, 1, 2 und 6 ist durch Pfeile in der Figur wiedergegeben.

Um Schlupf auszuschließen bzw. mindestens stark zu vermindern und den bei der Umschlingung entstehenden Dehnschlupf zu minimieren sind die Rollen 1, 2, 5, 6 mit einem reibungserhöhenden Belag versehen, der so ausgewählt wird, daß die Dehnung des Werkstoffes des Richtgutes 4 kompensiert werden kann. Ein derartiger Beschichtungsstoff ist ein Kunststoff, z. B. Polyurethan.

Mindestens jeder Rolle 1, 2 ist ein Drehzahlmeßgerät (nicht dargestellt) zugeordnet, dessen Meßergebnisse einem Speicher 7 und einer Auswerteeinheit 8 zugeführt werden. Aus den Meßwerten der Drehzahlen werden die jeweiligen Winkelgeschwindigkeiten berechnet. Bei Kenntnis der Rollenradien der Rollen 1 und 2 kann unter Berücksichtigung der jeweiligen Winkelgeschwindigkeit der jeweilige Richtgutdurchmesser berechnet werden. Um den Elastizitätsmodul und die Streckgrenze bzw. eine Dehngrenze bei nichtproportionaler Dehnung eines Richtgutes zu ermitteln, wird z. B. die Rolle 1 und/oder die zusätzlich vorgeschaltete Rolle 5 nach einem vorgegebenen Plan gebremst. Dies bedingt, daß auf die Rollen 1 und 2 gegebenenfalls auch auf die zusätzlichen Rollen 5 und 6 Drehmomente übertragbar sein müssen. Hierzu kann ein regelbarer motorischer Antrieb oder auch eine mechanische Bremse vorgesehen sein. Letztere insbesondere dann, wenn das Richtgut durch die Meßeinrichtung gezogen wird, d. h. keine Rolle angetrieben ist.

Wird z. B. die Rolle 1 und/oder die zusätzliche Rolle 5 entsprechend einem vorgegebenen Plan gebremst, ergibt sich aus jedem definiert eingestellten Bremsmoment eine entsprechende Dehnung des jeweiligen Richtgutes 4. Die Dehnung korreliert mit den Winkelgeschwindigkeiten der Rollen 1 und 2 und ist durch eine einfache analytische Gleichung berechenbar.

Bei gleichzeitiger Ermittlung der Zugkraft mittels der Meßrolle 3 lassen sich Wertpaare der Spannungs-Dehnungs-Kurve des jeweiligen Richtgutes 4 bestimmen. Wird die Rolle 1 nach einem spezifischen Plan gebremst, d. h. wenn das Bremsmoment M_1Brems z. B. schrittweise erhöht wird und immer zugleich Null ist, können mit Hilfe von Meßwerten und Gleichungen die Streckgrenze σ_s, der Elastizitätsmodul E und der Verfestigungsmodul des Richtgutes bestimmt werden. Gemessen werden die Drehzahlen der Rollen 1 und 2 (n1, n2) sowie die auf die Meßrolle 3 wirkende Radialkraft F_R. Die Zugkraft F_Z des Richtgutes bestimmt sich dann nach FZ = FR sin. Bei synchroner Messung der Drehzahlen n1 und n2 ist die Dehnung ε_Z des Richtgutes bei einer Zugkraft F_Z nach Gleichung 1 zu bestimmen

Werden für unterschiedliche Bremsmomente M_1Brems die Wertepaare ε_Z, F_Z/Q ermittelt, wobei Q der Querschnittsfläche des jeweiligen Richtgutes entspricht, kann der Elastizitätsmodul E durch eine Regressionsanalyse berechnet werden, wobei der Anstieg der Ausgleichsgeraden (siehe Fig. 2) durch die Meßwerte gleich dem Elastizitätsmodul E ist.

In Abhängigkeit von der Charakteristik der durch die Meßwerte erhaltenen Kurve (ausgeprägter Fließbereich vorhanden oder nicht) ergeben sich die Streckgrenze σ_s bzw. die Dehngrenzen bei nicht proportionaler Dehnung, z. B. die 0,2%-Dehngrenze σ_0,2. Für die Bestimmung dieser Parameter eignen sich die Richtlinien bzw. Algorithmen nach DIN EN 10002.

Aus größeren Bremsmomenten M_1Brems folgen größere Dehnungen. Wird ein Richtgut plastisch gedehnt, kann durch eine Regressionsanalyse aus den Wertepaaren ε_Z, F_Z/Q der plastischen Verformung der Verfestigungsmodul V bestimmt werden (s. Fig. 2).

Bei ungebremsten Rollen 1, 2, d. h. das Bremsmoment ist gleich 0, kann der Durchmesser des Richtgutes nach folgender Gleichung

bestimmt werden. In der Gleichung 1 stellen ω1 und ω2 die Winkelgeschwindigkeiten der Rollen 1 und 2 und D1 und D2 die Durchmesser dieser Rollen 1, 2 dar. Die Winkelgeschwindigkeiten sind nach folgender Formel ω = π.n/30 zu berechnen, wobei für n die jeweils gemessenen Drehzahlen n1 bzw. n2 der Rollen 1, 2 in der Einheit U/min eingesetzt werden.

Claims (4)

1. Meßeinrichtung zur Ermittlung von Eigenschaften eines profil- oder band- oder draht- oder mehrdrahtförmigen Richtgutes (4) mit zwei antreibbaren drehbaren Rollen (1, 2), die nacheinander vom Richtgut (4) umschlungen werden und mit einem Drehzahlmesser gekoppelt sind, wobei jeder umschlungenen Rolle (1, 2) eine weitere umschlungene Rolle (5, 6) derart zugeordnet ist, daß jede Rolle (1, 2, 5, 6) halbkreisförmig umschlungen ist, dadurch gekennzeichnet, daß bei elastisch-plastischer Verformung zur Ermittlung des Verfestigungsmoduls, der elastisch-plastischen Dehnung sowie der Streckgrenze bzw. der Dehngrenzen bei nicht proportionaler Dehnung, sie eine Meßrolle (3) aufweist, über die das Richtgut zur Ermittlung der Zugkraft läuft, daß jede Rolle (1, 2, 5, 6) mit einem dehnschlupfvermindernden Kunststoffbelag versehen ist und daß gleichzeitig auf mindestens eine Rolle (1, 5 oder 2, 6) ein Antriebsmoment und/oder auf mindestens eine andere Rolle (2, 6 oder 1, 5) ein Bremsmoment aufbringbar ist.

2. Meßeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie mit einem Speicher (7) zur Erfassung der Meßdaten und/oder mit einer Auswerteeinheit (8) verbunden ist.

3. Meßeinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Speicher (7) oder die Auswerteeinheit (8) eine an einen Drucker angeschlossene Dokumentationseinheit aufweist.

4. Meßeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Kunststoffbelag der Rollen (1, 2, 5, 6) aus Polyurethan besteht.