DE102005059822B3

DE102005059822B3 - Vorrichtung zur Einstellung der Bandspannung in Anlagen zur Wärmebehandlung insbesondere dünner Metallbänder

Info

Publication number: DE102005059822B3
Application number: DE200510059822
Authority: DE
Inventors: Carl Kramer
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2005-12-14
Filing date: 2005-12-14
Publication date: 2007-05-31
Anticipated expiration: 2025-12-15

Abstract

Vorrichtung zur Einstellung der Bandspannung in Anlagen zur Wärmebehandlung insbesondere dünner Metallbänder 10 im Durchlauf mit einem waagenbalkigen Schwenkarm 4, einer auf dem Schwenkarm 4 verlagerten Tänzerrolle 1, einem auf dem Schwenkarm 4 senkrecht zur Schwenkachse verschieblichen Laufgewicht 8, und einem Stellantrieb zum linearen Verschieben des Laufgewichts 8 auf dem Schwenkarm 4, wobei das verschiebliche Laufgewicht 8 in einer Position auf dem waagebalkenartigen Schwenkarm 4 für eine Auflagekraft "Null" der Tänzerrolle ein elektrisches Signal auslöst, und das Laufgewicht 8 mindestens als Ganzes aus der signalauslösenden Position in Richtung auf die Tänzerrolle 1 hin mittels des Stellantriebes zur genauen Einstellung der Auflagekraft der Tänzerrolle 1 in der Bandschlaufe 11 und damit der Bandspannung verfahrbar ist. Es ist wenigstens ein Zusatzgewicht (13) zur Erhöhung des Bandzuges an einem zusätzlichen waagebalkenartigen Schwenkarm (9) kraft- und/oder formschlüssig befestigt.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur genauen Einstellung geringer Bandzüge und Bandspannungen in Durchlauf-Wärmebehandlungsanlagen für insbesondere dünne Metallbänder.
Dem Stand der Technik entsprechend wird eine Bandschlaufe gebildet, in der eine Tänzerrolle auf dem Band aufliegt. Der Bandantrieb, z. B. bewirkt durch je eine S-Rolle vor der Tänzerrolle und hinter der Wärmebehandlungsanlage, wird dann derart geregelt, dass die Bandschlaufe mit Tänzerrolle immer im zulässigen Bandschlaufenbereich verbleibt.
Der zulässige Bandschlaufenbereich wird durch den Weg definiert, um den sich der Mittelpunkt der Tänzerrolle vertikal nach oben und unten bewegen darf. Dieser Weg wird durch die Konstruktion der Anlage vorgegeben. Die Abweichungen nach oben und nach unten werden durch geeignete Sensoren erfasst und dienen als Steuer- oder Regelgröße für den Bandantrieb. Senkt sich die Tänzerrolle, wird die Drehgeschwindigkeit der der Tänzerrolle vorgelagerten S-Rolle reduziert, hebt sich die Tänzerrolle, wird die Geschwindigkeit entsprechend erhöht.
Die Bandspannung wird durch die Kraft bestimmt, mit der die Tänzerrolle in der Bandschlaufe auf dem Band aufliegt. Diese Kraft folgt aus dem an der Achse der Tänzerrolle, die auf einem Schwenkarm nach Art eines Waagebalkens verlagert ist, angreifenden resultierenden Moment. Dieses resultierende Moment kann durch Verschieben eines Laufgewichtes auf dem Schwenkarm aus der Gleichgewichtslage für resultierendes Moment = Nullzur Tänzerrolle hin genau eingestellt werden. Dabei kann das Laufgewicht sowohl als Ganzes als auch Teile davon verschoben werden. Die Position des Laufgewichts für die Gleichgewichtslage des Schwenkarms, also die Auflagekraft der Tänzerrolle in der Bandschlaufe = Nullist durch ein elektrisches Signal bekannt, das in der Gleichgewichtsposition des Laufgewichts, z. B. durch einen Schaltkontakt, ausgelöst wird.
Zusätzlich kann zur Erhöhung der Bandspannung in Stufen mindestens ein Zusatzgewicht form- oder kraftschlüssig an dem Schwenkarm befestigt oder auf diesem aufgelegt werden.
Bei bekannten Anlagen zur Wärmebehandlung insbesondere dünner Metallbänder wird die bekannte, auf einem Schwenkarm verlagerte und sich in einer Bandschlaufe auf- und abbewegende Tänzerrolle durch einen vorzugsweise mit Druckluft betriebenen Zylinder derart be- oder entlastet, dass sich der gewünschte Bandzug einstellt. Hierzu ist es erforderlich, wie aus dem Schema 1 ersichtlich, die Bandzugkraft mittels einer Zugmessrolle zu messen und danach den Luftdruck des Druckluftzylinders zu regeln bzw. einzustellen. Zusätzlich muss die Position der Tänzerrolle erfasst werden, da nach dieser Position der Bandantrieb für den Transport des Bandes zur Tänzerrolle in 1 über die S-Rolle 1, relativ zum Bandantrieb hinter der Wärmebehandlung gemäß 1 über die S-Rolle 2, geregelt bzw. gesteuert wird. Der Bandantrieb über die S-Rolle 2 hinter der Wärmebehandlung dient dabei als Master, der die Bandgeschwindigkeit vorgibt. Der Bandantrieb S 1 vor der Tänzerrolle bewegt das Band gegenüber dem Master-Antrieb etwas schneller, wenn sich die Tänzerrolle anhebt, und umgekehrt etwas langsamer, wenn diese sich absenkt.
Statt hinter der Wärmebehandlung wird der Masterantrieb hinter der Bandoberflächenbehandlung angeordnet, wenn eine solche sich an die Wärmebehandlung anschließt. Dann arbeitet der Bandantrieb hinter der Wärmebehandlung generatorisch als Bremse, um die für die Oberflächenbehandlung notwendige Bandspannung aufzubauen, und trennt diesen höheren Bandzug von dem niedrigeren Zug in der Wärmebehandlung. Der Bandantrieb vor der Tänzerrolle erhält in diesem Fall das Signal für die Bandgrundgeschwindigkeit vom Masterantrieb hinter der Oberflächenbehandlung.
Die Bandzugkraft in der Wärmebehandlung kann aber, insbesondere bei geringen Bandzügen, nicht genau eingestellt werden. Sie ist während des Bandlaufs nicht konstant und variiert zudem noch in kaum kontrollierbarer Weise mit der Position der Tänzerrolle. Dadurch können für Bänder geringen Querschnitts unzulässige Bandspannungsänderungen entstehen, die z. B. in Anlagen mit schwebender Bandführung zu Bandflattern, Bandberührung im Ofen und in der Regel zum Bandriss führen. Grund hierfür ist der bei pneumatischen Zylindern bekannte „Slip and Stick Effekt". Dies bedeutet im vorliegenden Fall, dass der Zylinder sich ruckartig bewegt und die Spannung des Bandes sich in nicht vorhersagbarer Weise durch das Zusammenwirken von Bandantrieb und Druckluftzylinder ergibt. Außerdem arbeitet die Kraftmesseinrichtung der Messrolle, die auch für die höchsten auftretenden Bandzüge ausgelegt sein muss, bei geringen Bandzügen an der unteren Grenze ihres Messbereichs und ist entsprechend ungenau.

Aus EP 0579854 ist eine Vorrichtung bekannt, bei der die Tänzerrolle, die ebenfalls an einem Schwenkarm befestigt ist, mittels eines ein Torsionsmoment erzeugenden Motors in der Bandschlaufe gegen das Band gedrückt wird. Um diesen Andruck noch zu verstärken, kann ebenfalls ein Laufgewicht auf dem Schwenkarm entsprechend verfahren werden. Diese Vorrichtung ist jedoch nur für relativ hohe Bandzüge in Walzeinrichtungen für kalte Bänder geeignet. So beträgt zum Beispiel die Reibung, in EP 0579854 als „mechanical loss" bezeichnet, ungefähr 20 N. Dies ist ein höherer Wert als der bei dünnen Metallbändern geringerer Breite bereits höchstzulässige Gesamtzug.

Ein weiterer Nachteil ist, dass genau wie bei dem Stand der Technik eine zusätzliche Regelung bzw. Steuerung erforderlich ist, die in komplizierter Weise mit dem Bandtransport zusammenwirken muss. Diese Vorrichtung ist daher in gleicher Weise wie andere Vorrichtungen nach dem Stand der Technik für dünne Metallbänder ungeeignet.

Aus der DE 692 27 312 T2 ist eine Vorrichtung zur Regelung des Bandzuges durch kontinuierliches Einführen des Bandes 1 zwischen der Oberseite der Transportrolle 2 und die Unterseite einer beweglichen Transportrolle 10 und durch Bewegen der beweglichen Transportrolle 10 bekannt. Die Vorrichtung umfasst die bewegliche Transportrolle 10, einen Arm 11, eine Stützwelle 12, einen Motor 14 für den Antrieb des Armes, eine Bandzug-Sensoreinrichtung 15 und eine Zug-Regelungseinrichtung 30. Diese Vorrichtung kann den Bandzug mit hoher Ansprechempfindlichkeit und hoher Genauigkeit über den Motor 14, der nur eine geringe Leistung aufweisen muss, regeln.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung für die genaue Einstellung geringer Bandzüge in Wärmebehandlungseinrichtungen für dünne Metallbänder zu schaffen.

Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung nach Anspruch 1 gelöst.

Zweckmäßige Ausführungsformen werden durch die Unteransprüche definiert.

Da der Bandzug und damit die Bandspannung durch ein Laufgewicht eingestellt wird, ist er im Bereich der im Betrieb vorkommenden Schwenkwinkel des Schwenkarmes nahezu konstant und erfordert keinen weiteren Regel- oder Steuerungsaufwand.

Da Metallbänder aus Material mit unterschiedlicher Härte, Festigkeit, etc. oder mit unterschiedlichen geometrischen Daten, wie Dicke und Breite, unterschiedliche Soll-Spannungen bei ihrem Durchlauf durch die Vorrichtung aufweisen, kann/können an dem Schwenkarm ein oder mehrere Zusatzgewichte angebracht oder auf den Schwenkarm aufgelegt werden. Bevorzugt ist es dabei, dass die Zusatzgewichte eine feste Position am Schwenkarm einnehmen und sie – im Gegensatz zum Laufgewicht – über keinen Antrieb verfügen, d.h. nicht linear auf dem Schwenkarm verfahrbar sind.

Die Anbringung der Zusatzgewichte erfolgt bevorzugt im Vorfeld einer Produktion. Obwohl grundsätzlich eine Anbringung von Hand durch das Bedienpersonal nicht ausgeschlossen sein soll, ist es bevorzugt, wenn die Befestigung am Schwenkarm automatisch erfolgt. Dies gilt ebenso für die Zuführung der Zusatzgewichte, die z.B. in einem Magazin an der Vorrichtung gelagert und dieser bei Bedarf automatisch zugeführt werden können. Da entsprechend dem zur Wärmebehandlung in der Vorrichtung vorgesehenen Bandmaterial verschiedene Zusatzgewichte, d.h. eine große Variation an unterschiedlichen Gewichten, bereitgestellt werden müssen, ist es bevorzugt, wenn auch die Zusatzgewichte so aufgebaut sind, dass das Gewicht durch Weglassen oder Hinzufügen von Gewichtselementen variabel ist.

Das Vorhandensein eines Zusatzgewichtes am Schwenkarm löst ein Signal aus, welches dem Bedienpersonal dessen korrekte Befestigung bestätigt. Bevorzugt generiert das Zusatzgewicht ein Signal, das seinem individuellen Gewicht entspricht, wodurch nicht nur das Vorhandensein eines Zusatzgewichtes vom Bedienpersonal erkannt wird, sondern gleichzeitig auch das Vorhandensein des richtigen Zusatzgewichtes.

Der Bandtransportmechanismus muss lediglich in der üblichen Weise sicherstellen, dass die Bandschlaufe in dem für die Tänzerbewegung zulässigen Bereich bleibt.

Eine bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird durch die weiteren 2 und 3 erläutert.
Es zeigen
1 eine Vorrichtung nach dem Stand der Technik
2 eine vereinfachte Zeichnung der erfindungsgemäßen Vorrichtung, in der die Hebelarme für die Bestimmung der Bandkraft bei verschienen Laufgewichtspositionen dargestellt sind; aus der Figur geht auch hervor, wie Zusatzgewichte auf den Schwenkarm aufgelegt werden können; und
3 das Regelschema für den Bandlauf, das im Vergleich zu 1 die Vorteile der erfindungsgemäßen Vorrichtung offenkundig macht.
Zwischen den beiden Umlenkrollen 2 und 3 bildet sich im Bandlauf des Bandes 10 eine Schlaufe 11, in der die Tänzerrolle 1 angeordnet ist. In der in 2 dargestellten Position befindet sich die Tänzerrolle 1 etwa in der Mittellage des durch die beiden Grenzformen der Schlaufe gebildeten Bereichs. Der Schwenkarm 4 für die Tänzerrolle 1 steht dabei horizontal. Dieser Schwenkarm 4 ist auf einer Achse 5 verlagert. Die Auflagekraft F der Tänzerrolle 1 entspricht, von der geringen Reibung abgesehen, der doppelten Bandzugkraft.
Zweckmäßiger Weise wird das als Schwenkarm 4 bezeichnete Bauteil aus zwei Balken zu beiden Seiten der Tänzerrolle 1 gebildet. Diese beiden Balken können auch in Verbindung mit Abdeckblechen, im Querschnitt betrachtet, ein Hohlprofil oder einen Kasten bilden. Die Achse 5 der Tänzerrolle 1 befindet sich etwa auf gleicher Höhe, weshalb die Tänzerrolle 1 mit entsprechenden Stützen 7 an dem Schwenkbalken 4 befestigt ist. Es ist vorteilhaft wenn auch der Schwerpunkt des Laufgewichts bei der Verschiebung in der von der Achse der Tänzerrolle 1 und der Schwenkachse 5 gebildeten Ebene verbleibt oder nur wenig davon abweicht. In der schematischen Darstellung der 2 ist aus Gründen der besseren Übersichtlichkeit die Höhe der Aufständerung 7 übertrieben. Die Lagerung des Schwenkarms 4 auf der Achse 5 ist reibungsarm. In dem Schwenkarm 4 kann das Laufgewicht 8 verfahren werden.
Die Lage des Schwerpunktes des Schwenkarms 4 mit Tänzerrolle 1 und sonstigen Anbauteilen, jedoch ohne Laufgewicht, ist durch den Punkt 6 angedeutet. Diese von Schwenkarm 4, Tänzerrolle 1 und Anbauteilen gebildete Masse beträgt in dem der 2 zugrunde gelegten Beispiel m₁ = 268 kg. Der Abstand des Schwerpunktes von der Vertikalen durch den Drehpunkt 5 des Schwenkarms beträgt a₁ = 152 mm. Die Laufgewichtsmasse ist mit m₂ = 200 kg angenommen. Das Laufgewicht muss folglich um a₂ = 200 mm nach rechts aus der Vertikalen durch die Drehachse 5 verschoben werden, um die Gleichgewichtsposition herzustellen. Ein Schalter (nicht dargestellt) löst in dieser Position ein elektrisches Signal aus, so dass der Steuerung die Position für das resultierende Moment "gleich Null" und damit auch Auflagerkraft der Tänzerrolle in der Bandschlaufe "gleich Null" bekannt ist.
Wird aus dieser Position das Laufgewicht um a2 + a3 = 475 mmnach links verschoben, so ergibt sich eine Kraft auf die Bandschlaufe (zweifacher Bandzug) von 1920 N. Bei einer weiteren Verschiebung auf insgesamt 800 mm aus der Gleichgewichtsposition beträgt die Kraft auf die Tänzerrolle 3230 N. Der Bandzug kann also mit hoher Genauigkeit im Bereich von 0 N bis 1615 N verändert werden.
Eine stufenweise Erhöhung des Bandzuges wird, wie ebenfalls in 2 dargestellt, durch Auflegen eines an einem weiteren Schwenkarm 9 befestigten Gewichtes 9 auf den waagebalkenartigen Schwenkarm 4 bewerkstelligt. Der Drehpunkt des Schwenkarms 9 ist dabei identisch mit demjenigen des Schwenkarmes 4, nämlich der Lagerung 5. Auch die Lagerung des Schwenkarmes 9 ist reibungsarm. Wird das Zusatzgewicht 13 nicht benötigt, so wird es z. B. mittels eines Pneumatikzylinders 12 oder einem anderen Linearantrieb aus der Auflageposition auf dem Schwenkarm 4 in die Ruheposition 13 angehoben. Um Reibungseinflüsse durch den zusätzlichen Schwenkarm 9 auf dem Schwenkarm 4 mit Tänzerrolle 1 und Laufgewichtswaage bei Betrieb ohne Zusatzgewicht auszuschließen, ist die Lagerung des Schwenkarmes 9 von der Lagerung des Schwenkarmes 4 getrennt. Das Auflegen dieses Zusatzgewichtes 13 auf den Schwenkarm 4 kann automatisch erfolgen. Beim Auflegen wird ein Signal ausgelöst, das der Steuerung der Vorrichtung mitgeteilt wird.
In 3 ist schließlich noch dargestellt, wie sich die Bandlaufsteuerung durch die erfindungsgemäße Vorrichtung vereinfacht. Es ist jetzt lediglich erforderlich, die Geschwindigkeiten, mit denen die S-Rolle S1 das Band antreibt, gegenüber dem Masterantrieb so zu regeln, dass die Tänzerrolle 1 in dem hierfür zulässigen Bereich der Bandschlaufe bleibt. Die Bandspannung selbst wird lediglich durch das Verfahren des Laufgewichts eingestellt. Dabei ist die Nulllage des Laufgewichts, bei der sich der Schwenkarm 4 mit Tänzerrolle 1 im Gleichgewicht befindet, durch die Erzeugung eines Signals bekannt, das in dieser Gleichgewichtsposition vom Laufgewicht 8 ausgelöst wird.
Im Folgenden wird die erfindungsgemäße Vorrichtung anhand eines praktischen Beispiels erläutert. Die im Beispiel benutzten technischen Daten sind exemplarisch und schließen davon abweichende technische Daten nicht aus.
Mit der dargestellten Vorrichtung ist es z. B. möglich, für Bänder mit einer Breite von B = 200 bis 450 mmund einer Dicke von s = 0,05 bis 1,0 mmund folglich einem max. Bandquerschnitt Amax = 450 mm × 1 mm = 450 mm2 und min. Bandquerschnitt Amin = 200 mm × 0,05 mm = 10 mm2 entsprechend einem Querschnittsverhältnis von
für alle Bänder eine Bandspannung von δB = 1 N/mm2 einzustellen.
Die Bandspannung entspricht einer minimalen Bandzugkraft von Fmin = 10 Nund einer maximalen Bandzugkraft von Fmax = 450 N.
Es ist sogar möglich, für dickere Bänder den Bandzug auf 1600 N zu erhöhen, wenn dies aus technologischen Gründen erforderlich sein sollte.
Die Verschiebung des Laufgewichtes um 1 mm ändert dabei den Bandzug um 1/2 (3230 N : 800 mm) = 2 N/mm.
Mit Verstellmöglichkeiten nach den Stand der Technik, z. B. mit einem von einem Schrittmotor angetriebenen Spindeltrieb, ist aber ohne besonderen Aufwand eine wesentlich feinere Verstellungsgenauigkeit als 1 mm möglich, so dass der Bandzug auf 1 N genau eingestellt werden kann.
Mit dieser Einstellgenauigkeit des wirksamen Bandzuges ist die erfindungsgemäße Vorrichtung den bekannten Vorrichtungen weit überlegen.

1: Tänzerrolle
2: Umlenkrolle
3: Umlenkrolle
4: Schwenkarm
5: Achse
6: Schwerpunkt Schwenkarm ohne Last
7: Stütze
8: Laufgewicht
9: Schwenkarm
10: Band
11: Schlaufe
12: Pneumatikzylinder
13: Zusatzgewicht
F: Auflagekraft

Claims

Vorrichtung zur Einstellung der Bandspannung in Anlagen zur Wärmebehandlung insbesondere dünner Metallbänder im Durchlauf mit a) einem waagenbalkenartigen Schwenkarm (4), b) einer auf dem Schwenkarm (4) verlagerten Tänzerrolle (1), c) einem auf dem Schwenkarm (4) senkrecht zur Schwenkachse verschieblichen Laufgewicht (8), und d) einem Stellantrieb zum linearen Verschieben des Laufgewichts (8) auf dem Schwenkarm (4), wobei e) das verschiebliche Laufgewicht (8) in einer Position auf dem waagebalkenartigen Schwenkarm (4) für eine Auflagekraft „Null" der Tänzerrolle (1) ein elektrisches Signal auslöst, und wobei f) das Laufgewicht (8) mindestens als Ganzes aus der signalauslösenden Position in Richtung auf die Tänzerrolle (1) hin mittels des Stellantriebes zur genauen Einstellung der Auflagekraft der Tänzerrolle (1) in der Bandschlaufe (11) und damit der Bandspannung verfahrbar ist, gekennzeichnet dadurch, dass g) wenigstens ein Zusatzgewicht (13) zur Erhöhung des Bandzuges an einem zusätzlichen waagebalkenartigen Schwenkarm (9) kraft- und/oder formschlüssig befestigt ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Befestigung des/der Zusatzgewichte/s (13) automatisch erfolgt.
Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, das beim Auflegen oder bei der Befestigung von wenigstens einem Zusatzgewicht (13) ein dem Zusatzgewicht (13) entsprechendes elektrisches Signal ausgelöst wird.
Vorrichtung nach einem der vorgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die durch die Tänzerrolle (1) bewirkte Bandspannung kleiner als 5 N/mm² ist.