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Vorrichtung zum zentrischen Führen der Bandspitze von dünnen
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Warmbändern Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum zentrischen
Führen der Band spitze von dünnen Warmbändern in die Einlaufführung der Haspelmaschinen
von Bandstraßen.
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Die Herstellung von Bandmaterial erfolgt in Warmwalzwerken bekanntlich
in der Weise, daß in Wärmeöfen auf eine vorgegebene Temperatur aufgeheizte Brammen
in einer Walzstraße zu Bändern ausgewalztund am Ende der Walzstraße von einem Haspeldorn
einer der Haspelmaschinen aufgenommen und zu Coils gewickelt werden. Vor den Haspelmaschinen
ist die Einlaufführung angeordnet, in die der Bandanfang eines Warmbandes so einlaufen
soll, daß die Mitte der Vorderkante des Bandes -d.h. die Mitte der Bandspitze- auf
der Mittellinie dieser Einlaufführung, d.h.
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zentrisch geführt wird. Hierdurch ist die Gewähr dafür gegeben, daß
das Warmband von dem Haspeldorn ordnungsgemäß erfaßt wird.
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Die Einlaufführung übernimmt die Bandführung mechanisch mittels zweier
verstellbarer, seitlicher Führungslineale in trichterförmiger Anordnung, die die
einlaufende Bandspitze zentrieren. Im allgemeinen haben sich derartige Einlauf führungen
bewährt.
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Bei dünnen Warmbändern, d.h. Warmbändern unterhalb einer Dicke von
etwa 2,5 mm treten jedoch Probleme auf: Technologisch bedingt, weisen Warmbänder
nach dem Durchlaufen der Walzgerüste geringfügige Dickenschwankungen auf, die sich
bei'dünnen Warmbändern in der Weise bemerkbar machen, daß der Bandanfang in der
Ebene des Warmbandes beim Verlassen des letzten Walzgerüstes
gekrümmt
sein kann. Ein derart gekrümmter Bandanfang wird als Anfangssäbel bezeichnet. Es
kann auch der Fall eintreten, daß das Warmband außermittig transportiert wird.
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Da -wie bereits erwähnt- die Führungslineale trichterförmig angeordnet
sind, bildet die einlaufende Bandspitze mit ihnen einen stumpfen Winkel, der einen
bestimmten Grenzwinkel nicht überschreiten darf, wenn das Warmband störungsfrei
in die Haspelmaschine einlaufen soll. Bei dünnen Warmbändern stellt es sich heraus,
daß dieser Grenzwinkel infolge des gebildeten Anfangssäbels bzw. des außermittigen
Transportes oftmals überschritten wird. Als Folge davon schlägt die Bandspitze um.und
das nachschiebende Bandmaterial wird ziehharmonikaartig gefaltet und muß als Schrott
entfernt werden. Aufgrund der hohen Walzfolgegeschwindigkeiten der heutigen Bandstraßen
können dann nachfolgende Bänder nicht fertiggewalzt und müssen als Schrott abgelegt
werden. Die hervorgerufenen Betriebsstörungen können nur mit hohem Zeit- und Materialaufwand
behoben werden.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diese bei dünnen Warmbändern
auftretenden Effekte zu beseitigen, d.h. eine Vorrichtung zu schaffen, die sowohl
ein einen Anfangssäbel aufweisendes als auch ein außermittig transportiertes Warmband
der Einlaufführung ordnungsgemäß zuführt.
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Diese Aufgabe wird gemäß einem ersten Prinzip dadurch gelöst, daß
vor der Einlaufführung mindestens ein Linearantrieb zwischen jeweils zwei Rollen
des Rollganges angeordnet ist und daß die Anordnung so getroffen ist, daß der Linearantrieb
(die Linearantriebe) der Bandspitze berührungslos einen Schub quer zur Transportrichtung
des Bandes erteilt (erteilen), wenn die Mitte der Bandspitze von der Mitte.des Rollganges
abweicht.
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Gemäß einem zweiten Prinzip wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß
vor der Einlaufführung mindestens ein Paar von Linearantrieben zwischen jeweils
zwei Rollen des Rollganges so angeordnet ist, daß die Linearantriebe des Paares
(der Paare) der Bandspitze berührungslos einen fokussierenden Schub in Richtung
zur Mitte des Rollganges erteilen, wenn die Mitte der Bandspitze von der Mitte des
Rollganges abweicht.
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Unter einem Schub quer zur Transportrichtung ist im Sinne der Erfindung
ein Schub zu verstehen, der in einseitiger Richtung auf das Warmband einwirkt, und
zwar derart, daß die Richtung des Schubes und die Transportrichtung einen von Null
verschiedenen Winkel einschließen. Unter einem fokussierenden Schub in Richtung
zur Mitte des Rollganges ist im Sinne der Erfindung zu verstehen, daß die beiden
Linearantriebe eines Paares jeweils einen Schub auf das Band ausüben, der in Richtung
zur Mitte des Rollganges gerichtet ist, wobei jeweils die Richtung des Schubes und
die Transportrichtung des Bandes ebenfalls einen von Null verschiedenen Winkel miteinander
einschließen.
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Linearantriebe sind an sich bereits seit langem bekannt. Sie entsprechen
im Prinzip den üblichen Wanderfeldmotoren, wobei der Ständer "aufgeschnitten" und
in einer Ebene angeordnet ist.
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Es ist bereits bekannt (Siemens-Mitteilung, Erste Aluminium-Tandemstraße
mit Temperaturmodell und automatischer Einfädelung, Ideas for Steel, Jan. 1980)
in Aluminium-Tandemstraßen zum Einfädeln von dünnen Aluminiumfolienbändern in die
Walzgerüste und Aufwickelhaspeln einzusetzen, um ein Zerknittern der Folien zu vermeiden.
Wanderfeld des Linearantriebes und Transportrichtung der Aluminiumfolien stimmen
hierbei überein.
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Mit einem derartigen Problem befaßt sich die Erfindung nicht, sondern,
wie bereits erwähnt, mit dem zentrischen Führen der Bandspitze in die Einlauf führung
von Haspelmaschinen.
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In völliger Abkehr vom bisherigen'Stand der Technik ist erfindungsgemäß
der Linearantrieb sowohl nach dem ersten als auch nach dem zweiten Lösungsprinzip
so angeordnet, daß die Transportrichtung des Warmbandes und die Richtung des Wanderfeldes
bzw. der Wanderfelder voneinander abweichen. Durch diese Maßnahmen wird durch beide
Lösungsprinzipien erreicht, daß die Mitte der Bandspitze zentrisch in die Einlaufführung
einläuft und in dieser Stellung von dem Haspeldorn erfaßt wird.
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Gemäß dem ersten Lösungsprinzip ist jeweils ein Linearantrieb zwischen
jeweils zwei Rollen angeordnet, so daß durch die Erregung der Wicklungen des Linearantriebes
der Bandspitze ein Schub in der einen oder anderen Richtung quer zur Transportrichtung
des Bandes erteilt wird. Je nachdem wie die Mitte der Bandspitze von der Mitte des
Rollgangs von der einen oder anderen Seite abweicht, ist demnach das Wanderfeld
in der anderen oder einen Richtung quer zur Transportrichtung zu erregen. In einer
vorteilhaften Weiterbildung dieses ersten Lösungsprinzips ist zur Vorgabe der Richtung
des Wanderfeldes eine Einrichtung zur Verfassung der Lage der Bandspitze vorgesehen,
wobei abhängig von der Lage der Bandspitze, d.h. ihrer außenmittigen Position zur
Mitte des Rollganges entweder das Wanderfeld erregt oder unter gleichzeitiger Richtungsumkehr
erregt wird.
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Das zweite Lösungsprinzip benötigt eine derartige Einrichtung nicht,
da die Wanderfelder eines jeden Paares der Linearantriebe eine gegenläufige Richtung
aufweisen, so daß bei einer Abweichung der Bandspitze von der Mitte des Rollganges
nach der einen oder anderen Richtung der Schub in die andere bzw, eine Richtung
im Sinne einer fokussierenden Justierung der Bandspitze in Richtung zur Mitte des
Rollganges ausgeübt wird.
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In besonders vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist diese Einrichtung
eine Einrichtung zum berührungslosen optoelektronischen Erfassen der Bandkante,
die ein sicheres und praktisch trägheitsloses Ansteuern der Linearantriebe gewährleistet.
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In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung sind die Linearmotoren
in Führungen in Richtung der Rollenachsen verschiebbar geführt. Durch diese Maßnahmen
ergibt sich eine gute Zugänglichkeit der Linearmotoren bei der Anordnung sowohl
nach dem ersten als auch nach dem zweiten Lösungsprinzip, wobei beim zweiten Lösungsprinzip
noch der Vorteil hinzukommt, daß hierdurch.eine genaue Justierung der Linearmotoren
eines jeden Paares möglich ist, so daß die fokussierende Justierung der Bandspitze
bzw.
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des Anfangs eines Warmbandes auf die Mitte des Rollganges durch entsprechendes
Verschieben der Linearantriebe der einzelnen Paare erfolgt.
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Da die Warmbänder aufgrund der Walztemperatur eine erhebliche Wärme
abstrahlen, müssen die Linearantriebe gegen diese Strahlungshitze geschützt werden.
Zu diesem Zweck weisen in einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung die Linearantriebe
in Richtung zum Warmband jeweils eine wärmeisolierende Abdeckplatte aus verschleißfestem
sowie magnetischem und elektrischem Isoliermaterial auf. Durch diese Maßnahmen ist
einerseits ein Hitzeschild für die Linearantriebe geschaffen, wobei zusätzlich durch
die verschleißfeste Materialwahl ein mechanischer Schutz der Linearantriebe auch
für den Fall gegeben ist, daß die Bandspitze nicht in der durch die Rollen des Rollgangs
definierten Ebene verbleibt, indem sie beispielsweise durch mechanische Erschütterungen
u. dgl. in Richtung zu den Linearantrieben Pendelbewegungen ausführt. Durch die
zusätzliche Forderung, daß die Abdeckplatte sowohl magnetisch als auch elektrisch
isolierend wirken soll, wird erreicht, daß die Wanderfelder der Linearantriebe keine
Schubkräfte auf die Abdeckplatten ausüben,
wobei gleichzeitig bei
den rauhen Betriebsbedingungen dafür gesorgt ist, daß keine elektrischen Durchbrüche
zu den benachbarten Rollen des Rollgangs u. dgl. auftreten.
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Im normalen Betrieb von Bandstraßen wechseln das Walzen von dünnen
Warmbändern im Sinne der Erfindung und dickeren Warmbändern in unregelmäßiger Folge
einander ab, wobei die Linearantriebe beim Walzen der dickeren Bänder ausgeschaltet
bleiben, da bei diesen die bei den dünneren Bändern auftretenden Effekte nicht auftreten.
Die Strahlungsbelastung durch die dickeren Warmbänder ist jedoch erheblich größer
als die der dünneren Warmbänder. Aus diesem Grunde sind in einer noch weiteren Ausgestaltung
der Erfindung zwischen den Nutenverschlußkeilen der Linearantriebe und ihrer Abdeckplatten
Kühlkanäle ausgebildet, so daß die externe Wärmebelastung der Linearantriebe noch
weiter abgesenkt werden kahn. Diese Kühlkanäle führen zusätzlich einen erheblichen
Anteil der Abwärme der Linearantriebe beim Erzeugen der Wanderfelder zusätzlich
zu den konventionellen Kühlkreisläufen ab.
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Prinzipiell könnten die Linearantriebe aus einem Hochspannungsnetz
über vorgeschaltete Transformatoren direkt gespeist werden.
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Bei der Erzeugung der Wanderfelder tritt jedoch eine erhebliche induktive
Blindleistung auf, so daß eine derart vereinfachte Schaltung zu erheblichen Schwierigkeiten
bezüglich ihrer Ausführung führen würde. Deshalb ist in einer weiteren Ausgestaltung
der Erfindung eine Einrichtung zur kapazitiven Kompensation der induktiven Blindleistung
der Linearantriebe vorgesehen.
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Die Erfindung wird anhand von Ausführungsbeispielen in der Zeichnung
näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1a, 1b, ic in schematischer Darstellung
die Funktionsweise der Linearmotoren gemäß dem ersten und dem zweiten Führungsprinzip;
Fig. 2 eine Draufsicht auf eine Walzstraße mit einer Anordnung von Linearantrieben
gemäß dem ersten Lösungsprinzip; Fig. 3 einen Ausschnitt aus der Walzstraße nach
Fig. 2 mit einem Linearantrieb in perspektivischer Darstellung; Fig. 4 eine Draufsicht
auf eine Walzstraße mit der Anordnung der Linearantriebe gemäß dem zweiten Lösungsprinzip
in schematischer Darstellung; Fig. 5 einen Schnitt durch einen Linearmotor nach
den Fig. 3 bzw. 4 und Fig. 6 ein Funktionsschema.
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Fig. 1a dient zur Erläuterung des ersten Lösungsprinzips. Mit 1 ist
in Draufsicht der Bandanfang eines dünnen Warmbandes bezeichnet, das auf einem nicht
dargestellten Rollgang in Richtung des Pfeiles a, b zu der ebenfalls nicht dargestellten
Einlauf führung der Haspelmaschinen transportiert wird. Unterhalb des Warmbandes
ist, wie schematisch dargestellt, ein Linearantrieb 2 angeordnet, der quer zur Transportrichtung,
die durch den Pfeil B schematisch dargestellt ist, ein Wanderfeld erzeugen kann,
das entweder in Richtung des Pfeiles A bzw. entgegengesetzt, in Richtung des Pfeiles
A' gerichtet ist. Die von dem Linearantrieb auf das Warmband ausgeübten Kräfte sind
proportional der von dem Band überdeckten Fläche des Linearantriebes.
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Diese überdeckte Fläche ist schraffiert dargestellt. Aus Fig. la ist
ersichtlich, daß bei Erregung des Wanderfeldes stets eine
Kraft
auf das Warmband ausgeübt wird und zwar unabhängig davon, ob das Band mittig zur
Mittellinie des Rollgangs, die ebenfalls durch den Pfeil a, b bezeichnet ist, ausgerichtet
ist oder nicht. Aus diesem Grunde sind zusätzliche Einrichtungen zum Erfassen der
Lage des Bandanfangs erforderlich, die weiter unten beschrieben sind. In Fig. la
ist die Wicklung des Linearantriebes so ausgelegt und angeordnet, daß die Wanderfelder
senkrecht zur Transportrichtung des Warmbandes verlaufen.
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Die Fig. 1b und 1c dienen zur Erläuterung des zweiten Lösungsprinzips:
Die Mittellinie des Rällgangs sowie die Transportrichtung des Warmbandes sind ebenfalls
durch den Pfeil a, t schematisch dargestellt. Unterhalb des Warmbandes sind im gleichen
Abstand zu der Mittellinie des Rollgangs (Pfeil a, b) die beiden Linearmotoren 2'
und 2" eines Paares angeordnet. Durch die verschieden ausgeführte Schraffur der
von dem Warmband überdeckten Fläche des Linearantriebes 2' bzw. 2" wird schematisch
angedeutet, daß die Wanderfelder dieser beiden Linearantriebe nicht in der gleichen
Richtung verlaufen, d.h. im Idealfall entgegengesetzt gerichtet sind. Von jedem
Linearantrieb wird ein Schub auf das Warmband 2 ausgerichtet, wobei der Schub des
Linearantriebes 2' mit C und der des Linearantriebes 2" mit D bezeichnet ist. Beide
Schübe haben jeweils eine Komponente in senkrechter Richtung zur Mittellinie und
eine Komponente in Transportrichtung. Bei symmetrischer Anordnung des Warmbandes
zur Mittellinie des Rollganges werden entsprechend der gleich großen überdeckten
Flächen der beiden Linearantriebe gleich große Schübe auf das Band ausgeübt. Bei
außermittigem Verlauf des Bandes, wie dies in Fig. 1c dargestellt ist, sind die
überdeckten Flächen verschieden groß, so daß entsprechend der Darstellung in Fig.
1c der Linearantrieb 2' einen größeren Schub C' ausübt als der Linearantrieb 2",
der einen Schub D' ausübt. Auf das Warmband wird demnach ein resultierender Schub
mit einer fokussierenden Wirkung ausgeübt, d.h. dergestalt, daß der Bandanfang auf
die Rollgangsmitte a, b zentriert, d.h. fokussiert wird. Dieses Lösungsprinzip führt
dazu, daß automatisch
ohne zusätzliche Hilfseinrichtungen der Bandanfang
stets auf die Mitte des Rollgangs zentriert bzw. fokussiert wird, falls die Abstände
a' und b' der beiden Linearantriebe 2' bzw. 2" von der Mittellinie a, b gleich groß
sind. Es ist demnach möglich, durch eine verschiebbar geführte Anordnung dieser
beiden Linearantriebe diese so zu justieren, daß sie einen fokussierenden Schub
auf das Band in Richtung zur Mitte des Rollgangs ausüben.
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In Fig. 2 ist in Draufsicht schematisch eine Bandstraße mit einem
eingebauten Linearmotor dargestellt. Mit 3 ist der Rollgang bezeichnet und mit 2
ein Linearantrieb in der Anordnung gemäß Fig. 1a. Am Ende der Bandstraße ist vor
den Haspelmaschinen 4 eine Einlaufführung 5 angeordnet, die die beiden Führungslineale
6 und 7 aufweist, die in Richtung zu den Haspelmaschinen trichterförmig angeordnet
sind.
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Fig. 3 zeigt einen Ausschnitt im Bereich des Linearmotors 2 in perspektivischer
Darstellung. Mit 8 sind die durch die Elektromotoren 9 angetriebenen Rollen des
Rollgangs bezeichnet, wobei der Ubersicht halber die Elektromotoren nur für die
eine Rolle dargestellt sind. Die Rollen sind in Lagerböcken gelagert, die auf einem
Profil 10 angeordnet sind. Wie aus dieser Fig. 2 ersichtlich, ist anstelle der einen
Rolle ein Linearmotor 2 auf einem Profil 10 angeordnet. Er ist in der zur Achsenrichtung
der Rollen parallelen Richtung in einer auf dem Profil 10 angeordneten Führung 11
verschiebbar geführt. Je nach der Erregung des Wanderfeldes wird einem nicht dargestellten
dünnen Warmband ein Querschub in der einen oder anderen Richtung quer zu seiner
Transportrichtung erteilt. Dies ist durch den Doppelpfeil schematisch dargestellt,
wobei im vorliegenden Fall die Richtung des Querschubs unter 900 zur Transportrichtung
des nicht dargestellten Warmbandes verläuft.
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Fig. 4 zeigt entsprechend Fig. 2 eine Draufsicht auf eine Walzstraße,
wobei in Abwandlung anstelle eines Linearantriebes 2 zwischen den Rollen des Rollgangs
drei Paare von Linearantrieben 2, 2', 2" gemäß den Fig. 7b und 1c angeordnet sind.
Die Linearantriebe eines jeden Paares weisen jeweils den gleichen Abstand zur Mittellinie
a, b des Rollgangs auf, wobei die Abstände der Paare untereinander zu dieser Mittellinie
unterschiedlich sind.. Gleiche Teile sind mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet.
Die Wicklungen der Linearantriebe eines jeden Paares sind so ausgelegt und geschaltet,
daß Schubkomponenten in Richtung der eingezeichneten Pfeile erzeugt werden.
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Fig. 5 zeigt einen Schnitt durch einen Linearmotor gemäß dem ersten
bzw. zweiten Lösungsprinzip (Fig. 3 bzw. 4). Mit 13 ist die Wicklung bezeichnet,
die in Nuten 14 angeordnet ist. Diese Nuten sind in Richtung des Bandes durch sogenannte
Nutenverschlußkeile 15 geschlossen. Oberhalb dieser Nutenverschlußkeile ist eine
Abdeckplatte 16 angeordnet, die aus einem hochverschleißfesten Material besteht,
das zusätzlich magnetisch und elektrisch isolierend wirkt. Zwischen den Abdeckplatten
und den Nutenverschlußkeilen sind zusätzlich Kühlkanäle 19 ausgebildet.
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Die Anordnung der Linearantriebe ist so getroffen, daß die Oberfläche
dieser Abdeckplatten unterhalb der Ebene des von den Rollen kontaktierten Bandes
verläuft.
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Fig. 6 zeigt ein Funktionsschema für die Anordnung der Linearantriebe
gemäß dem ersten Lösungsprinzip, wobei die Steuerung der Linearantriebe (Vorgabe
der Richtung der Wanderfelder) durch Abtasten der Bandkanten des Warmbandes 1 erfolgt.
Mit 2 ist ein Linearantrieb bezeichnet, der so ausgelegt und angeordnet ist, daß
die Richtung der beiden Wanderfelder senkrecht zur Transportrichtung zeigt (vgl.
Fig.3 ). Der uebersicht halber sind die Rollen und die Haspelmaschinen nicht eingezeichnet.
Die Energieversorgung des Linearantriebes erfolgt aus einem Hochspannungsnetz 26,
das-einen Transformator 27 speist. Die Richtungsumkehr des Wanderfeldes des Linearantriebes
erfolgt über
die Rechts-Links-Schalteinrichtungen 28, 29, die von
der Bandkantensteuerung 30 in an sich bekannter Weise betätigt werden.
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Diese Bandkantensteuerung besteht aus den in einer Reihe quer zur
Richtung des Warmbandes angeordneten Photodioden 31 (Empfängern), deren Ausgänge
einer Auswerteschaltung 32 zugeführt sind und die die Einrichtungen 28, 29 richtungsabhängig
steuern. Im Bereich der Bandkanten sind unterhalb der Bandebene als Sender Lichtquellen
33 und 34 angeordnet. Je nach der Position des Bandes werden die entsprechenden
Photodioden bestrahlt, so daß ihre Ausgangssignale ein Maß für die -Ausrichtung
bzw.
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Zentrierung des Warrnbandes sind. Wie aus der Fig. 5 ersichtlich,
ist diese Bandkantensteuerung in einem vorgegebenen Mindestabstand vor dem jeweiligen
Linearmotor'in Transportrichtung gesehen angeordnet, so daß den Ansprechzeiten u.
dgl. der gesamten Einrichtungen Rechnung getragen ist. Zusätzlich ist zur Kompensation
der induktiven Blindleistung eine entsprechende Blindlast-Kompensationseinrichtung
35 vorgesehen, die im wesentlichen aus einer Kondensatorbatterie besteht und dem
Transformator sowie den Umschalteinrichtungen zusammen mit den Linearantrieben nachgeschaltet
ist.
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Zur Energieeinsparung und besseren Beherrschung der Kühlprobleme können
die Linearmotoren im intermittierenden Betrieb arbeiten, wobei jeweils nach Durchlaufen
der Bandspitze die betreffenden Linearantriebe wieder abeschaltet werden.