CN107075605B - 用于连续处理金属带材的设备和方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于连续处理金属带材(1)、尤其是由铝或铝合金或由有色金属或有色金属合金制成的金属带材的设备，该设备包括至少一个调温装置(2)，金属带材(1)悬浮地穿过该调温装置，并且该设备包括至少一个带材位置调节装置(7)，借助该带材位置调节装置可在带材行进平面(E)中并且横向于带材行进方向(B)地控制或调节金属带材(1)的位置，其中，所述调温装置(2)至少具有输入侧的加热段(3)和输出侧的冷却段(4)。该设备的特征在于，非接触式工作的带材位置调节装置(7)包括至少一个非接触式的带材位置检测元件(12)和至少一个线性马达(13)并且设置在加热段(3)内或设置在加热段(3)和冷却段(4)之间。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于连续处理金属带材、尤其是由铝或铝合金或由有色金属(如铜)或有色金属合金制成的金属带材的设备，该设备包括至少一个调温装置，金属带材悬浮地穿过该调温装置，并且该设备包括带材位置调节装置，借助该带材位置调节装置可在带材行进平面中并且横向于带材行进方向地控制或调节金属带材的位置，所述调温装置至少具有输入侧的加热段和输出侧的冷却段。
背景技术
调温装置优选涉及带材悬浮炉，其具有加热段和冷却段。加热段通常包括多个加热区(加热或保持区)并且冷却段通常包括多个冷却区。金属带材在这种调温装置中被加热到特定(目标)温度、必要时在该温度保持一定时间，然后再被冷却。带材悬浮在被加载相应空气压力的喷嘴、如空气喷嘴之间，从而无接触地穿过炉。冷却区中的冷却可通过空气、水或空气和水的组合进行。这种一侧具有加热段并且另一侧具有冷却段的带材悬浮炉是已知的(例如参见DE 19804184 A1)。
这种开头所描述类型的、用于连续处理金属带材的、包括调温装置或者说带材悬浮炉的设备例如可以是退火生产线或者说连续退火生产线，在其中金属带材出于冶金原因经受热处理，以便例如达到特定强度和变形特性。作为替代方案，该设备也可以是带材涂层设施或带材涂层生产线，在其中金属带材的热处理不在退火意义中进行，而是用于干燥带材的涂层，因此该炉被构造为连续干燥机。
金属带材优选涉及在0.1mm至6mm的厚度范围内的铝质带材或有色金属带材(或相应合金)。
由于金属带材例如在退化生产线中被加热到接近熔点的温度，因此通常需要在调温装置内调节出相对小的带材张力，以避免带材开裂。为此例如在输入侧在张紧辊组中消除带材张力并且在输出侧在冷却后再次在另一张紧辊组中建立带材张力。在调温装置(如带材悬浮炉)中单位质量带材张力例如为0.5至1MPa。由于带材特别是在小的带材张力下例如基于可能的带拱起而会在炉中“跑偏”，所以需要借助带材位置调节装置以适合的方式定位带材、优选将其送到带材中心。因此在带材行进平面中横向于带材行进方向地进行定位。
在实践中由于对例如铝质车身带材的需求快速增长，因此存在建立愈加高效的退火生产线的需要。为了实现更高的生产能力，带材以更高速度穿过带材处理区。但由于每个炉区只能将有限的热量输入带材中，因此为了更高的生产能力必须将调温装置设计得更长。由于带材基于较低的带材张力很容易在炉区内跑偏，因此在炉长很大时存在如下风险，即已知的带材位置调节装置不再足以使炉内的带材行进保持稳定，因此产生带材侧向偏移或接触炉体结构的危险。这会导致不希望的带材损伤或带材开裂，因此以这种方式不能简单地实现具有更高生产能力的设施。
有鉴于此，在DE 102012110010 A1中已经提出在冷却段内设置带材位置调节装置。因此带材位置调节装置不再在输出侧设置在调温装置下游并且因此不再设置在最后的冷却区后方，而是在一定程度上集成在冷却段内，其方式是，将冷却段优选划分为两个冷却分段。在第一分段中这样冷却带材，使得其可顺利地通过带材位置调节装置。在第一冷却分段之后就是带材位置调节装置。接着带材通过第二冷却分段和因此冷却区的第二部分，使得带材接着被冷却到希望的最终温度。通过这种方式总体能够借助长的炉段和因此长的加热段和长的冷却段来工作，从而提高了生产能力。带材位置调节装置在该已知设施中例如构造为传统的三辊调节装置，其可毫无问题地集成到具有相应低温度的冷却段内。作为替代方案，在DE 102012110010 A1中也提出，将集成到冷却段内的带材位置调节装置构造为非接触式工作的带材位置调节装置，其例如借助线性马达工作。
通过DE 102012110010 A1所描述的措施已经可相对于更早公开的设施延长炉段。但始终存在进一步提高生产能力的需求。本发明致力于此。
发明内容
本发明所基于的任务在于提供一种开头所描述类型的用于连续处理金属带材的设备，在其中即使在很长的炉段中也可确保毫无问题的带材行进。
为了解决所述任务，本发明在同类型的用于连续处理金属带材的设备中提出下述教导，非接触式工作的所述带材位置调节装置包括至少一个非接触式的带材位置检测元件和至少一个线性马达并且设置在加热段内或设置在加热段和冷却段之间。
本发明基于下述认识：不需要在冷却段内设置带材位置调节装置，而是通过使用基于线性马达的非接触式工作的带材位置调节装置来将带材位置调节装置设置在冷却段上游并且因此设置在加热段内或设置在加热段和冷却段之间。根据本发明，在带材位置调节装置中使用线性马达，其例如在DE 19719994 A1中被描述并且也已经在DE102012110010 A1中被提及。带材位置调节装置根据本发明集成在加热区域中。非接触式工作的带材位置调节装置设置在加热段内或设置在加热段和冷却段之间意味着：至少线性马达以及必要时带材位置调节装置的非接触式工作的带材位置检测元件设置在加热段内或设置在加热段和冷却段之间。在此这样设置线性马达，使得它们横向于带材行进方向作用，以致可横向于带材行进方向(在带材行进平面中)校正带材行进。因此，与DE 19719994 A1所描述的方法相反，所有线性马达在相同的(横向)方向上工作，因此在带材中不造成横向应力。线性马达因此不用于产生带材应力，而是仅校正带材行进、即横向于带材行进方向(在带材行进平面中)定位带材。
在传统设施中加热段的长度有限，因为带材位置调节装置仅设置在冷却段下游或冷却段之内，而现在根据本发明可“任意”延长加热段。例如当基于带材偏移假定自由长度(即辊与下游的带材位置调节装置之间的长度或两个相继设置的带材位置调节装置之间的长度)根据带材质量不能超过100m至130m并且带材位置调节装置根据现有技术设置在冷却段下游或必要时集成在冷却段中时，加热段的长度到目前为止被限制在远小于100m的长度上。根据本发明现在不再存在限制，因为通过加热段内的一个或多个带材位置调节装置可毫无问题地将加热段延长到100m以上的长度，因为根据本发明可借助线性马达在加热段内校正带材行进。因此本发明在优选扩展方案中提出，沿工作方向的两个(直接)相继设置的带材位置调节装置之间(如线性马达之间)的(自由)间距小于100m、优选小于80m、如小于60m并且特别优选小于40m。因此可在加热段内(并且必要时也在冷却段内)间隔开特定间距地设置带材位置调节装置，使得在带材偏移方面不再存在对加热段的长度限制。
因此带材位置调节装置包括至少一个线性马达和至少一个带材位置检测元件(如传感器)，这些部件连接到适合的控制电子器件上。线性马达原则上包括定子或者说感应器和电枢，在本发明范围内的特征在于，电枢由金属带材本身构成。定子或者说感应器包括线圈，所述线圈产生交变电磁场。相应作用于电枢的校正运动基于在定子场和电枢场之间的连续斥力。在此在本发明范围中特别优选使用非铁磁性金属带材。在此情况下有利的是，线性马达(或者说其定子)不仅设置在带材上方也设置在带材下方，金属带材在可调节的间距下穿过定子之间的间隙(参见DE 19719994 B4)。这样构造并且这样设置线性马达，使得它们横向于带材行进方向作用。通过使所有线性马达抑制带材偏移方向(即带材跑偏)来校正带材偏移。特别优选地，与所测得的带材偏移成比例地调节线性马达作用于带材上的力，但也可想到例如这样的策略，当带材偏移超过预定限度或所述力相对于带材偏移超比例地提高时，线性马达才进行工作。由于所有线性马达在一个方向上作用，因此与DE 19719994 B4相反在带材中不会造成横向应力。
原则上已知调温装置优选包括多个调温区或者说炉区。因此加热段可具有多个加热区并且冷却段可具有多个冷却区。这些区的特征例如可在于，它们可相互独立地调温。根据本发明可选地提出，非接触式的带材位置调节装置、即线性马达和/或带材位置检测元件设置在两个(直接相继设置的)加热区之间。因此不需要将带材位置调节装置集成到设有喷嘴的加热区内，而是可在两个加热区之间设置足够的安装空间，以便在那里设置线性马达以及必要时设置带材位置检测元件。因此例如可将多个加热区组合成组并且在两个组之间设置一个带材位置调节装置。
如上所述，线性马达在横向于带材行进方向的方向上并且在带材平面中或平行于带材平面工作，在此线性马达或其定子设置在带材上方和/或下方。有利的是，线性马达设置在这样的宽度区域中，该宽度区域至少覆盖带材的(具有最大带材宽度的)宽度区域。线性马达或其定子因此在(最大在生产线中待处理的带材的)整个带材宽度上延伸。
设置在带材上方和下方的线性马达(或其定子)之间的垂直自由间距优选是至少80mm、特别优选是至少100mm。
特别重要的是，线性马达设置在加热段内并因此设置在炉的加热区域中。这优选是炉这样的区域，在其中金属带材的温度高于300℃、如高于400℃。当在退火炉中例如处理铝质带材时，铝质带材的温度高于500℃。但根据本发明可用线性马达无接触地工作。在此有利的是，冷却线性马达或其定子、优选用水冷却。
此外特别重要的是，借助非接触式的带材位置检测元件无接触地检测带材位置、即带材行进。在此例如可涉及电感传感器、电容传感器或光学传感器。替代地也可考虑雷达传感器。这些传感器可在足够的耐高温性能下设置在炉内并因此紧邻带材设置。但在例如雷达传感器的情况下其可与带材间隔开相当大的间距。与此无关，不仅可冷却、而且也可以适合的方式封装传感器和/或线性马达或其定子，以便将热负荷保持在一定限度内。与传统的借助转向辊工作的带材位置调节装置相反，根据本发明的带材位置调节装置不局限于在相对较低的温度的情况下使用。
如上所述，根据本发明可特别有利地在加热段内设置一个或多个带材位置调节装置(即线性马达和必要时传感器)，使得两个这种带材位置调节装置之间的间距可相对小。此外可选地规定，在加热段中的第一带材位置调节装置、如其线性马达以这样的间距间隔开地设置在最后一个位于加热段上游的辊或者说带材转向辊后方，该间距是(最大)带材宽度的至少十倍、优选至少二十倍。
本发明还涉及一种用于借助所描述类型的设备连续处理金属带材的方法，所述金属带材为了热处理而悬浮地穿过加热段和冷却段。该方法的特征在于，借助至少一个设置在加热段内或设置在加热段和冷却段之间的非接触式工作的带材位置调节装置(在带材行进平面中或平行于带材行进平面并且横向于带材行进方向地)控制或调节金属带材的位置。在此规定，测量带材的实际位置(如实际中轴线)与带材的目标位置(如目标中轴线)、例如与带材处理设施的中轴线的偏离并且由该偏离生成校正信号，并且借助所述线性马达使带材移动到目标位置、如中间位置。在此线性马达或者说其水平分力大致垂直于带材行进方向(平行于带材行进平面)作用并且抑制带材偏移或者说带材跑偏。带材位置调节装置在此优选设置在两个加热区之间。特别优选地，带材位置调节装置、如其线性马达和/或带材位置检测元件设置在加热段的这样的区域中，在该区域中金属带材的温度高于300℃、如高于400℃。根据本发明，带材位置调节因此并非在冷却段内进行、而是在加热区域中进行。
此外提出，在线性马达上游和/或在线性马达下游和/或在线性马达的位置处测量(相对于带材行进方向的)实际位置。该测量因此可沿带材行进方向设置在线性马达上游。作为替代方案，该测量也可设置在线性马达下游并且还可在该测量上游和在该测量下游设置线性马达，使得线性马达例如设置在两个测量点之间。
可与所测得的带材偏移成比例地调节用线性马达施加到带材上的、横向于带材行进方向的力。此外在本发明范围中，当实际位置与目标位置的偏离处于公差范围内时可放弃借助线性马达的校正。
附图说明
下面参考仅示出一种实施例的附图详细说明本发明。附图如下：
图1以简化示意图示出带材处理设备；
图2示出根据图1的设备的放大局部图；
图3(简化)示出在根据图2的设备内的金属带材的俯视图。
具体实施方式
附图简化示出用于连续处理、即热处理金属带材1的带材处理设备。该设备包括调温装置2，所述调温装置被设计为带材悬浮炉。金属带材无接触地穿过带材悬浮炉2，即带材无接触地悬浮在上喷嘴8和下喷嘴9之间，所述喷嘴8、9被加载相应压力、如空气压力。带材悬浮炉2在输入侧具有加热段3并且在输出侧具有冷却段4。加热段包括多个加热区3'，而冷却段包括多个冷却区4'，各区3、4可单独控制或者说分开控制。在加热区3'中，金属带材1的加热常常借助空气进行，因此喷嘴8、9除了支承功能外也能够用于调温。在冷却区4'中，冷却也常常通过空气或空气和水的组合进行。在用于汽车车身目的的铝质带材退火生产线的情况下，在加热区中的(金属带材的)目标温度例如介于约550℃至570℃。加热区3'因此构成加热和保持区。在此，图2示出上喷嘴8和下喷嘴9横向于带材行进平面E地设有(垂直)喷嘴间距。在带材行进方向B上依次设置多个炉区、如加热区3'和冷却区4'，这些区3'和4'可分别相互独立地调温。在炉区3'和4'内，上喷嘴8连接到上喷嘴箱10上并且下喷嘴9连接到下喷嘴箱11上。通常为每个喷嘴箱10、11配置一个自身的通风机，所述通风机通过分配通道通入喷嘴8、9中。细节原则上已知。
此外，在图1中可以看出，该设施在输入侧具有张紧辊组5，借助该张紧辊组减小带材张力、如减小到0.5至1MPa的单位质量带材张力。在带材悬浮炉2下游或者说在最后一个冷却区下游借助输出侧的张紧辊组6再次将带材张力提高至例如单位质量10至20MPa的常见生产线水平。由于带材悬浮炉内的单位质量带材张力较低，需要借助带材位置调节装置7将金属带材1带到或保持在带材中心。
因此，根据本发明的设备包括一个或多个带材位置调节装置7，借助它(们)可在带材行进平面E中并且横向于带材行进方向B地控制或调节金属带材1的位置。
根据本发明，至少一个带材位置调节装置7设置在加热段3内。这在图2中示出。带材位置调节装置7无接触地工作。它包括至少一个非接触式的带材位置检测元件12和至少一个线性马达13，在本实施例中不仅带材位置检测元件12而且线性马达13均设置在加热段3内。在此附图示出带材位置调节装置7设置在两个直接相继设置的加热区3'之间。因此这两个加热区3'沿带材行进方向彼此间隔开地设置并且在该区域中设有带材位置调节装置7。在根据图2的实施例中在带材上方和带材下方分别设置一个线性马达13。在此是指线性马达13的定子13'，因为线性马达13的电枢由金属带材本身构成。
在图3中可以看出，借助线性马达13产生平行于带材行进平面E并且横向或垂直于带材行进方向B的力。在此在图3中示出带材1的目标中轴线14，该目标中轴线例如对应于带材处理机的中轴线。此外，在图3中示例性示出实际中轴线15，更确切地说，在实际中轴线15从目标中轴线14偏离了带材偏移量V的情况下的实际中轴线。借助带材位置检测元件12测量实际中轴线15相对于目标中轴线14的位置并且由偏离生成校正信号。借助线性马达13使带材移动到希望位置、即目标中间位置中，在图3中仅示出上方线性马达或者说其定子13'。为此线性马达13对金属带材1做功，该金属带材作为线性马达13的类似电枢部分，线性马达的水平分力(大致)垂直于带材行进方向地抑制带材偏移。在此在图3中还可看出，线性马达13在带材的整个宽度上延伸并且因此覆盖带材的整个宽度区域。所示测量装置12构造为非接触式工作的传感器或者说借助非接触式工作的传感器、如电感传感器、电容传感器、光学传感器工作或借助雷达测量装置工作。
在此在附图中仅示出一个带材位置调节装置7。但优选不仅在加热段3中、而且也在冷却段4中以及在加热段3和冷却段4之间设置带材位置调节装置7。在加热区的相应长度中可在加热段3中集成多个带材位置调节装置7，使得例如在加热段3中至少每隔50m、优选至少每隔30m设置一个带材位置调节装置7。通过这种方式可以用几乎任何长度的炉工作，从而提高了设施生产能力。
此外可以理解，集成到炉中的带材位置调节装置(即线性马达和带材位置检测元件)与适合的控制电子器件或者说调节电子器件连接，其当然并非必须设置在炉内并且根据本发明并非必须是带材位置调节装置的组件。
Claims (16)
1.用于连续处理金属带材(1)的设备，该设备包括至少一个调温装置(2)，金属带材(1)悬浮地穿过该调温装置，并且该设备包括至少一个非接触式工作的带材位置调节装置(7)，借助该带材位置调节装置能够在带材行进平面(E)中并且横向于带材行进方向(B)地控制或调节金属带材(1)的位置，并且该带材位置调节装置包括至少一个线性马达(13)，其中，所述调温装置(2)具有至少一个输入侧的加热段(3)和输出侧的冷却段(4)，
其特征在于，非接触式工作的所述带材位置调节装置(7)包括至少一个非接触式的带材位置检测元件(12)，并且所述带材位置调节装置(7)或至少其线性马达(13)设置在加热段(3)内或设置在加热段(3)和冷却段(4)之间。
2.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述加热段(3)具有多个加热区(3')，非接触式的所述带材位置调节装置(7)、即线性马达(13)和必要时带材位置检测元件(12)设置在两个加热区(3')之间。
3.根据权利要求1或2所述的设备，包括多个带材位置调节装置(7)，其特征在于，在加热段上游的带材转向辊和设置在该带材转向辊下游的带材位置调节装置之间的或在沿带材行进方向的两个直接相继设置的带材位置调节装置(7)之间的、在两个线性马达之间的自由间距小于100m。
4.根据权利要求1或2所述的设备，其特征在于，所述线性马达(7)或其定子(13')设置在带材(1)上方和/或下方。
5.根据权利要求1或2所述的设备，其特征在于，所述线性马达(7)或其定子(13')设置在这样的宽度区域中，该宽度区域至少覆盖带材的具有最大带材宽度的宽度区域。
6.根据权利要求1或2所述的设备，其特征在于，所述线性马达(13)或其定子(13')具有至少80mm的垂直自由间距。
7.根据权利要求1或2所述的设备，其特征在于，所述线性马达(13)或其定子(13')被冷却。
8.根据权利要求1或2所述的设备，其特征在于，所述带材位置检测元件(12)构造为电感传感器、电容传感器或光学传感器或构造为雷达传感器。
9.根据权利要求1或2所述的设备，其特征在于，在加热段(3)中的第一带材位置调节装置(7)或其线性马达(13)以这样的间距间隔开地设置在最后一个位于加热段上游的带材转向辊后方，该间距是最大带材宽度的至少十倍。
10.用于借助根据权利要求1至9之一所述的设备连续处理金属带材的方法，所述金属带材为了热处理而被悬浮地引导穿过加热段和冷却段，其特征在于，借助至少一个设置在加热段内或设置在加热段和冷却段之间的非接触式工作的带材位置调节装置控制或调节金属带材的位置。
11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，测量金属带材的实际位置从金属带材的目标位置的偏离并且由该偏离生成校正信号，并且借助线性马达使金属带材移动到目标位置中。
12.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，所述带材位置调节装置设置在两个加热区之间。
13.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，所述带材位置调节装置或其线性马达或其带材位置检测元件设置在加热段的这样的区域中，在该区域中，金属带材的温度高于300℃。
14.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，在线性马达上游和/或在线性马达下游和/或在线性马达的位置处测量实际位置。
15.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，与所测得的带材偏移成比例地调节借助线性马达施加到带材上的、横向于带材行进方向的力。
16.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，当实际位置与目标位置的偏离处于公差范围内时放弃借助线性马达的校正。
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