DE102004043150A1

DE102004043150A1 - Spannrolle für eine Bandbehandlungsanlage sowie Bandbehandlungsanlage und Verwendung der Spannrolle

Info

Publication number: DE102004043150A1
Application number: DE102004043150A
Authority: DE
Inventors: Gert Mücke; Frank Gorgels
Original assignee: BETR FORSCH INST ANGEW FORSCH; BFI VDEH Institut fuer Angewandte Forschung GmbH
Current assignee: BETR FORSCH INST ANGEW FORSCH; BFI VDEH Institut fuer Angewandte Forschung GmbH
Priority date: 2004-09-03
Filing date: 2004-09-03
Publication date: 2006-03-09
Also published as: WO2006027172A1; ATE414575T1; EP1789211B1; EP1789211A1; DE502005006017D1

Abstract

Eine Vorrichtung zum Erfassen der Bandplanheit in Bandbehandlungsanlagen, das die Totstrecke reduziert, die Einregelzeit verkürzt, die Prozeßgeschwindigkeit erhöht und eine Beeinflussung des zu messenden Bands während der Messung vermeidet, wird mit einer Spannrolle für eine Bandbehandlungsanlage erreicht, bei der das Band über die Spannrolle geführt wird und der Bandzug durch die Spannrolle zwischen dem Einlauf auf die Spannrolle und dem Auslauf von der Spannrolle erhöht bzw. verringert wird und bei der ein am Umfang der Spannrolle angeordneter Meßsensor zur Erfassung der Spannungsverteilung im Band vorgesehen ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Spannrolle für eine Bandbehandlungsanlage, bei der das Band über die Spannrolle geführt wird und der Bandzug durch die Spannrolle zwischen dem Einlauf auf die Spannrolle und dem Auslauf von der Spannrolle erhöht bzw. verringert wird. Ferner betrifft die Erfindung eine Bandbehandlungsanlage sowie die Verwendung einer Spannrolle.

In Bandbehandlungsanlagen, wie beispielsweise Anlagen zum Streckbiegerichten oder Zugrecken von Bandmaterial, Walzwerken oder dergleichen wird das die Bandbehandlungsanlage durchlaufende Band mit einer Bandzugkraft beaufschlagt. Dies kann mit Spannrollen durchgeführt werden. Diese Spannrollen sind in der Regel motorisch angetrieben und verzögern bzw. beschleunigen das Band durch Übertragung von Reibungskräften. Durch die Verzögerung des Bands kann der Bandzug nach der Spannrolle erhöht werden. Durch eine Beschleunigung des Bands kann der Bandzug nach der Spannrolle reduziert werden.

Eine Art der Bandbehandlungsanlagen sind Bandrichtanlagen, die zur Beseitigung der Unplanheit eingesetzt werden. Durch plastisches Dehnen der kürzeren Bandanteile im Band wird ein Längenausgleich erreicht und werden somit zum Beispiel Mitten- oder Randwellen entfernt. Dabei werden Bandabschnitte, die vor dem Richtvorgang verschieden lang und daher teilweise wellig waren, unterschiedlich plastisch gelängt.

Für das Richten von Bändern werden häufig kontinuierlich arbeitende Richtverfahren eingesetzt. Die hierfür verwendeten Bandbehandlungsanlagen weisen regelmäßig einen Einlaufspanntrommelsatz mit Spannrollen auf, in dem der Bandzug gegenüber dem Bandzug in der Linie erhöht wird, eine Reckzone oder ein Streckbiegegerüst und einen Auslaufspanntrommelsatz, in dem der Spannzug wieder auf das Niveau der Linie reduziert wird.

Im Streckbiegegerüst wird das Band unter hohem Zug um Biegewalzen kleinen Durchmessers alternierend gebogen. Hierbei wird im Band die Elastizitätsgrenze überschritten. Durch die Überlagerung der elastoplastischen Biegung mit dem Bandzug wird eine bleibende Längung, der sogenannte Streckgrad, erzeugt. Beim Zugrecken wird das Band auf einer bestimmten Länge so stark gedehnt, dass der gesamte Bandquerschnitt plastifiziert. Die erforderliche Zugspannung wird durch die Spanntrommelsätze aufgebracht und muß die Streckgrenze des Materials erreichen. Eine Kombination von Zugrecken und Streckbiegerichten wird für bestimmte Produkte wie zum Beispiel bei Aluminiumband eingesetzt, da hierdurch häufig bessere Planlageergebnisse erreicht werden.

Je nach Werkstoff, Banddicke, Bandbreite und Typ der Eingangsunplanheit werden für die Zugrollen oder das Streckbiegegerüst überwiegend die Einstellparameter experimentell bestimmt. So ist man auch heute noch beim Betreiben des Richtprozesses weitgehend auf Erfahrungswerte angewiesen.

Bei den Bandrichtverfahren wird das Band unter hohe Längszugspannung gesetzt. Wellen oder Beulen im Band, die ohne angelegten Längszug sichtbar wären, treten nicht in Erscheinung. Die sich einstellende Zugspannungsverteilung ist daher abhängig von der im Band vorliegenden Längenverteilung. Dabei übernehmen die kürzeren Bandfasern beim Anlegen einer äußeren Bandzugspannung höhere Spannungsanteile als längere Bandfasern.

Damit die Reckzone und/oder das Biegegerüst optimal eingestellt werden können, ist es erforderlich, die Planheit des Bandes kontinuierlich zu messen.

Ein Meßverfahren zur Planheitsmessung von Bändern ist aus EP 0 988 904 A2 bekannt. Dort wird ein Verfahren beschrieben, gemäß dem der Bandzug für die Messung der Planheit mittels Spannrollen, sogenannten S-Rollensätzen, reduziert wird. Eine nach dem Auslauf des Bands aus dem S-Rollensatz angeordnete optische Meßvorrichtung mißt die Bandplanheit in dem nahezu bandzugsfreien Band. Nach der Messung der Bandplanheit wird der Bandzug wieder auf den Bandzug der Linie mittels S-Rollensätzen erhöht.

Für die Ermittlung der Unplanheit des Bands werden in Bandrichtanlagen zunehmend separate Meßrollen eingesetzt. Derartige Meßrollen sind beispielsweise aus DE 42 36 657 C2 , DE 297 21 085 U1 , DE 102 07 501 C2 , DE 18 38 457 A1 , DE 199 18 699 A1 und DE 196 16 980 A1 bekannt. Als Einbauort für die Meßrolle steht die Wahlmöglichkeit, diese entweder in die Reckzone, nach dem Biegegerüst oder nach dem Auslaufspanntrommelsatz zum Beispiel vor der Aufwickeltrommel einzusetzen.

Anlagebedingt sind in der Reckzone nach dem Biegegerüst häufig sehr beengte Einbauverhältnisse vorzufinden. Dies wiederum hat zur Folge, daß der einsetzbare Rollendurchmesser für die Meßrolle begrenzt ist. Beim Umlenken des unter hohem Längszug stehenden Bandes um den Meßrollenkörper werden hohe Biegespannungen in das Band eingeleitet, die in Zusammenwirken mit dem hohen Bandzug einen im Band verbleibenden Formfehler (Längs- oder Querbogen) erzeugen, der für die Weiterverarbeitung des Bandmaterials störend ist. In dieser Einbaulage bewirkt das Messen der Bandplanheit mit einer Meßrolle somit das Einbringen eines weiteren Planheitsfehlers und ist deshalb nicht zweckmäßig.

Zwischen dem Auslaufspanntrommelsatz und der Aufwickeltrommel sind die Einbaubedingungen für die Meßrolle ebenfalls beengt. Wegen des deutlich niedrigeren Bandzugsspannungsniveaus besteht in diesem Anlagenbereich jedoch die Gefahr der Längs- und Querbogenbildung weniger. Hier ist vielmehr der Einfluß der Wickelgeomtrie beim Aufwickeln des Bandes auf die Aufwickeltrommel von Bedeutung. Beim Aufwickeln von Bändern, deren Querschnittsprofil von der rechteckigen Form abweicht, ergeben sich über der Bandbreite unterschiedliche Wickeldurchmesser. Dieser Effekt tritt in besonderem Maße beim Aufwickeln von sogenanntem Spaltband auf, das durch Längsteilung von warmgewalztem Breitband hergestellt wird. Diese Geometrieabweichungen verursachen bei einem unter Längszug stehenden Band Spannungsumverteilungen über die Bandbreite, die zu einem Anstieg der örtlichen Bandzugspannung von einer Bandseite zur anderen führen. In diesen Fällen ist der oben beschriebene, dem Meßprinzip zugrundeliegende proportionale Zusammenhang zwischen Bandzugspannung und Bandlängenänderung wegen dieses Störeffekts nicht mehr gegeben. Dieses Meßergebnis beeinflussende Störspannungen lassen sich nur durch sogenannte „Abschottvorrichtungen" vermeiden, wie sie beispielsweise in DE 199 45 202 A1 beschrieben werden. Die Nachrüstung bestehender Bandrichtanlagen mit solchen Abschottsystemen ist wegen zusätzlichen Platzbedarfs ohne kostenintensive Umbaumaßnahmen jedoch nicht möglich.

Der Einbau der Meßrolle vor der Aufwickeltrommel führt ferner dazu, daß die Bandbereiche, die im Biegegerüst verformt wurden, erheblich zeit- und lageversetzt über die Meßrolle geführt werden. Diese sogenannte Totstrecke, die je nach Anlagenkonfiguration Längen von bis zu 20 m annehmen kann, führt zu abgewerteten Bandlängen, die einem Vielfachen der Totstrecke entsprechen können. Dies betrifft vor allem die Betriebszustände während der innenstationären Phase, wenn zum Beispiel nach dem Einfädeln eines neuen Bandes Einregelvorgänge beim Biegegerüst vorgenommen werden müssen, bis die optimale Bandplanheit eingestellt ist.

Vor diesem Hintergrund liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zum Erfassen der Bandplanheit in Bandbehandlungsanlagen vorzuschlagen, die die Totstrecke reduziert, die Einregelzeit verkürzt, die Prozeßgeschwindigkeit erhöht und eine Beeinflussung des zu messenden Bands während der Messung vermeidet.

Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen angegeben.

Die Erfindung geht von dem Grundgedanken aus, die für die Einstellung des gewünschten Bandzugs ohnehin vorgesehene Spannrolle als Meßrolle auszubilden. Hierfür ist die erfindungsgemäße Spannrolle für eine Bandbehandlungsanlage mit mindestens einem am Umfang der Spannrolle angeordneten Meßsensor zur Erfassung der Spannung im Band ausgestattet. In der Regel sind mehrere Meßsensoren vorgesehen, um die Spannungsverteilung im Band zu messen.

Dabei kann der Meßsensor in zum Außenumfang der Rolle offenen Ausnehmungen angeordnet sein. Alternativ kann der Meßsensor in der Nähe des Außenumfangs der Spannrolle derart angeordnet sein, daß die in Radialrichtung wirkende Umlenkkraft des Bandes durch die zwischen Meßsensor und Außenumfang verbleibende Materialschicht der Spannrolle auf den Meßsensor wirkt. Als Meßsensoren können insbesondere piezoelektrische Kraftgeber, Dehnungsmeßstreifen oder sogenannte Preßduktoren eingesetzt werden. Preßduktoren wurden von der Firma ABB ca. 1953 entwickelt und basieren auf dem magnetoelastischem Effekt.

Eine Spannrolle zeichnet sich dadurch aus, daß sie, beispielsweise durch einen motorischen Antrieb, ihre Oberflächebeschaffenheit und/oder ihre Lagerung, dazu ausgelegt ist, beispielsweise durch Reibungskräfte auf das Band einzuwirken und den über sie geleiteten Bandabschnitt je nach Wirkrichtung zu beschleunigen oder zu verlangsamen.

Die Meßsensoren können in einer Reihe in Richtung der Spannrollenlängsachse angeordnet sein. Hierdurch wird durch die Meßsensoren der Spannungszustand im Band in der gleichen Bandlängenposition gemessen. Dadurch kann die Planheit des Bandes an dieser Bandlängenposition ermittelt werden. Alternative Anordnungen der Meßsensoren sind beispielsweise eine schraubenlinienförmige Anordnung auf dem Umfang der Spannrolle.

Die Spannrolle ist insbesondere bevorzugt beschichtet, besonders bevorzugt mit Gummi oder Polyurethan. Durch die Beschichtung lassen sich Reibkräfte zur Erzeugung des gewünschten Bandzugs besonders gut auf das Band übertragen. Die Beschichtung ist dabei vorzugsweise derart ausgeführt, daß sie auch den Meßsensor überdeckt, also beispielsweise auch einen auf dem Außenumfang der Rolle angeordneten Dehnungsmeßstreifen überdeckt.

Vorzugsweise weist die Spannrolle einen Durchmesser auf, der sich aus der Beziehung h_max/D_rolle < Fließgrenze/E-Modul ergibt, wobei h_max die maximale Dicke des Bands, D_rolle der Spannrollendurchmesser, Fließgrenze die Fließgrenzen des Bandmaterials und E-Modul das E-Modul des Bandmaterials ist. Durch diesen großen Rollendurchmesser wird die Einleitung von Bandformfehlern, wie beispielsweise Längs- und Querbogen, in das Band vermieden.

Insbesondere zur Gewichtsreduktion kann die Spannrolle als Hohlwelle ausgebildet sein. Durch diese Ausbildung wird ferner der Zugang zu den Meßsensoren vereinfacht.

Für bevorzugte Anordnungen von Meßsensoren in Meßrollen und Ausbildungen von Meßrollen wird auf DE 42 36 657 C2 , DE 297 21 085 U1 , DE 102 07 501 C2 , DE 18 38 457 A1 , DE 199 18 699 A1 und DE 196 16 980 A1 Bezug genommen, deren jeweilige Offenbarung der Anordnungen von Meßsensoren in Meßrollen und der Ausbildungen von Meßrollen durch Bezugnahme Teil der Offenbarung der erfindungsgemäßen Spannrolle wird.

Insbesondere kann ein Meßsensor ein Kraftmeßgeber mit einer Abdeckungen sein, die im Betriebszustand mit ihrer Oberfläche unmittelbar an der Oberfläche des zu prüfenden Bands anliegt. Die Abdeckung ist vorzugweise ohne Wandberührung ausschließlich in einer Ausnehmung, in der der Kraftmeßgeber angeordnet ist, in Richtung auf die Achse der Meßrolle verschiebbar. Die Abdeckung kann von der Umlenkkraft des Bandes beaufschlagt sein, und die beiden einander gegenüberliegenden Stirnflächen des Kraftmeßgebers werden belastet, indem von beiden die eine Stirnfläche auf der Aufstandsfläche der Ausnehmung aufgespannt ist, während die andere der Beauschlagung mit der Umlenkkraft über die Abdeckung ausgesetzt ist.

Eine erfindungsgemäß mit der erfindungsgemäßen Spannrolle versehene Bandbehandlungsanlage kann einen Spannrollensatz aufweisen, bei dem die erfindungsgemäße Spannrolle die dem Behandlungsschritt in Bandlaufrichtung nähere Spannrolle ist. Hierdurch wird die Totzeit verkürzt.

Bei einer Bandbehandlungsanlage im Sinne der beschriebenen Erfindung handelt es sich um jede denkbare Vorrichtung, welche zum Transport, zur Behandlung, zur Beschichtung oder dergleichen eines durchlaufenden Bandes geeignet ist.

Bei einer erfindungsgemäßen Bandbehandlungsanlage mit einer erfindungsgemäßen Spannrolle kann das Band mit einem Umschlingungswinkel von mindestens 180°, insbesondere bevorzugt von 270°, um die Spannrolle geführt werden.

Erfindungsgemäß kann eine erfindungsgemäße Spannrolle zum Messen der Veränderung des Bandzugs vom Einlauf des Bandes auf die Spannrolle zum Auslauf des Bandes von der Spannrolle verwendet werden. Auf diese Weise können Ergebnisse über den Bandzugsaufbau über die Spannrolle ermittelt werden.

Nachfolgend die Erfindung anhand einer lediglich Ausführungsbeispiele darstellenden Zeichnung näher erläutert. Darin zeigt
1 den Einsatz der erfindungsgemäßen Spannrolle in einer Bandbehandlungsanlage zum Streckbiegerichten in einer schematischen Seitenansicht;
2 die Anordnung der Kraftmeßgeber-Abdeckung bei einer erfindungsgemäßen Spannrolle in einem Querschnitt;
3 den Einsatz der erfindungsgemäßen Spannrolle in einer Bandbehandlungsanlage zum Zugrecken in einer schematischen Seitenansicht und
4 den Einsatz der erfindungsgemäßen Spannrolle in einer Bandbehandlungsanlage zum Streckbiegerichten und Zugrecken in einer schematischen Seitenansicht.
Die in 1 dargestellte Bandbehandlungsanlage weist einen Einlaufspanntrommelsatz 1 mit Spannrollen 2, 3, 4, 5 auf. Dem Einlaufspanntrommelsatz in Bandlaufrichtung nachgeordnet ist ein Streckbiegegerüst 6. Dem Streckbiegegerüst 6 in Bandlaufrichtung nachgeordnet ist ein Auslaufspanntrommelsatz 7 mit Spannrollen 8, 9, 10, 11. Die Spannrolle 8 des Auslaufspanntrommelsatzes 7 ist als Spannrolle mit Meßsensoren ausgebildet.
Der Bandzug des in die in 1 dargestellte Bandbehandlungsanlage einlaufenden Bandes wird durch den Einlaufspanntrommelsatz erhöht. Durch das Streckbiegegerüst 6 wird das Band behandelt. Durch den Auslaufspanntrommelsatz 7 wird der Bandzug auf ein für die nachfolgenden Verfahrensschritte festgelegtes Niveau abgesenkt. Durch die als Meßrolle ausgebildete Spannrolle 8 wird die Bandplanheit gemessen. Die Meßergebnisse der Planheitsmessung werden der Regelung des Streckbiegegerüsts 6 zugeführt, um eine vorgegebene Bandplanheit zu erreichen.
Bei der in 2 dargestellten Anordnung der Kraftmeßgeber-Anordnung besteht ein allseitiger Spalt zwischen Kraftmeßgeber und dessen Abdeckung einerseits und dem Innern der Ausnehmung 22 andererseits. Dieser Spalt liegt vorzugsweise zwischen 0,01 bis 0,05 mm. Es hat sich gezeigt, daß unter diesen Voraussetzungen bei der Spaltbreite keine Beschädigungen oder Markierungen auf der Oberfläche des über die Spannrolle laufenden Bandes bestehen. Das Band 28 läuft über den Rollenkörper 24 und die Meßgeberabdeckung 23. Der Meßgeber 21 ist mit einer seiner Stirnflächen 31 auf der Aufstandsfläche 33 aufgespannt. Seine gegenüberliegende Stirnfläche 32 ist der Beaufschlagung mit der Umlenkkraft F über die Abdeckung 23 ausgesetzt. Die Spannrolle liegt mit ihrer Oberfläche 27 und der Oberfläche 26 der Abdeckung 23 im Betriebszustand unmittelbar an der Oberfläche 29 des zu prüfenden Bandes 28 an. Ein Spalt 45 ist zwischen der Abdeckung 23 und der Innenwand 30 der Ausnehmung 22 vorgesehen.
Die in 3 gezeigte Bandbehandlungsanlage unterscheidet sich von der in 1 gezeigten dadurch, daß zwischen dem Einlaufspanntrommelsatz 1 mit Spannrollen 2, 3, 4, 5 und dem Auslaufspanntrommelsatz 7 mit Spannrollen 8, 9, 10, 11 kein Streckbiegegerüst 6 vorgesehen ist. Die Bandbehandlung erfolgt hier mittels Zugrecken. Hierzu ist im Einlaufspanntrommelsatz ein weiteres Spannrollenpaar 12, 13 und im Auslaufspanntrommelsatz ein weiteres Spannrollenpaar 14, 15 vorgesehen.
In 4 ist eine kombinierte Behandlung durch Zugrecken und Streckbiegerichten dargestellt.

Claims

Spannrolle für eine Bandbehandlungsanlage, bei der das Band über die Spannrolle geführt wird und der Bandzug durch die Spannrolle zwischen dem Einlauf auf die Spannrolle und dem Auslauf von der Spannrolle erhöht, bzw. verringert wird, gekennzeichnet durch einen am Umfang der Spannrolle angeordneten Meßsensor zur Erfassung der Spannungsverteilung im Band.
Spannrolle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßsensoren in einer Reihe in Richtung der Spannrollenlängsachse angeordnet sind.
Spannrolle nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannrolle beschichtet ist.
Spannrolle nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannrolle eine Hohlwelle ist.
Spannrolle nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein Meßsensor ein Kraftmeßgeber mit einer Abdeckungen ist, die im Betriebszustand mit ihrer Oberfläche unmittelbar an der Oberfläche des zu prüfenden Bands anliegt.
Spannrolle nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Abdeckung ohne Wandberührung ausschließlich in einer Ausnehmung, in der der Kraftmeßgeber angeordnet ist, in Richtung auf die Achse der Meßrolle verschiebbar ist.
Spannrolle nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Abdeckung von der Umlenkkraft des Bandes beaufschlagt ist, und die beiden einander gegenüberliegenden Stirnflächen des Kraftmeß gebers belastet sind, indem von beiden die eine Stirnfläche auf der Aufstandsfläche der Ausnehmung aufgespannt ist, während die andere der Beauschlagung mit der Umlenkkraft über die Abdeckung ausgesetzt ist.
Bandbehandlungsanlage mit einem Spannrollenpaar, wobei die Spannrolle nach den Ansprüche 1 bis 7 die dem Behandlungsschritt nähere Spannrolle ist.
Bandbehandlungsanlage mit einer Spannrolle nach einem der Ansprüche 1 bis 7, insbesondere nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Band mit einem Umschlingungswinkel von mindestens 180° um die Spannrolle geführt wird.
Verwendung einer Spannrolle nach einem der Ansprüche 1 bis 8 zum Messen der Veränderung des Bandzugs vom Einlauf der Spannrolle zum Auslauf der Spannrolle.