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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und deren Verwendung zum Ziehen oder Bremsen eines metallischen Guts in eine Abzugsrichtung, wobei die Vorrichtung mindestens eine Zugvorrichtung aufweist und wobei die oder jede Zugvorrichtung eine magnetische Abzugskraft auf das metallische Gut ausübt.
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Der Auf- und Abbau von Bandzug ist für den Betrieb von Anlagen zur Bandbehandlung essentiell. Abhängig von den entsprechenden Prozessstufen ist ein angepasster, definierter Zug für die optimale Qualität des erzeugten Produktes von großer Bedeutung. Dies führt zur Notwendigkeit, Bandzug im Verlauf des Passierens des Bandes bei seinem Passieren der Behandlungsanlage mehrfach auf- und abzubauen. Exemplarisch sei der gerichtete Bandlauf durch die Anlage, die Erhöhung des Bandzuges für Einrichtungen zum Strecken und Streckrichten bei Bandplanheitsfehlern, das Dressieren (Einstellen der metallurgischen Eigenschaften des verwendeten Werkstoffs) und die Zugabsenkung im Glühofen genannt.
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Aus der
WO 97/02103 A1 ist eine Vorrichtung zum Bremsen von elektrisch leitfähigem Band bekannt, in der das Band unter Zugspannung weiterverarbeitet wird, die eine Magnetfeld-Erzeugungseinrichtung aufweist. Diese erzeugt ein wechselndes Magnetfeld, das Wirbelströme in das Band induziert, die eine gegen die Förderrichtung des Bandes gerichtete Kraft auf dieses ausüben. Dabei ist vorgesehen, dass die Magnetfeld-Erzeugungseinrichtung eine drehbare Magnetrolle umfasst, die quer zur Förderrichtung des Bandes ausgerichtet ist und auf ihrer Umfangsfläche in abwechselnder Folge angeordnete Magnetpole unterschiedlicher Polarität aufweist. Die Drehrichtung der Magnetrolle ist der Förderrichtung des Bandes entgegengesetzt.
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Aus der
EP 1 054 743 B1 ist eine Vorrichtung zum Ziehen oder Bremsen von Metallbändern bzw. Blechen bekannt, wobei das Band zwischen endlos umlaufenden Kettensystemen angeordnet ist, die das Band mit wagenartigen Rollenblöcken einspannen. Weiter vorgesehen ist dort, dass jeder Rollenblock eine eigene elastische Beschichtung trägt, die durch Formgebung und Füllstücke gezielt angepasst werden kann. Weiterhin kann vorgesehen werden, dass auf den Rollenblöcken Magnetspulen oder Permanentmagnete angeordnet sind.
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In sehr ähnlicher Weise offenbart die
EP 1 350 576 B1 eine solche Vorrichtung mit endlos umlaufenden Kettensystemen aus wagenartigen Rollenblöcken, die das Band mitnehmen, wobei die Rollenblöcke Magnete tragen, um mittels Wirbelstrom einen linearen Bandzug zu erzeugen. Auch hier können Permanentmagnete oder Magnetspulen vorgesehen sein.
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Die
DE 101 15 389 A1 zeigt eine Vorrichtung zum Ziehen oder Bremsen von Metallband in Prozesslinien zwischen zwei gegenüberliegend angeordneten, von Kettenrädern angetriebenen, endlos umlaufenden Wagenkettensystemen. Auch hier sind Rollenblöcke mit Permanentmagneten oder mit Elektrospulen ausgerüstet, um eine Magnetkraft zu erzeugen, die das Band bremst oder zieht.
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Die
DE 1 288 865 A zeigt eine ähnliche Lösung, bei der Permanentmagnete oder Elektromagnete zum Einsatz kommen.
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Die
DE 23 01 434 A1 beschreibt eine Ziehvorrichtung für Bänder, in der der Bandzug durch ein magnetisches Wanderfeld mittels stationärer Induktoren erzeugt wird. In Fortbildung dessen sieht die
WO 2005/035158 A1 eine Zugvorrichtung zum berührungslosen Aufbringen des Bandzuges vor, wobei zwischen zwei synchron laufenden oberen und unteren magnetischen Wanderwellenfeldern eine Phasenverschiebung eingebracht und so geregelt wird, dass ein mittiges Schweben des Bandes erreicht wird.
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Die bekannte Verwendung umlaufender Permanentmagneten und auch von Elektromagneten – insbesondere wenn sich diese auf Ketten befinden und damit wie treibende Raupenketten wirken – finden schwerpunktmäßig Verwendung in Anlagen der NE-Metallurgie (Metallurgie der Nicht-Eisen-Metalle), beispielsweise für Kupfer und Aluminium.
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Die magnetisch ausgeübte Volumenkraft zum Aufbau und Abbau von Bandzug ist proportional zum Produkt aus der elektrischen Leitfähigkeit des Bandes, dem Quadrat der magnetischen Induktionsfeldstärke der Magnete am Ort des Bandes und dem Schlupf (der Geschwindigkeitsdifferenz) zwischen dem Band und der Umlaufgeschwindigkeit der Magnete bzw. des magnetischen Feldes (beim Wanderfeld). Dabei kommt in der NE-Metallurgie der sehr guten elektrischen Leitfähigkeit beispielsweise von Aluminium und Kupfer hohe Bedeutung zu, weshalb hier die Zug- oder Bremskrafterzeugung relativ hoch ist. Zum anderen kommt die von den Magneten ausgeübte Kraft durch Wirbelströme im Band zustande, die für das Band abstoßend und somit selbstzentrierend wirkt.
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Problematisch ist das Ziehen oder Bremsen eines Bandes mit den vorbekannten Vorrichtungen, wenn dieses z. B. aus Stahl und damit aus einem ferromagnetischen Material besteht. Zusätzlich zu der gegenüber NE-Metallen wie Aluminium und Kupfer schlechteren elektrischen Leitfähigkeit von Stahl kommt hier die ferromagnetische Anziehung des Stahls als massiv störend hinzu.
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Während die oben diskutierten Lösungen gute Ergebnisse im Falle des Förderns von Bändern aus NE-Metallen bringen, gilt dies nicht bei Bändern aus ferromagnetischem Material. Wird in einem Band aus NE-Metall die Zugkraft durch die Wirbelströme aufgebaut, wirken diese, wie erwähnt, abstoßend auf das durchlaufende Band, so dass es zu einer gewissen Selbstzentrierung des Bandes zwischen den Zugvorrichtungen kommt. Dieser Effekt ist jedoch auf Bänder aus NE-Metallen beschränkt.
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Sind indes Bänder aus ferromagnetischem Material (insbesondere Stahlbänder) zu fördern, dominiert der anziehende Effekt zwischen Band und magnetischer Zugvorrichtung aufgrund Ferromagnetismus gegenüber dem abstoßenden Effekt entscheidend, so dass das Band nicht stabil durch die Fördervorrichtung geführt werden kann. Man kann in etwa sagen, dass der ferromagnetische Anziehungseffekt um den Faktor 100 größer ist als der infolge der Wirbelströme vorliegende Abstoßungseffekt.
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Bei der aus der
EP 1 350 576 B1 und aus der
EP 1 054 743 B1 bekannten Lösung soll das Brems- oder Zuggerüst bei der Raupenkettenlösung nur aus einer Hälfte in Form eines Überleittisches bestehen und soll durch eine gewünschte Bandanziehung erreichen, dass ein Zugmoment auf das Band übertragen wird. Zur besseren Ablösung des ferromagnetischen Bandes vom umlaufenden Transportband hat das umlaufende Magnetband dort einen Schutzgurt.
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Im Falle der
WO 97/02103 A1 befinden sich die Permanentmagnete auf einer umlaufenden Trommel, die dem Effekt der – unerwünschten – ferromagnetischen Anziehung durch eine äußere Schutzhülle begegnet, die sich unabhängig von der umlaufenden Magnettrommel bewegt und synchron zur Bandgeschwindigkeit läuft. Das Band kann sich gegen diese Schutzhülle lehnen und erleidet keinen Schaden. Allerdings ist diese Anordnung entsprechend aufwändig, und es muss befürchtet werden, dass im Dauerbetrieb prozessbedingte Schwierigkeiten entstehen (Schmierung).
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Im sonstigen, oben genannten Stand der Technik wird auf das Problem des Ziehens bzw. Abbremsens ferromagnetischen Materials gar nicht eingegangen.
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Der Erfindung liegt im Lichte der oben genannten Probleme die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zum Ziehen oder Bremsen eines metallischen Guts, insbesondere aus ferromagnetischem Material, zu schaffen, die die genannten Schwierigkeiten überwindet und ein verbessertes Ziehen bzw. Abbremsen des Guts, insbesondere eines Bandes, erlaubt, ohne aufwändige Maßnahmen zur Stabilisierung des Bandes zwischen den Zugvorrichtungen trotz des ferromagnetischen Anzieheffekts ergreifen zu müssen. Es soll damit eine stabile Förderung des Bandes durch die Vorrichtung sichergestellt werden, auch wenn das Gut ferromagnetische Eigenschaften hat.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst, indem die oder jede Abzugsvorrichtung der Zieh- oder Bremsvorrichtung einen elektromagnetischen Induktor aufweist, der – von einem Frequenzumrichter angesteuert – ein elektromagnetisches Wanderfeld erzeugen kann, wobei dem Induktor mindestens eine Korrekturspule zugeordnet ist, die – von einem Steuer- oder Regelungsmittel angesteuert – ein dem Wanderfeld überlagertes Magnetfeld erzeugen kann.
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Bevorzugt ist vorgesehen, dass im Bereich des Induktors bzw. der Korrekturspule eine Messvorrichtung angeordnet ist, mit der der Abstand des metallischen Guts vom Induktor bzw. von der Korrekturspule ermittelt werden kann. Dabei hat es sich insbesondere bewährt, wenn die Messvorrichtung zur berührungslosen Messung des Abstandes zwischen metallischem Gut und Induktor bzw. Korrekturspule ausgebildet ist. Hierbei kommt bevorzugt ein Lasermessgerät als Messvorrichtung zum Einsatz. Optional bietet sich eine Abstandsmessung auch auf induktivem bzw. kapazitivem Weg an.
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Das Regelungsmittel zur Ansteuerung der Korrekturspule kann über die Messvorrichtung mit der Korrekturspule in einem geschlossenen Regelkreis so angeordnet sein, dass der Abstand zwischen dem Induktor bzw. der Korrekturspule und dem metallischen Gut konstant gehalten wird. Danach arbeitet die mindestens eine Korrektur- oder Zusatzspule im geschlossenen Regelkreis autark, um das Band in einer vorgegebenen Mittenposition zu führen.
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Die mindestens eine Korrekturspule kann polygonartig geformt in der Fläche des Induktors angeordnet sein. Weiterhin kann vorgesehen werden, dass zwischen dem Induktor und dem metallischen Gut eine Trennplatte aus einem nicht abrasiven Material, vorzugsweise eine Keramikplatte, angeordnet ist. Damit können Bandbeschädigungen vermieden werden, falls es zu einem mechanischen Kontakt des Bandes mit der Zugvorrichtung kommen sollte. Da es bei einer Bandberührung zu Reibungseffekten (= Wärme) kommt, sind Keramikplatten gegenüber beispielsweise möglichen Trennplatten aus Hartholz oder Kunststoff zu bevorzugen, weil sie Wärmeeinwirkungen besser vertragen können.
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Eine Weiterbildung sieht vor, dass Bewegungsmittel vorhanden sind, mit denen die Abzugsvorrichtung in Richtung senkrecht zur Abzugsrichtung verfahren werden kann.
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Bevorzugt sind zwei beiderseits des metallischen Guts angeordnete Zugvorrichtungen vorhanden.
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Die vorgeschlagene Anordnung hat sich besonders beim Ziehen oder Bremsen von Gut aus ferromagnetischem Material bewährt, wenngleich sie auch für NE-Metalle zum Einsatz kommen kann. Bei dem Gut handelt es sich besonders bevorzugt um ein Stahlband.
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Weitere Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen und der Beschreibung eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels der Erfindung.
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Die einzige Figur zeigt schematisch eine Vorrichtung zum Ziehen oder Bremsen eines Metallbandes, das vorliegend aus ferromagnetischem Material besteht.
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Die Vorrichtung 1 zum Ziehen oder Bremsen des metallischen Guts 2 in Form eines Stahlbandes weist zwei Zugvorrichtungen 3 auf – es kann sich entsprechend natürlich auch um Bremsvorrichtungen handeln, die das Band 2 nicht ziehen sondern bremsen –, wobei je eine Zugvorrichtung 3 oberhalb und unterhalb des Bandes 2 angeordnet ist. Die Darstellung in der Figur zeigt das Band 2 und die Zugvorrichtungen 3 im Schnitt; das Band 2 und die Vorrichtungen 3 erstrecken sich flächig in der Ebene, die senkrecht aus der Zeichenebene heraustritt.
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Jede Zugvorrichtung
3 weist je einen elektromagnetischen Induktor
4 auf, der ortsfest angeordnet ist, und der an einen Frequenzumrichter
5 angeschlossen ist. Der Frequenzumrichter
5 leitet einen in der Frequenz einstellbaren Strom in die Induktoren
4, so dass in diesen ein elektromagnetisches Wanderfeld erzeugt wird. Der Einsatz derartiger elektromagnetischer Wanderfelder ist als solches bekannt, wozu auf die
DE 23 01 434 A1 ausdrücklich Bezug genommen wird.
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Besteht – wie im vorliegenden Falle – das Gut 2 aus einem ferromagnetischen Material, liegen erhebliche Anziehkräfte zwischen dem Band 2 und dem Induktor 4 vor, die das Band aus der gewünschten Mittenlage zwischen den Induktoren 4 auslenken wollen.
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Um dem entgegenzuwirken bzw. um das zu verhindern, sieht die Erfindung vor, dass die Abzugsvorrichtungen 3 den elektromagnetischen Induktor 4 aufweisen, der – wie erläutert – von dem Frequenzumrichter 5 angesteuert ein elektromagnetisches Wanderfeld erzeugen kann, wobei jedoch weiterhin vorgesehen ist, dass dem Induktor 4 mindestens eine Korrekturspule 6 zugeordnet ist, die von einem Steuer- oder Regelungsmittel 7 angesteuert ein dem Wanderfeld überlagertes Magnetfeld erzeugen kann.
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Wie in der Figur zu sehen ist, steuern Steuer- oder Regelungsmittel 7 nämlich die weiter vorgesehenen Korrekturspulen 6 derart an, dass dem Magnetfeld der Induktoren 4 ein weiteres verstärkendes oder abschwächendes Magnetfeld überlagert wird, so dass das Band 2 genau in der Mittenlage gehalten wird, und nicht infolge der ferromagnetischen Anzugskraft zu einem der Induktoren 4 gezogen wird.
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Damit wird es auch beim Ziehen oder Bremsen von Gut 2 aus ferromagnetischem Material möglich, einen stabilen Förderprozess sicherzustellen, wobei der dafür erforderliche apparative Aufwand in Grenzen gehalten wird.
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Die Korrektur- oder Zusatzspulen 6 sind dabei Bestandteil eines geschlossenen Regelkreises, der wie folgt aufgebaut ist:
Hinter der Vorrichtung 1 – gegebenenfalls auch innerhalb der Vorrichtung 1, in Abzugsrichtung L betrachtet – ist eine Messvorrichtung 8 angeordnet, die den Abstand a zwischen dem Band 2 und dem Induktor 4 bzw. der Korrekturspule 6 ermittelt. Dieser Abstand a soll ein definierter Wert sein, der der zentrischen Mittenlage des Bandes 2 zwischen den Zugvorrichtungen 3 entspricht. Der Messwert a wird dem Regelungsmittel 7 zugeleitet, in dem ein entsprechender Regelalgorithmus hinterlegt ist, der eine derartige Ansteuerung der Zusatzspulen 6 veranlasst, dass die gewünschte Mittenlage des Bandes 2 zwischen den Induktoren 4 gewährleistet ist.
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Ein unmittelbarer Kontakt zwischen dem Band 2 und dem Induktor 4 wird durch Trennplatten 9 verhindert.
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Ferner sind Bewegungsmittel 10 vorgesehen (nur schematisch als Kolben-Zylinder-Systeme angedeutet), die ein Heranfahren und ein Wegfahren der Zugvorrichtungen 3 an das Band 2 bzw. von diesem weg ermöglichen.
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Dadurch, dass die Wanderfeldinduktoren 4 über Frequenzumrichter 5 angesteuert werden, erreicht man eine gezielte Einstellung des Schlupfes zwischen dem Band 2 und der Synchrongeschwindigkeit des Wanderfeldes und damit eine Einstellung der Vortriebskräfte der Wanderfeldinduktoren. Der Frequenzbereich ist dabei von dem Spektrum der Bandgeschwindigkeiten an dieser Stelle der Anlage abhängig. Die Stromstärke liefert dabei die magnetische Induktionsfeldstärke aus der oben genannten Beziehung.
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Die mit der Induktionsfeldstärke einhergehende Anziehungskraft auf das Band 2 wirkt sich bei diesem Verfahren infolge des ferromagnetischen Materials – wie eingangs erläutert – ebenfalls stark aus, was allerdings durch den Erfindungsvorschlag beherrschbar wird. Dies wird insbesondere ermöglicht durch die berührungslose Erfassung der Bandposition und die Verwertung dieser Information bei der Ansteuerung der Korrekturspulen 6 im Wanderfeld der Induktoren 4. Die Korrekturspulen 6 arbeiten nach dem Superpositionsprinzip und wirkend verstärkend oder abschwächend auf das Hauptwanderfeld, um die Bandanziehung lokal zu beherrschen.
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Die Korrekturspulen 6 werden in Polygonen in der Fläche der Wanderfeldinduktoren angeordnet, abhängig vom Breiten- und Dickenspektrum und der Werkstoffe der durchlaufenden Bänder.
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Die Wanderfeldinduktoren 4 sollten möglichst nahe am Band 2 platziert werden. Zum Schutz des durchlaufenden Bandes 2 vor Berührungen mit den Induktoren 4 sind die erwähnten zusätzlichen Trennplatten 9 vorgesehen. Diese gleichen den Gleitsteinen, wie sie aus Beizanlagen bekannt sind, um Kratzer auf der Bandoberfläche bei der Bandberührung zu vermeiden.
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Zum Betreiben der Anlage sowie zu deren Wartung und Reparatur kann die Anordnung der Zugvorrichtungen 3 mit den Induktoren 4 so ausgebildet werden, dass ein Öffnen und Schließen um das Band 2 möglich ist. Hierfür sind Bewegungsmittel 10 vorgesehen, die in der Figur nur schematisch dargestellt sind.
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Das Anfahren der Anlage erfolgt so, dass die Induktoren 4 zunächst in einer Entfernung zum Band 2 stehen und eingeschaltet werden. Sodann werden die Induktoren 4 an das Band 2 herangefahren und dabei die Bandpositionsregelung aktiviert. Der Arbeitsbetrieb läuft nun.
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Der Abfahrvorgang ist dem Anfahrvorgang gleich, er erfolgt lediglich in umgekehrter Reihenfolge.
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In der Figur ist der Aufbau eines Bandzuges in horizontale Richtung dargestellt. Natürlich ist entsprechend ein Bandzugaufbau auch in vertikaler Richtung möglich. Im Falle der dargestellten horizontalen Anordnung kann der obere Induktor 4 noch eine mittragende (anziehende) Funktion für das Eigengewicht des Bandes 2 ausüben.
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Die Richtung des Wanderfeldes ist stets vom Bereich des höheren Bandzuges weg gerichtet. Das kann in einem Falle mit der Bandlaufrichtung sein, im anderen Falle gegen die Bandlaufrichtung.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Vorrichtung zum Ziehen oder Bremsen
- 2
- metallisches Gut
- 3
- Zugvorrichtung
- 4
- elektromagnetischer Induktor
- 5
- Frequenzumrichter
- 6
- Korrekturspule
- 7
- Steuer- oder Regelungsmittel
- 8
- Messvorrichtung
- 9
- Trennplatte
- 10
- Bewegungsmittel
- L
- Abzugsrichtung
- a
- Abstand
