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Die
Erfindung betrifft eine Bürstmaschine mit Walzenbürsten
zur Oberflächenbehandlung von Metallbändern im
Durchlauf, insbesondere Bändern aus Kupferlegierungen.
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Solche
Bürstmaschinen werden in der Stahlindustrie oder Metallindustrie
und regelmäßig in Produktionslinien für
Bänder aus Kupferlegierungen verwendet, in denen Bänder
nach dem Walzprozess geglüht und anschließend
oberflächenbehandelt werden. Dabei wird z. B. durch Beizen
das Band von einer Oxydschicht befreit. Anschließend werden
durch den Bürstvorgang noch am Band anhaftende Oxydpartikeln
entfernt und auch die gewünschte Oberflächenbeschaffenheit
hergestellt. Derartige Anlagen nennt man AP-Linien (Annealing and
Pickling Linien). Solche bei der Bandreinigung und Herstellung der Fertigoberfläche
des Bandes eingesetzten Bürstmaschinen nennt man Finish-Bürstmaschinen.
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Vielfach
befindet sich vor der Wärmebehandlung noch Entfettungsstation,
in der die Bandoberfläche von noch anhaftendem Walzschmiermittel
aus dem vorangehenden Kaltwalzprozesses befreit wird. In solchen
Bandentfettungen werden ebenfalls Bürstmaschinen zum Waschbürsten
und Entfettungsbürsten der Bandoberfläche eingesetzt.
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Daneben
gibt es auch mit Bürstmaschinen bestückte Linien
in denen die Bänder z. B. nach dem letzten Kaltwalzvorgang
nur entfettet und gebeizt werden. Solche Bandlinien werden als DP-Linien (Degreasing
and Pickling Linien) bezeichnet. In DP-Linien werden ebenfalls Wasch-
und Entfettungsbürstmaschinen sowie Finish-Bürstmaschinen
eingesetzt.
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Durch
die hohen und ständig steigenden Anforderungen an die Oberflächenqualität
der Bänder werden auch an die Bürstmaschinen hohe
Anforderungen gestellt.
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Bedingt
durch die Steifigkeit und die Dichte des Bürstrollenbesatzes ändert
sich die Andruckkraft der Walzenbürste auf das über
eine Gegendruckrolle geführte Band erheblich mit der Walzenbürstenzustellung.
Vielfach liegt die Zustellung nur im Bereich von 1 mm bis 2 mm,
so dass schon ein Parallelitätsfehler der Walzenbürste
zur Bandoberfläche über der Bandbreite von wenigen
1/10 mm zu unzulässigen Abweichungen im Bürstbild
führen kann. Da die Bandbreite z. B. für Buntmetallbänder
mehr als 1000 mm betragen kann, sind die Anforderungen an die Gestaltfestigkeit
des Maschinengestells einer Bürstmaschine erheblich.
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Die
hohen Andruckkräfte mit denen die Walzenbürste
auf das über die Gegendruckrolle geführte Band
angedrückt werden muss und die insbesondere bei hohen Bandgeschwindigkeiten
erforderlichen hohen Drehzahlen der Walzenbürste erzeugen
in Maschinen nach dem Stand der Technik häufig Schwingungen,
die zu mit bloßem Auge erkennbaren Ungleichmäßigkeiten
des Bürstbildes, so genannten Rattenmarken, auf der Bandoberfläche
führen. Daher werden insbesondere zur Erhöhung
der Schwingungssteifigkeit aber auch zur Erzielung eines gleichen
Andrucks der Walzenbürste über der Bandbreite
Bürstmaschinen mit zweiseitiger Lagerung sowohl der Walzenbürste
als auch der Gegendruckrollen eingesetzt. Dennoch stellen Schwingungen
bei üblichen Bürstmaschinen, bei denen die Maschinengestelle als
Schweißkonstruktionen mit nur geringer Systemdämpfung
ausgeführt werden, häufig ein kaum lösbares
Problem dar.
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Um
Schwingungen zu vermeiden, sind bei bekannten Maschinentypen wie
sie z. B. auf S. 11 des online-Prospekts "Kompetenz
in Kupfer-Wärmebehandlungsanlagen und Maschinen für
Walzwerke zum Behandeln von Bändern aus Kupfer und Kupferlegierungen" der
Otto Junker GmbH unter www.otto junker.de beschrieben werden,
die Seitenwangen der Maschine, an oder in der die Lager von Walzenbürsten
und Gegendruckrollen untergebracht sind, aus massiven ca. 50 mm
dicken Stahlplatten gefertigt. Da diese Stahlplatten jedoch mit
zahlreichen Ausschnitten versehen werden müssen und Stahl
eine nur geringe Werkstoffdämpfung aufweist, ist der Erfolg
im Hinblick auf Erhöhung der Schwingsteifigkeit meist nur
begrenzt. Außerdem müssen die Lager für
Walzenbürstenwellen und Gegendruckrollen außerhalb des
Maschinengehäuses an diesen Stahlwangen angebracht werden,
was entsprechend längere Wellen erfordert, die aus schwingungstechnischen
Gründen sehr steif auszuführen sind, was, je länger
die Welle umso aufwändiger ist.
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Ein
weiteres Problem stellt die Verstellung der Walzenbürsten
und auch der Gegendruckrollen vertikal zum Bandlauf dar. Die Verstellung
muss zum einen hinreichend schnell erfolgen, da z. B. beim Bandheftstellendurchlauf
die Walzenbürsten vom Band abgehoben werden müssen,
zum anderen müssen aus schwingungstechnischen Gründen
die Lager in Betriebsposition der Walzenbürsten und der Gegendruckrolle
möglichst starr mit dem Maschinengestell verbunden sein.
Dies wird durch Andruckmechanismen versucht, die aufwändig
und kompliziert sind, weil sie auch die Höhenverstellbarkeit
der Wellen von Walzenbürsten und Gegendruckrollen berücksichtigen
müssen und der Höhenverstellmechanismus bei bekannten
Maschinen, wie z. B. im on-line Prospekt der Otto Junker GmbH dargestellt,
im Bereich der Maschinenseitenwände angeordnet ist. Diese
Bürstmaschine, die speziell für das häufig
auch stark abrasive Finish-Bürsten von Bändern
aus Kupferlegierungen entwickelt wurde, erfordert erheblichen Aufwand,
um trotz Verstellmöglichkeit für Walzenbürsten
und Gegendruckrollen und Einbau der Walzenbürsten in schubladenartigen
Gebilden, die den Ausbau zur Bedienseite hin erlauben, hinreichende
Schwingungssteifigkeit zu erreichen. Wegen der im Vergleich zu anderen
Bändern, z. B. aus Edelstahl, sehr weichen Oberfläche
von Buntmetallbändern wirken sich Schwingungen der Walzenbürsten hier
besonders störend durch Rattermarken und ungleichförmiges
Bürstbild aus.
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Eine
weitere Schwierigkeit ergibt sich dadurch, dass sowohl die Walzenbürsten
als auch die Gegendruckrollen einfach ausbaubar und auswechselbar
gestaltet werden müssen. Der Ausbau ist nur zu Bedienseite
der Maschine hin parallel zur Bandebene möglich, da das
Band für einen Bürstenausbau nicht getrennt werden
darf.
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Eine
bekannte Lösung besteht darin, die Walzenbürsten
wie bei der oben beschriebenen, bekannten Maschine, in schubladenartige
Kassetten einzubauen, die zur Bedienseite hin in Schienenführungen
auf Rollen aus der Maschine ausgefahren werden können.
Diese Kassetten enthalten auch die Lagerung der Walzenbürste
sowie vielfach auch die Höhenverstellung. Durch den Einbau
der Lagerung in den Kassetten wird die Herstellung einer starren
Verbindung mit dem Maschinengestell verkompliziert, was wiederum
zu Schwingungsproblemen führen kann. Außerdem
ist ein sehr hoher maschinenbaulicher Aufwand erforderlich um die
notwendige Parallelität der Walzenbürstenwelle
zur planen Bandoberfläche herzustellen und auch nach längerem
Betrieb der Maschine noch zu garantieren.
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Eine
weitere Schwierigkeit besteht bei den bekannten Maschinen in dem
großen erforderlichen Lagerabstand der Walzenbürsten-
und Gegendruckrollenlager, da die Lager in oder an den beidseits
des Bandlaufs befindlichen Gestellseitenwänden angeordnet
sein müssen. Wegen der beim Bürstprozess verwendeten
Spritz- und Spülfluide, die auf normalen Schwarzstahl hochgradig
korrosiv einwirken, muss innerhalb der Maschine eine gesonderte
Arbeitskammer aus entsprechend beständigem Edelstahl eingebaut
werden, die nicht nur teuer ist, an den Durchdringungen der höhenverstellbaren
Walzenbürsten und Gegendruckrollen komplizierte Dichtungen
erfordert, sondern außerdem den Lagerabstand der Walzenbürsten
und Gegendruckrollen erheblich vergrößert. Bedingt
durch diesen großen Lagerabstand ergeben sich große
Wellendurchmesser um die notwendige Biegesteifigkeit zu erreichen.
Dies erfordert hohe Materialkosten, da die Wellen aus hinreichend beständigem
Edelstahl gefertigt werden müssen und macht zudem eine
aufwändige maschinelle Bearbeitung erforderlich.
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Die
Erfindung hat die Aufgabe die beschriebenen Probleme und Schwierigkeiten
zu vermeiden und eine unkomplizierte und zugleich dauerhaft präzise
arbeitende Bürstmaschine zu schaffen, die insbesondere
für Bänder aus Kupferlegierungen geeignet ist.
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Diese
Aufgabe wird durch die in den Patentansprüchen beschriebenen
Merkmale gelöst.
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Erfindungsgemäß wird
jede Walzenbürste mit Hilfe von mindestens 2 in Führungsbuchsen
verschieblichen Säulen gehalten, wobei die Säulen
vertikal zum Bandlauf angeordnet sind und die Führungsbuchsen
sich im Bereich des Maschinengestells zwischen dessen beidseits
des Bandes befindlichen Seitenwänden befinden.
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Die
von den Säulen abzuleitenden Kräfte, die sich
aus dem Bürstvorgang ergeben, werden also nicht wie bei
Bürstmaschinen nach dem Stand der Technik über
irgendwelche Zwischenglieder wie z. B. Schubladen oder Schwenkhebel
in die Seitenwände des Maschinengestells eingeleitet, sondern
unmittelbar in das Maschinengestell, in das die Führungsbuchsen
für die Säulen eingebaut sind.
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Das
Maschinengestell ist vorzugsweise ein aus Blechen gefertigter und
als Schweißkonstruktion hergestellter Hohlkörper,
der durch den Verguss mit einer aushärtenden Vergussmasse,
z. B. Mineralguss oder Reaktionsharzbeton, eine Gestaltfestigkeit,
Stei figkeit und ein Dämpfungsvermögen für Schwingungen
erhält, die diese Eigenschaften für eine übliche
Stahlschweißkonstruktion, selbst eine solche mit sehr massiven
Stahl-Seitenwänden, beim Weitem übertrifft.
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Die
Führungsbuchsen für die Säulen können bei
in Arbeitsposition befindlicher Walzenbürste z. B. hydraulisch
verklemmt werden, so dass die tischartige Konstruktion, welche die
Walzenbürste mit zweiseitiger Lagerung aufnimmt, alle Kräfte
auf kurzem Weg und unmittelbar, also nicht über andere
Bauteile wie Schwenkhebel oder Schubladen nach dem Stand der Technik,
in das Maschinengestell einleitet.
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Um
die Steifigkeit noch weiter zu erhöhen, können
in das als Stahlblechhohlkörper ausgeführte Maschinengestell
noch mit der Innenwandfläche mindestens punktweise verschweißte
Blechteile und/oder Drahtgeflechte eingebracht werden, die von der
Vergussmasse umschlossen werden.
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Die
tischartige, mit den Säulen ein starre Baueinheit bildende
Konstruktion kann z. B. über gekoppelte Spindelhubelemente
vertikal zum Bandlauf verstellt werden. Dabei bleibt auch bei längerer
Benutzungsdauer der Maschine die erforderliche Positioniergenauigkeit
der Walzenbürste im Bereich von ca. 1/10 mm erhalten.
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Der
Ausbau der Walzenbürsten und der in gleicher Weise verlagerten
und verstellbaren Gegendruckrollen erfolgt durch Zugangsöffnungen
auf der Bedienseite des Maschinengestells. Dazu sind die Walzenbürsten – wie
auch die Gegendruckrollen – in Lagergestellen verlagert,
die nach Art eines Schlittens in die tischartige, mit Hilfe der
Säulen verstellbare Konstruktion in Achsrichtung der Walzenbürsten bzw.
der Gegendruckrollen eingeschoben und in Endposition verklemmt werden.
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Da
die vom Spritzfluid beführten Teile des Maschinengestells
aus korrosionsbeständigem Blech, z. B. Edelstahl, gefertigt
sind, erübrigt sich eine besondere Arbeitskammer.
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Da
die Walzenbürsten unmittelbar an ihren Enden in den Einschiebegestellen
verlagert sind, ergeben sich wegen der kurzen Länge der
Wellen auch bei hoher Biegesteifigkeit der Walzenbürstenwelle, relativ
geringe Wellendurchmesser. Diese führen wiederum auch bei
hohen erforderlichen Drehzahlen der Walzenbürsten zu nur
geringen Um fangsgeschwindigkeiten der Wellen, so dass übliche
Wellendichtungen nach dem Stand der Technik verwendet werden können
und die Dichtigkeit der Lagerungen gegen das Bürstfluid
dauerhaft gewährleistet ist.
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Die
vergleichsweise kurze Welle und ihr geringer Durchmesser führen
in vorteilhafter Weise zur Einsparungen des teuren, weil korrosionsbeständigen
Wellenmaterials und ebenfalls zu kostengünstigeren, weil
kleineren Lagern.
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Die
Lagerungen der Antriebswellen für die Walzenbürsten
sowie für die Gegendruckrollen, die mit der Bandgeschwindigkeit
synchronisiert sind, werden vorteilhaft in den mit den Säulen
vertikal zum Bandlauf verstellbaren Tisch mit Hilfe eines schlittenartigen
Bauteils eingeschoben und in End-Einschiebenposition fest verklemmt.
Auf der Walzenbürsten- bzw. Gegendruckrollenseite befindet
sich eine Kupplung in die die jeweilige Walzenbürsten-
oder Gegendruckrollenwelle in End-Einschiebeposition einkuppelt.
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Für
die Vertikalverstellung weist das Maschinengestell Fenster auf,
die mit einfachen Schiebedichtungen abgedichtet werden.
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Die
Antriebstechnik (Elektromotore, Getriebe für die Gegendruckrolle,
erforderliche Kupplungen, Kardanwellen, usw.) ist auf der Rückseite
der Bürstmaschine in einer Stahlbaukonstruktion ein- bzw.
angebaut. Mit dieser Stahlkonstruktion ist auch das stabile Maschinengestell
der Bürstmaschine verbunden.
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Im
Folgenden wird beispielhaft eine vorteilhafte Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Bürstmaschine beschrieben.
Die Figuren dienen der Erläuterung dieser Beschreibung.
Es zeigen
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1 eine
perspektivische Ansicht einer vorteilhaften Ausführungsform
der Bürstmaschine gemäß der Erfindung;
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2 die
gleiche Maschine in gleicher Ansicht wie 1, jedoch
ohne Maschinengestell, um einen besseren Einblick in die Maschine
zu geben;
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3 das
Trägergestell einer Walzenbürste mit eingeschobenem
Bauteil für die Walzenbürstenlagerung nach Art
eines Schlittens;
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4 die
gleichen Bauteile wie 3 jedoch mit teilweise ausgefahrenem
Bauteil nach Art eines Schlittens, das die Lager der Walzenbürste
miteinander verbindet.
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- 1
- Band
- 2a
- obere
Walzenbürste
- 2b
- untere
Walzenbürste
- 3
- Gegenddruckrolle
- 4
- Maschinengestell
- 5
- Banddurchlassöffnung
- 6
- Stehlager
- 7
- schlittenartiges
Bauteil
- 8
- Trägergestell
- 9
- Klemmhilfe
- 10
- Säule
- 11
- Führungsbuchse
- 12
- Spindelhubelement
- 13
- Servo-Positioniermotor
- 14
- Stahlbaukonstruktion
- 15
- Antriebsmotor
für Walzenbürste
- 16
- Antriebsmotor
für Gegendruckrolle
- 17
- Kardanwelle
- 18
- Konsole
- 19
- Kupplung
- 20
- Fenster
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Wie
in 1 dargestellt, läuft das Band 1 durch
die mit je einer oberen 2a und je einer unteren 2b Walzenbürste
mit jeweils zugeordneten Gegendruckrollen 3 ausgestattete Bürstmaschine.
In das stabile, steife und vorzugsweise als mit einer Vergussmasse
gefüllte, aus Blechen als Hohlkörperkonstruktion
gestaltete Maschinengestell 4 tritt das Band 1 durch
Banddurchlassöffnungen 5 in den Wänden quer
zum Bandlauf ein und aus. Sowohl die Walzenbürsten 2 als
auch die Gegendruckrollen 3 sind mit ihren Wellen in Stehlagern 6 verlagert,
die gestaltfest mit einem schlittenartigen Bauteil 7 verbunden
sind. Das schlittenartige Bauteil 7, das die Stehlager 6 für die
Bürstenwalzenwelle bzw. Gegendruckrollenwelle trägt,
kann in das tischartige Trägergestell 8 eingeschoben
und nach dem Einschieben in dieses und Erreichen der genauen Endposition
mittels der Klemmhilfe 9 formschlüssig verklemmt
werden, so dass Walzenbürste bzw. Gegendruckrolle mit Lagerung
und Trägergestell eine Einheit bilden.
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Mit
dem Trägergestell 8 sind bei der beispielhaft
beschriebenen Ausführungsform der Erfindung, wie in 3 und 4 gezeigt,
vier kräftige Säulen 10 fest verbunden,
die in Führungsbuchsen 11 im Maschinengestell 4 verschieblich
sind und in der Arbeitsposition der Walzenbürsten bzw.
Gegendruckrollen hydraulisch verklemmt werden können. Dadurch
wird das tischartige, mit vier Säulen versehene Trägergestell
für eine Walzenbürste bzw. eine Gegendruckwolle äußerst
fest und schwingungssteif mit dem Maschinengestell verbunden.
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Die
Verstellung der Trägergestelle für Walzenbürsten 2 und
Gegendruckrollen 3 erfolgt für jeweils zwei der
am Trägergestell 8 angreifenden Säulen 10,
die unmittelbar im Bereich der Stehlager 5 (im eingeschobenen
Zustand wie in 3 gezeigt) befestigt sind durch
je ein Spindelhubelement 12. Die Spindelhubelemente 12 auf
den beiden Lagerseiten sind miteinander starr gekoppelt, so dass
ein sehr genauer Gleichlauf der Vertikalverschiebung erreicht wird.
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Der
Antrieb erfolgt mittels Servo-Positioniermotoren 13 so,
dass verschiedene Positionen, z. B. die Arbeitsposition und die
Position zum Aus- und Einbau von Walzenbürsten und Gegendruckrollen mit
Hilfe der Prozesssteuerung der Bürstmaschine sehr genau
angefahren werden können.
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Diese
genaue Verstellung kann auch mit einem Messsignal für den
Bürstenwalzendurchmesser gesteuert werden, dass mit Abstandssensoren
in zumindest einigen Punkten über die Länge des
Walzenbürstenzylinders gemessen wird. Diese Abstands sensoren,
die vorteilhaft akustisch nach dem Echolotprinzip arbeiten, sind
auf dem Trägergestell für die Walzenbürste
montiert und werden folglich exakt zusammen mit der Walzenbürste
vertikal verstellt. Durch diese Maßnahme ist eine einfache Überwachung
des Verschleißzustandes der Walzenbürste möglich,
und es kann der Verschleiß durch entsprechendes Nachführen
der Walzenbürste kompensiert werden, was bislang nur äußerst
ungenau und sehr indirekt über die Verstellung der Bürstenposition nach
der Stromaufnahme des Bürstenantriebsmotors möglich
ist. Sehr ungenau ist dieses Verfahren, weil der Strom des Bürstenantriebsmotors
auch von der Lagerreibung und der Maschinentemperatur abhängt und
je nach Bürstvorgang der Stromanteil zur Überwindung
der Verluste groß gegenüber dem Anteil infolge
eigentlicher Bürstarbeit ist. In den Figuren sind diese
Sensoren aus Gründen der Übersichtlichkeit der
schematischen Ansichten nicht dargestellt.
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Das
Maschinengestell 4 steht auf einer Stahlbaukonstruktion 14,
die mit der Stahlbaukonstruktion 17 zur Montage der Antriebsmotore 15 für die
Walzenbürsten 2 und der Antriebsmotore 16 mit Getrieben
zum Antrieb der Gegendruckrollen 3 verbunden ist.
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Die
Motoren zum Antrieb der Walzenbürsten sind wegen der erforderlich
hohen Drehzahlen und der erheblichen Bürstarbeit kräftiger
als die Motoren zum Antrieb der Gegendruckrollen, die lediglich
mit dem Bandlauf synchronisiert werden müssen.
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Da
die Motoren nicht mit Walzenbürsten und Gegendruckrollen
vertikal verstellt werden, sind Kardanwellen 17 vorgesehen,
die den durch die Vertikalverstellung bedingten Höhenversatz
zwischen Wellen und Motoren ausgleichen.
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Für
die Verlagerung der Abtriebswellen gibt es die Konsolen 18,
die an die tischartigen Trägergestelle 8 montiert
sind und mit diesen verstellt werden. Die Abtriebswellen tragen
an der der Walzenbürste bzw. Gegendruckrolle zugewandten
Seite Kupplungen 19, in die entsprechende Gegenstücke
einkuppeln, wenn Walzenbürsten oder Gegendruckrollen in die
Endposition eingeschoben sind.
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Zum
Aus- und Einbau von Walzenbürsten und Gegendruckrollen
sind im Maschinengestell 4 Fenster 20 vorgesehen,
die mit dicht schließenden Türen (nicht dargestellt)
mit Sichtfenstern verschlossen werden können. Durch die
Sichtfenster kann der Bürstvor gang beachtet werden. Dies
ist bei Maschinen mit beidseitiger Lagerung der Wellen nach dem Stand
der Technik nicht möglich, da kein Platz für Fenster
vorhanden ist.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen
Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt
keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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- - S. 11 des
online-Prospekts ”Kompetenz in Kupfer-Wärmebehandlungsanlagen
und Maschinen für Walzwerke zum Behandeln von Bändern
aus Kupfer und Kupferlegierungen” der Otto Junker GmbH
unter www.otto junker.de [0008]