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Die Erfindung betrifft eine Bürstmaschine mit mindestens einer Walzenbürste zur Oberflächenbehandlung von Metallbändern im Durchlauf, insbesondere Bändern aus Kupferlegierungen, gemäß Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
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Solche Bürstmaschinen werden in der Stahlindustrie und/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 Oxidschicht befreit. Anschließend werden durch den Bürstvorgang noch am Band anhaftende Oxidpartikeln 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 werden als Finish-Bürstmaschinen bezeichnet.
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Vielfach befindet sich vor der Wärmebehandlung noch eine Entfettungsstation, in der die Bandoberfläche von noch anhaftendem Walzschmiermittel aus dem vorangehenden Kaltwalzprozess 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 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, sogenannten Rattermarken, 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 zudem eine nur geringe Werkstoffdämpfung aufweist, ist der Erfolg im Hinblick auf Erhöhung der Dämpfungseigenschaften und der Schwingungssteifigkeit 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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Aus der
US-A 2,335,196 ist eine Bürstmaschine mit mindestens einer Walzenbürste zur Oberflächenbehandlung von Metallbändern im Durchlauf bekannt, bei der jede Walzenbürste das über eine Gegendruckrolle geführte Band im Bereich der Bandumschlingung der Gegendruckrolle bearbeitet. Jede Walzenbürste kann senkrecht zu ihrer Achse und vertikal verstellt werden. Dabei sind die Walzen und Bürsten in nicht genau gezeigter Weise an Spindeln oder Hydraulikzylindern angebracht.
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Weiterhin zeigt die
US-A 3,002,503 eine Bürstmaschinen mit einer Maschinenkonstruktion mit Seitenwangen, die darin eingebaute Vertikalverstellungen und vertikale Schienenführungen aufweisen. Auf die Nachteile einer solchen Konstruktion wurde bereits oben hingewiesen.
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Die Elemente zur Vertikalverstellung sind bei dieser Bürstmaschine nicht zwischen den Seitenwänden angeordnet, sondern in den nur durch Spannstangen verbunden Seitenwangen des Maschinengestells. Hieraus resultieren wiederum lange Lagerwellen für die Bürsten bzw. ein großer Lagerabstand, die erfindungsgemäß vermieden werden sollen.
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Aus der
JP-A-04178212 ist die elektrische Steuerung einer Bürstmaschine bekannt, bei der die Stromwerte für den Antriebsmotor der Bürsten aus dem erwarteten Bürstenverschleiß, der Bandbreite und der Art des Motors berechnet und eingestellt werden.
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Eine weitere Schwierigkeit ergibt sich dadurch, dass sowohl die Walzenbürsten als auch die Gegendruckrollen einfach ausbaubar und auswechselbar gestellt werden müssen. Der Ausbau ist nur zur Bedienseite der Maschine hin parallel zur Bandebene möglich, da das Band für einen Bürstenausbau nicht getrennt werden darf.
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Eine aus der
US-A 2,824,321 bekannte Lösung dieses Problems 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. Dabei sind mindestens in Buchsen verschieblich geführten Säulen zur Verstellung jeder Walzenbürste senkrecht zu ihrer Achse und vertikal vorgesehen. Schließlich ist noch ein vertikal verstellbares Trägergestell für die Walzenbürste vorhanden, an dem die Säulen jeweils im Lagerbereich der zweiseitig gelagerten Walze angreifen, siehe
3.
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Durch den Einbau der Lagerung in dem Trägergestell wird die Herstellung einer starren Verbindung mit dem Maschinengestellt verkompliziert, was wiederum zu Schwingungsproblemen führen kann. Außerdem ist ein sehr hoher maschinenbaulicher Aufwand erforderlich, um die notwendige Parallelität der Walzenbürstenwellen zur planen Bandoberfläche herzustellen und auch nach längerem Betrieb der Maschine noch zu gewährleisten.
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Aus
3 der
US-A 2,824,321 geht auch hervor, dass die Lager jeder Walzenbürste in oder an den beidseits des Bandlaufs befindlichen Seitenwänden des Maschinengestells angeordnet sind, so dass sich ein großer Lagerabstand ergibt. 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 und 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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Ein weiteres Problem dieser bekannten Bürstmaschine wurde bereits oben angesprochen, nämlich die Verstellung der Walzenbürsten und auch der Gegendruckrollen vertikal zum Bandlauf. Die Verstellung muss zum einen hinreichend schnell erfolgen, da zum Beispiel beim Bandheftstellendurchlauf die Walzenbürsten vom Band abgehoben werden müssen, zum anderen müssen aus schwingungstechnischen Gründen die Lager in der Betriebsposition der Walzenbürsten und der Gegendruckrollen möglichst starr mit dem Maschinengestell verbunden sein. Die bisher bekannt gewordenen Lösungen, auch die nach der
US-A 2,824,321 , sind nicht zufriedenstellend.
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Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine Bürstmaschine der im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Gattung zu schaffen, die eine stabile Lagerung jeder Walzenbürste, verbunden mit einer leichten Verstell- und Austauschbarkeit ermöglicht.
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Diese Aufgabe wird durch eine Bürstmaschine mit den Merkmalen gemäß Patentanspruch 1 gelöst.
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Erfindungsgemäß wird jede Walzenbürste mit Hilfe von mindestens zwei in Führungsbuchsen verschieblichen Säulen gehalten, wobei die Säulen vertikal zu, Bandlauf angeordnet sind und die Führungsbuchsen sich im Bereich des Maschinengestells zwischen diesen 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 Maschinengestellt ist vorzugsweise ein aus Blechen gefertigter und als Schweißkonstruktion hergestellter Hohlkörper, der durch Verguss mit einer aushärtenden Vergussmasse, z. B. Mineralguss oder Reaktionsharzbeton, eine Gestaltfestigkeit, Steifigkeit 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 Umfangsgeschwindigkeiten 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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Bezugszeichenliste
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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 Gegendruckrolle 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 Abstandssensoren, 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 Bürstvorgang 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.
