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Die Erfindung betrifft einen Schlingenheber für ein Walzband oder eine Bramme in einer kontinuierlich betriebenen Bandstraße, der eine Schlingenheberrolle umfasst, die an zwei Armen verschwenkbar um eine Welle gelagert ist, wobei mindestens ein Hebelarm drehfest mit den Armen verbunden ist und wobei ein Aktuator mit seinem einen Ende am Hebelarm angreift und mit seinem anderen Ende ortsfest angeordnet ist, wobei mindestens ein zweiter Aktuator vorhanden ist, der zum ersten Aktuator parallelwirkend angeordnet ist und der mit seinem einen Ende am Hebelarm oder an einem zweiten Hebelarm angreift und mit seinem anderen Ende ortsfest angeordnet ist, wobei der zweite Aktuator zur bedarfsweisen Zuschaltung parallel zum ersten Aktuator ausgebildet ist.
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Die Produktion von Stahl-Warmbreitband erfolgt in großem Umfang in Anlagen, in denen die Dicke des Bandes durch den Walzprozess in mehreren dicht aufeinander folgenden Walzgerüsten reduziert wird. In der Regel werden einzelne Bänder mit konstanten Sollwerten für Dicke und Breite gewalzt. Zwischen zwei Bändern treten Walzpausen auf. Für einen stabilen Produktionsprozess müssen die Drehzahlen der Gerüste aufeinander abgestimmt werden, da sich sonst zwischen den Walzgerüsten Schlingen bilden können oder durch einen zu hohen Zug die Bandbreite verringert wird. Um diese ungewollten Effekte zu verhindern, werden zwischen je zwei Gerüsten Schlingenheber der eingangs genannten Art angeordnet, die zwischen den Gerüsten Schlingen aufbauen und im Band einen kontrollierbaren Längszug erzeugen bzw. aufrecht erhalten. Aus der gemessenen Stellung des Schlingenhebers kann die gespeicherte Bandlänge bestimmt und für die Massenflussregelung der Walzstraße verwendet werden.
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Entsprechendes gilt für das Walzen beispielsweise von Aluminium in einer mehrgerüstigen Walzstraße.
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Der Schlingenheber hat dabei einerseits auch die Aufgabe, eine Einschnürung des Bandes zu vermeiden oder gar einen Riss des Bandes aufgrund eines zu großen Bandzuges. Andererseits ist es seine Aufgabe, einen zu geringen Bandzug zu vermeiden, die eine Verwerfung des Bandes und möglicherweise dadurch eine Einwalzung einer Banddopplung im nachfolgenden Walzgerüst zu vermeiden, was zu Walzenschädigungen oder Antriebsspindelbrüchen sowie zu weiteren großen Schwierigkeiten führen kann.
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Mit einem Schlingenheber der eingangs genannten Art kann ein geschlossener Regelkreis realisiert werden, der durch die Anpassung der Walzgeschwindigkeit im jeweils vorgeordneten Walzgerüst eine möglichst gleich bleibend hohe Bandschlinge (loop) bewirkt, d. h. einen konstanten Massefluss.
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Dabei ist eine Welle auf einem Rahmen und an dieser über Arme eine Schlingenheberrolle befestigt, die wiederum drehbar am Walzenständer oder auf einem Grundrahmen auf der jeweiligen Auslaufseite des Walzgerüsts angebracht ist. Die Höhenverstellung der Schlingenheberrolle erfolgt zumeist über ein hydraulisches Kolben-Zylinder-System, das im unteren Bereich mittels einer Bolzenbefestigung ebenfalls am Walzenständer oder auf einem Grundrahmen befestigt ist und mit seinem Stangenkopf über einen Bolzen mit der Schlingenheberrolle verbunden ist. Die Befestigungspunkte des Kolben-Zylinder-Systems sind fest.
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Der Bedarf an entsprechenden Bändern mit Blick auf die technische und wirtschaftliche Entwicklung führt zu erhöhten Anforderungen an den Bereich der mit Warmbandstraßen zu produzierenden Abmessungen der Bänder. Der Schlingenheber muss daher vermehrt ein großes Spektrum zwischen minimalen und maximalen Banddicken abdecken.
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Für das Walzen geringer Enddicken müssen die Schlingenheber mit hoher Dynamik auf Massenflussstörungen reagieren können, um zu vermeiden, dass durch Schwankungen des Bandzuges der Walzprozess in den benachbarten Walzgerüsten gestört wird. Dazu sind im Falle eines hydraulischen Antriebs kleine Zylinder und kurze Hebelarme erforderlich. Im Falle eines elektrischen Antriebs muss der Einfluss der Trägheit des Motors minimiert werden, so dass auf Getriebe verzichtet werden muss und spezielle Motorkonstruktionen erforderlich sind.
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Indes sind für das Walzen hoher Band-Enddicken für den Schlingenheber hohe Antriebsmomente erforderlich, um die dicken Bänder anzuheben, zu biegen und den für einen stabilen Walzprozess erforderlichen Bandzug zu erzeugen.
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Nachteilig ist bei den vorbekannten Systemen, dass sie nur für einen optimalen Einsatzfall ausgebildet sind, was die Balance zwischen Antriebsdrehmoment und Dynamik anbelangt. Die erläuterten steigenden Anforderungen an den Schlingenheber lassen sich daher mit den vorbekannten Lösungen nicht hinreichend erfüllen, da die Forderungen bezüglich der Dynamik und des hohen Antriebsmoments nicht gleichzeitig erfüllt werden können.
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Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Schlingenheber der gattungsgemäßen Art so auszubilden, dass sowohl leichte Bänder mit hoher Dynamik als auch schwere Bänder mit großer Hebekraft gehoben werden können. Demgemäß sollen sowohl die Dynamik als auch das Antriebsmoment des Schlingenhebers optimal an die aktuellen Bedürfnisse und das konkret zu walzende Band optimal anpassbar sein.
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Die Lösung dieser Aufgabe durch die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine zweiter Aktuator mit dem zweiten Hebelarm verbunden ist, wobei der zweite Hebelarm mit der Welle über Kupplungsmittel derart verbunden ist, dass eine Verdrehbewegung des zweiten Hebelarms auf die Welle übertragen wird, jedoch eine Verdrehbewegung der Welle auch ohne Verdrehbewegung des zweiten Hebelarms erfolgen kann.
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Der erste Aktuator und der mindestens eine zweite Aktuator sind dabei zur Betätigung unabhängig voneinander ausgebildet.
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Die Kupplungsmittel sind dabei bevorzugt nach Art eines Freilaufs ausgeführt.
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Eine konkrete und bevorzugte Ausgestaltung dieses Konzepts sieht vor, dass die Kupplungsmittel mindestens einen an der Welle angeordneten und sich radial erstreckenden Mitnehmer umfassen, der sich entlang einer kreisbogenförmigen Ausnehmung im zweiten Hebelarm bewegen kann, wobei sich an einer Umfangsstelle der kreisbogenförmigen Ausnehmung des zweiten Hebelarms ein Anschlag befindet, der fest mit dem zweiten Hebelarm verbunden ist.
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Die Kupplungsmittel können auch zwei an der Welle angeordnete und sich radial erstreckende Mitnehmer umfassen, die sich jeweils entlang einer kreisbogenförmigen Ausnehmung im zweiten Hebelarm bewegen können, wobei sich an einer Umfangsstelle der kreisbogenförmigen Ausnehmung des zweiten Hebelarms ein Anschlag befindet, der fest mit dem zweiten Hebelarm verbunden ist. Die Mitnehmer sind dabei bevorzugt in den beiden axialen Endbereichen des zweiten Hebelarms angeordnet. Sie können in Umfangsrichtung versetzt zueinander angeordnet sein.
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Die Kupplungsmittel können alternativ auch als formschlüssig schaltbare Kupplung ausgebildet sein, die wahlweise eine Drehkopplung zwischen Welle und zweitem Hebelarm herstellen oder aufheben können.
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Weiterhin sieht eine Alternative vor, dass die Kupplungsmittel als reibschlüssig schaltbare Kupplung ausgebildet sind, die wahlweise eine Drehkopplung zwischen Welle und zweitem Hebelarm herstellen oder aufheben können.
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Die Aktuatoren sind zumeist als hydraulische oder pneumatische Kolben-Zylinder-Systeme ausgebildet. Sie können mit einem Wegmesssystem für den Verstellweg versehen sein.
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Die Erfindung sieht also - allgemein gesprochen - vor, dass die erhöhten Anforderungen an den Schlingenheber dadurch erfüllt werden, dass das dynamische Verhalten und das Antriebsdrehmoment über schaltbare Elemente beeinflusst werden, mit denen eine Anpassung des Schlingenhebers an die konkrete Walzaufgabe erfolgen kann. Die Schaltvorgänge können in den Walzpausen zwischen zwei Bändern durchgeführt werden. Während des Walzens eines Bandes ist indes keine Umschaltung erforderlich, da die Abmessungen des Bandes und damit auch die Anforderungen an den Schlingenheber gleich bleiben.
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Der erste Aktuator ist also permanent mit dem ersten Hebelarm in Wirkverbindung und verdreht hierdurch die Welle. Der zweite Aktuator wirkt parallel zum ersten Aktuator, er wird allerdings nur bedarfsweise durch ein geeignetes Kupplungselement mit dem Hebelarm bzw. mit dem zweiten Hebelarm in Wirkverbindung gebracht. Der zweite Aktuator wird also nur dann aktiviert, wenn ein hohes Antriebsmoment der Welle benötigt wird (bei schweren Bändern). Wird dagegen eine hohe Dynamik gefordert (bei leichten Bändern), verbleibt der zweite Aktuator in seiner passiven Stellung, ohne die Bewegung des Schlingenhebers zu beeinflussen. Hierfür sind die erwähnten Kupplungsmittel vorgesehen, die zwischen dem zweiten Aktuator und der Welle wirksam sind und das Drehmoment nur in Antriebsrichtung übertragen. In der umgekehrten Richtung lassen die Kupplungsmittel indes eine Relativdrehung zwischen dem zweiten Aktuator bzw. dem zweiten Hebelarm und der Welle zu. Diese freie Relativbewegung ist so gewählt, dass der benötigte Schwenkbereich des Schlingenhebers abgedeckt wird.
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Vorteilhaft ist, dass so nur geringe Reibmomente auf die Welle ausgeübt werden, so dass insbesondere bei dünnen Bändern der Aufbau des Bandzuges nicht gestört wird.
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Es werden zur Betätigung des mit der Welle verbundenen Hebels bzw. der mit der Welle verbundenen (mindestens zwei) Hebel also (mindestens) zwei parallel geschaltete Hydraulik- bzw. Pneumatikzylinder angeordnet, wobei der eine Zylinder nur bei Bedarf zugeschaltet wird (wird der zweite Zylinder nicht benötigt, wird er über das genannte Kupplungsmittel wirkungslos geschaltet.
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In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Es zeigen:
- 1 schematisch die Draufsicht auf einen Schlingenheber,
- 2 schematisch die Seitenansicht des Schlingenhebers nach 1,
- 3 einen zweiten Hebelarm des Schlingenhebers im Schnitt A-B gemäß 4 und
- 4 den zweiten Hebelarm des Schlingenhebers im Schnitt C-D gemäß 3.
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In den 1 und 2 ist schematisch der Aufbau eines Schlingenhebers 1 dargestellt. Der Schlingenheber 1 dient zum Anheben eines Bandes 2 in der oben erläuterten Weise und zu dem genannten Zweck. Hierzu weist der Schlingenheber 1 eine Schlingenheberrolle 3 auf, die von zwei Armen 4 und 5 in ihren axialen Endbereichen gehalten wird. Die beiden Arme 4, 5 sind an einer Welle 6 befestigt. Die Welle 6 ist um eine zur Walzrichtung W quer angeordnete Drehachse drehbar angeordnet. Hierzu sind in einem axialen Endbereich der Welle 6 zwei Hebelarme 7 und 10 angeordnet. Der erste Hebelarm 7 ist mit der Welle 6 drehfest verbunden. Der zweite Hebelarm 10 ist über nachfolgend beschriebene Kupplungsmittel 11 (s. 3 und 4) mit der Welle 6 entweder in einen drehfesten Zustand bringbar oder relativ zur Welle 6 verdrehbar.
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Am ersten Hebelarm 7 greift ein erster Aktuator 8 in Form eines hydraulischen Kolben-Zylinder-Systems an (s. 2). Am zweiten Hebelarm 10 greift in gleicher Weise ein zweiter Aktuator 9 - ebenfalls in Form eines hydraulischen Kolben-Zylinder-Systems - an. Die beiden Aktuatoren 8, 9 sind jeweils mit ihrem einen Ende ortsfest angeordnet, nämlich am Walzgerüst 20.
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Die beiden Aktuatoren 8 und 9 können unabhängig voneinander betrieben werden. Die beiden Aktuatoren 8, 9 sind also parallelgeschaltet angeordnet; sie wirken parallel auf die Welle 6.
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Dabei ist konkret vorgesehen, dass der erste Aktuator 8 stets zur Betätigung des Schlingenhebers 1 eingesetzt wird. Indes wird der zweite Aktuator 9 nur dann aktiviert, d. h. zugeschaltet, wenn es die benötigten Hebekräfte des Schlingenhebers 1 erfordern.
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Damit der zweite Aktuator 9 im Falle dessen, dass er nicht benötigt wird, kein störendes Bremsmoment auf die Welle 6 ausübt und so die Dynamik stört, sind die schon erwähnten Kupplungsmittel 11 vorgesehen, die in den 3 und 4 illustriert sind und nach Art eines Freilaufs wirken.
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Der zweite Hebelarm 10 ist auf der Welle 6 drehbar gelagert, wozu nicht näher dargestellte Gleit- oder Wälzlager vorgesehen sind. In den beiden axialen Endberiechen des zweiten Hebelarms 10 (s. hierzu 3) befinden sich kreisbogenförmige Ausnehmungen 13 bzw. 17 (s. 4), die sich über etwa 180° des Umfangs der Welle 6 erstrecken. An der Welle 6 selber sind Mitnehmer 12 bzw. 16 angeformt. Am Ende der kreisbogenförmigen Ausnehmungen 13 bzw. 17 befinden sich an den Umfangsstellen 14 bzw. 18 Anschläge 15 bzw. 19, die am zweiten Hebelarm 10 angeformt sind und sich radial nach innen erstrecken und demgemäß die kreisbogenförmigen Ausnehmungen 13 bzw. 17 begrenzen.
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Wird demnach die Kolbenstange 21 des zweiten Aktuators 9 in Richtung V des Pfeils in 4 verschoben, d. h. wird der zweite Aktuator 9 betätigt, schlagen die Anschläge 15 bzw. 19 an den Mitnehmern 12 bzw. 16 an und verdrehen die Welle 6 in Gegenuhrzeigerrichtung. Wird indes der zweite Aktuator 9 nicht aktiviert, verbleibt der zweite Hebelarm 10 in der in 4 dargestellten Position, indes kann sich die Welle 6 im Gegenuhrzeigersinn verdrehen - betätigt vom ersten Aktuator 8 - und so die Schlingenheberrolle 3 anheben.
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Statt der gezeigten zwei Mitnehmer 12 und 16 können natürlich auch nur einer oder auch mehr als zwei vorgesehen werden. Sie sind im Falle von mehr als einem Mitnehmer äquidistant über den Umfang der Welle 6 verteilt angeordnet.
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Die Anforderung an das Spektrum der Schlingenheber-Anstellkräfte ist sehr breit, insbesondere wenn die Differenz zwischen minimaler und maximaler Bandbreite, sowie zwischen minimaler und maximaler Banddicke sehr groß ist und das Materialspektrum auch höherfeste Materialien beinhaltet.
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Der Schlingenheber muss so gestaltet sein, dass die maximal notwendige Anstellkraft (Hebekraft) erreicht wird, aber man auch bei sehr kleinen notwendigen Zylinderkräften (bei schmalen und dünnen Bändern) den Einfluss der Reibkraft-Hysterese innerhalb des Zylinders (innere Reibung) möglichst gering hält. Dies ist im Allgemeinen schwierig und erfordert spezielle Maßnahmen wie z. B. reibungsarme Zylinder.
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Unter bestimmten Voraussetzungen, d. h. bei einer sehr großen Varianz der Banddicke, der Bandbreite und dem Bandmaterial, ist es sehr schwierig, alle geforderten Anwendungsfällen mit einer festen Schlingenheber-Konzeption zu erfüllen.
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Die vorliegende Erfindung schlägt daher wie oben beschrieben als neues und wesentliches Merkmal vor, dass mindestens ein zweiter Aktuator 9 vorhanden ist, der zum ersten Aktuator 8 parallelwirkend angeordnet ist und der mit seinem einen Ende am Hebelarm 7 oder - wie im erläuterten Ausführungsbeispiel - am zweiten Hebelarm 10 angreift und mit seinem anderen Ende ortsfest angeordnet ist, wobei der zweite Aktuator 9 zur bedarfsweisen Zuschaltung parallel zum ersten Aktuator 8 ausgebildet ist.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Schlingenheber
- 2
- Walzband / Bramme
- 3
- Schlingenheberrolle
- 4
- Arm
- 5
- Arm
- 6
- Welle
- 7
- erster Hebelarm
- 8
- erster Aktuator
- 9
- zweiter Aktuator
- 10
- zweiter Hebelarm
- 11
- Kupplungsmittel
- 12
- Mitnehmer
- 13
- kreisbogenförmige Ausnehmung
- 14
- Umfangsstelle
- 15
- Anschlag
- 16
- Mitnehmer
- 17
- kreisbogenförmige Ausnehmung
- 18
- Umfangsstelle
- 19
- Anschlag
- 20
- Walzgerüst
- 21
- Kolbenstange
- W
- Walzrichtung
