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Technisches Gebiet
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Die Erfindung betrifft eine Anlage und ein Verfahren zum endabmessungsnahen Zuschnitt eines Bandmaterials, vorzugsweise eines Metallbands.
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Hintergrund der Erfindung
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Bei der Herstellung gewalzter Metallprodukte werden Brammen oder Bänder, etwa im Anschluss an das Gießen, durch ein oder mehrere Walzgerüste gefahren. Das so hergestellte metallische Bandmaterial wird zu Coils (auch als „Bünde“ bezeichnet) aufgewickelt, und die Coils werden an weiterverarbeitende Betriebe, etwa der Automobilindustrie, geliefert. Die Coils werden hierbei nach Möglichkeit mit einer endabmessungsnahen Breite bezogen.
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Im Anschluss daran erfolgt das Zuschneiden des Bandmaterials im weiterverarbeitenden Betrieb, um die gewünschten Blechteile herzustellen. So beschreibt die
DE 100 37 198 A1 eine Vorrichtung zur Blechbearbeitung, die eine Schneideinrichtung mit einem Laser aufweist, zum Ausschneiden von Formblechteilen aus dem Bandmaterial. Zu diesem Zweck wird das Coil von einer ersten Haspel abgewickelt. Anschließend werden die Formblechteile aus dem Bandmaterial herausgeschnitten und abtransportiert. Der Verschnitt kann von einer zweiten Haspel zu einer Restblechrolle aufgerollt werden.
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Beim Zuschnitt des Bandmaterials fällt Schrott an (etwa die Restblechrolle der
DE 100 37 198 A1 ), der gelagert, entsorgt oder abtransportiert werden muss. Dies schlägt sich nicht nur in Beschaffungs-, Transport- und Lagerhaltungskosten nieder, sondern die Handhabung des Schrotts erfordert Arbeitsschritte, die Zeit und Ressourcen benötigen. Der Transport schwerer Coils an die weiterverarbeitenden Betriebe ist zudem energieaufwändig und führt zu hohen, ggf. umweltschädlichen Emissionen. Ferner sind auf Coils großer Massen ggf. hohe Einfuhrzölle zu entrichten.
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Darstellung der Erfindung
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Eine Aufgabe der Erfindung besteht darin, die Verarbeitung von Bandmaterialien, vorzugsweise Metallbändern, zu optimieren, insbesondere im Hinblick auf die oben genannten Nachteile zu verbessern.
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Gelöst wird die Aufgabe mit einer Anlage mit den Merkmalen des Anspruchs 1, sowie einem Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 13. Vorteilhafte Weiterbildungen folgen aus den Unteransprüchen, der folgenden Darstellung der Erfindung sowie der Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele.
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Die Anlage gemäß der Erfindung dient zum endabmessungsnahen Zuschnitt eines Bandmaterials, vorzugsweise eines Metallbands. Die Anlage kann in einer Bandbehandlungsanlage der metallverarbeitenden Industrie eingebettet sein, beispielsweise ist sie Teil oder ein Aggregat eines Walzwerks oder einer anderen Bandbehandlungsanlage, wie etwa einer Anlage zum Beizen, Beschichten oder Wärmebehandeln eines Metallbands. Die Anlage weist eine Schneideinrichtung mit zumindest einem beweglichen Schneidkopf, eine Aufwickelhaspel und eine Steuereinrichtung zum Steuern zumindest des Schneidkopfs bzw. der mehreren Schneidköpfe auf. Vorzugsweise ist die Steuereinrichtung eingerichtet, um neben dem Schneidkopf (analog mehrere Schneidköpfe) weitere Komponenten der Anlage zu steuern, insbesondere die Transportgeschwindigkeit des Bandmaterials durch die Schneideinrichtung und/oder den Aufwickelvorgang zu regeln. Der Schneidkopf kann eine oder mehrere Laser- und/oder Wasserstrahl- und/oder Elektronenstrahleinheiten aufweisen. Die Anlage ist so eingerichtet, dass das Bandmaterial der Schneideinrichtung zugeführt, mittels des Schneidkopfs geschnitten und im Anschluss an den Schnitt mittels der Aufwickelhaspel zu einem Coil aufgewickelt wird. Es sei darauf hingewiesen, dass mehrere Aufwickelhaspeln vorgesehen sein können, um im Anschluss an den Schnitt mehrere Coils aufzuwickeln. Die Steuereinrichtung ist eingerichtet, um den Schneidkopf so zu steuern, dass das Bandmaterial vorkonfektioniert wird.
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Unter der Bezeichnung „vorkonfektioniert“ wird hierbei verstanden, dass das Bandmaterial entlang von Konturen geschnitten wird, die den Geometrien der zu fertigenden Teile zumindest ungefähr entsprechen. Ein exakter Zuschnitt ist nicht gefordert, da die strukturelle Integrität des Bandmaterials zumindest insoweit beibehalten werden muss, dass es sich im Anschluss an den Zuschnitt zum Coil aufwickeln lässt. Nach der Vorkonfektionierung weist das Bandmaterial vorzugsweise keine vollständig geradlinigen und parallelen Seitenränder auf. Das vorkonfektionierte Bandmaterial ist kein Schrott.
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Es sei darauf hingewiesen, dass die Bezeichnung „Steuereinrichtung“ sowohl zentrale als auch dezentrale Strukturen zur Steuerung der Anlage und ggf. Datenverarbeitung umfasst. Die Steuereinrichtung muss sich demnach nicht am „Ort“ der Anlage befinden. Zudem können Steueraufgaben, Datenverarbeitungsschritte usw. auf verschiedene Recheneinrichtungen verteilt werden. Ferner kann die Kommunikation der Steuereinrichtung mit den zu steuernden Komponenten sowohl physisch über Kabel als auch drahtlos erfolgen.
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Während auf herkömmliche Weise gerade Bandmaterialien zu Coils aufgewickelt und an weiterverarbeitende Betriebe transportiert werden, um dort auf die geforderte Endabmessung zugeschnitten zu werden, wird das Bandmaterial gemäß der Erfindung zunächst endabmessungsnah zugeschnitten, d.h. vorkonfektioniert, und zu einem Coil aufgewickelt. Die Vorkonfektionierung findet vorzugsweise beim Produzenten des Bandmaterials, etwa im Walzwerk, statt. Bei der Vorkonfektionierung wird die strukturelle Integrität des Bandmaterials zumindest soweit beibehalten, dass es zu einem Coil aufwickelbar und transportierbar ist. Auf diese Weise wird das Gewicht des Coils im Vergleich zum herkömmlichen geraden Bandmaterial verringert und kann kostengünstiger, energie- und ressourcenschonender transportiert werden. Ein Großteil des anfallenden Verschnitts verbleibt zudem als sortenreiner Schrott beim Produzenten des Bandmaterials. Dies wiederum hat zur Folge, dass die Handhabung des Schrotts effizienter wird und zur Herstellung des Bandmaterials geringere Mengen an Schrott, Eisenschwamm, Pellets, Legierungsbestandteilen usw. extern beschafft werden müssen.
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Vorzugsweise ist die Steuereinrichtung eingerichtet, um Produktdaten (beispielsweise CAD-Daten) der aus dem Bandmaterial zu fertigenden Teile zu empfangen und den Schneidkopf auf der Basis der empfangenen Produktdaten zu steuern. Die Produktdaten können Informationen über geometrische Eigenschaften, wie etwa Abmessungen, der zu fertigenden Teile und/oder auch unmittelbare Befehle zur Ansteuerung des Schneidkopfs und ggf. weiterer Komponenten der Anlage umfassen. Die zu fertigenden Teile können Halbzeuge oder auch Endprodukte sein. Durch die Bereitstellung der Produktdaten lässt sich der Auslastungsgrad der Maschinen beim Produzenten des Bandmaterials optimieren, beispielsweise durch Kombinieren von Bestellungen eines oder mehrerer Kunden. Ferner lassen sich unterschiedliche Produkte in einem einzigen Bandmaterial vorkonfektionieren und zu einem oder mehreren Coils aufwickeln.
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Vorzugsweise ist die Steuereinrichtung ferner eingerichtet, um die Zufuhrgeschwindigkeit des Bandmaterials zur Schneideinrichtung variabel zu steuern. Auf diese Weise lässt sich eine konstante Schneidgeschwindigkeit realisieren.
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Vorzugsweise weist die Anlage eine Abwickelhaspel auf, die eingerichtet ist, um ein Coil des noch nicht vorkonfektionierten Bandmaterials aufzunehmen und zur Zufuhr des Bandmaterials zur Schneideinrichtung abzuwickeln. Auf diese Weise lässt sich die Anlage beispielsweise in einem Servicecenter als letzte Bandverarbeitung vor dem Verpacken und Ausliefern realisieren. Alternativ kann bei einer Einbettung oder Integration der Schneideinrichtung in einen kontinuierlichen Prozess, etwa in einer Produktionsanlage des Bandmaterials, auf eine Abwickelhaspel verzichtet werden. So ist die Anlage beispielsweise als Aggregat in einem Walzwerk oder einer anderen Bandbehandlungsanlage, wie etwa einer Anlage zum Beizen, Beschichten oder Wärmebehandeln eines Metallbands, ausgelegt.
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Vorzugsweise weist die Anlage einen Bandspeicher zum Puffern des Bandmaterials auf, der in Transportrichtung des Bandmaterials vor und/oder hinter der Schneideinrichtung angeordnet ist. Ein Bandspeicher ist insbesondere bei einer Einbettung der Anlage in eine Produktionsanlage des Bandmaterials sinnvoll, um unterschiedliche Verarbeitungsgeschwindigkeiten zu kompensieren und ggf. variable Zufuhrgeschwindigkeiten des Bandmaterials zur Schneideinrichtung zu realisieren.
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Vorzugsweise weist die Anlage ferner einen oder mehrere Sensoren auf, die mit der Steuereinrichtung in Kommunikation stehen und zur Detektion von Fehlstellen im Bandmaterial eingerichtet sind. Ferner ist die Steuereinrichtung vorzugsweise eingerichtet, um den Schneidkopf so zu steuern, dass detektierte Fehlstellen aus dem Bandmaterial herausgeschnitten werden. Das Bandmaterial kann nach einem Schnitt wieder verbunden, etwa verschweißt, werden. Zu diesem Zweck weist die Anlage vorzugsweise eine Verbindungseinrichtung, etwa Schweißeinrichtung, auf, die in Transportrichtung des Bandmaterials vor der Aufwickelhaspel angeordnet und eingerichtet ist, um das Bandmaterial nach einem Schnitt (d.h. einem Zerteilungsschnitt) so zu verbinden, dass es von der Aufwickelhaspel aufwickelbar ist. Die Nahtstellen werden hierbei vorzugsweise so festgelegt, dass sie sich zwischen den Rohlingen der zu fertigenden Teile befinden. So entsteht kein zusätzlicher Verschnitt durch eine Naht.
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Vorzugsweise ist die Steuereinrichtung eingerichtet, um die Produktdaten weiterzuverarbeiten, um daraus Schnittdaten zur Ansteuerung des Schneidkopfs zu ermitteln, welche die Basis für die Vorkonfektionierung bilden, d.h. für einen derartigen Zuschnitt, dass ein zum Coil aufwickelbares Bandmaterial beibehalten wird. In diesem Fall sind die Produktdaten und Schnittdaten nicht identisch. Die Schnittdaten stellen hierbei einen Kompromiss aus den zu fertigenden Teilen und der Forderung dar, dass das zugeschnittene Bandmaterial auch nach dem Zuschnitt noch zu einem Coil aufwickelbar ist, um es verpacken und an einen Betrieb zur Weiterverarbeitung transportieren zu können.
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Das erfindungsgemäße Verfahren zum endabmessungsnahen Zuschnitt eines Bandmaterials, vorzugsweise eines Metallbands, weist auf: Transportieren des Bandmaterials durch eine Schneideinrichtung, die einen Schneidkopf aufweist; Vorkonfektionieren des Bandmaterials durch Schneiden des Bandmaterials mittels des Schneidkopfs; und Aufwickeln des vorkonfektionierten Bandmaterials zu einem Coil.
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Vorzugsweise werden vor dem Vorkonfektionieren von der Steuereinrichtung Produktdaten der aus dem Bandmaterial zu fertigenden Teile empfangen und wird der Schneidkopf von der Steuereinrichtung auf der Basis der empfangenen Produktdaten gesteuert.
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Vorzugsweise wird das fertig aufgewickelte Coil verpackt und an einen anderen Ort, etwa einen weiterverarbeitenden Betrieb, transportiert, wo die zu fertigenden Teile aus dem vorkonfektionierten Bandmaterial ausgeschnitten werden.
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Die Merkmale, technischen Wirkungen, Vorteile sowie Ausführungsbeispiele, die in Bezug auf die Anlage zum endabmessungsnahen Zuschnitt eines Bandmaterials beschrieben wurden, gelten analog für das Verfahren.
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Wenngleich die Erfindung besonders bevorzugt bei der Verarbeitung, insbesondere beim Walzen, von Metallbändern zum Einsatz kommt, kann die Erfindung auch in anderen Industrieanlagen angewendet werden, in denen Bandmaterialien verarbeitet, transportiert und an anderer Stelle zugeschnitten werden.
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Weitere Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung sind aus der folgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele ersichtlich. Die dort beschriebenen Merkmale können alleinstehend oder in Kombination mit einem oder mehreren der oben dargelegten Merkmale realisiert werden, insofern sich die Merkmale nicht widersprechen. Die folgende Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele erfolgt mit Bezug auf die begleitenden Zeichnungen.
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Figurenliste
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- Die 1 ist eine schematische Seitenansicht, die den Grundaufbau einer Anlage zum endabmessungsnahen Zuschnitt eines Bandmaterials zeigt.
- Die 2 ist eine schematische Draufsicht der Anlage gemäß der 1.
- Die 3 zeigt einen optimierten Blechzuschnitt.
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Detaillierte Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele
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Im Folgenden werden bevorzugte Ausführungsbeispiele anhand der Figuren beschrieben. Dabei sind gleiche, ähnliche oder gleichwirkende Elemente in den Figuren mit identischen Bezugszeichen versehen, und auf eine wiederholende Beschreibung dieser Elemente wird teilweise verzichtet, um Redundanzen zu vermeiden.
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Die 1 ist eine schematische Seitenansicht, die den Grundaufbau einer Anlage 1 zum endabmessungsnahen Zuschnitt eines Bandmaterials B, das vorzugsweise ein Metallband ist, zeigt. Die 2 zeigt eine schematische Draufsicht der Anlage 1.
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Die Anlage 1 weist im vorliegenden Ausführungsbeispiel eine Abwickelhaspel 10 auf, die ein Coil C1 aus einem aufgewickelten Bandmaterial B aufnimmt und zum Abwickeln des Bandmaterials B eingerichtet ist. Die Anlage 1 weist ferner eine Schneideinrichtung 20 sowie Richtrollen/Führungsrollen 30 auf, die das Bandmaterial B so ausrichten und transportieren, dass es von der Schneideinrichtung 20 zugeschnitten werden kann. Zu diesem Zweck weist die Schneideinrichtung 20 zumindest einen Schneidkopf 21 auf (im vorliegenden Beispiel zwei Schneidköpfe 21, vgl. 2), der entlang einer oder mehrerer Richtungen bewegbar und/oder um eine oder mehrere Achsen kippbar ist, um das Bandmaterial B zuzuschneiden. Vorzugsweise weist der Schneidkopf 21 eine oder mehrere Lasereinheiten 22 auf. Alternativ oder zusätzlich kann die Schneideinrichtung 20 eine oder mehrere Schneideinheiten, wie etwa Wasserstrahl- und/oder Elektronenstrahlschneideinheiten aufweisen. Mechanische Trennverfahren sind ebenfalls möglich. Im Anschluss an das Zuschneiden des Bandmaterials B kann dieses durch eine Aufwickelhaspel 40 zu einem Coil C2 aufgewickelt werden.
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Vorzugsweise sind mehrere Schneidköpfe 21 vorgesehen, etwa um beide Kanten des Bandmaterials B zu bearbeiten und/oder um aus einem Bandmaterial B mehrere unterschiedlich geartete Coils C2 zu erzeugen. Die Geschwindigkeit, mit der das Bandmaterial B durch die Schneideinrichtung 20 transportiert wird, ist vorzugsweise variabel, um eine konstante Schneidgeschwindigkeit zu realisieren. Der Bandvorschub beim Schneiden kann also während des Schneidvorgangs veränderbar sein. Zu diesem Zweck kann ein (nicht dargestellter) Bandspeicher vor der Schneideinrichtung 20 angeordnet sein.
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Es sei darauf hingewiesen, dass die in den 1 und 2 dargestellte Anlage 1 beispielhaft ist. Insbesondere kann bei einer Einbettung oder Integration der Schneideinrichtung 20 in einen kontinuierlichen Prozess, d.h. in eine Produktionsanlage des Bandmaterials B, auf die Abwickelhaspel 10 verzichtet werden.
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Die 3 zeigt ein beispielhaft zugeschnittenes Bandmaterial B, das eine endabmessungsnahe Form, hier eine bandartige Reihung von Scheiben, aufweist. Auf diese Weise wurde das Bandmaterial B vorkonfektioniert. Im Beispiel der 3 wird der Verschnitt beim weiterverarbeitenden Betrieb um ca. 45% reduziert.
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Die Anlage 1 ist vorzugsweise als zusätzliches Aggregat in einem Walzwerk oder einem nachgelagerten Servicecenter vorgesehen. Der endabmessungsnahe Zuschnitt bzw. die Vorkonfektionierung des Bandmaterials B mittels der Anlage 1 erfolgt hierbei beispielsweise als letzter Verarbeitungsschritt vor dem Verpacken und Ausliefern.
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Zur Realisierung des endabmessungsnahen Zuschnitts im Walzwerk oder in einem Servicecenter erfolgt die Steuerung der Anlage vorzugsweise computerbasiert. Zu diesem Zweck kommuniziert die Anlage 1 (zumindest die Schneideinrichtung 20 derselben) mit einer Steuereinrichtung 50, die zum Empfang von Daten für die Vorkonfektionierung eingerichtet ist. Dies umfasst das manuelle oder automatische Eingeben der Daten, etwa Kundenvorgaben, in die Steuereinrichtung 50. Beispielsweise kann die Steuereinrichtung 50 Produktdaten, etwa CAD-Daten, der zu fertigenden Teile empfangen. Die Steuereinrichtung 50 verarbeitet die Produktdaten ggf. weiter, um endabmessungsnahe und von der Anlage 1 realisierbare Schnittdaten zu ermitteln, die dem automatisierten Zuschnitt zugrunde gelegt werden. Die Schnittdaten stellen einen Kompromiss aus den zu fertigenden Teilen und der Forderung dar, dass das Bandmaterial B auch nach dem Zuschnitt zu einem Coil C2 aufwickelbar ist, um es verpacken und transportieren zu können.
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Mithilfe der dargelegten Anlage 1 kann Bandmaterial B entsprechend einer beliebigen Vorlage vorkonfektioniert werden. Das vorkonfektionierte, zum Coil C2 aufgewickelte Bandmaterial B ist im Vergleich zu einem „geraden“ Bandmaterial leichter und kann zu geringeren Kosten an den weiterverarbeitenden Betrieb geliefert werden. Der Großteil des anfallenden Verschnitts verbleibt als sortenreiner Schrott beim Produzenten des Bandmaterials B. Dies wiederum hat zur Folge, dass zur Herstellung des Bandmaterials B geringere Mengen an Schrott, Eisenschwamm, Pellets, Legierungsbestandteilen usw. extern beschafft werden müssen.
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Die Anlage 1 kann in Kombination mit einer geeigneten Sensorik (in den Figuren nicht dargestellt) zur Detektion von Fehlstellen im Bandmaterial B eingerichtet sein. Fehlstellen können aus dem Bandmaterial B herausgeschnitten werden. Das Bandmaterial B kann danach wieder verbunden, etwa verschweißt, werden. Die Nahtstellen werden hierbei vorzugsweise so festgelegt, dass sie sich zwischen den Rohlingen (den Scheiben gemäß der 3) der zu fertigenden Teile befinden. Es entsteht auf diese Weise kein zusätzlicher Verschnitt durch eine etwaige Naht.
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Neben der Reduktion des Verschnitts beim Verbraucher (weiterverarbeitenden Betrieb) trägt die dargelegte Vorkonfektionierung mittels der Anlage 1 aufgrund des reduzierten Transportgewichts zu einer ressourcen- und umweltschonenden Metallverarbeitung/Bandverarbeitung bei. Die Transportkosten werden reduziert. Im internationalen Handel können zudem ggf. anfallende Importzölle reduziert werden. Kapazitäten und Kosten zur Lagerung, Vernichtung oder zum Rücktransport des Schrotts auf Seiten des Verbrauchers können reduziert werden. Der Schrott verbleibt sortenrein beim Produzenten des Bandmaterials B, was insbesondere bei aluminium- und/oder siliziumhaltigen Produkten einen Effizienzgewinn bewirkt. Zudem kann durch die Bereitstellung der Produktdaten eines oder mehrerer Kunden ein höherer Auslastungsgrad der Maschinen erzielt werden, beispielsweise durch Kombinieren von Bestellungen. Ferner können unterschiedliche Produkte in einem Bandmaterial vorkonfektioniert und zum Coil C2 aufgewickelt werden.
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Soweit anwendbar, können alle einzelnen Merkmale, die in den Ausführungsbeispielen dargestellt sind, miteinander kombiniert und/oder ausgetauscht werden, ohne den Bereich der Erfindung zu verlassen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Anlage zum endabmessungsnahen Zuschnitt eines Bandmaterials
- 10
- Abwickelhaspel
- 20
- Schneideinrichtung
- 21
- Schneidkopf
- 22
- Lasereinheit/Schneideinheit
- 30
- Richtrolle/Führungsrolle
- 40
- Aufwickelhaspel
- 50
- Steuereinrichtung
- B
- Bandmaterial
- C1
- Coil
- C2
- Coil
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 10037198 A1 [0003, 0004]
