DE19881709B4 - Verfahren zum Schneiden eines Metallbandes, das aus einer Warmwalzstraße ausläuft, und Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens - Google Patents

Verfahren zum Schneiden eines Metallbandes, das aus einer Warmwalzstraße ausläuft, und Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens Download PDF

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Abstract

Verfahren zum Schneiden eines Metallbandes (1), das, insbesondere mit besonders hoher Geschwindigkeit, aus einer Warmwalzstraße ausläuft und mit einer hinter der Warmwalzstraße angeordneten Schere (10) geschnitten wird, wobei hinter der Schere (10) zumindest ein Treiber mit zumindest zwei Treiberrollen (PR2) angeordnet ist, zwischen denen das Metallband (1) durchläuft, und die eine Haltekraft auf das Metallband (1) ausüben, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem Schneiden des Metallbandes (1) der Bandzug im Metallband (1) vor den Treiberrollen (PR2) auf einen notwendigen Minimalzug reduziert wird und nach dem Schneiden des Metallbandes (1) die Treiberrollen (PR2) derart geöffnet werden, daß die Haltekraft im Wesentlichen Null ist.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Schneiden eines Metallbandes, das, insbesondere mit besonders hoher Geschwindigkeit, aus einer Warmwalzstraße ausläuft und mit einer hinter der Warmwalzstraße angeordneten Schere geschnitten wird, wobei hinter der Schere zumindest ein Treiber mit zumindest zwei Treiberrollen angeordnet ist, zwischen denen das Metallband durchläuft und die eine Haltekraft auf das Metallband ausüben und eine Vorrichtung zum Schneiden eines Metallbandes zur Durchführung des Verfahrens nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 6. Eine derartige Warmwalzstraße ist beispielsweise aus der JP 08090058 A und der GB 2073080 A bekannt.
  • Beim Warmwalzen gibt es in bezug auf das Schneiden von Metallbändern besondere Anforderungen, da das Warmwalzen mit hohen Bandgeschwindigkeiten erfolgt. Somit muß auch das Schneiden eines warmgewalzten Bandes bei einer hohen Bandgeschwindigkeit erfolgen. Aufgrund des Schneidens bei hohen Geschwindigkeiten steht eine extrem kurze Zeit zur Verfügung, um von den Bedingungen beim Ausfädeln von dem vorderen Band zu den für das Einfädeln des hinteren Bandes notwendigen Bedingungen umzustellen. Speziell die Geschwindigkeit der Treiberwalzen hinter der Schere muß sich sehr schnell ändern. Deshalb werden extreme Anforderungen an die Trägheitsarmut der Treiber gestellt. Diese Anforderungen sind jedoch nur begrenzt erfüllbar, so daß dem Schneiden warmgewalzter Bänder in bezug auf die Bandgeschwindigkeit enge Grenzen gesetzt sind. Ein besonderes Problem beim Schneiden schneller Metallbänder, insbesondere bei Metallbändern, die oberhalb einer Geschwindigkeit von 12 m/sec aus einem Walzgerüst auslaufen, besteht in den Rückwirkungen auf den Walzprozeß vor der Schere.
  • Entsprechend ist es Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens zu entwickeln, die oben bezeichnete Nachteile vermeiden und Rückwirkungen auf eine vorgeordnete Walzstraße durch das Schneiden des Metallbandes vermeiden oder signifikant verringern.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren gemäß Anspruch 1 und eine Vorrichtung gemäß Anspruch 6 gelöst. Besonders wesentliches Merkmal ist dabei das Auffahren bzw. öffnen der Treiberwalzen hinter der Schere nach dem Schnitt. Auf diese Weise ist es möglich, Rückwirkungen durch das Schneiden auf einen vorgeordneten Walzprozeß weitestgehend zu vermeiden. Auf diese Weise wiederum ist es möglich, Qualitätseinbußen des gewalzten Metallbandes bedingt durch den Schneidvorgang zu verringern. Der besondere Nutzen besteht darin, daß ein Schneiden auch bei hohen Geschwindigkeiten möglich ist, ohne maschinenbaulich nicht oder nur sehr schwer erreichbare Parameter an den Treibern einstellen zu müssen.
  • In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung wird vor dem öffnen der Treiberrollen der Bandzug im Metallband zwischen den Treiberrollen und dem Haspel abgebaut. Auf diese Weise wird ein besonders ruhiger Bandlauf erreicht.
  • In weiterhin vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung wird vor dem Schneiden des Metallbandes der Bandzug im Metallband zwischen den Treiberrollen und vor der Schere angeordneten Treiberrollen auf einen notwendigen Minimalzug reduziert. Dies verringert weiter die Rückwirkungen des Schneidens auf den Walzprozeß und führt zu einem besonders präzisen Schnitt.
  • Unter notwendigem Minimalzug ist dabei der Zug im Metallband zu verstehen, der notwendig ist, damit das Metallband gestrafft ist.
  • In weiterhin vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung wird das durch das Schneiden des Metallbandes entstandene hintere Metallband nach dem Öffnen der Treiberrollen vom Haspel ge faßt. Nach Fassen des hinteren Metallbandes durch den Haspel werden die Treiberrollen in vorteilhafter Ausgestaltung geschlossen.
  • In besonders vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung sind vor und hinter der Schere Treiberrollen vorgesehen. Auf diese Weise wird in Verbindung mit der Erfindung eine besonders gute Entkopplung zwischen Schneiden und Walzen erreicht.
  • Weitere Vorteile und Einzelheiten sind der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels der Erfindung zu entnehmen. Im einzelnen zeigen:
  • 1 eine beispielhafte Ausgestaltung einer Schnittvorrichtung,
  • 2 eine beispielhafte Ausgestaltung eines Drehzahlreglers,
  • 3 einen Momentenverlauf,
  • 4 einen Zugspannungsverlauf.
  • In der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels der Erfindung werden folgende Abkürzungen verwandt:
    • DC
    Aufhaspel
    PR1
    Treibrollen vor der Schere
    PR2
    Treibrollen hinter der Schere
    WR
    Arbeitswalzen (letztes Gerüst)
    bStrip
    Bandbreite
    Fi
    Bandzug vor der Anlagenkomponente i
    hStrip
    Banddicke
    Ji
    Trägheitsmoment der Rollen einschließlich Getriebe, Motor, usw.
    Li
    Länge zwischen benachbarten Anlagenkomponenten vor der Komponente i
    MFF,i
    Vorgegebenes Moment
    Mi
    Motormoment
    MN,i
    Nennmoment des Motors
    MRel%,i
    Relatives Motormoment in % bezogen auf das Nennmoment
    Ri
    Rollenradius
    VAdd,i
    Zusatzsollwert der Drehzahl bzw. der Rollenumfangsgeschwindigkeit
    vi
    Drehzahl bzw. Rollenumfangsgeschwindigkeit
    vi*
    Sollwert der Drehzahl- bzw. der Rollenumfangsgeschwindigkeit
    VStrip
    Nennwert der Bandgeschwindigkeit
    σi
    Spezifischer Bandzug vor der Anlagenkomponente i
    σMFF,i
    Vorgegebenes Moment umgerechnet in spezifischen Bandzug
    σMi
    Motormoment umgerechnet in spezifischen Bandzug
    σOP,i
    Spezifischer Bandzug im Arbeitspunkt vor der Anlagenkomponente i
    t
    Zeit
  • Index i bezeichnet die Anlagenkomponenten Aufhaspel (DC), Treiberrollen (PR1) vor der Schere, Treiberrollen (PR2) oder Arbeitswalzen (WR) des letzten Gerüstes einer Walzstraße vor der Schnitteinstellung.
  • 1 zeigt eine Schneidvorrichtung. Diese weist eine Schere 10, ein Gerüst mit Treibrollen PR1 vor der Schere 10, ein Gerüst mit Treibrollen PR2 hinter der Schere 10, einen Haspel DC sowie eine Recheneinrichtung 11 auf. Die Recheneinrichtung 11 ist über eine Datenleitung 12, die in beispielhafter Ausgestaltung des Bussystems ausgeführt ist, datentechnisch mit den Antrieben der Treibrollen PR1 und PR2, des Haspels DC sowie der Schere 10 verbunden.
  • In 1 bezeichnet Bezugszeichen 1 ein Metallband und der mit Bezugszeichen 2 bezeichnete Pfeil die Laufrichtung des Metallbandes 1. In Laufrichtung des Metallbandes 1 gesehen ist vor der Schneideinrichtung eine Walzstraße zum Walzen des Metallbandes 1 angeordnet. Mit WP sind dabei die Arbeitswalzen des letzten Gerüstes dieser Walzstraße bezeichnet.
  • Nach dem Schnitt des Metallbandes 1 durch die Schere 10 ist das Metallband 1 in einen vorderen Teil 13 und einen hinteren Teil 14 geteilt. Der Haspel DC ist derart ausgestaltet, daß er das vordere Metallband 13 und das hintere Metallband 14 in verschiedenen Coils wickelt.
  • Den einzelnen Anlagenkomponenten wird jeweils ein Motormoment Mi mit i (i = WR, PR1, PR2, DC), d.h. den Arbeitswalzen WR, den Treiberrollen PR1 und PR2 sowie den Haspel DC, zugeführt. Die Anlage reagiert darauf mit den Drehzahlen bzw. Rollenumfangsgeschwindigkeiten Vi mit i (i = WR, PR1, PR2, DC) und den Bandzügen Fi bzw. den spezifischen Bandzügen σi mit i (i = WR, PR1, PR2, DC).
  • Für jede Anlagenkomponente Treibrollen PR1, PR2 und Haspel DC ist in beispielhafter Ausgestaltung ein Drehzahlregler gemäß 2, der einen PI-Regler 3 aufweist, vorgesehen. Am Eingang dieses PI-Reglers 3 liegen die Sollgeschwindigkeit vi* und die Istgeschwindigkeit vi an. Auf die Begrenzung des PI-Reglers 3 wirkt ein vorgegebenes Moment MFF,i Zur Nachbildung unterlagerter Stromregelungen ist dem PI-Regler 3 ein PT2-Glied 4 nachgeschaltet, an dessen Ausgang sich das Motormoment Mi ergibt.
  • Die Drehzahlregler können in 2 Modi betrieben werden:
  • Modus 0 (Schalter 5 nach links)
  • Der PI-Regler 3 arbeitet bei dieser Stellung des Schalters 5 als normaler Drehzahlregler und hält die Drehzahl auf ihrem Sollwert.
  • Modus 1 (Schalter 5 nach rechts)
  • Am Eingang des PI-Reglers 3 wird ein Zusatzsollwert VAdd,i der Drehzahl bzw. der Geschwindigkeit addiert. Der Ausgang des PI-Reglers 3, wird durch einseitige Begrenzung 31 begrenzt. Dadurch kann sich bei einem eventuellen Riß des Metallbandes 1 die Geschwindigkeit nur so weit erhöhen, bis sie um VAdd,i vom Sollwert abweicht. In dieser Betriebsart wird das vorgegebene Moment MFF,i unmittelbar als Motormoment Mi wirksam. Auf diese Weise wird ein sicherer Betriebsablauf erreicht.
  • Die Drehzahlregler werden gesteuert, indem ihnen der Modus und das zu addierende Moment MFF,i vorgegeben werden. Die Übertragung dieser Vorgaben zu den Drehzahlreglern erfolgt über Totzeiten, die die realen Übertragungstotzeiten nachbilden.
  • Um das Motormoment Mi besser beurteilen zu können, wird mit dem Nennmoment MN,i das relative Motormoment in Prozent berechnet:
    Figure 00070001
  • Der zeitliche Ablauf des Schneidens des Metallbandes wird in beispielhafter Ausgestaltung in folgende Phasen unterteilt:
    • Phase 1: Ausgangszustand,
    • Phase 2: Bandzug zwischen PR1 und PR2 auf einen Minimalzug reduzieren,
    • Phase 3: Schneiden und den vorher vorhandenen Minimalzug ausgleichen,
    • Phase 4: Bandzug zwischen PR2 und DC abbauen,
    • Phase 5: PR2 öffnen und vorderes Metallband 14 zu Ende wickeln,
    • Phase 6: Haspel faßt das neue Band und baut Zug auf,
    • Phase 7: PR2 schließen und Haspelzug weiter aufbauen,
    • Phase 8: Endzustand = Ausgangszustand mit neuem Band.
  • Wie die Drehzahlregler in den einzelnen Phasen gesteuert werden, ist 3 sowie folgender Tabelle zu entnehmen:
    Phase Modus Vorgegebene Momente [N/mm2]
    WR PR1 PR2 DC σMFF,PR1 σMFF,PR2 σMFF,DC
    1 0 1 1 1 0 –4,8 12
    2 0 1 1 1 0 → 6 –4,8 → –10,8 12
    3 0 1 1 0 6 → 7,2 –10,8 12 → 10,8
    4 0 1 1 0 7,2 –10,8 → 0 10,8 → 0
    5 0 1 0 0 7,2 0 0
    6 0 1 0 1 7,2 → 0 0 0 → 7,2
    7 0 1 1 1 0 0 → –4,8 7,2 → 12
    8 0 1 1 1 0 -4,8 12
  • Um die Wirkung der vorgegebenen Momente MFF,i auf die spezifischen Bandzüge σi unmittelbar ablesen zu können, sind die Werte σMFF,i in N/mm2 angegeben, aus denen die vorgegebenen Momente mit der Gleichung MFF,i = σMFF,i·bStrip·hStrip·Ri, i = WR, PR1, PR2, DCberechnet werden. Entsprechend gilt für die Motormomente Mi = σMi·bStrip·hStrip·Ri, i = WR, PR1, PR2, DC.
  • Die Phasen 3 und 4 schließen ohne Pause direkt aneinander an, so daß der Haspelzug von 12 auf 0 N/mm2 ohne Unterbrechung abgebaut wird. Ebenso schließen die Phasen 6 und 7 direkt aneinander an, so daß der Haspelzug von 0 auf 12 N/mm2 mit einer durchgehenden Rampe aufgebaut wird.
  • 4 zeigt den Verlauf der Bandzüge σPR1 und σPR2 zwischen den Arbeitswalzen und den Treiberrollen vor der Schere bzw. zwischen der Schere und den Treiberrollen hinter der Schere über die Zeit t. Dabei sind folgende Zahlenwerte zugrunde gelegt:
    LPR1 = 23955 mm
    LPR2 = 2480 mm
    LDC = 4715 mm (vorderes Metallband 14)
    = 2272 mm (hinteres Metallband 13)
    RWR = 290 mm
    RPR1 = 250 mm
    RPR2 = 250 mm
    RDC = 1000 mm (vorderes Metallband 14)
    = 375 mm (hinteres Metallband 13)
    JWR = 21380 kgm2
    JPR1 = 234 kgm2
    JPR2 = 234 kgm2
    JDC = 14351 kgm2 (vorderes Metallband 14)
    = 2495 kgm2 (hinteres Metallband 13)
    bStrip = 1000 mm
    hStrip = 3 mm
    vStrip = 16 m/s
    σOP,PR1 = 7,2 N/mm2
    σOP,PR2 = 7,2 N/mm2
    σOP,DC = 12 N/mm2
    MN,WR = 382000 Nm
    MN,PR1 = 20400 Nm
    MN,PR2 = 20400 Nm
    MN,DC = 50000 Nm
  • Das Schneiden des Metallbandes 1 beginnt bei etwa 380 m/sec. Der Verlauf der Zugspannung σPR1 im Metallband 1 zwischen den Arbeitswalzen WR und den Treiberrollen PR1 vor der Schere 10 zeigt deutlich die Wirkung des erfindungsgemäßen Verfahrens auf die Zugspannung hinter den Arbeitswalzen WR. Diese bleibt, wie 4 zeigt, hinter den Arbeitswalzen WR während des Schnittvorgangs nahezu konstant. Somit sind Schnittprozeß und Walzen entkoppelt, das heißt, das Schneiden des Metallbandes beeinflußt das Walzen des Metallbandes nicht.

Claims (9)

  1. Verfahren zum Schneiden eines Metallbandes (1), das, insbesondere mit besonders hoher Geschwindigkeit, aus einer Warmwalzstraße ausläuft und mit einer hinter der Warmwalzstraße angeordneten Schere (10) geschnitten wird, wobei hinter der Schere (10) zumindest ein Treiber mit zumindest zwei Treiberrollen (PR2) angeordnet ist, zwischen denen das Metallband (1) durchläuft, und die eine Haltekraft auf das Metallband (1) ausüben, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem Schneiden des Metallbandes (1) der Bandzug im Metallband (1) vor den Treiberrollen (PR2) auf einen notwendigen Minimalzug reduziert wird und nach dem Schneiden des Metallbandes (1) die Treiberrollen (PR2) derart geöffnet werden, daß die Haltekraft im Wesentlichen Null ist.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß vor dem Öffnen der Treiberrollen (PR2) der Bandzug im Metallband (1) zwischen den Treiberrollen (PR2) und dem Haspel (DC) abgebaut wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß vor dem Schneiden des Metallbandes (1) der Bandzug im Metallband (1) zwischen den Treiberrollen (PR2) und vor der Schere (10) angeordneten Treiberrollen (PR1) auf einen notwendigen Minimalzug reduziert wird.
  4. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, wobei das Metallband (1) durch das Schneiden des Metallbandes (1) in ein hinteres Metallband (13) und ein vorderes Metallband (14) geteilt wird, dadurch gekennzeichnet, daß das durch das Schneiden des Metallbandes (1) entstandene hintere Metallband (13) nach dem Öffnen der Treiberrollen (PR2) vom Haspel (DC) gefaßt wird.
  5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß nach Fassen des hinteren Metallbandes (13) durch den Haspel (DC) die Treiberrollen (PR2) geschlossen werden.
  6. Vorrichtung zum Schneiden eines Metallbandes (1) zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit einer Schere (10) zum Schneiden des aus einer Warmwalzstraße auslaufenden Metallbandes (1) und mit zumindest zwei hinter der Schere (10) angeordneten Treiberrollen (PR2), zwischen denen das Metallband (1) durchläuft und die eine Haltekraft auf das Metallband (1) ausüben, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung zum Schneiden des Metallbandes (1) eine Recheneinrichtung (11) aufweist, die vor dem Schneiden des Metallbandes (1) den Bandzug im Metallband (1) vor den Treiberrollen (PR2) auf einen notwendigen Minimalzug reduziert und nach dem Schneiden des Metallbandes (1) die Treiberrollen (PR2) derart öffnet, daß die Haltekraft im wesentlichen Null ist.
  7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß sie zumindest zwei Treiberrollen (PR1) vor der Schere (10) aufweist.
  8. Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Schere (10) und die Treiberrollen (PR1, PR2) datentechnisch mit der Recheneinrichtung (11) verbunden sind.
  9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6, 7, 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Haspel (DC) datentechnisch mit der Recheneinrichtung (11) verbunden ist.
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