DE2347396A1 - Verfahren und vorrichtung zur herstellung eines duennen metallbandes - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zur herstellung eines duennen metallbandes

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Description

SPIRAUX FRANCAIS SA. Besancon / Frankreich
Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung eines dünnen Metallbandes
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines dünnen Metallbandes, wie es im Oberbegriff des Patentanspruches 1 angegeben ist, sowie die konstruktive Ausbildung einer Spiralfederwalzmaschine zur Durchführung dieses Verfahrens.
Bei einer Walzmaschine für dünne Bänder, wie sie bisher zur Herstellung von Spiralfedern für Uhren und andere Geräte verwendet wurden, erhält man das Mass für die Stärke des Bandes durch Verschiebung eines Walzenzylinders gegenüber dem anderen mittels einer Schraube, die von einem Handrad betätigbar ist und sich auf dem Rahmen oder dem Gestell der Maschine abstützt. Die Einstellung ist dabei einseitig unter Ausnützung der Starrheit des Rahmens oder Gestelles, um die Druckänderungen während des Walzvorganges auszugleichen. Dabei existiert ein Gleichgewicht zwischen den Spannungen und Belastungen, welche auf den Rahmen wirken, und denjenigen beim Walzen des Bandes.
Wenn nun aus irgend einem Grunde, beispielsweise einer Ve ränderung der Temperatur, die Geometrie des Rahmens sich während des Walzvorganges verändert, erhält man auch eine Aenderung des Messwertes des gewalzten Bandes. Darüber hinaus liegt bei der Ausbildung des Rahmens die Stelle zur Kontrolle der Dicke des Bandes in einer solchen Entfernung, die grosser ist als die übliche Länge einer Spiralfeder. Die einzig mögliche Einstellung macht daher eine Unterbrechung des Walzvorganges notwendig, um die von der Kontrolle geforderte Korrektur anzubringen. Es ist dann aber niemals sicher, dass man nach einer Unterbrechung des Walzvorganges genau den gewünschten Messwert vorfindet.
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Der Anteil an Fabrikationsausschuss ist daher erheblich. Er ergibt sich teilweise aus dieser verhältnismässig späten Kontrolle und aus der Langsamkeit, mit welcher die Einrichtungen zur Korrektur festgestellter Abweichungen arbeiten sowie deren Mangel an Wirksamkeit und Genauigkeit.
Wenn derartige Walzwerke auch verwendbar sind zur Herstellung grosser Spiralfedern, ist es doch nicht möglich, sie audifür dünne Metallbänder anzuwenden, deren Stärke noch unterhalb eines hundertstel Millimeters liegen. Eine Abweichung von nur 0,001 mm in der Stärke würde nämlich dann bereits eine Abweichung von 10 % im Gesamtwert ausmachen und um sogar 30 % die Federkraft der Spiralfeder verändern. Diese Kontrolle des Bandes am Ausgang des Walzwerkes erfolgt mit Geräten zur Messung in der GrBssenordnung von hundertstel Millimetern bis Mikron. Zur Erzielung einer solchen Genauigkeit der Bearbeitung ist es einmal notwendig, eine fortlaufende Kontrolle der Bandstärke durchzuführen, und zwar so nahe wie möglich an der Stelle der Walzbearbeitung, und zum anderen das Ergebnis dieser Kontrolle auszuwerten zur Steuerung von Korrektureinrichtungen, welche sofort und augenblicklich auf den Walzdruck einwirken.
Hierzu ist das erfindungsgemässe Verfahren gekennzeichnet durch Merkmale wie sie irn kennzeichnenden Teil des Patentanspruches 1 angegeben sind. Dabei kann die Messung der Bandstärke durch verschiedene technische Massnahmen erfolgen, wie sie Gegenstand der Unteransprüche 2 bis 4 sind. Die damit erhaltenen Messwerte müssen dann verglichen werden mit einem Bezugswert, welcher am Beginn der Walzoperation festgelegt wird.
Vorteilhafte Ausbildungen von Verformungseinrichtungen ergeben sich aus dem Unteranspruch 5, während der Unteranspruch 6 eine
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zweckmässige Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens zum Gegenstand hat.
Die konstruktive Ausbildung einer Walzmaschine zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens weist Merkmale auf, wie sie Gegenstand des Anspruches 7 sind.
Die Vorteile des Verfahrens und der Vorrichtung gemäss der Erfindung bestehen im wesentlichen darin, dass die Kontrolle der Stärke des Bandes sehr nahe der beiden Walzzylinder und in kontinuierlicher Weise erfolgt, dass diese Kontrolle Einrichtungen steuert, welche eine augenblickliche Wirkung auslösen und die besonders wirksam sind hinsichtlich einer sehr feinen Einstellung, indem eine elastische Deformation des Rahmens ermöglicht wird.
Die Veränderungen in der Stärke des Metallbandes sind daher ganz minimal und nur von geringer Amplitude in Bezug auf ihre Länge, so dass auf diese Weise der Anteil an Fabrikationsausschuss in vorteilhafter Weise erheblich verringert wird. Darüber hinaus gestattet die sehr grosse Genauigkeit der Bearbeitung die Herstellung dünner Metallbänder, welche auch den strengsten Anforderungen genügen.
Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung einer beispielsweisen Ausführungsform einer Spiralfederwalzmas chine im Zusammenhang mit den beigefügten Zeichnungen, wobei zeigen:
Fig. 1 eine Gesamtansicht der Maschine von der Seite,
Fig. 2 einen vergrösserten Ausschnitt der Maschine,
Fig. 3 einen Schnitt entlang III-III nach Fig. 2 und
Fig. 4 einen Schnitt entlang IV-IV nach Fig. 3.
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Nach der Darstellung in Fig. 1 trägt der Unterbau der Maschine zunächst die Abrollvorrichtung A für das zu bearbeitende Metallband mit einer Spannungsregeleinrichtung aus einer mit konstanter Reibung gebremsten Trommel 1 und einer Spule 2 mit Viskositätsbremse, von wo aus das zu bearbeitende Metallband der Eintrittsöffnung 3 der eigentlichen Walz einrichtung 4 zugeführt wird, welche . nachstehend noch beschrieben wird.
Die Einrichtung B zum Aufwickeln des bearbeiteten Metallbandes enthält ihrerseits ein Regelsystem für die Spannung des Metallbandes am Ausgang der Walzeinrichtung aus einer Trommel 6, die von einem Elektromotor angetrieben wird, der mit einem elektrischen Strom konstanter Leistung gespeist wird. Aufgewickelt wird das bearbeitete Metallband auf eine Spule 7, die mit einstellbarer Reibung oder mit einer Viskositätsbremse in Abhängigkeit ihrer Umdrehungsgeschwindigkeit versehen ist. Ausserdem kann eine Einrichtung zur Aufwicklung des bearbeiteten Metallbandes mit konstanter Geschwindigkeit vorgesehen werden.
Das Gerät C zum Vergleichen der Stärkenmessung enthält einen mechanischen oder optischen Taster oder aber einen kapazitiven Näherungsdetektor,
Die numerische Anzeige des Sollwertes des bearbeiteten Metallbandes erfolgt an dem Gerät D,
Das Gerät E ist die Kontrolle der Spannung des Metallbandes.
Das Steuergerät F liefert an die Klemmen eines piezo-elektrischen Elementes eine veränderliche Spannung, welche abhängig ist von der
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Abweichung in Grosse und Richtung zwischen dem von dem Taster gemessenen Stärkenwert des Metallbandes und dem an dem Gerät D angegebenen Sollwert.
Der Antriebsmotor G treibt gleichzeitig über ein Untersetzungsgetriebe und über Riemen die beiden Walzzylinder der Walzeinrichtung 4.
Fig. 2 zeigt diese Walzeinrichtung genauer, welche im wesentlichen aus den nachfolgend im einzelnen beschriebenen Teilen besteht.
Daist zunächst das Gestell oder der Rahmen 4 mit dem unteren Walzenzylinder 8, welcher in dem unteren Lager 9 gelagert ist, das seinerseits auf zwei abgeschrägten Kieilen 10 und 12 ruht (siehe auch Fig. 3), Der obere Walzzylinder 13 ist in dem Lager 14 gelagert, welches unterhalb des elastischen Trägers 4a angeordnet ist. Verschiedene Einrichtungen zu einer festen Blockierung der Lager 9 und an dem Rahmen 4 werden nachfolgend beschrieben.
Es handelt sich hierbei einmal um die beiden Druckschrauben 15, deren Verdrehung gesteuert wird über Zahnräder 16 mittels des Handrades 18. Dieses Handrad 18 sitzt auf der Welle der Schneckenschraube 17, wodurch der Pressdruck auf den oberen Zylinder 13 übertragen wird.
Biezo-elektrische Elemente 19 stehen unter der Einwirkung der Schraube 20.
Ausserdem ist noch das Messgerät 5 zur Dickenmessung des Metallbandes vorgesehen.
Die Figuren 3 und 4 zeigen im einzelnen Einrichtungen zum Zusammenspannen und Blockieren der Lager der beiden Walzzylinder 8 und
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sowie der piezo-elektrischen Elemente 19 an dem Rahmen 4, um eine Feineinstellung des Pressdruckes zu ermöglichen, welcher dauernd während des Walzvorganges vorhanden ist, ohne dass hierbei ein gegenseitiges Spiel der einzelnen Teile auftritt.
Die hierbei auftretenden Spannungen und Belastungen auf den gegenseitigen Anschlagsflachen sind grosser als die 'Walzbelastung. So kann beispielsweise die Kraft, womit die einzelnen Teile zusammengespannt werden, eine Tonne betragen, während die Walzbelastung nur in der Grössenordnung von 50 kg liegt.
Der untere Walzzylinder 8 ist in dem Lager 9 gelagert, welches auf den beiden abgeschrägten Keilen 10 und 12 liegt. Dadurch wird eine erste Grobeinstellung des Walzdruckes durch Verdrehung des Drehknopfes 11 ermöglicht. Der untere Keil 12 sitzt fest auf dem Rahmen 4, wo er mit seinen beiden Schultern 12a und 12b gegen seitliche Verschiebung gesichert ist. Er ist mit einer horizontalen Gewindebohrung versehen, in welche die Schraube mit dem Drehknopf 11 eingeschraubt ist. Diese Schraube ist weiterhin gelagert in einer Schulter 10a des oberen Keiles 10. Die Verdrehung des Drehlsnopfes 11 gestattet auf diese Weise die Höhenverstellung des unteren Zylinderlagers 9. Zur Vermeidung einer seitlichen ,Verschiebung des Keiles 10 während der Einstellung weist dieser einen Vorsprung oder Zapfen und der Keil 12 eine entsprechende Nut auf, welche für eine notwendige Führung ineinandergreifen.
Um die Höheneinstellung des unteren Walzzylinders 8 fest mit dem Rahmen 4 zusammenzuspannen, wird eine entsprechende Kraft durch den Schraubenbolzen 21 ausgeübt, dessen quadratischer Kopf 21a sich am Boden des Lagers 9 befindet, wo er eingeschlossen ist. Der BoI-
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zen selbst 21b geht durch ein Langloch des oberen Keiles 10, welches seine Verschiebung zulässt.und durch den unteren Keil 12 und endet in einer Ausnehmung am Rahmen, worin er mittels einer Mutter 21c festgeschraubt ist.
Der obere Walzzylinder 13 ist in dem Lager 14 gelagert. Dieses Lager 14 befindet sich an einem elastischen Arm oder Vorsprung 4a, welcher Teil des Rahmens 4 ist. Das Lager sitzt an diesem, elastischen Vorsprung 4a in einer ausgefrästen Oeffnung, welche hierzu angebracht ist. Das Lager liegt hierbei auf den beiden Schenkeln der durch diese Ausfräsung gebildeten Gabel auf, wobei von aussen bzw, oben ein Bügel 22 auf das Lager 14 aufgesetzt ist, um dessen Befestigung an dem elastischen Vorsprung 4a zu ermöglichen.
Die Ausrichtung der beiden Schenkel des Bügels 22 gegenüber den beiden Schenkeln des elastischen Vor Sprunges 4a erfolgt mittels weiterer Bügel 23, welche gleich und symmetrisch auf jedem. Schenkel sitz-en und mittels Schrauben 24 befestigt sind.
Zur Herstellung einer festen Verbindung zwischen dem elastischen Vorsprung 4a und dem Lager 14 ist der Schraubenbolzen 25 vorgesehen, dessen quadratischer Kopf 25a am Boden des Lagere 14 anliegt, woe: eingeschlossen ist. Der Gewindebolzen 25b geht durch das Lager 14 und den Bügel 22 und trägt auf seinem äusseren Abschnitt die Mutter 25c. Das Lager 14 selbst liegt mit zwei symmetrischen Schultern auf den beiden Schenkeln des elastischen Vorsprunges 4a auf, und zwar beiderseits des Walzenzylinders 13, wobei durch den festen Anzug der Mutter 25c das vorstehend erwähnte Zusammen spannen der Teile erfolgt.
Durch diese Anordnung kann der Walzdruck mit grosser Wirkung auf
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den oberen Walzzylinder 13 mittels der Druckschrauben 15 übertragen werden. Dieser Druck wirkt gleichzeitig auf jeden der beiden Schenkel des elastischen Vor Sprunges 4a beiderseits des Zylinders 13, so dass eine einwandfreie Parallelität zwischen den Walzflächen der beiden "Walzzylinder 8 und 13 erzielt wird.
Die Einstellung des Walzdruckes erfolgt durch die Betätigung der hierzu vorgesehenen Einrichtung, welche aus den beiden Zahnrädern 16, der Schneckenschraube 17 und dem Handrad 18 besteht.
Fig. 4 zeigt die Unterbringung der hier nicht dargestellten piezoelektrischen Elemente 19, welche dazu dienen, den Rahmen 4 in einem hierzu vorgesehenen Bereich 4b geringerer Widerstandsfähigkeit elastisch zu verformen. Ein mechanisches Zusammenspannen dieser piezo-elektrischen Elemente mit dem Rahmen 4 unabhängig von jedem elektrischen Impuls, erfolgt mittels der Schraubenanordnung 20,
Die praktische Durchführung des Walzvorganges geht in folgender Reihenfolge vor sich:
Man führt zunächst eine erste Höheneinstellung des unteren Lagers aus und spannt die einzelnen Teile fest zusammen, damit jedes gegenseitige Spiel der Teile'verschwindet.
Dann wird der Walzvorgang anlaufen lassen und man regelt den Walzdruck an dem Handrad 18, und zwar in Abhängigkeit von der Messung, die von dem Taster 5 an dem Metallband am unmittelbaren Ausgang der Zylinder 8 und 13 erhalten wird. Diese Messung wird in absoluten Werten angezeigt an dem Gerät C zum Vergleich der Stärkenmessung aus serhalb cfer eigentlichen Walzeinrichtung.
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Nachdem der gesuchte Messwert für die Bandstärke erreicht ist, wird das Metallband auf die Aufnahmetrommel 7 aufgespult, ohne die Walzeinrichtung anzuhalten. Der Zeiger der Vergleichseinrichtung C wird auf Null zurückgestellt und das Steuergerät F in Funktion gesetzt. Dieses Steuergerät F steuert dann mit veränderlicher elektrischer Spannung, welche abhängig ist von den Aenderungen der Stärke oder Dicke des Bandes, die piezo-elektrischen Elemente Deren HShenänderungen, welche durch den piezo-elektrischen Effekt eintreten, bewirken dann eine mehr oder weniger grosse Verformung des Rahmens 4 in dessen Bereich 4b geringerer Widerstandsfähigkeit.
Diese Verformung wirkt sich ihrerseits aus in einer Veränderung des Abstandes zwischen den beiden Walzzylindern 8 und 13 und damit folglich auch in einer Korrektur der Stärke des Metallbandes während des Walzvorganges.
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Claims (7)

PATENTANSPRUECHE
1. Verfahren zur Herstellung eines dünnen Metallbandes, beispielsweise eine Spiralfeder, -wobei ein Band mittels Walz zylindern auf seine Endabmessung gewalzt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Stärke des Bandes während oder nach seinem Durchgang zwischen den Walzzylindern gemessen und der dabei erhaltene Messwert mit einem Bezugswert verglichen wird und dass die Abweichungen zwischen den beiden Messwerten an eine Einrichtung zur gesteuerten elastischen Verformung des die Walzzylinder tragenden Rahmens übertragen werden, um den Bandstärke wert innerhalb gegebener Toleranzgrenzen zu halten.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Messung der Bandstärke mit mechanischen Mitteln erfolgt.
3. Verfahren n&ch Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Messung der Bandstärke mit optischen Mitteln erfolgt.
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Messung der B and stärke mit einem kapazitiven Nahrung sdetektor erfolgt.
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5. Verfahren nach. Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Verformungseinrichtung mit wenigstens einem piezo-elektrischen, elektrostriktiven oder magnetostriktiven Element verwendet wird.
6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Federband unter konstanter Spannung am Eintritt und am Austritt der Walzmaschine gehalten wird.
7. Spiralfederwalzmaschine zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 und einem der vorstehenden Unteransprüche, gekennzeichnet durch einen Rahmen (4) mit einem Bereich geringerer Widerstandsfähigkeit, in welchem unter Zwischenschaltung von Lager- und Verstellelementen zwei Walzzylinder (8,13) gelagert sind, ferner durch ein Instrument (5) zum Messen der gewalzten Spiralfeder und ein Gerät (C) zum Vergleichen dieser Messung mit einem Bezugsmesswert und zur Umwandlung gemessener Abweichungen in ein Steuersignal für ein die Walzmaschine nach diesem Signal steuerndes Gerät (F), weiterhin durch erste Einrichtungen zur Ausübung eines Walzdruckes auf die Walzzylinder und durch zweite zum Zusammenspannen dieser Organe untereinander und mit dem Rahmen zwecks Aufhebung von gegenseitigem Spiel sowie durch dritte Einrichtungen zur elastischen Verformung des Rahmenbereiches geringerer Widerstandsfähigkeit utter detiEinfluss des Steuergerätes, um ständig die feinste Einstellung des zwischen den Walzzylindern einzuhaltenden Abstandes zu gewährleisten.
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