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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung, die die Stabilisierung
und die Führung eines
bandförmigen
Produkts ermöglichen,
das mit hoher Geschwindigkeit in eine Längsrichtung abläuft, insbesondere
in einer Anlage zum Kaltwalzen von metallenen Bändern, genauer gesagt von dünnen Aluminiumfolien.
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Eine
Anlage zum Kaltwalzen eines bandförmigen metallenen Produkts
umfasst allgemein eines oder mehrere Walzgerüste, die jeweils zwei Arbeitswalzen
umfassen, die auf Stützwalzen
zur Auflage kommen und Mitteln zur Steuerung des Ablaufens des Bandes
zwischen den Arbeitswalzen zugeordnet sind. Allgemein wird das Band
ausgehend von einer Haspel abgerollt, die stromaufwärts des
oder der Gerüste
platziert ist, und auf einer Haspelanlage aufgerollt, die stromabwärts platziert
ist. Die Anlage umfasst außerdem
zahlreiche Zusatzelemente, wie Mittel zur Einführung des Bandes in die Walzgerüste, Mittel
zur Einstellung der Drehzahlen der unterschiedlichen Elemente und
eine bestimmte Anzahl von Führungswalzen,
die eine einstellbare Stellung aufweisen können und auf denen das Band
dergestalt in Auflage kommt, dass es einer bestimmten Strecke folgend
geführt
wird.
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Angesichts
der Kriterien Produktivität,
Produktion und Rentabilität
umfasst eine Anlage zum Walzen sehr dünner Folien, insbesondere aus
Aluminium, im Allgemeinen ein einziges Walzgerüst, das von Haspel zu Haspel
zwischen einer Abroll- und einer Aufrolleinrichtung arbeitet.
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Ein
Walzgerüst
umfasst herkömmlicherweise zwei
beabstandete Säulen,
zwischen denen ein Satz Walzen angebracht ist, zum Beispiel im Fall
eines Quartogerüsts,
zwei Arbeitswalzen, die jeweils zwei Stützwalzen zugeordnet sind. Jede
Walze ist an ihren Enden drehbar an Lagern befes tigt, die auf Einbaustücken getragen
werden, die verschiebbar zwischen den Ständern der Säulen des Gerüsts und
Anstellungsmitteln befestigt sind, die auf den Einbaustücken der
Stützwalzen
zur Auflage kommen, was die Ausführung
der Verminderung der gewünschten
Dicke auf dem gewalzten Band ermöglicht.
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So
kann eine sehr geringe Dicke erhalten werden und der Dickebereich
kann zum Beispiel im Fall von Aluminiumfolien von 3 bis 300 Mikrometern reichen.
Die Ausrüstungen
der Anlage müssen,
insbesondere für
das Aufrollen der Haspel, selbstverständlich an genauso feine Dicken
angepasst werden.
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Als
Beispiel stellt 1 schematisch eine Anlage zum
Walzen einer Aluminiumfolie dar, die ein Walzgerüst A umfasst, das zwischen
einer Abrollhaspel D, die eine Haspel B1 trägt, und
einer Aufrollhaspel E platziert ist, auf der sich nach dem Durchlaufen des
Produkts M zwischen den Arbeitswalzen des Walzgerüsts A eine
Haspel B2 bildet.
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Auf
seiner Strecke zwischen der Abrollhaspel und der Aufrollhaspel wird
das Band M durch eine bestimmte Anzahl von Führungswalzen D geführt. Insbesondere
ist eine Walze D1 zur Messung der Planheit
stromabwärts
zum Gerüst
A liegend platziert, um mögliche
zu korrigierende Mängel
zu ermitteln, indem sie auf Mittel zur Einstellung der Walzbedingungen
einwirkt. Ferner ermöglicht
eine Umlenkwalze D2 mit einstellbarer Höhe die Einstellung
des Aufrollwinkels des Bandes auf der Planheitswalze D1. Diese
Walze D2 kann nach oben entfernt werden,
um den Eingriff des Bandes auf der Aufrollhaspel E zu erleichtern.
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Selbstverständlich wird
die Anlage von 1 nur als Beispiel dargestellt,
da andere Typen von Anlagen verwendet werden können. Zum Beispiel kann ein
Tandemwalzen in einem Walzwerk, das mehrere nacheinander auf der
Strecke des Bandes platzierte Gerüste umfasst, um eine Verringerung
der Dicke in Schritten auszuführen,
oder auch ein Reversierwalzen ausgeführt werden, das abwechselnd
in die eine und die andere Richtung durchgeführt wird, wobei das Walzwerk
zwei Haspelanlagen zugeordnet ist, die abwechselnd als Abrollhaspel
und als Aufrollhaspel arbeiten. Daneben kann das gewalzte Band entweder
stromaufwärts
oder stromabwärts
des Walzens einer bestimmten Anzahl von Verarbeitungen unterzogen
werden, und in den neuesten Anlagen wird versucht, diese verschiedenen
Verarbeitungen, soweit als möglich,
in einer fortlaufenden Linie auszuführen.
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Im
Fall des Walzens dünner
Aluminiumfolien bringt die geringe Dicke des gewalzten metallenen Bandes
indes eine besondere Funktionsweise der Anlage mit sich, da die
Länge einer
Haspel mehrere zehntausend Meter betragen kann und die Dauer eines
Walzstichs mehrere Stunden erreichen kann. Unter diesen Bedingungen
steht die Ausführung
eines Reversierwalzens außer
Frage.
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Daneben
ist es nicht interessant, wie für
andere Anlagen, zusammenhängende
Gruppen auszuführen,
da das Verhältnis
zwischen der Walzzeit und der Zeit, die zum Auswechseln der Haspeln
erforderlich ist, sehr groß ist.
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In
der Praxis ist der einzige Parameter, der wirksam beeinflusst werden
kann, um die Produktivität
zu steigern, die Walzgeschwindigkeit, und es wurde daher versucht,
die Leistungen der Anlagen zu verbessern. Insbesondere können für das Walzen dünner Aluminiumfolien
heute sehr hohe Walzgeschwindigkeiten ausgeführt werden, zum Beispiel in der
Größenordnung
von 2000 Metern pro Minute, wobei sogar Geschwindigkeiten von 3000
Metern pro Minute ins Auge gefasst werden.
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Bei
so hohen Geschwindigkeiten wird es indes sehr schwierig, die Führungsstabilität des Bandes
zu gewährleisten,
das dazu tendiert, auf den Führungswalzen,
insbesondere auf der Umlenkwalze, zu triften, was beim Aufrollen
auf der Haspel zu Mängeln
führen
kann. Es ist daher notwendig, bei Anlagen, die bei sehr hohen Geschwindigkeiten
arbeiten, einen möglichen
Führungsfehler
sofort zu ermitteln, um die Geschwindigkeit auf eine Höhe zu vermindern,
die das Wiederherstellen der Ablaufstabilität ermöglicht.
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Es
treten beim Aufrollen eines metallenen Bandes auf einer Haspel mit
großer
Geschwindigkeit aber noch andere Nachteile zu Tage.
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Es
ist tatsächlich
bekannt, dass das Band, um in gut aneinander liegenden Windungen
aufgerollt zu werden, durch die Aufrollhaspel E unter Zug gehalten
werden muss. Der Zug, der auf eine Aluminiumfolie angewandt werden
kann, ist indes gering, und sogar bei einem gewöhnlichen spezifischen Zug in
der Größenordnung
von 3 bis 5 kg/mm2 kann die Zugkraft, die
die Auflage des Bandes auf der aufgerollten Haspel gewährleistet,
nur einige Dutzend kg betragen und übersteigt in der Praxis keine
200 kg.
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Es
wurde nun aber beobachtet, dass ein solcher Zug bei großer Geschwindigkeit
zu gering ist, um eine gute Auflage der Windungen aufeinander zu gewährleisten,
und es ergibt sich daraus eine Erhöhung des Gesamtdurchmessers
der Haspel.
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Dieses
Phänomen,
das Auflockerung genannt wird, verfälscht die gewöhnlichen
Berechnungen der Länge
des Bandes und des Durchmessers der Haspel.
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Zur
Behebung dieses Nachteils wurde vorgeschlagen, die Haspel mit einer
zusätzlichen
Walze auszurüsten,
die Bügelwalze
genannt wird und auf einem Gelenkarm befestigt ist und beim Aufrollen
auf dem Band von außen
zur Auflage kommt.
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Es
ist indes nicht wünschenswert,
die Anzahl von Walzen oder Vorrichtungen, die mit dem Band in Kontakt
sind, zu erhöhen,
da sich daraus ein Risiko der Markierung des Produkts ergibt.
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Aufgabe
der Erfindung ist die Beseitigung solcher Nachteile dank eines Verfahrens
und einer Vorrichtung, die das Gewährleisten der Stabilität des Ablaufens
und des Aufrollens des Bandes sogar bei sehr hohen Walzgeschwindigkeiten
und so eine beträchtliche
Erhöhung
der Produktivität
einer Anlage ermöglicht,
ohne diese in erheblichem Maße
abzuwandeln.
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Zur
Lösung
dieses Problems hat die anmeldende Gesellschaft die Bedingungen
des Ablaufens eines Bandes mit hoher Geschwindigkeit, insbesondere
für das
Walzen einer dünnen
Aluminiumfolie, ausführlich
untersucht, und es ist zu Tage getreten, dass die Schwierigkeiten,
denen bei der Führung
des Bandes, dem Messen der Planheit und dem Aufrollen auf der Haspel
nach dem Walzen begegnet wird, sich alle aus der Tatsache erklären ließen, dass
ab einer bestimmten Ablaufgeschwindigkeit ein Teil der Luft, die
sich in der Nähe
des Bandes befindet, durch dieses mitgerissen werden konnte, und
dabei auf Hindernisse auf der Strecke des Bandes, wie die Führungswalzen
oder die Arbeitswalzen, stieß.
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Im
Fall von Arbeitswalzen, die drehend angetrieben werden, und deren
Anstellung die Verringerung der Dicke bestimmt, hat dieses Mitreißen von Luft
keine Bedeutung.
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Hingegen
verursacht das Mitreißen
von Luft mit dem Band im Fall einer Führungswalze, auf der das Band
einfach unter Zug zur Auflage kommt, stromaufwärts des Auflagebereichs einen
dynamischen Druck, der durch die Keilwirkung in der Lage ist, das
Band leicht anzuheben. Dies ist im Fall des Walzens von dünnen Aluminiumfolien
umso empfindlicher, da die Zugkraft, die die Auflage des Bandes auf
der Walze bestimmt, wie oben erörtert,
notwendigerweise begrenzt ist.
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Es
bildet sich somit zwischen der Folie und der Walze ein Luftpolster,
das im Falle einer Führungs-
oder Umlenkwalze die Führung
des Bandes stören
kann, da dieses leicht angehoben wird und sich daher seitlich verschieben
kann.
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Ein
solches Phänomen
der Bildung eines Luftpolsters durch Mitreißen von Luft zwischen einem mit
hoher Geschwindigkeit ablaufenden Band und einer Führungswalze
oder einer Haspel wurde bereits in der Papierindustrie beobachtet.
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Zur
Behebung dieses Nachteils wurde im Dokument
DE-A-198 39 916 vorgeschlagen,
im V-Winkel, der stromaufwärts
der Kontaktlinie gebildet wird, eine Federzunge zu platzieren, die
in die Lücke zwischen
der Innenseite des Bandes und der Haspel eindringt und den Luftstrom
bremst, wobei der Druck stromaufwärts der Kontaktlinie so vermindert
wird.
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Im
Falle einer Kühlwalze
für eine
Offsetdruckmaschine wurde ebenfalls beobachtet, dass das Papierband
eine bestimmte Menge an Luft mitreißen kann, die zwischen das
Band und die Walze einzudringen droht, wobei das so gebildete Luftpolster
eine isolierende Schicht bildet, die die Kühlwirkung vermindert.
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Um
diesen Nachteil zu vermeiden, wurde im Dokument
EP-A-0812695 vorgeschlagen,
zwischen dem V-Winkel stromaufwärts
zwischen dem Band und der Walze eine Absaugvorrichtung mit der Form eines
hohlen Kastens zu platzieren, der mit einem Absaugventilator verbunden
ist und eine ebene Seite und eine einwärts gekrümmte Seite aufweist, die jeweils
parallel zum Band und zur Walze sind und sich bis zu einem sich
verjüngenden
Ende verengen, entlang dem ein Schlitz vorgesehen ist, der somit
zwischen dem Band und der Walze in der Nähe der Kontaktlinie einmündet. Die
Luft befindet sich in diesem Abschnitt und wird daher durch diesen
Schlitz abgesaugt, und der Druck stromaufwärts der Kontaktlinie wird vermindert,
wodurch das Band in Auflage auf der Walze gehalten wird, ohne dass
es sich anzuheben droht.
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Nachdem
festgestellt wurde, dass die verschiedenen vorhergehend genannten
Nachteile im Fall des Walzens von metallenen Bändern bei sehr hoher Geschwindigkeit
sich aus dem Effekt des Mitreißens
von Luft mit dem Band ergeben, ist man auf die Idee gekommen, dass
die vorher in der Papierindustrie vorgesehenen Vorrichtungen zur
Vermeidung dieses Nachteils vorteilhafterweise für das Walzen von Metallbändern mit
großer
Geschwindigkeit verwendet werden könnten.
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Es
hat sich indes gezeigt, dass die bisher bekannten Vorrichtungen,
die entweder eine einfache Bremsung oder ein Absaugen der mitgerissenen
Luft ausführen,
im Falle eines metallenen Bandes, insbesondere aus Aluminium, nicht
in ausreichendem Maße
wirksam oder sogar verhängnisvoll
wären.
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Tatsächlich ist
die Zugkraft, die angewandt werden kann, wie vorhergehend beschrieben,
aufgrund der sehr geringen Dicke der Aluminiumfolien relativ gering
und eine Absaugvorrichtung, die in der Nähe der Kontaktlinie zwischen
dem Band und der Haspel angeordnet wäre, würde das Band abzulenken drohen,
das, wenn es auf dem Absaugelement festgesaugt würde, beschädigt oder sogar zerrissen werden
könnte.
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Es
wurden daher die aerodynamischen Bedingungen der Luftzirkulation
ausführlich
untersucht, um eine Vorrichtung zu entwickeln, die, ohne ein Ansaugen
der Luft zu erfordern, die das Band abzulenken drohen würde, ein
laminares Phänomen
erzeugt, das nur auf die Grenzschicht der Luft wirkt, die mit dem
Band mitgerissen wird.
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Die
Erfindung betrifft daher allgemein ein Verfahren und eine Vorrichtung
zur Stabilisierung des Ablaufens eines Bandes mit hoher Geschwindigkeit in
eine Längsrichtung,
wobei das Band von einer Kontaktlinie ausgehend auf mindestens einem
Winkelsektor einer Umlauffläche
zur Auflage kommt, die um eine quer zu der Ablaufrichtung liegende
Achse rotiert und sich tangential an die rotierende Fläche anschließt, indem
an der in der Ablaufrichtung stromaufwärts liegenden Seite ein V-Winkel
ausgebildet wird, der einerseits durch eine Außenseite der rotierenden Fläche und
andererseits durch eine Innenseite des Bandes begrenzt wird, entlang
welcher ein Teil der Umgebungsluft eine Grenzschicht ausbildet,
die von dem Band zu der Kontaktlinie mitgerissen wird, wobei ein
Abweisungselement in dem V-Winkel platziert wird, derart, dass die
Zirkulationsbedingungen der mit dem Band mitgerissenen Luft verändert werden,
wobei das Abweisungselement eine erste Seite, die zur Innenseite
des Bandes gerichtet ist, und eine zweite Seite aufweist, die zu
der Außenfläche der
rotierenden Fläche
gerichtet ist.
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Erfindungsgemäß ist mindestens
die erste Seite des Abweisungselements zur Innenseite des Bandes
in dessen Ablaufrichtung geneigt und diese ist mit mindestens einer Öffnung versehen,
die in einen Innenraum mündet,
der im Inneren des Abweisungselements vorgesehen ist und mit einem
Außenbereich
verbunden ist, wobei die geneigte Seite mit der Innenseite des Bandes
eine Verengung bildet, in welcher der Druck im Verhältnis zum
Druck in dem Innenraum ansteigt, wobei der Druckunterschied die Abführung einer
gewissen Luftmenge durch die Öffnung
der geneigten Seite und den Innenraum und das Zurückweichen
des verbleibenden Anteils der Luftmasse, die die mit dem Band mitgerissene Grenzschicht
bildet, bestimmt.
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In
besonders vorteilhafter Weise ist der Innenraum des Abweisungselements
nicht mit einem Absaugventilator, sondern einfach mit einem Außenbereich
verbunden, in dem atmosphärischer
Druck herrscht, wobei die Luftzirkulation in diesem Fall ohne wirkliches
Absaugen natürlich
in Höhe
des Abweisungselements erfolgt.
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Vorzugsweise
ist die zweite Seite des Abweisungselements, die zur rotierenden
Fläche
gerichtet ist, im Verhältnis
zu dieser dergestalt geneigt, dass eine Verengung ausgebildet wird,
welche eine Druckerhöhung
der Luft bestimmt, die von der rotierenden Fläche mitgerissen wird, wovon
ein Teil zu dem Außenbereich
abgeführt
wird, der mit dem Innenraum verbunden ist, wobei sie durch mindestens
eine Öffnung
hindurchgeht, die in der zweiten Seite vorgesehen ist.
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Eine
solche erfindungsgemäße Vorrichtung zur
Stabilisierung kann entweder auf eine Führungswalze mit zylindrischem
Profil, das eine Richtungsänderung
der Ablaufebene des Bandes bestimmt, oder auf das Aufrollen des
Bandes auf einer Haspel angewandt werden, um das Mitreißen von
Luft zwischen den übereinander
liegenden Windungen zu vermeiden.
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Im
Fall des Aufrollens auf einer Haspel besteht das Luftabweisungselement
aus einem Hohlprofil, das an einem Trägermittel befestigt ist, welches
in Abhängigkeit
vom Durchmesser der Haspel dergestalt einstellbar ist, dass das
Abweisungselement in einer optimalen Stellung im Verhältnis zur
Innenseite des Bandes je nach dessen Aufrollen auf der Haspel gehalten
wird.
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Vorzugsweise
weist der Trägerarm
des Luftabweisungselements eine verstellbare Länge auf und ist drehbar um
eine Achse angebracht, die parallel zu der Achse der Haspel liegt,
wobei der Arm Mitteln zum Ein stellen seiner Ausrichtung und seiner Länge in Abhängigkeit
von dem Durchmesser der Haspel zugeordnet ist, zur Positionierung
des profilierten Elementes im Inneren des stromaufwärts liegenden
V-Winkels.
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Vorteilhafterweise
ist das verstellbare Trägermittel
des Abweisungselementes auf einer Umgreifereinrichtung angebracht,
welche der Haspel zugeordnet ist, um den Anfang des Aufrollvorgangs
des Bandes zu erleichtern, wobei das Trägermittel innerhalb der Begrenzungslinie
der Umgreifereinrichtung eingefahren ist, wenn sich diese in der
Anfangsstellung des Aufrollens befindet, und nach dem Aufrollen einiger
Windungen und dem Entfernen der Umgreifereinrichtung dergestalt
ausgefahren wird, dass das Abweisungselement in der Nähe der Kontaktlinie
in dem stromaufwärts
liegenden Ende des V-Winkels platziert wird.
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Die
Erfindung deckt auch die Verwendung einer solchen Vorrichtung zur
Stabilisierung, die stromaufwärts
von mindestens einer Führungswalze
angeordnet sein kann, um die direkte Auflage des Bandes auf der
Walze ohne die Zwischenlage einer Luftschicht sicherzustellen, in
einer Anlage zum Walzen von metallenen Bändern, insbesondere aus Aluminium,
ab. Diese Führungswalze
kann vorteilhafterweise eine Walze zum Messen der Planheit sein,
wobei die Vorrichtung es dann ermöglicht, die Beeinträchtigung
des Messens durch das Mitreißen
von Luft zwischen dem Band und der Walze zu verhindern.
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Die
Vorrichtung kann aber auch auf vorteilhafte Weise zum Aufrollen
des gewalzten Bandes auf einer am Ende der Straße platzierten Haspel verwendet
werden, wobei die Vorrichtung zur Stabilisierung dann stromaufwärts der
Kontaktlinie mit der bereits aufgerollten Haspel platziert ist,
um die Auflockerung durch das Mitreißen von Luft zwischen den Windungen
zu verhindern und die Führungsstabilität des Bandes
während
des Aufrollens sicherzustellen.
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Andere
vorteilhafte Merkmale werden in den Ansprüchen erwähnt.
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Die
Erfindung kann aber durch die folgende Beschreibung einiger als
Beispiel angeführter
Ausführungsformen
besser verstanden werden, die in den begleitenden Zeichnungen dargestellt
werden.
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1 ist
eine schematische Ansicht einer Anlage zum Walzen dünner Folien.
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2 ist
eine Ansicht eines Querschnitts eines erfindungsgemäßen Luftabweisungselements
in vergrößertem Maßstab, das
auf das Aufrollen einer Haspel angewendet wird.
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3 zeigt
eine Draufsicht der gesamten Vorrichtung, die eine Aufrollhaspel
ausrüstet,
die am Ausgang eines Walzwerks platziert ist.
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Wie
oben angegeben, zeigt 1 schematisch eine gesamte Anlage
zum Walzen einer Aluminiumfolie, die ausgehend von einer Haspel
B1 abgerollt wird und am Ausgang des Walzwerks
A aufgerollt wird, um eine neue Haspel B2 zu
bilden. Das Band M wird durch mehrere Führungswalzen, insbesondere
eine Walze D1 zum Messen der Planheit und eine
Umlenkwalze D2 geführt, die die Ablaufstabilität sicherstellen.
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Außerdem ermöglicht ein
Schlingenregler D3, der aus zwei festen
Walzen besteht, die eine zentrale Walze mit verstellbarer Höhe einfassen,
die Einstellung der Spannung stromaufwärts des Walzwerks A.
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Das
Walzwerk A, das in 1 schematisch und in 3 mit
mehr Einzelheiten dargestellt ist, kann zum Beispiel vom Typ Quarto
sein, der zwei Arbeitswalzen 1, 1' umfasst, die jeweils auf den Stützwalzen 11, 11' zur Auflage
kommen und jeweils um Wellen rotieren, die an ihren Enden durch
Einbaustücke 12, 12' beziehungsweise 13, 13' getragen werden, die
verschiebbar entlang der vertikalen Führungsseiten 14 befestigt
sind, die auf zwei festen Säulen 10 vorgesehen
sind, die das Walzgerüst
bilden.
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Stromabwärts des
Walzwerks läuft
das Band nacheinander über
eine Walze 15 zum Messen der Planheit und über eine
Umlenkwalze 16, die verschiebbar auf den zwei Säulen 10 des
Gerüsts
befestigt ist, und deren Stellung durch einen Zylinder 17 in Abhängigkeit
von der Beschaffenheit des Metalls und der Dicke des Bandes eingestellt
werden kann, um den Auflagewinkel auf der Planheitswalze 15 einzustellen.
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Die
Aufrollhaspel E, auf der sich die gewalzte Haspel B2 bildet,
umfasst auf herkömmliche
Weise einen Spreizdorn 2, der ausladend auf einem Gestell 21 befestigt
ist und drehbeweglich um seine Achse 20 angetrieben wird.
Auf bekannte Weise ist die Aufrollhaspel E, wie in 1 und 3 gezeigt,
einer Umgreifereinrichtung F zugeordnet, die auf einem Gelenkgestell 22 befestigt
ist, das auf den Säulen 10 des
Walzwerks um eine Achse 23 schwenkbar gelagert ist, die
parallel zur Ablaufebene des Bandes M ist und die sich unter der
Einwirkung eines nicht dargestellten Mittels zwischen einer hochgezogenen Stellung
und einer entfernten Stellung drehen kann. Die Umgreifereinrichtung
F umfasst einen offenen Abschnitt 24, der in der hochgezogenen
Stellung des Gestells 22 auf dem Dorn 2 der Aufrollhaspel
E in Eingriff kommt.
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Zu
Beginn des Walzens wird die Umlenkwalze 16 durch den Zylinder 17 in
eine entfernte Stellung 16' hochgezogen,
die den Durchgang des Kopfs M1 des Bandes
M und seinen Eingriff auf dem Dorn 2 ermöglicht.
Bekannte Mittel, die im offenen Abschnitt 24 der Aufrollhaspel
F vorgesehen sind und nicht in der Figur dargestellt sind, nehmen
den Kopf des Bandes auf, um den Anfang des Aufrollvorgangs in übereinander
liegenden Windungen zu erleichtern. Wenn die Anzahl von Windungen
ausreicht, um den Zug des Bandes auszuhalten, wird die Aufrollhaspel
F durch den Zylinder 24 entfernt, um in der in 3 dargestellten
Stellung platziert zu werden.
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So
wird auf dem Dorn 2 eine Haspel 3 gebildet, deren
Durchmesser schrittweise zunimmt, wie in 3 angegeben.
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Das
Band M schließt
sich somit entlang einer Kontaktlinie 30, die parallel
zur Achse 20 des Dorns 2 verläuft, tangential an die Haspel 3 an,
indem sie mit der Außenseite 31 der
Haspel 3 einen zur Ablaufrichtung stromaufwärts gerichteten
V-Winkel G bildet.
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Es
ist bekannt, dass die Bewegung einer dünnen Fläche mit großer Geschwindigkeit und parallel
zu sich selber in einem Fluid durch Reibung ein Mitreißen der
Moleküle
des Fluids, zum Beispiel der Umgebungsluft bewirkt, die sich in
unmittelbarer Nähe
zum sich bewegenden Band befindet.
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In 2,
die den Aufrollbereich des Bandes M auf der Haspel 3 in
vergrößertem Maßstab zeigt, ist
zum Beispiel auf der rechten Seite das Diagramm der Veränderung
des Geschwindigkeitsvektors (U) der Luft dargestellt, die ausgehend
von einer Entfernung (e) der Innenseite 41 des Bandes 4 von
einem Wert Null zu einem Wert (V) der Ablaufgeschwindigkeit des
Bandes 4 übergeht,
wobei sie parallel zu sich selbst bleibt. Es besteht somit entlang
der Innenseite 41 des Bandes 4, die zur Haspel 3 gerichtet
ist, eine Dicke von Luft 43, die in Bewegung ist und die
Grenzschicht genannt wird, in der eine laminare Strömung mit
einer Geschwindigkeit auftritt, die bei Annäherung an das Band 4 schrittweise
zunimmt, um entlang seiner Innenseite 41 seine Geschwindigkeit
zu erreichen. Das gleiche gilt entlang der Außenseite 42 des Bandes.
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Diese
Grenzschicht 43 begleitet das Band 4 in seinem
Ablauf und stößt gegen
die Haspel 3, deren stromaufwärts gerichtete Außenseite 31,
das heißt entgegengesetzt
zur Ablaufrichtung, mit der Innenseite 41 des Bandes 4 einen
V-Winkel G bildet, der sich zu einer Kontaktlinie 30 des
Bandes 4 mit der letzten aufgerollten Windung 32 verengt.
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Diese
Blockierung stromaufwärts
der Kontaktlinie 30 der entlang der Seite 41 des
Bandes mitgerissenen Luft bestimmt eine Druckerhöhung, die ein leichtes Anheben
des Bandes 4 und die Einführung einer feinen Luftschicht
zwischen der Innenseite 41 des Bandes 4 und der
Haspel 3 bewirken kann.
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Der
Erfindungsgedanke ist das Ausführen der
aerodynamischen Bedingungen der Luftzirkulation im stromaufwärts liegenden
V-Winkel G, die das Zurückweichen
der stromaufwärts
der Kontaktlinie 30 liegenden Grenzschicht 43 ermöglichen.
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Dieses
Zurückweichen
der Grenzschicht 43 wird durch die Abführung eines Teils der Durchflussmenge
der Luft, die mit dem Band mitgerissen wird, mittels eines Abweisungselementes 5 erhalten,
das im stromaufwärts
liegenden V-Winkel G platziert ist und sich zwischen der Innenseite 41 des
Bandes und der Außenseite 31 der
Haspel parallel zur Kontaktlinie 30 erstreckt. Dieses Abweisungselement 5 besteht
aus einem Hohlprofil, das mindestens eine Seite 50 aufweist,
die zur Innenseite 41 des Bandes 4 gerichtet ist
und in der Ablaufrichtung derart im Verhältnis dazu geneigt ist, dass
eine Verengung C1 gebildet wird, deren Querschnitt
schrittweise abnimmt, wobei sie eine Erhöhung des Drucks der mit dem Band
in der Grenzschicht 43 mitgerissenen Luft bewirkt.
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Diese
geneigte Seite 50 ist mit mehreren Öffnungen mit der Form von Schlitzen 55 versehen,
die in den Innenraum 51 münden, der im Inneren des Hohlprofils 5 vorgesehen
ist. Dieses ist an seinen Enden geschlossen und mit einer Öffnung versehen,
die durch eine Leitung 53 mit einem Außenbereich 54 verbunden
ist, in dem zum Beispiel atmosphärischer Druck
herrscht.
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Die
Erhöhung
des Drucks in der Verengung C1 durch die
Keilwirkung bestimmt somit den Durchgang eines Teiles der in der
Grenzschicht 43 mitgerissenen Luft durch die Schlitze 55,
die durch die Leitung 53 in den Bereich 54 mit
geringerem Druck entweicht. Die Durchflussmenge der Luft, die zur
Kontaktlinie 30 mitgerissen wird, nimmt ab, und die Grenzschicht 43 weicht
somit von der Innenseite 41 des Bandes 4 zurück, um an
der geneigten Seite 50 des Abweisungselements 5 hängen zu
bleiben, indem sie eine laminare Strömung bildet, die durch die Schlitze 55 der
Leitung 53 entweicht.
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Der
Druck der mitgerissenen Luft nimmt nur zum stromabwärts liegenden
Ende des Abweisungselements 5 zu und nimmt danach ab. Da
der Druck stromaufwärts
der Kontaktlinie 30 niedriger ist, droht die Luft nicht
zwischen der letzten Windung 32 der Haspel 3 und
der sich bildenden Windung 33 einzudringen.
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In
der bevorzugten Ausführungsform,
die in 2 dargestellt ist, ist die zweite Seite 50' des Abweisungselements 5,
die zur Aufrollfläche 3 gerichtet ist,
ebenfalls im Verhältnis
zu dieser geneigt, derart, dass eine zweite Verengung C2 ausgebildet
wird, die den Druck der durch die Rotation der Haspel 3 mitgerissenen
Luft schrittweise erhöht.
Diese zweite geneigte Seite 50' ist ebenfalls mit einem Schlitz 55' versehen, der
in einen Innenraum 51 des Hohlprofils 5 mündet.
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So
wird eine natürliche
Zirkulation entlang der zwei Seiten 50, 50' des Hohlprofils 5 erzeugt,
die den Druck am Ende des stromaufwärts der Kontaktlinie 30 gelegenen
V-Winkels G ohne jedes Absaugen der Luft am Ende 52 des
Abweisungselements 5, die in den V-Winkel G zwischen der
Innenseite 41 des Bandes und der Seite 31 der
Haspel 3 eindringt, vermindert. Es sei daneben erwähnt, dass
es nicht erforderlich ist, das Ende 52 des Abweisungselements 5 zuzuspitzen,
das einfach die zwei Verengungen C1, C2 begrenzen muss, um die laminare Strömung der Luft
entlang der zwei geneigten Seiten 50, 50' zu bestimmen,
ohne sich zur Kontaktlinie 30 zu erstrecken.
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Zum
Bestimmen dieser laminaren Strömung reicht
es normalerweise aus, dass die Leitung 53 einfach in einen
ruhigen Bereich mündet,
in dem die Geschwindigkeit der Luft gleich null ist und der Druck dem
atmosphärischen
Druck entspricht.
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Tatsächlich bestimmt
der Druckunterschied zwischen den zwei Verengungen C1,
C2 und dem Ausgang 54 der Abführungsleitung 53 eine
natürliche Zirkulation
der Luft durch die Schlitze 55, 55'.
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Es
kann indes, wenn die Breite des Bandes und infolgedessen die Länge des
Profils 5 sowie die Länge
der Abführungsleitung 55 zu
groß sind
und drohen, einen hohen Druckverlust mit sich zu bringen, angesichts
der dynamischen Unterdrückung aufgrund
der Drehzahl der Haspel zu bevorzugen sein, die Abführungsleitung 53 mit
einer Absaugvorrichtung zu verbinden. Diese hat indessen einfach
die Aufgabe, den Druckverlust im Kreislauf auszugleichen und nicht,
eine wirkliche Absaugung der Luft in der Spitze des stromabwärts des
Abweisungselements 5 liegenden V-Winkels auszuführen. So wird das Risiko der
Beeinträchtigung
des Bandes durch dessen Auflage auf dem stromabwärts des Abweisungselements 5 liegenden
Ende 52 sogar im Fall, in dem das Band einer relativ geringen
Zugkraft ausgesetzt wird, vermieden.
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Die
Form des Hohlprofils 5, insbesondere das Profil und die
Neigung der Seiten 50, 50' und ihre optimale Positionierung
im Verhältnis
zum aufzurollenden Band 4 und der Kontaktlinie 30 können empirisch
oder durch Berechnung bestimmt werden, derart, dass die gewünschte Wirkung
erhalten wird, indem die Luftzirkulationsbedingungen unter Berücksichtigung
der Ablaufgeschwindigkeit v des Bandes 4 und der Druckverluste im
Profil 5 und im Abführungskreislauf
untersucht werden.
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Andererseits
variieren der Durchmesser der Haspel und infolgedessen die Stellung
der Kontaktlinie 30 und die Ausrichtung des Bandes 4 selbstverständlich während des
Aufrollens. Es muss somit ständig
die Stellung des Abweisungselements 5 im Inneren des V-Winkels
G gehalten werden, und aus diesem Grund ist es von Vorteil, die
Vorrichtung zu verwenden, die in 3 im Einzelnen
dargestellt wird.
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Wie
oben angegeben, läuft
das gewalzte Band M am Ausgang des Walzwerks auf zwei Führungswalzen,
beziehungsweise einer Walze 15 zum Messen der Planheit,
die in Höhe
des Walzspalts zwischen den Arbeitszylindern 1, 1' und einer Umlenkwalze 16 platziert
ist, die entlang der Führungsschienen
verschiebbar angebracht ist, die auf den Säulen 10 des Walzwerks
vorgesehen sind und deren Höhe mittels
eines Zylinders 17 in Abhängigkeit von der Dicke und
der Beschaffenheit des gewalzten Bandes eingestellt werden kann,
wobei die Umlenkwalze 16 am Anfang des Walzens in eine
hohe Stellung 16' hochgezogen
wird, um den Durchgang des Kopfes des Bandes M und seinen Eingriff
auf dem Dorn 2 der Aufrollhaspel E zu erleichtern. Andererseits
ist diese einer Umgreifereinrichtung F zugeordnet, die auf einem
Gestell 22 befestigt ist, das sich um eine Achse 23 zwischen
einer hochgezogenen Stellung, die in 1 dargestellt
ist, für
die die Umgreifereinrichtung auf dem Dorn 2 in Eingriff
kommt, um den Start des Aufrollens zu erleichtern, und einer abgesenkten Stellung
drehen kann, die in 3 dargestellt ist, für die die
Umgreifereinrichtung vom Dorn 2 entfernt wird, um das Aufrollen
des Bandes und die Bildung der Haspel 3 zu ermöglichen.
Ihr Durchmesser nimmt je nach Aufrollen zu und die Kontaktlinie 30 des
Bandes M mit der Haspel 3 entfernt sich daher von der Aufrollachse 20,
indem sie einer Kurve 34 folgt, die in 3 mit
einer Strichpunktlinie dargestellt ist.
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Wie
angegeben, muss das Abweisungselement 5 der Zunahme des Durchmessers
der Haspel folgen und gleichzeitig in einer optimalen Stellung im Inneren
des V-Winkels G verbleiben, um die Abführung der in der Grenzschicht
mitgerissenen Luft zu ermöglichen.
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Das
Abweisungselement 5 muss daher einer Kurve 34' folgen, die
analog zur Strecke 34 der Kontaktlinie 30 ist
und sich indes dabei leicht davon entfernen, um der Tatsache gerecht
zu werden, dass der V-Winkel G sich bei zunehmendem Aufrollen schrittweise
schließt.
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Die
Stellung des Abweisungselements 5 kann somit in Abhängigkeit
vom Durchmesser der Haspel 3 durch Berechnung oder empirisch
bestimmt werden.
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Um
das schrittweise Verschieben des Abweisungselements 5 zu
ermöglichen,
ist dieses am Ende eines Trägers 6 befestigt,
dessen Ausrichtung und Länge
in Abhängigkeit
vom Durchmesser der Haspel 3 variieren können.
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Wie
in 3 gezeigt, kann der Träger 6 aus zwei beabstandeten
Armen bestehen, die an den zwei Enden des Profils 5 angeordnet
sind, das das Abweisungselement bildet und sich um eine Gelenkwelle 60 an
seinen Enden auf zwei Seiten des Gestells 22 der Umgreifereinrichtung
F rotieren kann.
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Jeder
Arm 6 trägt
den Körper
eines Zylinders 61, dessen Stange 62 an ihrem
Ende mit einem Befestigungsstück 63 des
Hohlprofils 5 versehen ist. Dieses ist über einen Schlauch mit Rohrleitungen verbunden,
die auf dem Trägerarm 6 zur
Abführung der
durch die Schlitze 55, 55' abgesaugten Luft befestigt sind.
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Das
Gestell 22 der Umgreifereinrichtung F trägt andererseits
ein Element 7 zur Steuerung der Rotation des Trägers 6,
das mindestens aus einem Hebel besteht, der um eine Achse 70 gelenkig
ist und ein Zahnsegment 71 trägt, das mit einem Zahnrad 64 kämmt, das
drehfest mit einem der zwei Arme verbunden ist, die den Träger 6 bilden
und drehfest sind. Der andere Arm des Hebels 7 ist gelenkig
auf der Stange eines Zylinders 72 befestigt, der auf dem
Gestell 22 zur Auflage kommt und so die Rotation des Trägers 6 zwischen
einer eingezogenen Stellung 60 und einer entfernten Stellung 6b steuert,
die dem Maximaldurchmesser der Haspel 3 entspricht.
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In
der eingezogenen Stellung 6a, die ebenfalls in 1 dargestellt
ist, sind das Profil 5 und seine zwei Trägerarme
in der Begrenzungslinie des Gestells 22 der Umgreifereinrichtung
F eingefahren und stören
somit nicht deren Anbringung auf dem Dorn 2 zum Start des
Aufrollens.
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Nach
dem Aufrollen einer Anzahl von Windungen, die ausreicht, um das
Band M dem für
das Walzen erforderlichen Zug zu unterziehen, dreht das Steuerungselement 7 die
zwei Trägerarme 6 bis
zu einer Stellung 6c, in der die Achse des Zylinders 61 im
Wesentlichen tangential zur Haspel am Anfang des Aufrollvorgangs
ist, und die Stange des Zylinders wird derart vorgeschoben, dass
das Abweisungselement in der gewünschten
Stellung 5c in der Nähe
der Innenseite des Bandes 4 positioniert wird. Die Drehzahl
des Dorns 2 wird dann bis auf die Höhe gesteigert, die dem Walzen
des Bandes 4 entspricht.
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Durch
hydraulische Mittel, die leicht zu konstruieren sind, werden die
Zylinder 72 zum Steuern der Rotation der Arme 6 und 61 zur
Einstellung der radialen Stellung des Abweisungselements 5 abhängig von
der Änderung
des Durchmessers der Haspel 3 geregelt, derart, dass sie
der Kurve 34' folgen
und in der gewünschten
Entfernung von der Innenseite 41 des Bandes 4 und
so nahe als möglich
an der Kontaktlinie 30 bleiben.
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Zu
diesem Zweck sind die Zylinder 61 und 72 mit Stellungssensoren
ausgerüstet,
und werden durch eine zweckmäßige Schaltung
gesteuert, derart, dass die Stellung des Profils 5 in Abhängigkeit des
Durchmessers der Haspel, die selbst ausgehend von der Anzahl von
Umdrehungen des Dorns 2 unter Berücksichtigung der Dicke des
Bandes 4 bestimmt wird, mit Genauigkeit bestimmt wird.
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Die
Einrichtung ist zu diesem Zweck mit Sensoren und Berechnungsmitteln
ausgerüstet,
die dergestalt programmiert werden können, dass das Profil der Kurve 34', der das Abweisungselement 5 folgt, bestimmt
werden kann.
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Selbstverständlich muss
ebenfalls die Stellung der Umlenkwalze 16 berücksichtigt
werden, die den Auflagewinkel des Bandes 4 auf der Haspel 3 und
die Stellung der Kontaktlinie 30 bestimmt.
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Wenn
der Durchmesser der Haspel seinen Höchstwert erreicht, befindet
sich der Arm 6 in der Stellung 6b, wobei die Stange 62 des
Zylinders vollständig
eingezogen ist.
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Nach
der Beendigung des Aufrollens wird die Haspel 3 entfernt
und der drehbare Träger 6 wird
in seine Stellung 60 innerhalb der Begrenzungslinie der Umgreifereinrichtung
F eingefahren. Diese kann dann hochgezogen werden, um auf dem Dorn 2 in Engriff
zu kommen, um mit dem Aufrollen einer neuen Haspel zu beginnen.
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Die
Erfindung, die soeben im Falle einer Aufrollhaspel beschrieben wurde,
kann auch auf eine Führungswalze,
zum Beispiel auf die Walze zum Messen der Planheit 15,
angewandt werden. Das Band M wird dann unter Zug auf einem Winkelsektor der
Walze 15 zur Auflage gebracht, und das Abweisungselement 5 wird
wie vorhergehend im V-Winkel G zwischen dem Band 4, das
gerade aufgerollt wird, und dem Abschnitt der Fläche der Walze 15 platziert, die
stromaufwärts
der Kontaktlinie 30 platziert ist.
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Da
die Führungswalze 15 einen
konstanten Durchmesser aufweist, bleibt das Abweisungselement 5 in
der gleichen Stellung in Bezug auf die Walze und kann zum Beispiel
am Ende eines festen Trägerarms
platziert werden.
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Wie
vorhergehend kann das Abweisungselement 5 aus einem Hohlprofil
bestehen, das in eine Leitung 53 zum Ableiten eines Teils
der Luft, die in der Grenzschicht 43 mitgerissen wird,
nach außen mündet, um
den dynamischen Druck am Ende des V-Winkels G in Höhe der Kontaktlinie 30 zu
vermindern. So wird die Bildung eines Luftpolsters verhindert, das
einerseits ein seitliches Triften des Bandes auf der Führungswalze
hervorrufen könnte
und andererseits, im Falle einer Planheitswalze die Messung zu stören drohen
würde.
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Einzige
Aufgabe der Bezugszeichen, die nach den in den Ansprüchen erwähnten technischen Merkmalen
eingefügt
sind, ist die Erleichterung des Verständnisses der Ansprüche, und
sie begrenzen in keiner Weise deren Umfang.