EP2745948A1 - Haspeleinrichtung mit rückbiegbarer Haspelwelle - Google Patents

Haspeleinrichtung mit rückbiegbarer Haspelwelle Download PDF

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Publication number
EP2745948A1
EP2745948A1 EP12198315.9A EP12198315A EP2745948A1 EP 2745948 A1 EP2745948 A1 EP 2745948A1 EP 12198315 A EP12198315 A EP 12198315A EP 2745948 A1 EP2745948 A1 EP 2745948A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
reel
shaft
bending
metal strip
drum
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP12198315.9A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Karl Dr. Mayrhofer
Rudolf Gruber
Lukas Dr. Pichler
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Primetals Technologies Austria GmbH
Original Assignee
Siemens VAI Metals Technologies GmbH Austria
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Siemens VAI Metals Technologies GmbH Austria filed Critical Siemens VAI Metals Technologies GmbH Austria
Priority to EP12198315.9A priority Critical patent/EP2745948A1/de
Publication of EP2745948A1 publication Critical patent/EP2745948A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21C—MANUFACTURE OF METAL SHEETS, WIRE, RODS, TUBES OR PROFILES, OTHERWISE THAN BY ROLLING; AUXILIARY OPERATIONS USED IN CONNECTION WITH METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL
    • B21C47/00—Winding-up, coiling or winding-off metal wire, metal band or other flexible metal material characterised by features relevant to metal processing only
    • B21C47/02—Winding-up or coiling
    • B21C47/04—Winding-up or coiling on or in reels or drums, without using a moving guide
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21C—MANUFACTURE OF METAL SHEETS, WIRE, RODS, TUBES OR PROFILES, OTHERWISE THAN BY ROLLING; AUXILIARY OPERATIONS USED IN CONNECTION WITH METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL
    • B21C47/00—Winding-up, coiling or winding-off metal wire, metal band or other flexible metal material characterised by features relevant to metal processing only
    • B21C47/28—Drums or other coil-holders

Definitions

  • a torque is required.
  • the torque is applied by an electric machine.
  • the passage of the torque required for reeling is carried out by the electric machine on the reel shaft and from there - usually arranged on the reel shaft hub and interconnected flanges of the hub and the reel drum - on to the reel drum.
  • the torque transmission is, as is well known to those skilled in the art, for example via feather keys.
  • the load bending moment acts between the two bearings of the reel shaft.
  • the passage of the load bending moment takes place from the metal strip on the reel drum and from there - usually via the interconnected flanges of the arranged on the reel shaft hub and the reel drum - on the reel shaft.
  • the load bending moment changes its effective direction and its amount only slowly. In particular, the load bending moment usually only slightly changes its effective direction and its amount during a single revolution of the reel drum.
  • the reel drum is, so to speak, permanently through-rolled by the load bending moment.
  • direction of action refers to the direction in which the respective bend takes place. For example, if a force from above on the reel shaft and the reel drum acts, the reel shaft and the reel drum so bend down, the direction of action is directed from top to bottom.
  • the load bending moment-related to a single revolution of the reel drum- is almost static.
  • the load bending moment is dynamic. Both the torque and the load bending moment therefore lead to mechanical loads on the reel shaft and the reel drum, which can lead to damage to the reel device in continuous operation, for example, to cracks at the slot ends of the slot of the reel drum.
  • the object of the present invention is to provide ways by which the life and life of reels can be improved.
  • the bending devices act statically, ie they are set during commissioning of the reel device or in advance at the beginning of each reel operation, so that they apply predetermined bending moments on the reel shaft. During the respective reeling process, the rewinding moments are not varied in this case, but they are maintained constant.
  • the reel device is associated with a control device, are determined by the rewinding moments of the bending devices to be set dynamically during the reeling of the metal strip and are dynamically controlled by the bending devices according to the determined bending moments. It is possible that of the control device during the reeling of the metal strip dynamically exclusively the effective directions of the set bending-back moments are determined.
  • the control device can determine the set backbending moments such that an effective direction of the set backbending moments coincides with a direction of action of the load bending moment.
  • the way of determining can be done as needed.
  • the amounts of the set bending moments to increase with increasing outer diameter of the coiled metal strip and / or increase with increasing the size of the force exerted on the coiled metal strip strip tension can be steeper (relative to the horizontal and the vertical direction).
  • the control device during the reeling of the metal strip dynamically measured, which is characteristic of a at least one point of the reel shaft or the reel drum between the two camps by superposition of the load bending moment and the rebound moments resulting actual acting resulting bending moment characteristic are.
  • the control device can determine the set back bending moments such that the actual acting resulting bending moment is reduced at the at least one point or at another point of the reel shaft or reel drum, in particular minimized. This approach has the advantage that regardless of the cause of the bending stress always the actually occurring bending stress is reduced, in particular minimized.
  • hubs are generally arranged on the reel shaft and the reel drum and the hub have flanges which are connected to one another via screw connections.
  • the torque transmission is usually via positive locking elements, such as feather keys.
  • the screw connections are assigned detection devices by means of which an actual voltage stress of the screw connections is dynamically detected, that the actual voltage stresses of the screw connections are dynamically fed to the control device and that the control device controls the actually acting resultant bending moment on the at least one Location or at another point of the reel shaft or the reel drum, taking into account the actual stress loads of the screw connections determined.
  • each case there are in each case a plurality of detection devices per screw connection, for example four detection devices.
  • the detection devices are distributed uniformly around the screw connection around the respective screw connection.
  • the reel drum As an alternative or in addition to a detection of the tension stress of the screw connections, it is possible for the reel drum to have flanges on the outside, which are adjoined by cylindrical sections, in that the cylindrical sections transition into conical regions, that detection devices are assigned to the cylindrical sections, by means of which an actual stress load of the cylindrical regions is dynamically detected, that the actual stress loads are fed dynamically to the control device, and that the control device determines the actually acting resultant bending moment at the at least one point of the Reel shaft or reel drum determined based on the actual stress loads of the cylindrical sections.
  • the detection devices as such can be designed as needed.
  • the detection devices may be designed as strain gauges or as pressure-sensitive sensors such as pressure-sensitive films.
  • the control device during the reeling of the metal strip dynamically based on a characteristic of a coil weight of the coiled metal strip size and for a force acting on the reeled metal strip strip tension size for at least one point of the reel shaft or the reel drum between the two bearings an expected load bending moment determined.
  • a characteristic of a coil weight of the coiled metal strip size and for a force acting on the reeled metal strip strip tension size for at least one point of the reel shaft or the reel drum between the two bearings an expected load bending moment determined can be determined on the basis of a conventional tracking the length of currently coiled metal strip, which in turn is in connection with the known thickness of the metal strip characteristic of the coil weight of the coiled metal strip.
  • the tape tension can be detected in the usual way.
  • the control device can determine the set bending moments such that resulting by superposition (superposition) of the expected load bending moment and the set bending moments expected resulting bending moment at the at least one point of the Reel shaft and / or the reel drum is reduced, in particular minimized.
  • the control device takes into account at least in addition to the coil weight and the strip tension in determining the expected load bending moment a characteristic of a temperature of the reel drum size and / or a temperature distribution.
  • a characteristic of a temperature of the reel drum size and / or a temperature distribution For example, an ambient temperature of the reel drum and / or a temperature of the wound metal strip can be utilized.
  • the temperature at a flange of the reel drum and / or at a subsequent to the flange of the reel drum cylindrical portion of the reel drum or the temperature of the flange penetrating screw can be detected.
  • a detection of temperatures at different locations may be useful to determine a temperature distribution or a temperature gradient can.
  • the particular temperature may alternatively be measured or known due to other circumstances, such as schedule data.
  • this can be up to three-dimensional spatially resolved. It can alternatively be stationary in time or transient in time. Based on the temperatures and / or the temperature distribution temperature-induced tension of the reel shaft and / or the reel drum can be determined.
  • the at least one location of the reel shaft and / or the reel drum, for which the expected resulting bending moment is reduced, in particular minimized, may be determined as required.
  • the reel drum and arranged on the reel shaft hubs usually flanges over which the reel drum and the hubs are interconnected.
  • the corresponding location may be determined by the location of the flanges.
  • the reel drum usually has a slot extending in the direction of the shaft axis between two slot ends for insertion of a belt end of the metal strip.
  • the corresponding location may be determined by the location of the slot ends.
  • a subsequent to the flange of the capstan drum cylindrical portion of the capstan drum may be the appropriate place.
  • the embodiments according to the invention are particularly advantageous when the reel drum is arranged in a heated housing and the bending devices are arranged outside the housing. Because then there is a relief of the thermally highly stressed, mechanically sensitive area of the reel shaft and the reel drum. The reel shaft is in this case more heavily loaded outside of the housing. In this area, however, the reel shaft has significantly lower temperatures and therefore copes better with the mechanical loads.
  • Embodiments of the reel device with a heated housing are used in particular in connection with Steckel rolling mills.
  • the bending devices are arranged directly in the connecting regions. Furthermore, it is possible that the bending devices are arranged in the region of the bearings. Preferably, however, as viewed in the direction of the shaft axis, the reel shaft projects beyond the two bearings and, viewed in the direction of the shaft axis, the bending devices are arranged outside the two bearings.
  • the bending devices can be designed as such as needed.
  • the bending devices directly and directly on the reel shaft apply a rebound moment.
  • the bending devices each have a bearing ring in which the reel shaft is mounted.
  • the respective bearing ring is acted upon in this embodiment by means of two respective actuators - for example, hydraulic cylinder units - with two mutually linearly independent and orthogonal to the shaft axis bending forces.
  • the bending forces cause in this case by the resulting due to the distance of the flexures of the bearings lever the desired bending moments.
  • the last-mentioned embodiment can be further improved in that the respective bearing ring is pivotally mounted in a respective bearing block about a respective shaft axis intersecting in a respective intersection, orthogonal to the shaft axis, that the two respective actuators act on a respective point of application of the respective bearing block and that a connecting line of the respective point of application with the respective intersection is orthogonal to the shaft axis and orthogonal to the respective bearing axis.
  • FIG. 1 is a metal strip 1 - for example, a steel strip 1, alternatively a non-ferrous strip such as an aluminum, copper or brass strip - rolled in at least one roll stand 2 reversing.
  • the metal strip 1 is rewound between two reeling devices 3 back and forth.
  • Control information 4 is supplied with control information C for this purpose, for example, stitch plan data and material data of the metal strip 1.
  • the stitch plan data include, for example, the width of the metal strip 1, the initial thickness of the metal strip 1 and the individual stitch decreases.
  • the material data of the metal strip 1 include, for example, its temperature and its chemical composition.
  • the control information C includes the operating state of the (at least one) rolling stand 2 and the reeling means 3, for example, the rolling forces and trains occurring during rolling and reeling, tracking and the like.
  • the metal strip 1 may be a hot metal strip 1. In this case it has a temperature of several 100 ° C. In the case of a steel strip 1, the temperature may even exceed 1000 ° C.
  • FIG. 2 and 3 show one of the reeling means 3.
  • the other reeling device 3 is constructed generally similar.
  • the reeling device 3 has a reel shaft 5.
  • the reel shaft 5 is mounted on (at least) two bearings 6.
  • the reel shaft 5 is thereby rotatable about a shaft axis 7.
  • Hubs 5 ' arranged on the reel shaft 5 .
  • the torque transmission from the reel shaft 5 to the hubs 5 ' is usually via wedges, which are arranged between the reel shaft 5 and the hubs 5' and only in FIG. 4 marked and not provided with reference numerals.
  • a reel drum 8 is connected to the reel shaft 5 via the hubs 5 '.
  • the locations of the hubs 5 'thus correspond to connection areas in which the reel drum 8 is connected to the reel shaft 5. Due to the arrangement of the hubs 5 ', the reel drum 8 is arranged in the direction of the shaft axis 7 between the two bearings 6.
  • FIG. 2 protrudes the reel shaft 5 seen in the direction of the shaft axis 7 beyond the two bearings 6 addition.
  • This embodiment is preferred in the context of the present invention. However, it is not mandatory. In principle, it is sufficient if the reel shaft 5 projects beyond one of the bearings 6 with one of its two ends.
  • an electric drive 9 is connected, by means of which the reel shaft 5 and with it the reel drum 8 are rotated.
  • That of the two bearings 6, which is arranged between the reel drum 8 and the electric drive 9, is generally designed as a fixed bearing.
  • the other of the two bearings 6 is formed as a floating bearing in the rule.
  • the reel shaft 5 is connected at both ends, each with an electric drive 9.
  • one of the bearings 6 is usually designed as a fixed bearing and as a floating bearing.
  • connection of the electric drive 9 (or the electric drives 9) with the reel shaft 5 via a coupling by means of which - based on the axis of rotation of the drive shaft and the shaft axis 7 - an angular offset between the drive shaft of the electric drive 9 and the reel shaft. 5 is made possible to cause no additional bending moments in the transition region from the drive shaft to the reel shaft 5.
  • An example of a suitable clutch is a toothed clutch.
  • Seen in the direction of the shaft axis 7 acts when reeling the metal strip 1 and due to the reeling of the metal strip 1 between the two bearings 6 on the reel drum 8 and / or on the reel shaft 5, a load bending moment.
  • the load bending moment is seen in the direction of the shaft axis 7 a function of the location z.
  • the load bending moment is considerably affected by the instantaneous weight FG of the (currently) reeled metal strip 1 (bundle weight) and the momentary strip tension Z acting during reeling of the metal strip 1 (see FIG FIG. 1 and 3 ) in conjunction with a distance A of the bearings 6 from each other caused.
  • two bending devices 10 are present.
  • the bending devices 10 are preferably arranged outside the two bearings 6 in the direction of the shaft axis 7. Alternatively, the bending devices 10 could be arranged, for example, in the bearings 6 or be arranged between the bearings 6 and the hubs 5 '.
  • a respective bending-back torque can be applied to the reel shaft 5.
  • a respective counterforce F can be exerted on the reel shaft 5, which causes the corresponding re-bending moment via distances A 'of the bending devices 10 to the bearings 6.
  • the distances A 'and the opposing forces F and also the resulting re-bending moments may be the same or different.
  • a control device 4 is present, which (among other things) the reels 3 and thus also in the FIG. 2 and 3 shown reel device 3 controls.
  • the bending devices 10 are controlled by the control device 4.
  • the control device 4 determines dynamically for the bending devices 10 the back bending moment to be set by the respective bending device 10 or a corresponding opposing force F * to be set.
  • the determination of the set backbending moments is dynamic, ie the determination is carried out during the reeling of the metal strip 1 dynamically according to the respective current bending load of the coiler 3.
  • the control of the bending devices 10 by the controller 4 is carried out with the same dynamics.
  • the outer diameter d of the metal strip 1 changes in accordance with the progress of the reeling.
  • the metal strip 1 - regardless of the reel direction - is acted upon during the reeling with the strip tension Z.
  • the bundle weight of the currently coiled metal strip 1 corresponds to the current outer diameter d of the coiled metal strip 1.
  • the instantaneous outer diameter d may be readily known to the control device 4, for example due to the thickness of the metal strip 1 in connection with a path tracking.
  • the thickness of the metal strip 1 may be known to the control device 4, for example from the stitch plan calculation.
  • the implementation of tracking is well known and familiar to those skilled in the art.
  • the strip tension Z can be measured easily. For example, the specific or absolute strip tension Z can be determined from the force with which the metal strip 1 is attached to a deflection roller 11 (see FIG FIG. 3 ) is pressed.
  • the control device 4 Based on the amount of (currently) coiled metal strip 1 (ie, as a result, the coil weight), the control device 4 at any time the weight FG (see FIGS. 5 to 7 ), which exerts the metal strip 1 on the reel drum 8 and the reel shaft 5. On the basis of the strip tension Z in conjunction with the geometry of the reeling device 3 and the amount of (currently) coiled metal strip 1, the control device 4 can continue at any time a tensile force FZ (see FIGS. 5 to 7 ), which the belt tension Z exerts on the reel drum 8 and the reel shaft 5.
  • a tensile force FZ see FIGS. 5 to 7
  • the control device 4 can therefore also determine an associated expected load bending moment.
  • control device 4 in addition to the weight FG and the strip Z a temperature T (see 1 to 3 ), which as a result is characteristic of the temperature T of the reel drum 8.
  • T a temperature characteristic of the temperature T of the reel drum 8.
  • the temperature of the metal strip 1 or the temperature in the vicinity of the reel drum 8 can be utilized for each.
  • the determination of the expected load bending moment in the direction of the shaft axis 7 is possible for each point. It is therefore possible to determine the expected load bending moment for arbitrary positions. Often, however, it is sufficient to determine the expected load bending moment for a few critical points. In this case, therefore, if the control device 4 determines the expected load bending moment only for one digit or a few digits, the control device 4 determines the set bending moments or counter forces F * to be set such that a resulting expected bending moment, which is due to superposition of the expected Load bending moment and the set bending moments results in at least one point of the reel shaft 5 and / or the reel drum 8 is reduced, in particular minimized.
  • the hubs 5 'and the reel drum 8 usually flanges 12, 13, via which the hubs 5 'of the reel shaft 5 and the reel drum 8 - are connected to each other - usually via screw 14.
  • the torque transmission between the flanges 12, 13 is usually via wedges, which are arranged between the flanges 12, 13 and only in FIG. 4 marked and not provided with reference numerals.
  • the connection of the flanges 12, 13 together is such a critical location. Also, a to the flange 13 of the reel drum.
  • a subsequent cylindrical region 8 'of the coiler drum 8, which is delimited by a respective notch base both towards the flange 12 of the reel drum 8 and towards a conical region 8 "of the reel drum 8, can define the corresponding point
  • the location of the reel shaft 5 and / or the reel drum 8 for which the expected resulting bending moment is reduced can therefore be determined by the location of the flanges 12, 13.
  • the reel drum 8 - see FIG FIG. 8 - A slot 15, in the beginning of the Aufhaspelvorgangs a band end of the metal strip 1 is introduced.
  • the slot 15 extends in the direction of the shaft axis 7 between two slot ends 16.
  • the areas of the slot ends 16 are such critical points.
  • the location of the reel shaft 5 and / or the reel drum 8, for which the expected resulting bending moment is reduced, can therefore likewise be determined by the location of the slot ends 16.
  • the transition from the conical region 8 "to the winding area of the capstan drum 8 can also be the critical point.”
  • both the effective direction and the amount of the expected load bending moment vary.
  • the control device 4 should preferably dynamically determine both the amounts and the directions of action of the backbending moments to be set or of the corresponding opposing forces F * to be set. In the sense of a suboptimal, but easier to implement solution, it may be sufficient to determine only the amounts or exclusively the effective directions of the bending moments dynamically. Depending on the location In the individual case, the determination of the opposing forces F * can take place together or separately.
  • the more metal band 1 is coiled the greater the expected resultant force FR. Accordingly, preferably the set bending-back moments or the counterforces F * to be set are greater, the more metal strip 1 is coiled.
  • the more metal strip 1 is coiled, the steeper the resultant force FR (ie, the more the vertical approaches).
  • An angle ⁇ which forms the resultant force FR with the horizontal H, so more closely approaches a right angle, the more metal strip 1 is reeled.
  • the set backbending moments or the opposing forces F * to be set are preferably also steeper, the more metal strip 1 is wound.
  • the direction of the resultant force FR defined by the angle ⁇ coincides with the direction of the opposing forces F1, F2.
  • the reel shaft 5 Due to the fact that the reel shaft 5 is usually formed as a continuous shaft, the reel shaft 5 thus extends in the reel drum 8, the system consisting of the reel shaft 5 and the reel drum 8 is statically indeterminate.
  • a model of the reel shaft 5 and the reel drum 8 is preferably implemented within the control device 4.
  • the model can be an analytical, semi-analytical and / or numerical model.
  • the model models the reel shaft 5 and the reel drum 8 at least mechanically-constructively, for example, according to an approach of higher strength theory or by means of a finite element model.
  • This model can, if necessary, be supplemented by models that the thermodynamics of the reel shaft 5 and the reel drum 8 - optionally including the Coiler shaft 5 and the reel drum 8 surrounding hot gases - describe.
  • models are dynamic fluid models and fluid-structure interaction models. These models can also be designed as required as analytical, semi-analytical and / or numerical models.
  • the heat distribution in the reel drum 8, the convection of the coiler drum 8 flowing hot gases, the heat transfer from the reel drum 8 flowing around the hot gases to the reel drum 8 and the thermally induced stresses in the reel shaft 5 and the reel drum 8 are modeled.
  • the total gas and heat dynamics can be described by these models.
  • the temperatures prevailing in the oven by means of corresponding sensors 27, such as pyrometers 27, (see FIG. 3 ) metrologically recorded.
  • the configuration of the flexures 10 may be as needed. Crucial is only the functional effect. The following will be in connection with FIGS. 9 and 10 preferred embodiments of one of the bending devices 10 explained in more detail.
  • the other bending device 10 may be formed in an analogous manner.
  • bending device 10 has a bearing ring 17.
  • the reel shaft 5 is mounted.
  • the bearing ring 17 can be acted upon by means of two actuators 18 with bending forces Fx, Fy.
  • the bending forces Fx, Fy are linearly independent of each other. In particular, they can be exact or nearly orthogonal to one another. Furthermore, the bending forces Fx, Fy are orthogonal to the shaft axis 7.
  • the bending forces Fx, Fy are determined and adjusted in such a coordinated manner that the effective force resulting from the vector addition of the bending forces Fx, Fy is directed parallel to the resultant force FR.
  • the actuators 18 are preferably designed as hydraulic cylinder units.
  • the actuators 18 act on a point of application 22.
  • a connecting line of the point of application 22 with the shaft axis 7 forms an angle ⁇ with the horizontal H.
  • the parallelism of the effective force F1 or F2 resulting from the vector addition of the bending forces Fx, Fy with the resulting force FR can be seen from the fact that the angle ⁇ is identical to the angle ⁇ .
  • the bearing ring 17 is pivotally mounted in a bearing block 19 about a bearing axis 20.
  • the bearing axis 20 is orthogonal to the shaft axis 7. It intersects the shaft axis 7 at an intersection 21.
  • the point 22 is in the embodiment of FIG. 10 arranged on the bearing block 19.
  • the connecting line of the point of application 22 and the point of intersection 21 runs orthogonal to the shaft axis 7 and orthogonal to the bearing axis 20.
  • the reel drum 8 is often in a heated housing 23 (housing 23, Steckel furnace 23, see FIG. 2 and 3 ) arranged.
  • a heated housing 23 housing 23, Steckel furnace 23, see FIG. 2 and 3
  • Such designs - ie with heated housing 23 - find particular application in so-called Steckel rolling mills.
  • the flexures 10 are disposed outside of the housing 23.
  • the bearings 6 are arranged outside of the housing 23.
  • the above-explained invention and its embodiments are based on easily detectable or readily - for example, from stitch plan data C - known variables such as the coil weight of the coiled metal strip 1 and the strip Z and optionally evaluate the temperature, starting from these sizes, the expected load bending moment to determine and adjust the rebound moments to reduce or minimize the expected load bending moment accordingly.
  • This approach is relatively easy to implement. Even better, however, during the reeling of the metal strip 1 - alternatively or in addition to the exploitation of easily detectable quantities such as (for example) Bund weight and strip tension - to directly and directly dynamically record measured quantities B that are characteristic of an actually acting resulting bending moment.
  • the measured quantities B must in this case be detected at at least one point of the reel shaft 5 or the reel drum 8 between the two bearings 6. For the detection location, the resulting bending moment results - as before - by superimposing the (in this case actual) load bending moment and the (in this case actual) rebound moments.
  • the detected measured quantities B are fed dynamically to the control device 4 during the reeling of the metal strip 1.
  • the control device 4 thereupon determines the set backbending moments (or the counterforces F * to be set) in such a way that the actually acting resultant bending moment at the at least one point of the reel shaft 5 or the reel drum 8 is reduced, in particular minimized.
  • a determination of the measured variables B as an alternative to coil weight and strip tension may be sufficient if the actual resulting bending moment at the detection location is to be reduced or minimized, ie at the location for which the measured variables B are detected. If a reduction or minimization is to be carried out at another location, the measured quantities B are preferably recorded in addition to coil weight and strip tension and possibly temperature. Furthermore, in this case, in the same way as described above, a model-based determination for the location at which the resulting bending moment is to be reduced or minimized takes place. As a result, the actual resulting bending moment for each location z in the direction of the shaft axis 7 can be determined.
  • the screw 14 are according to FIG. 12 Detecting means 24 assigned (in FIG. 11 only shown for one of the screw 14). By means of the detection means 24 an actual stress B of the screw 14 is detected. At least one single detection device 24 is present per screw connection 14. According to FIG. 12 However, there are several detection devices 24 per screw connection 14. In the FIG. 12 shown number of four detecting means 24 which are arranged evenly distributed on the screw shaft is preferred, but not mandatory. The type of detectors 24 may also be as needed. For example, the detection means 24 may be formed as strain gauges.
  • the actual stress B of the screw 14 are dynamically fed to the control device 4.
  • the control device 4 is thereby able, on the basis of the actual stress B of the screw 14, the actually acting resultant bending moment at the at least one point of the reel shaft 5 or the reel drum 8 - specifically in the transition region of the hubs 5 'to the reel drum 8 - to determine and To determine the set bending moments or the counter forces F * to be set such that the actual resulting bending moment is reduced, in particular minimized.
  • the manner of detecting the measured quantities B different approaches are possible. For example, it is possible to detect the rotational position ⁇ of the reel shaft 5 and to trigger the detection of the measured variables B as a function of the rotational position ⁇ .
  • the measured quantities B can be detected in each case at a known rotational position ⁇ , for example, so that the conversion from a co-rotating coordinate system into a rotationally fixed coordinate system is known in advance. In such a case, it is particularly appropriate to record the measured variables B once to four times per revolution. Alternatively, it is possible to continuously record the measured quantities B and to respectively detect the corresponding rotational position ⁇ of the reel shaft 5.
  • the use of the actual stress loads B has the advantage over the use of only the weight force FG and the tensile force FZ that the actual stress B also reflect other effects that are not caused by the weight FG and the tensile force FZ, such as transient thermal stresses.
  • further detection means 25 In addition to detecting the voltage stresses B on the shank of the screw 14 can according to FIG. 11 Also in the Flanschfuge - ie in the space between the flanges 12, 13 - be arranged further detection means 25, by means of which additional measured variables B are detected. By doing so, an even better result can be achieved.
  • the further detection devices 25 may be formed, for example, as pressure-sensitive films or other pressure-sensitive sensors.
  • the number of detectors 26 per cylindrical section 8 'in this case is usually greater than 4, for example 6, 8, 10 or 12.
  • the detectors 26 are (analogous to the detectors 24) on the respective cylindrical portion 8' uniformly around the shaft axis 7 distributed around.
  • the detection means 26 actual stress B in the area of the cylindrical portions 8 'can be detected.
  • These voltage stresses B can likewise be supplied to the control device 4, which in this case determines the actually acting resultant bending moment in the region of the cylindrical sections 8 'on the basis of the voltage stresses B applied thereto.
  • the other measures - in particular the determination of the set bending-back moments - take place in this case in an analogous manner.
  • the detection devices 26 may be formed, for example, as strain gauges analogously to the detection devices 24.
  • the actual bearing forces acting there (resolved in the horizontal and vertical directions) be recorded. Based on the actual bearing forces, the resulting force FR can be determined directly. Alternatively, for example (again resolved according to horizontal and vertical direction) inclination angle of the reel shaft 5 can be detected, for example in the camps 6 itself or elsewhere. Also based on this information, the actual or at least the expected resulting bending stress can be determined.
  • the present invention has many advantages.
  • a significant reduction in the acting between the bearings 6 resulting actual bending moment can be achieved.
  • a determination of the set bending moments on the basis of an expected load bending moment results in a simple implementation.
  • all occurring effects that lead to a bending moment can be detected and compensated.

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Abstract

Eine Haspeleinrichtung (3) zum Haspeln eines Metallbandes (1) weist eine Haspelwelle (5) auf, die über mindestens zwei Lager (6) gelagert ist, so dass die Haspelwelle (5) um eine Wellenachse (7) rotierbar ist. Auf der Haspelwelle (5) ist in Richtung der Wellenachse (7) gesehen zwischen den beiden Lagern (6) eine Haspeltrommel (8) angeordnet. Die Haspeltrommel (8) ist in Verbindungsbereichen mit der Haspelwelle (5) verbunden. In den Verbindungsbereichen oder in Richtung der Wellenachse (7) gesehen außerhalb der Verbindungsbereiche sind zwei Biegeeinrichtungen (10) angeordnet, mittels derer auf die Haspelwelle (5) ein jeweiliges Rückbiegemoment aufbringbar ist. Die Rückbiegemomente wirken einem in Richtung der Wellenachse (7) gesehen aufgrund des Haspelvorgangs zwischen den beiden Lagern (6) auf die Haspeltrommel (8) und/oder auf die Haspelwelle (5) wirkenden Lastbiegemoment entgegen.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Haspeleinrichtung zum Haspeln eines Metallbandes,
    • wobei die Haspeleinrichtung eine Haspelwelle aufweist, die über mindestens zwei Lager gelagert ist, so dass die Haspelwelle um eine Wellenachse rotierbar ist,
    • wobei auf der Haspelwelle in Richtung der Wellenachse gesehen zwischen den beiden Lagern eine Haspeltrommel angeordnet ist,
    • wobei die Haspeltrommel in Verbindungsbereichen mit der Haspelwelle verbunden ist.
  • Beim Aufhaspeln von Metallband - beispielsweise Stahlband - wird oftmals zunächst ein Bandende in einen Schlitz der Haspeltrommel eingeführt. Nachdem das Bandende eine vorbestimmte Eintauchtiefe erreicht hat, wird mit dem Haspelvorgang begonnen. Dazu werden die Haspelwelle und mit ihr die Haspeltrommel in Drehung versetzt. Dabei stützt sich das Bandende radial an einer Innenwelle der Haspeltrommel ab. Das Metallband wird um eine abgerundete Kante des Schlitzes gebogen. Sodann wird das Metallband nach und nach aufgehaspelt. Während des Aufhaspelns wird das Metallband mit einem Bandzug beaufschlagt. Ein Abhaspelvorgang verläuft prinzipiell invers zum Aufhaspeln ab.
  • Zum Haspeln ist ein Drehmoment erforderlich. Das Drehmoment wird von einer elektrischen Maschine aufgebracht. Die Durchleitung des zum Haspeln erforderlichen Drehmoments erfolgt von der elektrischen Maschine auf die Haspelwelle und von dort - in der Regel eine auf der Haspelwelle angeordnete Nabe und über miteinander verbundene Flansche der Nabe und der Haspeltrommel - weiter zur Haspeltrommel. Die Drehmomentübertragung erfolgt, wie Fachleuten allgemein bekannt ist, beispielsweise über Passfedern.
  • Das Beaufschlagen des Metallbandes mit dem Bandzug, das Gewicht des gehaspelten Metallbandes, beim Haspeln auftretende thermische Belastungen und andere Effekte - beispielsweise das Eigengewicht der Haspeltrommel - führen zu einem auf die Haspeltrommel und die Haspelwelle wirkenden Lastbiegemoment. Das Lastbiegemoment wirkt zwischen den beiden Lagern der Haspelwelle. Die Durchleitung des Lastbiegemomentes erfolgt vom Metallband auf die Haspeltrommel und von dort - in der Regel über die miteinander verbundenen Flansche der auf der Haspelwelle angeordneten Nabe und der Haspeltrommel - weiter auf die Haspelwelle. Das Lastbiegemoment ändert seine Wirkrichtung und seinen Betrag nur langsam. Insbesondere ändert das Lastbiegemoment seine Wirkrichtung und seinen Betrag während einer einzelnen Umdrehung der Haspeltrommel in der Regel nur geringfügig. Die Haspeltrommel wird durch das Lastbiegemoment sozusagen permanent durchgewalkt. Der Begriff "Wirkrichtung" bezeichnet hierbei und auch im folgenden diejenige Richtung, in welche die jeweilige Biegung erfolgt. Wenn beispielsweise eine Kraft von oben auf die Haspelwelle und die Haspeltrommel wirkt, die Haspelwelle und die Haspeltrommel sich also nach unten durchbiegen, ist auch die Wirkrichtung von oben nach unten gerichtet.
  • Von außen betrachtet ist das Lastbiegemoment- bezogen auf eine einzelne Umdrehung der Haspeltrommel - nahezu statisch. Bezüglich eines mit der Drehung der Haspeltrommel mitrotierenden Koordinatensystems ist das Lastbiegemoment jedoch dynamisch. Sowohl das Drehmoment als auch das Lastbiegemoment führen daher zu mechanischen Belastungen der Haspelwelle und der Haspeltrommel, die im Dauerbetrieb zu Schäden an der Haspeleinrichtung führen können, beispielsweise zu Rissen an den Schlitzenden des Schlitzes der Haspeltrommel.
  • Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, Möglichkeiten zu schaffen, mittels derer die Lebensdauer und Standzeit von Haspeleinrichtungen verbessert werden kann.
  • Die Aufgabe wird durch eine Haspeleinrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Haspeleinrichtung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche 2 bis 18.
  • Erfindungsgemäß wird eine Haspeleinrichtung der eingangs genannten Art dadurch ausgestaltet,
    • dass in den Verbindungsbereichen oder in Richtung der Wellenachse gesehen außerhalb der beiden Verbindungsbereiche zwei Biegeeinrichtungen angeordnet sind, mittels derer auf die Haspelwelle ein jeweiliges Rückbiegemoment aufbringbar ist, und
    • dass die Rückbiegemomente einem in Richtung der Wellenachse gesehen aufgrund des Haspelvorgangs zwischen den beiden Lagern auf die Haspeltrommel und/oder auf die Haspelwelle wirkenden Lastbiegemoment entgegenwirken.
  • Durch diese Ausgestaltung kann ein resultierendes Biegemoment in Richtung der Wellenachse gesehen außerhalb der beiden Lager zwar vergrößert werden. Entscheidend ist jedoch, dass die resultierende Biegebeanspruchung zwischen den beiden Lagern und damit insbesondere im Bereich der Haspeltrommel reduziert ist.
  • Im einfachsten Fall wirken die Biegeeinrichtungen statisch, d.h. sie werden bei der Inbetriebnahme der Haspeleinrichtung oder vorab zu Beginn des jeweiligen Haspelvorgangs eingestellt, so dass sie vorbestimmte Rückbiegemomente auf die Haspelwelle aufbringen. Während des jeweiligen Haspelvorgangs werden die Rückbiegemomente in diesem Fall nicht variiert, sondern sie werden konstant beibehalten. Vorzugsweise ist der Haspeleinrichtung jedoch eine Steuereinrichtung zugeordnet, von der während des Haspelns des Metallbandes dynamisch einzustellende Rückbiegemomente der Biegeeinrichtungen ermittelt werden und von der die Biegeeinrichtungen entsprechend den ermittelten Rückbiegemomenten dynamisch angesteuert werden. Hierbei ist es möglich, dass von der Steuereinrichtung während des Haspelns des Metallbandes dynamisch ausschließlich die Wirkrichtungen der einzustellenden Rückbiegemomente ermittelt werden. Ebenso ist es möglich, dass von der Steuereinrichtung während des Haspelns des Metallbandes dynamisch ausschließlich die Beträge der einzustellenden Rückbiegemomente ermittelt werden. Vorzugsweise erfolgt jedoch eine Ermittlung sowohl der Wirkrichtungen als auch der Beträge der einzustellenden Rückbiegemomente. Insbesondere kann die Steuereinrichtung die einzustellenden Rückbiegemomente derart ermitteln, dass eine Wirkrichtung der einzustellenden Rückbiegemomente mit einer Wirkrichtung des Lastbiegemomentes übereinstimmt.
  • Die Art und Weise der Ermittlung kann nach Bedarf erfolgen. In der Regel werden die Beträge der einzustellenden Rückbiegemomente mit zunehmendem Außendurchmesser des gehaspelten Metallbandes und/oder mit zunehmender Größe des auf das gehaspelte Metallband ausgeübten Bandzuges ansteigen. Alternativ oder zusätzlich können die Wirkrichtungen der einzustellenden Rückbiegemomente mit zunehmendem Außendurchmesser des gehaspelten Metallbandes und/oder mit zunehmender Größe des auf das gehaspelte Metallband ausgeübten Bandzuges steiler (bezogen auf die Horizontal- und die Vertikalrichtung) werden.
  • In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung werden der Steuereinrichtung während des Haspelns des Metallbandes dynamisch Messgrößen zugeführt, die für ein an mindestens einer Stelle der Haspelwelle oder der Haspeltrommel zwischen den beiden Lagern sich durch Überlagerung des Lastbiegemomentes und der Rückbiegemomente ergebendes tatsächlich wirkendes resultierendes Biegemoment charakteristisch sind. In diesem Fall kann die Steuereinrichtung die einzustellenden Rückbiegemomente derart ermitteln, dass das tatsächlich wirkende resultierende Biegemoment an der mindestens einen Stelle oder an einer anderen Stelle der Haspelwelle oder der Haspeltrommel reduziert wird, insbesondere minimiert wird. Diese Vorgehensweise weist den Vorteil auf, dass unabhängig von der Ursache der Biegebeanspruchung stets die tatsächlich auftretende Biegebeanspruchung reduziert wird, insbesondere minimiert wird.
  • Beispielsweise sind auf der Haspelwelle in der Regel Naben angeordnet und weisen die Haspeltrommel und die Nabe Flansche auf, die über Schraubverbindungen miteinander verbunden sind. Die Drehmomentübertragung erfolgt in der Regel über Formschlusselemente, beispielsweise Passfedern. In diesem Fall ist es beispielsweise möglich, dass den Schraubverbindungen Erfassungseinrichtungen zugeordnet sind, mittels derer dynamisch eine tatsächliche Spannungsbeanspruchung der Schraubverbindungen erfasst wird, dass die tatsächlichen Spannungsbeanspruchungen der Schraubverbindungen dynamisch der Steuereinrichtung zugeführt werden und dass die Steuereinrichtung das tatsächlich wirkende resultierende Biegemoment an der mindestens einen Stelle oder an einer anderen Stelle der Haspelwelle oder der Haspeltrommel unter Berücksichtigung der tatsächlichen Spannungsbeanspruchungen der Schraubverbindungen ermittelt.
  • Vorzugsweise sind pro Schraubverbindung jeweils mehrere Erfassungseinrichtungen vorhanden, beispielsweise vier Erfassungseinrichtungen. Die Erfassungseinrichtungen sind in der Regel am Schraubenschaft gleichmäßig um die jeweilige Schraubverbindung herum verteilt angeordnet.
  • Alternativ oder zusätzlich zu einer Erfassung der Spannungsbeanspruchung der Schraubverbindungen ist es möglich, dass die Haspeltrommel in Richtung der Wellenachse gesehen außen Flansche aufweist, an welche sich zylindrische Abschnitte anschließen, dass die zylindrischen Abschnitte in konische Bereiche übergehen, dass den zylindrischen Abschnitten Erfassungseinrichtungen zugeordnet sind, mittels derer dynamisch eine tatsächliche Spannungsbeanspruchung der zylindrischen Bereiche erfasst wird, dass die tatsächlichen Spannungsbeanspruchungen dynamisch der Steuereinrichtung zugeführt werden und dass die Steuereinrichtung das tatsächlich wirkende resultierende Biegemoment an der mindestens einen Stelle der Haspelwelle oder der Haspeltrommel anhand der tatsächlichen Spannungsbeanspruchungen der zylindrischen Abschnitte ermittelt.
  • Die Erfassungseinrichtungen als solche können nach Bedarf ausgebildet sein. Beispielsweise können die Erfassungseinrichtungen als Dehnmessstreifen oder als druckempfindliche Sensoren wie beispielsweise druckempfindliche Folien ausgebildet sein.
  • Eine Erfassung von für eine tatsächliche Biegebeanspruchung charakteristischen Messgrößen ist nicht immer durchführbar. In einer etwas einfacheren Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist daher vorgesehen, dass die Steuereinrichtung während des Haspelns des Metallbandes dynamisch anhand einer für ein Bundgewicht des gehaspelten Metallbandes charakteristischen Größe und einer für einen auf das gehaspelte Metallband wirkenden Bandzug charakteristischen Größe für mindestens eine Stelle der Haspelwelle oder der Haspeltrommel zwischen den beiden Lagern ein erwartetes Lastbiegemoment ermittelt. Beispielsweise kann auf Basis einer üblichen Wegverfolgung die Länge an momentan gehaspeltem Metallband ermittelt werden, die ihrerseits in Verbindung mit der bekannten Dicke des Metallbandes charakteristisch für das Bundgewicht des gehaspelten Metallbandes ist. Der Bandzug kann auf übliche Weise erfasst werden. Im Falle der Ermittlung des erwarteten Lastbiegemomentes anhand des Bundgewichts des gehaspelten Metallbandes und des Bandzuges kann die Steuereinrichtung die einzustellenden Rückbiegemomente derart ermitteln, dass ein sich durch Überlagerung (Superposition) des erwarteten Lastbiegemomentes und der einzustellenden Rückbiegemomente ergebendes erwartetes resultierendes Biegemoment an der mindestens einen Stelle der Haspelwelle und/oder der Haspeltrommel reduziert wird, insbesondere minimiert wird.
  • In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung berücksichtigt die Steuereinrichtung bei der Ermittlung des erwarteten Lastbiegemoments zusätzlich zum Bundgewicht und zum Bandzug mindestens eine für eine Temperatur der Haspeltrommel charakteristische Größe und/oder eine Temperaturverteilung. Beispielsweise kann eine Umgebungstemperatur der Haspeltrommel und/oder eine Temperatur des gewickelten Metallbandes verwertet werden. Alternativ oder zusätzlich kann beispielsweise die Temperatur an einem Flansch der Haspeltrommel und/oder an einem an den Flansch der Haspeltrommel anschließenden zylindrischen Bereich der Haspeltrommel oder die Temperatur von den Flansch durchdringenden Schraubverbindungen erfasst werden. Insbesondere eine Erfassung von Temperaturen an verschiedenen Orten kann sinnvoll sein, um eine Temperaturverteilung oder einen Temperaturgradienten ermitteln zu können. Die jeweilige Temperatur kann alternativ gemessen werden oder aufgrund von anderen Umständen - beispielsweise Stichplandaten - bekannt sein. Im Falle einer Temperaturverteilung kann diese bis zu dreidimensional ortsaufgelöst sein. Sie kann alternativ zeitlich stationär oder zeitlich instationär sein. Anhand der Temperaturen und/oder der Temperaturverteilung können temperaturbedingte Spannungen der Haspelwelle und/oder der Haspeltrommel ermittelt werden.
  • Die mindestens eine Stelle der Haspelwelle und/oder der Haspeltrommel, für die das erwartete resultierende Biegemoment reduziert wird, insbesondere minimiert wird, kann nach Bedarf bestimmt sein. Beispielsweise weisen die Haspeltrommel und die auf der Haspelwelle angeordneten Naben in der Regel Flansche auf, über die die Haspeltrommel und die Naben miteinander verbunden sind. In diesem Fall kann die entsprechende Stelle durch den Ort der Flansche bestimmt sein. Weiterhin weist die Haspeltrommel in der Regel einen sich in Richtung der Wellenachse zwischen zwei Schlitzenden erstreckenden Schlitz zum Einführen eines Bandendes des Metallbandes auf. In diesem Fall kann die entsprechende Stelle durch den Ort der Schlitzenden bestimmt sein. Auch ein sich an den Flansch der Haspeltrommel anschließender zylindrischer Bereich der Haspeltrommel kann die entsprechende Stelle sein.
  • Die erfindungsgemäßen Ausgestaltungen sind insbesondere dann von Vorteil, wenn die Haspeltrommel in einem beheizten Gehäuse angeordnet ist und die Biegeeinrichtungen außerhalb des Gehäuses angeordnet sind. Denn dann erfolgt eine Entlastung des thermisch hochbelasteten, mechanisch empfindlichen Bereichs der Haspelwelle und der Haspeltrommel. Die Haspelwelle wird in diesem Fall zwar außerhalb des Gehäuses stärker belastet. In diesem Bereich weist die Haspelwelle jedoch erheblich niedrigere Temperaturen auf und verkraftet daher die mechanischen Belastungen besser. Ausgestaltungen der Haspeleinrichtung mit beheiztem Gehäuse werden insbesondere in Verbindung mit Steckelwalzwerken eingesetzt.
  • Es ist möglich, dass die Biegeeinrichtungen unmittelbar in den Verbindungsbereichen angeordnet sind. Weiterhin ist es möglich, dass die Biegeeinrichtungen im Bereich der Lager angeordnet sind. Vorzugsweise jedoch ragt die Haspelwelle in Richtung der Wellenachse gesehen über die beiden Lager hinaus und sind die Biegeeinrichtungen in Richtung der Wellenachse gesehen außerhalb der beiden Lager angeordnet.
  • Insbesondere im Falle einer Anordnung der Biegeeinrichtungen außerhalb der beiden Lager können die Biegeeinrichtungen als solche nach Bedarf ausgebildet sein. Beispielsweise können die Biegeeinrichtungen direkt und unmittelbar auf die Haspelwelle ein Rückbiegemoment aufbringen. In einer bevorzugten Ausgestaltung der Haspeleinrichtung weisen die Biegeeinrichtungen jedoch jeweils einen Lagerring auf, in dem die Haspelwelle gelagert ist. Der jeweilige Lagerring ist bei dieser Ausgestaltung mittels zweier jeweiliger Aktuatoren - beispielsweise Hydraulikzylindereinheiten - mit zwei voneinander linear unabhängigen und zur Wellenachse orthogonalen Biegekräften beaufschlagbar. Die Biegekräfte bewirken in diesem Fall durch den sich aufgrund des Abstands der Biegeeinrichtungen von den Lagern ergebenden Hebel die gewünschten Rückbiegemomente.
  • Die letztgenannte Ausgestaltung kann dadurch noch weiter verbessert werden, dass der jeweilige Lagerring in einem jeweiligen Lagerblock um eine jeweilige die Wellenachse in einem jeweiligen Schnittpunkt schneidende, zur Wellenachse orthogonale Lagerachse schwenkbar gelagert ist, dass die zwei jeweiligen Aktuatoren auf einen jeweiligen Angriffspunkt des jeweiligen Lagerblocks wirken und dass eine Verbindungslinie des jeweiligen Angriffspunkts mit dem jeweiligen Schnittpunkt orthogonal zur Wellenachse und orthogonal zur jeweiligen Lagerachse verläuft. Durch diese Ausgestaltung werden insbesondere unerwünschte zusätzliche Biegebelastungen mit Sicherheit vermieden.
  • Die oben beschriebenen Eigenschaften, Merkmale und Vorteile dieser Erfindung sowie die Art und Weise, wie diese erreicht werden, werden klarer und deutlicher verständlich im Zusammenhang mit der folgenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele, die in Verbindung mit den Zeichnungen näher erläutert werden. Hierbei zeigen in schematischer Darstellung:
    • FIG 1
    ein Reversierwalzwerk,
    FIG 2
    eine Haspeleinrichtung im Längsschnitt,
    FIG 3
    die Haspeleinrichtung von FIG 2 im Schnitt von der Seite,
    FIG 4
    den Verbindungsbereich einer Haspelwelle und einer Haspeltrommel,
    FIG 5 bis 7
    verschiedene Wickelzustände,
    FIG 8
    eine Haspeltrommel,
    FIG 9 und 10
    je eine Biegeeinrichtung,
    FIG 11
    einen Flansch und
    FIG 12
    den Schaftbereich einer Schraubverbindung mit Spannungsmesseinrichtungen.
  • Gemäß FIG 1 wird ein Metallband 1 - beispielsweise ein Stahlband 1, alternativ ein Nichteisenband wie beispielsweise ein Aluminium-, Kupfer- oder Messingband - in mindestens einem Walzgerüst 2 reversierend gewalzt. Hierzu wird das Metallband 1 zwischen zwei Haspeleinrichtungen 3 hin und her gehaspelt.
  • Das Walzgerüst 2 und die Haspeleinrichtungen 3 werden von einer Steuereinrichtung 4 gesteuert. Der Steuereinrichtung 4 werden zu diesem Zweck Steuerinformationen C zugeführt, beispielsweise Stichplandaten und Materialdaten des Metallbandes 1. Die Stichplandaten umfassen beispielsweise die Breite des Metallbandes 1, die anfängliche Dicke des Metallbandes 1 und die einzelnen Stichabnahmen. Die Materialdaten des Metallbandes 1 umfassen beispielsweise dessen Temperatur und dessen chemische Zusammensetzung. Weiterhin umfassen die Steuerinformationen C den Betriebszustand des (mindestens einen) Walzgerüsts 2 und der Haspeleinrichtungen 3, beispielsweise die beim Walzen und beim Haspeln auftretenden Walzkräfte und Züge, eine Wegverfolgung und dergleichen mehr.
  • Das Metallband 1 kann ein heißes Metallband 1 sein. In diesem Fall weist es eine Temperatur von etlichen 100 °C auf. Im Falle eines Stahlbandes 1 kann die Temperatur unter Umständen sogar über 1000 °C liegen.
  • Die FIG 2 und 3 zeigen eine der Haspeleinrichtungen 3. Die andere Haspeleinrichtung 3 ist in der Regel gleichartig aufgebaut.
  • Gemäß FIG 2 weist die Haspeleinrichtung 3 eine Haspelwelle 5 auf. Die Haspelwelle 5 ist über (mindestens) zwei Lager 6 gelagert. Die Haspelwelle 5 ist dadurch um eine Wellenachse 7 rotierbar. Auf der Haspelwelle 5 sind gemäß FIG 4 Naben 5' angeordnet. Die Drehmomentübertragung von der Haspelwelle 5 auf die Naben 5' erfolgt in der Regel über Keile, die zwischen der Haspelwelle 5 und den Naben 5' angeordnet sind und nur in FIG 4 eingezeichnet und nicht mit Bezugszeichen versehen sind. Über die Naben 5' ist eine Haspeltrommel 8 mit der Haspelwelle 5 verbunden. Die Orte der Naben 5' entsprechen somit Verbindungsbereichen, in denen die Haspeltrommel 8 mit der Haspelwelle 5 verbunden ist. Aufgrund der Anordnung der Naben 5' ist die Haspeltrommel 8 in Richtung der Wellenachse 7 gesehen zwischen den beiden Lagern 6 angeordnet.
  • Gemäß FIG 2 ragt die Haspelwelle 5 in Richtung der Wellenachse 7 gesehen über die beiden Lager 6 hinaus. Diese Ausgestaltung ist im Rahmen der vorliegenden Erfindung bevorzugt. Sie ist jedoch nicht zwingend erforderlich. Prinzipiell ist es ausreichend, wenn die Haspelwelle 5 mit einem ihrer beiden Enden über eines der Lager 6 hinausragt.
  • Mit einem der beiden Enden der Haspelwelle 5 ist ein elektrischer Antrieb 9 verbunden, mittels dessen die Haspelwelle 5 und mit ihr die Haspeltrommel 8 rotiert werden. Dasjenige der beiden Lager 6, das zwischen der Haspeltrommel 8 und dem elektrischen Antrieb 9 angeordnet ist, ist in der Regel als Festlager ausgebildet. Das andere der beiden Lager 6 ist in der Regel als Loslager ausgebildet. Es sind auch Ausgestaltungen der Haspeleinrichtung möglich, bei welchen die Haspelwelle 5 an beiden Enden mit jeweils einem elektrischen Antrieb 9 verbunden ist. Auch in diesem Fall ist in der Regel je eines der Lager 6 als Festlager und als Loslager ausgebildet. Die Verbindung des elektrischen Antriebs 9 (bzw. der elektrischen Antriebe 9) mit der Haspelwelle 5 erfolgt über eine Kupplung, mittels derer - bezogen auf die Rotationsachse der Antriebswelle und die Wellenachse 7 - ein Winkelversatz zwischen der Antriebswelle des elektrischen Antriebs 9 und der Haspelwelle 5 ermöglicht wird, um im Übergangsbereich von der Antriebswelle zur Haspelwelle 5 keine zusätzlichen Biegemomente zu bewirken. Ein Beispiel einer geeigneten Kupplung ist eine Zahnkupplung.
  • In Richtung der Wellenachse 7 gesehen wirkt beim Haspeln des Metallbandes 1 und aufgrund des Haspelns des Metallbandes 1 zwischen den beiden Lagern 6 auf die Haspeltrommel 8 und/oder auf die Haspelwelle 5 ein Lastbiegemoment. Das Lastbiegemoment ist in Richtung der Wellenachse 7 gesehen eine Funktion des Ortes z. Das Lastbiegemoment wird in erheblichem Umfang durch die momentane Gewichtskraft FG des (momentan) gehaspelten Metallbandes 1 (Bundgewicht) und den beim Haspeln des Metallbandes 1 wirkenden momentanen Bandzug Z (siehe FIG 1 und 3) in Verbindung mit einem Abstand A der Lager 6 voneinander hervorgerufen. Um dem Lastbiegemoment entgegenzuwirken, sind zwei Biegeeinrichtungen 10 vorhanden. Die Biegeeinrichtungen 10 sind in Richtung der Wellenachse 7 gesehen vorzugsweise außerhalb der beiden Lager 6 angeordnet. Alternativ könnten die Biegeeinrichtungen 10 beispielsweise in den Lagern 6 angeordnet sein oder zwischen den Lagern 6 und den Naben 5' angeordnet sein. Mittels der Biegeeinrichtungen 10 ist ein jeweiliges Rückbiegemoment auf die Haspelwelle 5 aufbringbar. Beispielsweise kann mittels der Biegeeinrichtungen 10 zunächst eine jeweilige Gegenkraft F auf die Haspelwelle 5 ausgeübt werden, welche über Abstände A' der Biegeeinrichtungen 10 zu den Lagern 6 das entsprechende Rückbiegemoment bewirkt. Die Abstände A' und die Gegenkräfte F und auch die sich ergebenden Rückbiegemomente können gleich oder voneinander verschieden sein.
  • Wie bereits erwähnt, ist eine Steuereinrichtung 4 vorhanden, welche (unter anderem) die Haspeleinrichtungen 3 und damit auch die in den FIG 2 und 3 dargestellte Haspeleinrichtung 3 steuert. Insbesondere werden in einer bevorzugten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung entsprechend der Darstellung in FIG 2 auch die Biegeeinrichtungen 10 von der Steuereinrichtung 4 angesteuert. In diesem Fall ermittelt die Steuereinrichtung 4 während des Haspelns des Metallbandes 1 dynamisch für die Biegeeinrichtungen 10 das von der jeweiligen Biegeeinrichtung 10 einzustellende Rückbiegemoment bzw. eine korrespondierende einzustellende Gegenkraft F*. Die Ermittlung der einzustellenden Rückbiegemomente erfolgt dynamisch, d.h. die Ermittlung erfolgt beim Haspeln des Metallbandes 1 dynamisch entsprechend der jeweils aktuellen Biegebelastung der Haspeleinrichtung 3. Die Ansteuerung der Biegeeinrichtungen 10 durch die Steuereinrichtung 4 erfolgt mit der gleichen Dynamik.
  • Beim Haspeln des Metallbandes 1 ändert sich entsprechend dem Fortschreiten des Haspelns der Außendurchmesser d des Metallbandes 1. Beispielsweise beim Aufhaspeln weist das Metallband 1 gemäß den FIG 3 und 5 zu Beginn des Haspelvorgangs einen relativ kleinen Außendurchmesser d = a auf. In der Mitte des Haspelvorgangs weist das Metallband 1 gemäß den FIG 3 und 6 einen mittleren Außendurchmesser d = b auf. Am Ende des Haspelvorgangs weist das Metallband 1 gemäß den FIG 3 und 7 einen relativ großen Außendurchmesser d = c auf. Inverses gilt beim Abhaspeln. Weiterhin wird das Metallband 1 - unabhängig von der Haspelrichtung - während des Haspelns mit dem Bandzug Z beaufschlagt.
  • Das Bundgewicht des momentan gehaspelten Metallbandes 1 korrespondiert mit dem momentanen Außendurchmesser d des gehaspelten Metallbandes 1. Der momentane Außendurchmesser d kann der Steuereinrichtung 4 ohne weiteres bekannt sein, beispielsweise aufgrund der Dicke des Metallbandes 1 in Verbindung mit einer Wegverfolgung. Die Dicke des Metallbandes 1 kann der Steuereinrichtung 4 beispielsweise aus der Stichplanberechnung bekannt sein. Die Implementierung einer Wegverfolgung ist Fachleuten allgemein bekannt und vertraut. Der Bandzug Z kann ohne weiteres gemessen werden. Beispielsweise kann der spezifische oder absolute Bandzug Z aus der Kraft ermittelt werden, mit welcher das Metallband 1 an eine Umlenkrolle 11 (siehe FIG 3) angedrückt wird.
  • Anhand der Menge an (momentan) gehaspeltem Metallband 1 (d.h. im Ergebnis dem Bundgewicht) kann die Steuereinrichtung 4 jederzeit die Gewichtskraft FG (siehe FIG 5 bis 7) ermitteln, welche das Metallband 1 auf die Haspeltrommel 8 und die Haspelwelle 5 ausübt. Anhand des Bandzuges Z in Verbindung mit der Geometrie der Haspeleinrichtung 3 und der Menge an (momentan) gehaspeltem Metallband 1 kann die Steuereinrichtung 4 weiterhin jederzeit eine Zugkraft FZ (siehe FIG 5 bis 7) ermitteln, die der Bandzug Z auf die Haspeltrommel 8 und die Haspelwelle 5 ausübt. Durch eine Vektoraddition der Gewichtskraft FG und der Zugkraft FZ kann daher zu jedem Zeitpunkt eine erwartete resultierende Kraft FR ermittelt werden, welche durch den Haspelvorgang als solchen auf die Haspeltrommel 8 und die Haspelwelle 5 wirkt. Anhand der erwarteten resultierenden Kraft FR in Verbindung mit den bekannten konstruktiven Gegebenheiten der Haspelwelle 5 und der Haspeltrommel 8 kann die Steuereinrichtung 4 daher auch ein zugehöriges erwartetes Lastbiegemoment ermitteln.
  • Gegebenenfalls kann der Steuereinrichtung 4 zusätzlich zur Gewichtskraft FG und dem Bandzug Z eine Temperatur T (siehe FIG 1 bis 3) zugeführt werden, welche im Ergebnis für die Temperatur T der Haspeltrommel 8 charakteristisch ist. Insbesondere kann die Temperatur des Metallbandes 1 oder die Temperatur in der Umgebung der Haspeltrommel 8 je für verwertet werden.
  • Prinzipiell ist die Ermittlung des erwarteten Lastbiegemomentes in Richtung der Wellenachse 7 gesehen für jede Stelle möglich. Es ist daher möglich, dass erwartete Lastbiegemoment für beliebige Stellen zu ermitteln. Oftmals ist es jedoch ausreichend, das erwartete Lastbiegemoment für einige wenige kritische Stellen zu ermitteln. In diesem Fall, wenn also die Steuereinrichtung 4 das erwartete Lastbiegemoment nur für eine Stelle oder einige wenige Stellen ermittelt, ermittelt die Steuereinrichtung 4 die einzustellenden Rückbiegemomente bzw. die einzustellenden Gegenkräfte F* derart, dass ein resultierendes erwartetes Biegemoment, das sich durch Überlagerung des erwarteten Lastbiegemomentes und der einzustellenden Rückbiegemomente ergibt, an der mindestens einen Stelle der Haspelwelle 5 und/oder der Haspeltrommel 8 reduziert wird, insbesondere minimiert wird.
  • So weisen beispielsweise die Naben 5' und die Haspeltrommel 8 gemäß FIG 4 üblicherweise Flansche 12, 13 auf, über welche die Naben 5' der Haspelwelle 5 und die Haspeltrommel 8 - meist über Schraubverbindungen 14 - miteinander verbunden sind. Die Drehmomentübertragung zwischen den Flanschen 12, 13 erfolgt in der Regel über Keile, die zwischen den Flanschen 12, 13 angeordnet sind und nur in FIG 4 eingezeichnet und nicht mit Bezugszeichen versehen sind. Die Verbindung der Flansche 12, 13 miteinander ist eine derartige kritische Stelle. Auch ein sich an den Flansch 13 der Haspeltrommel 8 anschließender zylindrischer Bereich 8' der Haspeltrommel 8, der sowohl zum Flansch 12 der Haspeltrommel 8 hin als auch zu einem konischen Bereich 8" der Haspeltrommel 8 hin durch einen jeweiligen Kerbgrund begrenzt ist, kann die entsprechende Stelle definieren. Insbesondere kann einer der Kerbgründe die kritische Stelle sein. Die Stelle der Haspelwelle 5 und/oder der Haspeltrommel 8, für die das erwartete resultierende Biegemoment reduziert wird, kann daher durch den Ort der Flansche 12, 13 bestimmt sein. Weiterhin weist die Haspeltrommel 8 - siehe FIG 8 - einen Schlitz 15 auf, in den zu Beginn des Aufhaspelvorgangs ein Bandende des Metallbandes 1 eingeführt wird. Der Schlitz 15 erstreckt sich in Richtung der Wellenachse 7 zwischen zwei Schlitzenden 16. Auch die Bereiche der Schlitzenden 16 sind derartige kritische Stellen. Die Stelle der Haspelwelle 5 und/oder der Haspeltrommel 8, für die das erwartete resultierende Biegemoment reduziert wird, kann daher gleichermaßen durch den Ort der Schlitzenden 16 bestimmt sein. Auch der Übergang vom konischen Bereich 8" zum Wickelbereich der Haspeltrommel 8 kann die kritische Stelle sein. Gleichermaßen ist es möglich, das erwartete resultierende Biegemoment für mehrere Stellen zu ermitteln und es - beispielsweise durch gewichtete oder ungewichtete Mittelwertbildung - für die mehreren Stellen in seiner Gesamtheit zu minimieren.
  • Wie sich aus den FIG 5 bis 7 ergibt, ändern sich während des Haspelns sowohl die Richtung als auch der Betrag der erwarteten resultierenden Kraft FR. In analoger Weise variieren sowohl die Wirkrichtung als auch der Betrag des erwarteten Lastbiegemomentes. Zur optimalen Reduktion des resultierenden erwarteten Biegemoments sollten daher von der Steuereinrichtung 4 vorzugsweise dynamisch sowohl die Beträge als auch die Wirkrichtungen der einzustellenden Rückbiegemomente bzw. der entsprechenden einzustellenden Gegenkräfte F* ermittelt werden. Im Sinne einer zwar suboptimalen, jedoch einfacher zu realisierenden Lösung kann es jedoch bereits ausreichen, ausschließlich die Beträge oder ausschließlich die Wirkrichtungen der Rückbiegemomente dynamisch zu ermitteln. Je nach Lage des Einzelfalls kann die Ermittlung der Gegenkräfte F* zusammen oder getrennt voneinander erfolgen.
  • Wie aus den FIG 5 bis 7 weiterhin ersichtlich ist, ist die erwartete resultierende Kraft FR umso größer, je mehr Metallband 1 gehaspelt ist. Dementsprechend werden vorzugsweise auch die einzustellenden Rückbiegemomente bzw. die einzustellenden Gegenkräfte F* umso größer, je mehr Metallband 1 gehaspelt ist.
  • Wie aus den FIG 5 bis 7 weiterhin ersichtlich ist, ist die resultierende Kraft FR umso steiler gerichtet (d.h. nähert sich umso mehr der Vertikalen an), je mehr Metallband 1 gehaspelt ist. Ein Winkel α, den die resultierende Kraft FR mit der Horizontalen H bildet, nähert sich also umso mehr einem rechten Winkel an, je mehr Metallband 1 gehaspelt ist. Dementsprechend sind vorzugsweise auch die einzustellenden Rückbiegemomente bzw. die einzustellenden Gegenkräfte F* umso steiler gerichtet, je mehr Metallband 1 gehaspelt ist. Insbesondere stimmt die durch den Winkel α definierte Richtung der resultierenden Kraft FR mit der Richtung der Gegenkräfte F1, F2 überein.
  • Aufgrund des Umstands, dass die Haspelwelle 5 in der Regel als durchgehende Welle ausgebildet ist, die Haspelwelle 5 also auch im Bereich der Haspeltrommel 8 verläuft, ist das aus der Haspelwelle 5 und der Haspeltrommel 8 bestehende System statisch unbestimmt. Um diese Unbestimmtheit aufzulösen, ist innerhalb der Steuereinrichtung 4 vorzugsweise ein Modell der Haspelwelle 5 und der Haspeltrommel 8 implementiert. Das Modell kann ein analytisches, semianalytisches und/oder numerisches Modell sein. Das Modell modelliert die Haspelwelle 5 und die Haspeltrommel 8 zumindest in mechanisch-konstruktiver Hinsicht, beispielsweise gemäß eines Ansatzes der höheren Festigkeitslehre oder mittels eines Finite-Elemente-Modells. Dieses Modell kann, soweit erforderlich, durch Modelle ergänzt werden, welche die Thermodynamik der Haspelwelle 5 und der Haspeltrommel 8 - gegebenenfalls einschließlich der die Haspelwelle 5 und die Haspeltrommel 8 umgebenden Heißgase - beschreiben. Beispiele derartige Modelle sind dynamische Fluid-Modelle und Fluid-Struktur-Interaktionsmodelle. Auch diese Modelle können nach Bedarf als analytische, semianalytische und/oder numerische Modelle ausgebildet sein. Mit derartigen Modellen können unter anderem die Wärmeverteilung in der Haspeltrommel 8, die Konvektion der die Haspeltrommel 8 umströmenden Heißgase, der Wärmeübergang von den die Haspeltrommel 8 umströmenden Heißgasen zur Haspeltrommel 8 und die thermisch verursachten Spannungen in der Haspelwelle 5 und der Haspeltrommel 8 modelliert werden. Im Ergebnis kann durch diese Modelle somit die gesamte Gas- und Wärmedynamik beschrieben werden. Oftmals werden zu diesem Zweck auch die im Ofen herrschenden Temperaturen mittels entsprechender Sensoren 27, beispielsweise Pyrometern 27, (siehe FIG 3) messtechnisch erfasst.
  • Die Ausgestaltung der Biegeeinrichtungen 10 kann nach Bedarf sein. Entscheidend ist nur die funktionale Wirkung. Nachfolgend werden in Verbindung mit FIG 9 und 10 bevorzugte Ausgestaltungen einer der Biegeeinrichtungen 10 näher erläutert. Die andere Biegeeinrichtung 10 kann in analoger Weise ausgebildet sein.
  • Die in FIG 9 dargestellte Biegeeinrichtung 10 weist einen Lagerring 17 auf. In dem Lagerring 17 ist die Haspelwelle 5 gelagert. Der Lagerring 17 ist mittels zweier Aktuatoren 18 mit Biegekräften Fx, Fy beaufschlagbar. Die Biegekräfte Fx, Fy sind linear unabhängig voneinander. Sie können insbesondere exakt oder nahezu orthogonal zueinander sein. Weiterhin sind die Biegekräfte Fx, Fy orthogonal zur Wellenachse 7. Die Biegekräfte Fx, Fy werden derart koordiniert ermittelt und eingestellt, dass die aus der Vektoraddition der Biegekräfte Fx, Fy resultierende wirksame Kraft parallel zur resultierenden Kraft FR gerichtet ist. Die Aktuatoren 18 sind vorzugsweise als Hydraulikzylindereinheiten ausgebildet.
  • Die Aktuatoren 18 wirken auf einen Angriffspunkt 22. Eine Verbindungslinie des Angriffspunkts 22 mit der Wellenachse 7 bildet mit der Horizontalen H einen Winkel γ. Die Parallelität der aus der Vektoraddition der Biegekräfte Fx, Fy resultierenden wirksamen Kraft F1 bzw. F2 mit der resultierenden Kraft FR ist dadurch ersichtlich, dass der Winkel γ mit dem Winkel α identisch ist.
  • In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung - siehe FIG 10 - ist der Lagerring 17 in einem Lagerblock 19 um eine Lagerachse 20 schwenkbar gelagert. Die Lagerachse 20 verläuft orthogonal zur Wellenachse 7. Sie schneidet die Wellenachse 7 in einem Schnittpunkt 21. Der Angriffspunkt 22 ist bei der Ausgestaltung von FIG 10 am Lagerblock 19 angeordnet. Die Verbindungslinie des Angriffspunkts 22 und des Schnittpunkts 21 verläuft orthogonal zur Wellenachse 7 und orthogonal zur Lagerachse 20.
  • Die Haspeltrommel 8 ist oftmals in einem beheizten Gehäuse 23 (Einhausung 23, Steckelofen 23, siehe FIG 2 und 3) angeordnet. Derartige Gestaltungen - also mit beheiztem Gehäuse 23 - finden insbesondere bei so genannten Steckelwalzwerken Anwendung. Falls das Gehäuse 23 vorhanden ist, sind die Biegeeinrichtungen 10 außerhalb des Gehäuses 23 angeordnet. Auch die Lager 6 sind außerhalb des Gehäuses 23 angeordnet.
  • Die obenstehend erläuterte Erfindung und deren Ausgestaltungen beruhen darauf, leicht erfassbare oder ohne weiteres - beispielsweise aus Stichplandaten C - bekannte Größen wie beispielsweise das Bundgewicht des gehaspelten Metallbandes 1 und den Bandzug Z sowie gegebenenfalls die Temperatur zu verwerten, um ausgehend von diesen Größen das erwartete Lastbiegemoment zu ermitteln und die Rückbiegemomente zur Reduzierung bzw. Minimierung des erwarteten Lastbiegemomentes entsprechend einzustellen. Diese Vorgehensweise ist relativ einfach zu implementieren. Noch besser ist es jedoch, während des Haspelns des Metallbandes 1 - alternativ oder zusätzlich zu der Verwertung der leicht erfassbaren Größen wie (beispielsweise) Bundgewicht und Bandzug - direkt und unmittelbar dynamisch Messgrößen B zu erfassen, die für ein tatsächlich wirkendes resultierendes Biegemoment charakteristisch sind. Die Messgrößen B müssen in diesem Fall an mindestens einer Stelle der Haspelwelle 5 oder der Haspeltrommel 8 zwischen den beiden Lagern 6 erfasst werden. Für den Erfassungsort ergibt sich das resultierende Biegemoment - wie zuvor - durch Überlagerung des (in diesem Fall tatsächlichen) Lastbiegemomentes und der (in diesem Fall tatsächlichen) Rückbiegemomente. Die erfassten Messgrößen B werden der Steuereinrichtung 4 während des Haspelns des Metallbandes 1 dynamisch zugeführt. Die Steuereinrichtung 4 ermittelt daraufhin die einzustellenden Rückbiegemomente (bzw. die einzustellenden Gegenkräfte F*) derart, dass das tatsächlich wirkende resultierende Biegemoment an der mindestens einen Stelle der Haspelwelle 5 oder der Haspeltrommel 8 reduziert wird, insbesondere minimiert wird.
  • Eine Erfassung der Messgrößen B alternativ zu Bundgewicht und Bandzug kann ausreichend sein, wenn das tatsächliche resultierende Biegemoment am Erfassungsort reduziert oder minimiert werden soll, also an dem Ort, für den die Messgrößen B erfasst werden. Falls eine Reduzierung oder Minimierung an einem anderen Ort vorgenommen werden soll, werden die Messgrößen B vorzugsweise zusätzlich zu Bundgewicht und Bandzug sowie evtl. Temperatur erfasst. Weiterhin erfolgt in diesem Fall auf die gleiche Weise wie zuvor beschrieben eine modellgestützte Ermittlung für den Ort, an dem das resultierende Biegemoment reduziert oder minimiert werden soll. Dadurch kann das tatsächliche resultierende Biegemoment für jeden Ort z in Richtung der Wellenachse 7 gesehen ermittelt werden. Es werden also also nicht nur die Gewichtskraft FG und der Bandzug Z oder vergleichbare Größen erfasst, anhand derer sich modellgestützt ein erwartetes Lastbiegemoment ermitteln lässt, sondern es werden direkt die Messgrößen B erfasst, die am Erfassungsort für das tatsächliche Biegemoment - unter Berücksichtigung aller Einflüsse, beispielsweise auch thermische Einflüsse - charakteristisch sind.
  • Mögliche Vorgehensweisen zur Erfassung derartiger Messgrößen B werden nachstehend näher erläutert.
  • Wie bereits erwähnt und in FIG 2 schematisch und in FIG 11 detaillierter dargestellt, weisen die Haspeltrommel 8 und die Naben 5' Flansche 12, 13 auf, die über Schraubverbindungen 14 miteinander verbunden sind. Den Schraubverbindungen 14 sind gemäß FIG 12 Erfassungseinrichtungen 24 zugeordnet (in FIG 11 nur für eine der Schraubverbindungen 14 dargestellt). Mittels der Erfassungseinrichtungen 24 wird eine tatsächliche Spannungsbeanspruchung B der Schraubverbindungen 14 erfasst. Minimal ist pro Schraubverbindung 14 jeweils eine einzige Erfassungseinrichtung 24 vorhanden. Gemäß FIG 12 sind jedoch pro Schraubverbindung 14 mehrere Erfassungseinrichtungen 24 vorhanden. Die in FIG 12 dargestellte Anzahl von vier Erfassungseinrichtungen 24, die am Schraubenschaft gleichmäßig verteilt angeordnet sind, ist bevorzugt, aber nicht zwingend. Die Art der Erfassungseinrichtungen 24 kann ebenfalls nach Bedarf sein. Beispielsweise können die Erfassungseinrichtungen 24 als Dehnmessstreifen ausgebildet sein.
  • Die tatsächlichen Spannungsbeanspruchungen B der Schraubverbindungen 14 werden dynamisch der Steuereinrichtung 4 zugeführt. Die Steuereinrichtung 4 ist dadurch in der Lage, anhand der tatsächlichen Spannungsbeanspruchungen B der Schraubverbindungen 14 das tatsächlich wirkende resultierende Biegemoment an der mindestens einen Stelle der Haspelwelle 5 oder der Haspeltrommel 8 - konkret im Übergangsbereich von den Naben 5' zur Haspeltrommel 8 - zu ermitteln und die einzustellenden Rückbiegemomente bzw. die einzustellenden Gegenkräfte F* derart zu ermitteln, dass das tatsächliche resultierende Biegemoment reduziert wird, insbesondere minimiert wird.
  • Die Schraubverbindungen 14 rotieren zusammen mit der Haspelwelle 5 und der Haspeltrommel 8. Zur korrekten Auswertung der an die Steuereinrichtung 4 übermittelten momentanen tatsächlichen Spannungsbeanspruchungen B der Schraubverbindungen 14 muss daher die jeweilige momentane Drehstellung β der Haspelwelle 5 bekannt sein, bei welcher die Spannungsbeanspruchungen B erfasst werden. Dies ist in der Regel jedoch ohne weiteres möglich, da die Haspelwelle 5 mittels des Antriebs 9 üblicherweise lagegeregelt rotiert wird.
  • Für die Art und Weise der Erfassung der Messgrößen B sind verschiedene Vorgehensweisen möglich. Beispielsweise ist es möglich, die Drehstellung β der Haspelwelle 5 zu erfassen und in Abhängigkeit von der Drehstellung β die Erfassung der Messgrößen B zu triggern. In diesem Fall können die Messgrößen B beispielsweise jeweils bei einer bekannten Drehstellung β erfasst werden, so dass die Umrechnung von einem mitrotierenden Koordinatensystem in ein drehfestes Koordinatensystem vorab bekannt ist. In einem derartigen Fall bietet es sich insbesondere an, die Messgrößen B einmal bis viermal pro Umdrehung zu erfassen. Alternativ ist es möglich, die Messgrößen B kontinuierlich zu erfassen und jeweils die korrespondierende Drehstellung β der Haspelwelle 5 mit zu erfassen. In diesem Fall muss eine für die jeweilige Erfassung individuell angepasste Umrechnung von dem mitrotierenden Koordinatensystem in das drehfeste Koordinatensystem erfolgen. Unabhängig davon, ob eine dieser beiden Vorgehensweisen oder eine andere Vorgehensweise ergriffen wird, werden die einzustellenden Rückbiegemomente jedoch derart ermittelt, dass die Spannungsbeanspruchung B der Schraubverbindungen 14 möglichst vergleichmäßigt wird.
  • Die Verwendung der tatsächlichen Spannungsbeanspruchungen B weist gegenüber der Verwendung nur der Gewichtskraft FG und der Zugkraft FZ den Vorteil auf, dass die tatsächlichen Spannungsbeanspruchungen B auch andere Effekte widerspiegeln, die nicht durch die Gewichtskraft FG und die Zugkraft FZ verursacht sind, beispielsweise instationäre thermische Spannungen.
  • Zusätzlich zur Erfassung der Spannungsbeanspruchungen B am Schaft der Schraubverbindungen 14 können gemäß FIG 11 auch in der Flanschfuge - d.h. im Zwischenraum zwischen den Flanschen 12, 13 - weitere Erfassungseinrichtungen 25 angeordnet sein, mittels derer zusätzliche Messgrößen B erfasst werden. Durch diese Vorgehensweise kann ein noch besseres Ergebnis erzielt werden. Die weiteren Erfassungseinrichtungen 25 können beispielsweise als druckempfindliche Folien oder andere druckempfindliche Sensoren ausgebildet sein.
  • Ebenso ist es möglich - alternativ oder zusätzlich zur Zuordnung der Erfassungseinrichtungen 24 und/oder 25 zu den Schraubverbindungen 14 bzw. dem Zwischenraum zwischen den Flanschen 12, 13 - den zylindrischen Abschnitten 8' der Haspeltrommel 8 Erfassungseinrichtungen 26 zuzuordnen. Die Anzahl an Erfassungseinrichtungen 26 pro zylindrischem Abschnitt 8' ist in diesem Fall in der Regel größer als 4, beispielsweise 6, 8, 10 oder 12. Die Erfassungseinrichtungen 26 sind (analog zu den Erfassungseinrichtungen 24) auf dem jeweiligen zylindrischen Abschnitt 8' gleichmäßig um die Wellenachse 7 herum verteilt angeordnet. Mittels der Erfassungseinrichtungen 26 können tatsächliche Spannungsbeanspruchungen B im Bereich der zylindrischen Abschnitte 8' erfasst werden. Diese Spannungsbeanspruchungen B können ebenfalls der Steuereinrichtung 4 zugeführt werden, welche in diesem Falle anhand der ihr zugeführten Spannungsbeanspruchungen B das tatsächlich wirkende resultierende Biegemoment im Bereich der zylindrischen Abschnitte 8' ermittelt. Die weiteren Maßnahmen - insbesondere die Ermittlung der einzustellenden Rückbiegemomente - erfolgen in diesem Fall in analoger Weise. Die Erfassungseinrichtungen 26 können - analog zu den Erfassungseinrichtungen 24 - beispielsweise als Dehnmessstreifen ausgebildet sein.
  • Es sind auch andere Vorgehensweisen zur Erfassung der tatsächlichen Biegebeanspruchungen realisierbar. Beispielsweise können in den Lagern 6 die dort wirkenden tatsächlichen Lagerkräfte (aufgelöst nach Horizontal- und Vertikalrichtung) erfasst werden. Anhand der tatsächlichen Lagerkräfte kann direkt die resultierende Kraft FR ermittelt werden. Alternativ können beispielsweise (wieder aufgelöst nach Horizontal- und Vertikalrichtung) Neigungswinkel der Haspelwelle 5 erfasst werden, beispielsweise in den Lagern 6 selbst oder an anderer Stelle. Auch anhand dieser Information ist die tatsächliche oder zumindest die erwartete resultierende Biegebeanspruchung ermittelbar.
  • Die vorliegende Erfindung weist viele Vorteile auf. Insbesondere kann auf relativ einfache Weise eine deutliche Reduzierung des zwischen den Lagern 6 wirkenden resultierenden tatsächlichen Biegemoments erreicht werden. Im Falle einer Ermittlung der einzustellenden Rückbiegemomente anhand eines erwarteten Lastbiegemomentes ergibt sich eine einfache Implementierung. Im Falle der Verwertung der tatsächlichen Spannungsbeanspruchungen B können alle auftretenden Effekte, die zu einem Biegemoment führen, erfasst und kompensiert werden.
  • Obwohl die Erfindung im Detail durch das bevorzugte Ausführungsbeispiel näher illustriert und beschrieben wurde, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele eingeschränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen.
    • Bezugszeichenliste
    • 1
    Metallband
    2
    Walzgerüst
    3
    Haspeleinrichtungen
    4
    Steuereinrichtung
    5
    Haspelwelle
    5'
    Naben
    6
    Lager
    7
    Wellenachse
    8
    Haspeltrommel
    8'
    zylindrische Abschnitte
    8"
    konische Bereiche
    9
    elektrischer Antrieb
    10
    Biegeeinrichtungen
    11
    Umlenkrolle
    12, 13
    Flansche
    14
    Schraubverbindungen
    15
    Schlitz
    16
    Schlitzenden
    17
    Lagerring
    18
    Aktuatoren/Hydraulikzylindereinheiten
    19
    Lagerblock
    20
    Lagerachse
    21
    Schnittpunkt
    22
    Angriffspunkt
    23
    Gehäuse
    24, 25, 26
    Erfassungseinrichtungen
    27
    Sensoren
    A, A'
    Abstände
    a bis d
    Außendurchmesser
    B
    Spannungsbeanspruchungen/Messgrößen
    C
    Steuerinformationen
    F
    Gegenkräfte
    F*
    einzustellende Gegenkräfte
    FG
    Gewichtskraft
    FR
    resultierende Kraft
    FZ
    Zugkraft
    H
    Horizontale
    T
    Temperatur
    Z
    Bandzug
    z
    Ortskoordinate
    α, γ
    Winkel
    β
    Drehstellung

Claims (18)

  1. Haspeleinrichtung zum Haspeln eines Metallbandes (1),
    - wobei die Haspeleinrichtung eine Haspelwelle (5) aufweist, die über mindestens zwei Lager (6) gelagert ist, so dass die Haspelwelle (5) um eine Wellenachse (7) rotierbar ist,
    - wobei auf der Haspelwelle (5) in Richtung der Wellenachse (7) gesehen zwischen den beiden Lagern (6) eine Haspeltrommel (8) angeordnet ist,
    - wobei die Haspeltrommel (8) in Verbindungsbereichen mit der Haspelwelle (5) verbunden ist,
    - wobei in den Verbindungsbereichen oder in Richtung der Wellenachse (7) gesehen außerhalb der Verbindungsbereiche zwei Biegeeinrichtungen (10) angeordnet sind, mittels derer auf die Haspelwelle (5) ein jeweiliges Rückbiegemoment aufbringbar ist, und
    - wobei die Rückbiegemomente einem in Richtung der Wellenachse (7) gesehen aufgrund des Haspelvorgangs zwischen den beiden Lagern (6) auf die Haspeltrommel (8) und/oder auf die Haspelwelle (5) wirkenden Lastbiegemoment entgegenwirken.
  2. Haspeleinrichtung nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass der Haspeleinrichtung eine Steuereinrichtung (4) zugeordnet ist, dass von der Steuereinrichtung (4) während des Haspelns des Metallbandes (1) dynamisch einzustellende Rückbiegemomente der Biegeeinrichtung (10) ermittelt werden und dass die Biegeeinrichtung (10) von der Steuereinrichtung (4) entsprechend den ermittelten Rückbiegemomenten dynamisch angesteuert werden.
  3. Haspeleinrichtung nach Anspruch 2,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass von der Steuereinrichtung (4) während des Haspelns des Metallbandes (1) dynamisch sowohl Wirkrichtungen als auch Beträge der einzustellenden Rückbiegemomente ermittelt werden.
  4. Haspeleinrichtung nach Anspruch 2 oder 3,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Steuereinrichtung (4) die einzustellenden Rückbiegemomente derart ermittelt, dass eine Wirkrichtung der einzustellenden Rückbiegemomente mit einer Wirkrichtung des Lastbiegemomentes übereinstimmt.
  5. Haspeleinrichtung nach Anspruch 2, 3 oder 4,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Beträge der einzustellenden Rückbiegemomente mit zunehmendem Außendurchmesser (d) des gehaspelten Metallbandes (1) und/oder mit zunehmender Größe des auf das gehaspelte Metallband (1) ausgeübten Bandzuges (Z) ansteigen und/oder die Wirkrichtungen der einzustellenden Rückbiegemomente mit zunehmendem Außendurchmesser (d) des gehaspelten Metallbandes (1) und/oder mit zunehmender Größe des auf das gehaspelte Metallband (1) ausgeübten Bandzuges (Z) steiler werden.
  6. Haspeleinrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 5,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass der Steuereinrichtung (4) während des Haspelns des Metallbandes (1) dynamisch Messgrößen (B) zugeführt werden, die für ein an mindestens einer Stelle der Haspelwelle (5) oder der Haspeltrommel (8) zwischen den beiden Lagern (6) sich durch Überlagerung des Lastbiegemomentes und der Rückbiegemomente ergebendes tatsächlich wirkendes resultierendes Biegemoment charakteristisch sind und dass die Steuereinrichtung (4) die einzustellenden Rückbiegemomente derart ermittelt, dass das tatsächlich wirkende resultierende Biegemoment an der mindestens einen Stelle oder einer anderen Stelle der Haspelwelle (5) oder der Haspeltrommel (8) reduziert wird, insbesondere minimiert wird.
  7. Haspeleinrichtung nach Anspruch 6,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass auf der Haspelwelle (5) Naben (5') angeordnet sind, dass die Haspeltrommel (8) und die Naben (5') Flansche (12, 13) aufweisen, dass die Flansche (12, 13) über Schraubverbindungen (14) miteinander verbunden sind, dass den Schraubverbindungen (14) Erfassungseinrichtungen (24) zugeordnet sind, mittels derer dynamisch eine tatsächliche Spannungsbeanspruchung (B) der Schraubverbindungen (24) erfasst wird, dass die tatsächlichen Spannungsbeanspruchungen (B) der Schraubverbindungen (24) dynamisch der Steuereinrichtung (4) zugeführt werden und dass die Steuereinrichtung (4) das tatsächlich wirkende resultierende Biegemoment an der mindestens einen Stelle der Haspelwelle (5) oder der Haspeltrommel (8) anhand der tatsächlichen Spannungsbeanspruchungen (B) der Schraubverbindungen (14) ermittelt.
  8. Haspeleinrichtung nach Anspruch 7,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass pro Schraubverbindung (14) jeweils mehrere Erfassungseinrichtungen (24) vorhanden sind.
  9. Haspeleinrichtung nach Anspruch 6, 7 oder 8,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Haspeltrommel (8) in Richtung der Wellenachse (7) gesehen außen Flansche (12) aufweist, an welche sich zylindrische Abschnitte (8') anschließen, dass die zylindrischen Abschnitte (8') in konische Bereiche (8") übergehen, dass den zylindrischen Abschnitten (8') Erfassungseinrichtungen (26) zugeordnet sind, mittels derer dynamisch eine tatsächliche Spannungsbeanspruchung (B) der zylindrischen Bereiche (8') erfasst wird, dass die tatsächlichen Spannungsbeanspruchungen (B) dynamisch der Steuereinrichtung (4) zugeführt werden und dass die Steuereinrichtung (4) das tatsächlich wirkende resultierende Biegemoment an der mindestens einen Stelle der Haspelwelle (5) oder der Haspeltrommel (8) anhand der tatsächlichen Spannungsbeanspruchungen der zylindrischen Abschnitte (8') ermittelt.
  10. Haspeleinrichtung nach Anspruch 7, 8 oder 9,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Erfassungseinrichtungen (24 bis 26) als Dehnmessstreifen oder als druckempfindliche Sensoren wie beispielsweise druckempfindliche Folien ausgebildet sind.
  11. Haspeleinrichtung nach Anspruch 2, 3 oder 4,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Steuereinrichtung (4) während des Haspelns des Metallbandes (1) dynamisch anhand einer für ein Bundgewicht (FG) des gehaspelten Metallbandes (1) charakteristischen Größe und einer für einen auf das gehaspelte Metallband (1) wirkenden Bandzug (Z) charakteristischen Größe (FZ)für mindestens eine Stelle der Haspelwelle (5) oder der Haspeltrommel (8) zwischen den beiden Lagern (6) ein erwartetes Lastbiegemoment ermittelt und dass die Steuereinrichtung (4) die einzustellenden Rückbiegemomente derart ermittelt, dass ein sich durch Überlagerung des erwarteten Lastbiegemomentes und der einzustellenden Rückbiegemomente ergebendes erwartetes resultierendes Biegemoment an der mindestens einen Stelle der Haspelwelle (5) und/oder der Haspeltrommel (8) reduziert wird, insbesondere minimiert wird.
  12. Haspeleinrichtung nach Anspruch 11,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Steuereinrichtung (4) bei der Ermittlung des erwarteten Lastbiegemoments zusätzlich zum Bundgewicht (FG) und zum Bandzug (Z) mindestens eine für eine Temperatur (T) der Haspeltrommel (8) charakteristische Größe und/oder eine Temperaturverteilung berücksichtigt.
  13. Haspeleinrichtung nach Anspruch 11 oder 12,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass auf der Haspelwelle (5) Naben (5') angeordnet sind, dass die Haspeltrommel (8) und die Naben (5') Flansche (12, 13) aufweisen, über die die Haspeltrommel (8) und die Naben (5') miteinander verbunden sind, und dass die Stelle der Haspelwelle (5) und/oder der Haspeltrommel (8), für die das erwartete resultierende Biegemoment reduziert wird, durch den Ort der Flansche (12, 13) bestimmt ist.
  14. Haspeleinrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 13,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Haspeltrommel (8) einen sich in Richtung der Wellenachse (7) zwischen zwei Schlitzenden (16) erstreckenden Schlitz (15) zum Einführen eines Bandendes des Metallbandes (1) aufweist und dass die Stelle der Haspelwelle (5) und/oder der Haspeltrommel (8), für die das resultierende Biegemoment reduziert wird, durch den Ort der Schlitzenden (16) bestimmt ist.
  15. Haspeleinrichtung nach einem der obigen Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Haspeltrommel (8) in einem beheizten Gehäuse (23) angeordnet ist und dass die Biegeeinrichtungen (10) außerhalb des Gehäuses (23) angeordnet sind.
  16. Haspeleinrichtung nach einem der obigen Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Haspelwelle (5) in Richtung der Wellenachse (7) gesehen über die beiden Lager (6) hinausragt und dass die Biegeeinrichtungen (10) in Richtung der Wellenachse (7) gesehen außerhalb der beiden Lager (6) angeordnet sind.
  17. Haspeleinrichtung nach einem der obigen Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Biegeeinrichtungen (10) jeweils einen Lagerring (17) aufweisen, in dem die Haspelwelle (5) gelagert ist und dass der jeweilige Lagerring (17) mittels zweier jeweiliger Aktuatoren (18) mit zwei voneinander linear unabhängigen und zur Wellenachse (7) orthogonalen Biegekräften (Fx, Fy) beaufschlagbar ist.
  18. Haspeleinrichtung nach Anspruch 17,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass der jeweilige Lagerring (17) in einem jeweiligen Lagerblock (19) um eine jeweilige die Wellenachse (7) in einem jeweiligen Schnittpunkt (21) schneidende, zur Wellenachse (7) orthogonale Lagerachse (20) schwenkbar gelagert ist, dass die zwei jeweiligen Aktuatoren (18) auf einen jeweiligen Angriffspunkt (22) des jeweiligen Lagerblocks (19) wirken und dass eine Verbindungslinie des jeweiligen Angriffspunkts (22) mit dem jeweiligen Schnittpunkt (21) orthogonal zur Wellenachse (7) und orthogonal zur jeweiligen Lagerachse (20) verläuft.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102023200403A1 (de) 2023-01-19 2024-07-25 Wafios Aktiengesellschaft Vorrichtung zum Zuführen eines langgestreckten Werkstücks zu einer Umformmaschine

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US2646231A (en) * 1949-10-26 1953-07-21 Frielinghaus Ferdinand Hot strip furnace reel
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WO2007045359A1 (de) * 2005-10-18 2007-04-26 Siemens Vai Metals Technologies Gmbh & Co Haspelofen mit einer bandhaspeleinrichtung

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