JP2012525261A - 搬送される可撓性材料ストランドに対する張力変化の補整用および／または引張応力の調整用の装置 - Google Patents

Abstract

本発明は、搬送される可撓性金属材料ストランド（Ｍ）、特に金属条片、に対する張力変化の補整用および／または引張応力の調整用の装置であって、材料ストランドを巻き付けることができる少なくとも１つの可動ダンサロール（２）を有する装置に関する。本発明によると、本装置は、垂直方向に対して傾斜可能な経路（４）に沿って少なくとも１つのダンサロール（２）を変位させることができ、この経路の傾斜角（ψ）を調整ユニットによって調整できることを特徴とする。
【選択図】図６

Description

本発明は、搬送される可撓性金属材料ストランド、特に金属条片、に対する張力変化の補整用および／または引張応力の調整用の、材料ストランドを巻き付けることができる可動ダンサロールを少なくとも１つ備えた装置に関する。

例えば条片熱処理設備において、可動デフレクタロール、所謂ダンサロール、を用いた張力変化の補整用および／または引張応力の調整用の装置は、従来技術のものが長年にわたって知られており、実際に実証されていることも多い。

ダンサロール構成は、条片処理設備の条片流に組み込まれて特定の力によって作用されうるロールを備え、このロールは条片にループを形成させ、このループの長さはロールの位置に応じて変わる。この可動性により、条片張力の短期的な変化であっても補整することができる。条片張力をさまざまな運転条件に適合させるために、ダンサロールによって条片に加えられる力の調整が必要な場合もありうる。厚く幅広の条片には、薄く鋭敏な条片の場合より大きな力をダンサロールによって加える必要がある。実際、薄い条片の場合は、条片材料の損傷を防ぐために、ダンサロールがこの鋭敏な条片に加える力を制限する必要がある。

これに関連して、条片材料に加わるダンサロールとその軸受の重錘力を、ダンサロールに作用する釣合重りによって、または液圧または空気圧シリンダの形態のアクチュエータによって、少なくとも部分的に補整することが従来技術において公知である。釣合重りの場合は、釣合重りによってダンサロール構成の自動力のない質量がさらに増すため、この釣合重りによっては、高い慣性力に起因する条片張力の短期的変化を十分に補整できなくなるという問題が生じる。極めて低い条片張力を実現する必要がある場合は、アクチュエータの場合、付与される最大静止摩擦力およびトルクが負の方向に顕著になる。その理由は、これら最大静止摩擦力およびトルクが条片張力における短期的変化の補整を妨げることにもなるからである。

図１〜図５には、従来技術による公知の一般的なダンサロール構成が示されている。

これを始点とし、本発明は、構造が極めて単純であり、それ故に金属材料ストランド、特に材料条片、用の既存の処理設備に容易に組み込むことができる、搬送される可撓性金属材料ストランド、特に金属条片、に対する張力変化の補整用および／または引張応力の調整用の装置を規定するという目的に基づく。さらに、本装置は、厚くて重い材料ストランドならびに薄くて鋭敏な材料ストランドにおいて短期的な張力変化であっても補整を可能にし、連続運転中に発生する材料ストランドの変化もそれに応じた引張応力の調整によって難なく可能にする。

この目的は、本発明によると、垂直方向に対して傾斜可能な経路に沿って少なくとも１つのダンサロールを変位させることができ、この経路の傾斜角を調整ユニットによって調整できる、請求項１の前提部分による装置によって達成される。

本発明は、ダンサロールの移動方向を垂直方向に対して、ひいてはダンサロールの重錘力ベクトルに対して、適切に傾斜させることによって、本構成の自動力のない質量を増加させる追加の錘なしに、およびアクチュエータなしに、条片張力を精密に調整することができるという考えに基づく。

本発明に関して、金属材料ストランドは、ワイヤ形状または条片形状の材料、さまざまな種類の商品を搬送するための条片、さらには金属ロープ、ワイヤ等であると理解されたい。

ダンサロールを変位させることができる経路の傾斜角を相応に調整することによって、例えば厚くて重い材料ストランドの場合は、ダンサロールを鉛直方向に変位させられるように、ダンサロールとその軸受の全重錘力を利用して、すなわち傾斜角をゼロに減らすことによって、十分なストランド張力（条片張力）を生じさせることができる。薄くて極めて鋭敏な条片の場合は、ダンサロールとその軸受の重錘力が実質的にストランド張力に影響を一切及ぼさず、ストランド張力が結果的に最小になるように、傾斜角を相応にほぼ９０°まで増加させることができる。何れの場合も効果的な引張力は、単純な三角方程式によってダンサロールとその軸受の重錘力から求めることができる。この式は、傾斜面上の下り勾配力に対応し、次のように計算される。
Ｆ_Ｚ＝Ｆ_Ｇ・ｃｏｓψ
式中、Ｆ_Ｇはダンサロールとその軸受の重錘力であり、ψは垂直方向に対する経路の傾斜角（０＜ψ＜９０°）である。

ストランド張力の精密な調整に加え、同時にダンサロールを垂直方向に対して傾斜可能な経路上にできる限り摩擦なしに支持することによって、可撓性材料ストランドの経路における張力変化も同時に効果的に補整することができる。

調整ユニットは、経路の傾斜角を調整するために制御可能であるように、すなわち金属材料ストランドの処理設備、特に条片処理設備、の自動運転中に、対応する制御コマンドによって傾斜の変化を引き起こすことができるように、設計されることが好ましい。これは、処理設備の連続運転中に材料ストランドに変化が発生する場合、ここでは両ストランドの端部同士が相互に結合される場合、に特に好都合である。

本発明の別の有利な実施形態によると、運転中に可撓性金属材料ストランドがダンサロールと共に条片ループを形成するように、ダンサロールは２つのデフレクタロールの間に配置される。特に条片処理設備において公知のダンサロールを用いて実現されたことの多いこのような構成では、本発明によると垂直方向に対して傾斜可能な経路上で変位させることができるダンサロールの場合、材料ストランドに加わる引張力を常に精密に制御できるように、傾斜可能な経路に沿ったダンサの移動中も傾斜角の調整時にもその抱き角を比較的一定に維持できると特に好都合であることが証明されている。

本発明のさらに別の実施形態によると、垂直方向に対して傾斜可能な経路は直線状である。厳密に直線状に設計された経路の場合は、例えばリニアガイドの場合は、可撓性材料ストランドに連続的に加わる引張力が経路の傾斜角の選択によって事前設定された値に正確に対応するように、垂直方向に対して設定された傾斜角は、ダンサ移動中のダンサロールの現在位置に関係なく、精密に維持される。設計に関して、これは、例えば、ダンサロールの軸受がリニアガイド上を基本的に摩擦なしに案内されることによって、実現可能である。この目的のためには、線形ローラガイドが特に適している。ここで、さまざまな設計のリニアガイド、例えば、あらゆる種類のロールガイドおよびレールガイド、ならびにスライドガイドまたはエアクッションガイドまたは磁気ガイド、を「リニアガイド」として用いることもできる。例えば、ダンサロールのシャフトを線形スロット内で、または互いに平行に位置合わせされた２つのキャリア間の空隙内で、案内することができる。

本発明のさらに別の実施形態によると、経路の傾斜角を調整するために枢着部を中心にリニアガイドを枢動させることができるように、調整ユニットは、電気機械式駆動部、特にスピンドル駆動部、または調整要素、特に液圧または空気圧で動作するシリンダ、を備えることができる。このような枢動機構は、構造の点からは容易に製造可能であり、さらに総合機械制御システムに難なく組み込むことができる。

上記の代替案として、垂直方向に対して傾斜可能な経路を湾曲させる、特に円弧状に湾曲させる、こともできる。この場合、選択される曲率半径は、湾曲した経路に沿ったダンサロールの偏向に対して大きい必要がある。曲率半径とダンサロールの偏向との適切な比は約３：１以上である。ダンサロールの偏向に対して相応な曲率半径を選択すると、ダンサロールはほぼ基本的に直線的な経路上を依然として移動するので、垂直方向に対する傾斜角が依然として画成される。設計に関して、この変形例は、ダンサロールの軸受がその上を案内されるスイングアームを用いることによって、実現可能である。この場合、ダンサロールを変位させることができる経路の傾斜角を調整するために、スイングアームの枢着部を変位させることができる。特に、調整ユニットは、基本的に鉛直に位置合わせされた直線状の軌道に沿ってスイングアームの枢着部を変位させることができるように、調整用駆動部を備えることができる。これは、特に２つの隣接デフレクタロールを有する構成の場合、スイングアームの枢着部の位置、ひいては経路の傾斜角、に関係なく、抱き角、すなわち可撓性材料ストランドがダンサロールに巻き付けられる角度、が実質的に一定であるという利点を有する。

スイングアームの枢着部を直線状に変位させる代わりに、調整ユニットは調整用駆動部を備えることができる。この場合、ダンサロールがその一端に配置されるスイングアームの枢着部は、調整用駆動部の運動学により、基本的に鉛直に位置合わせされた湾曲軌道に沿って変位可能になる。この軌道は、枢着部が枢動可能に取り付けられる別のスイングアームによって事前に決めることができる。

極めて重い可撓性金属材料ストランドによる経路張力を調整するためにダンサロールを使用する場合は、対応する引張力を必要とするため、アクチュエータ、特に液圧または空気圧シリンダ、の力の作用によって少なくとも１つのダンサロールを垂直方向に対して傾斜可能な経路に沿って変位させると好都合でありうる。これにより、ダンサロール自体が生じさせる力に加え、別の力、すなわち傾斜可能な経路上の下り勾配力、を生じさせることができ、この別の力によって経路張力を増加させることが可能になる。論理的に、アクチュエータが用いられるのは、無限小の傾斜角が選択される場合、すなわち全重錘力が可撓性金属材料ストランドに加わる場合、である。

本発明のさらに別の側面は、請求項１乃至１０の何れか１項に記載の、シート状材料における引張応力の調整用および／または張力変化の補整用の装置を有する、シート状金属材の処理設備に関する。

上記の利点は、この処理設備にも相応に適用される。

方法に関して、冒頭で述べた目的は、請求項１乃至１１の何れか１項に記載の、材料ストランドにおける引張応力の調整用および／または張力変化の補整用の装置を有する、可撓性金属材料ストランド、特に金属条片、の処理設備を運転する方法を用いて、処理設備の連続運転中に材料ストランドを交換する際に、調整ユニットによる経路の傾斜角の調整によって引張応力を変化させることによって、達成される。

本方法の主要な利点は、処理設備の連続運転中に引張力を変化させることができるため、連続運転中に重く抵抗力のある材料ストランドからより軽い鋭敏なストランドに交換する場合でも、最適な条片張力を常に設定できるので、引張力が高すぎる結果として鋭敏な材料ストランドを損傷する危険性がないことである。他の点に関しては、本方法の利点に関する上記説明を参照されたい。

次に、例示的実施形態を示す図面の助けを借りて本発明を詳細に説明する。

直線的かつ鉛直方向に変位可能なダンサロールを有する、シート状材料用の従来技術のダンサロール構成を略側面図で示す。 ダンサロールが水平スイングアーム上に保持された、シート状材料用の従来技術の第２のダンサロール構成を示す。 釣合重りを有する、図１のダンサロール構成を示す。 釣合重りを有する、図２のダンサロール構成を示す。 アクチュエータを有する、図２のダンサロール構成を示す。 第１の実施形態による、垂直方向に対して傾斜可能な経路に沿って変位可能なダンサロールを有する、シート状材料に対する張力変化の補整用および引張応力の調整用の装置を示す。 引張応力を増加させるためのアクチュエータを有する、図６の装置を示す。 第２の実施形態において、シート状材料に対する張力変化の補整用および引張応力の調整用の装置を示す。 図６による引張応力の調整用および張力変化の補整用の装置を有する金属条片の処理設備を示す。

図１は、ダンサロール１００が２つのデフレクタロール１１０、１２０の間に配置された従来技術のダンサロール構成を示す。詳細には図示されていない条片処理設備において基本的に水平方向に案内される条片Ｍ、本ケースにおいては金属条片、はデフレクタロール１１０によって水平方向から鉛直方向に下方に偏向され、ダンサロール１００にほぼ１８０°の抱き角で巻き付き、次に垂直方向に対して僅かに傾斜して上方の第２のデフレクタロール１２０に案内され、第２のデフレクタロール１２０によって水平方向に偏向される。

図１の構成においては、ダンサロール１００とその軸受１１０ａのほぼ全ての重錘力が金属条片Ｍに加わるように、鉛直に位置合わせされたリニアガイド１３０上でダンサロール１００を変位させることができる。これは、特に薄くて相応に鋭敏な金属条片には、許容不能に高い条片張力をもたらしうる。

同じ問題は、同じく２つのデフレクタロール２１０、２２０の間に配置されたダンサロール２００が、枢着部２４０に枢動可能に取り付けられたスイングアーム２３０の外端において円軌道区間上を案内される、図２による従来技術のダンサロール構成においても発生する。図２から分かるように、ここでも、ダンサロール２００とスイングアーム２３０上のその取り付け部の全重錘力が引張力として金属条片Ｍに加わる。

別の従来技術の解決策が図３に示されている。ここでは、金属条片Ｍに加わるダンサロール１００とリニアガイド１３０上のその軸受の重錘力が釣合重り１４０によって相殺される。この釣合重り１４０は、金属条片Ｍに加わる引張力が結果として所望の値に対応するように選択可能である。この構成の問題は、ダンサロール構成の自動力のない質量が釣合重りによって相応に増加するため、ダンサロール１００自体および釣合重り１４０の両方の慣性力にダンサロール１００の補整用移動によって打ち勝つ必要がある点である。これは最終的に、満足のいく補整が不可能な、慣性に起因する条片張力の短期的変化をもたらす。

図４は、スイングアーム２３０’がここでは枢着部２４０を越えて延在し、ダンサロールの重錘力によって条片Ｍに加えられる引張力を対応する抵抗モーメントによって強めるか、または弱めるように、錘２５０をスイングアーム２３０’に沿って変位させることができるようにした、図２のダンサロール構成を示す。

図５も、液圧または空気圧シリンダの形態のアクチュエータ２６０がスイングアーム２３０に作用し、これにより、図４と同様の方法で、ダンサロール２００によって条片Ｍに加えられる条片引張力を強めるか、または弱めるようにした、図２のダンサロール構成を示す。

図６には、垂直方向に対して傾斜可能な経路に沿って変位可能なダンサロール２を有する、シート状材料、本ケースにおいては金属条片Ｍ、に対する張力変化の補整用および引張応力の調整用の装置の第１の実施形態が示されている。その目的のために、金属条片Ｍはデフレクタロール３の周りに案内され、その後にダンサロール２によってほぼ１８０°の抱き角で条片ループを形成し、その後に別のロール１によって再度偏向される。本ケースにおいて、偏向は、水平方向に対して傾斜した方向に起きる。ただし、水平方向への偏向または別の方向への偏向も等しく可能であることを理解されたい。

図６における装置の傾斜可能な経路は、本ケースにおいては、ダンサロールの複数の軸受ブロックが配置されたサブフレーム２ａによってダンサロールを基本的に摩擦なしに移動させることができるリニアガイド４として設計される。傾斜角ψを調整するために、電気機械式駆動部、特にスピンドル駆動部、を備えた調整ユニット（詳細には図示せず）によって枢着部Ｘを中心にリニアガイド４を枢動させることができる。

したがって、所与の条片材料および所与の条片厚に対してダンサロール２上の条片張力を事前に設定する必要がある場合は、もたらされる引張力Ｆ_Ｚが必要な値に対応するように、リニアガイド４の傾斜角ψを調整する。したがって、Ｆ_Ｚは次のように計算される。
Ｆ_Ｚ＝Ｇ・ｃｏｓψ、
式中、Ｇはダンサロール２とその軸受の重錘力であり、ψはリニアガイド４の傾斜角である。

これにより、追加の錘または調整手段を用いることなく、ダンサロールとその軸受の重錘力によって決まる最大値まで条片張力を精密に調整することができる。条片張力の短期的変化は、ダンサロール２をリニアガイド４上に基本的に摩擦なしに支持することによって、通常の方法で補整可能である。

本ケースにおいて、調整ユニットは、制御可能であるように設計される。すなわち、条片の厚みまたは幅が変化する場合は、ここでは厚みまたは幅が異なる条片の端部同士が相互に取り付けられる場合は、条片処理設備（図９を参照）の連続運転中に、総合機械制御システムからの制御コマンドによる指示により、リニアガイド４の傾斜を変えることによって条片張力に応じた調整を行うことができる。

図７では、図６の装置に、空気圧シリンダ５の形態のアクチュエータがさらに設けられている。これは、ダンサロール２およびその軸受の全重錘力によって生じた条片張力が十分でない場合に、例えば厚くて極めて重い金属条片を処理する場合に、用いられる。図７から分かるように、傾斜角ψ＝０が設定された場合は、リニアガイド４が鉛直に位置合わせされるように、最初にダンサロール２とその軸受の全重錘力が条片張力のために用いられる。これにより生じた条片張力が依然として十分でない場合は、必要な程度まで条片張力が強まるように、アクチュエータ５によって追加の力をダンサロール２に加えることができる。したがって、もたらされる条片引張力は次のように計算される。
Ｆ_Ｚ’＝Ｇ＋Ｆ_Ａ
式中、Ｆ_Ａは、アクチュエータ５によってダンサロール２に加えられる力である。

図８には、金属条片に対する張力変化の補整用および／または引張応力の調整用の、別の第２の実施形態の装置が示されている。この装置が図６の装置と異なる点は、ダンサロール２を線形ユニットに沿って摩擦なしに移動させることはできず、ダンサロール２がスイングアーム６から吊り下げられている点である。選択されるスイングアーム６の長さはダンサロール２の調整領域に比べて長いので、装置が運転中のときのダンサロール２の偏向はほぼ直線状である。曲率半径とダンサロールの偏向との間の適切な比は約３：１以上である。金属条片Ｍに所望の条片張力を加えるために、この実質的に直線的に偏向可能なダンサロール２の垂直方向に対する傾斜を調整できることとなる。この目的のために、図示されていない調整ユニットによって、スイングアームの取り付け部、すなわちその枢着部、を事前設定可能な軌道に沿って移動させることができる。

図８には、調整された２つの異なる傾斜角ψ、ψ’が示されている。第１のケースでは、スイングアーム６のサブフレーム６ａが相対的に小さい角度ψ≒３０°に対応する下方位置Ａに移動される。この角度に割り当て可能な条片引張力は、Ｆ＝Ｇ・ｃｏｓψとして計算できる。ダンサロール２によって金属条片Ｍに加えられる条片張力を何らかの方法で減らす必要がある場合は、調整ユニットの調整用駆動部によってスイングアーム６のサブフレーム６ａをより広い角度ψ’≒５０°に対応する上方位置Ｂに移動させる。これによりもたらされる条片引張力Ｆ’は、Ｆ’＝Ｇ・ｃｏｓψ’として計算され、位置Ａに対して計算された引張力Ｆより小さい。

サブフレーム６ａの移動は、調整ユニットの電気機械式駆動部によって、ならびに液圧または空気圧で動作するシリンダ（何れも図８には図示せず）によって、もたらすことができることを理解されたい。

スイングアーム６の枢着部を変位させることができる鉛直に配置された線形ユニット７の利点は、２つの隣接デフレクタロール１、３を有する本構成においては、スイングアーム枢着部の位置に基本的に関係なく、ダンサロール２の抱き角を実際に一定に保つことができる点である。

最後に、図６による装置を有する金属条片の処理設備が図９に示されている。ここでは、金属条片Ｍ、例えば銅または銅合金製の条片、が第１のロール１０によって繰り出され、最初に炉１２、例えば焼鈍炉、に通される。その後、条片Ｍはロール３上で偏向され、ダンサロール２によってループを形成する。総合機械制御システムによる制御が可能な調整ユニットは、図６に関して説明した方法で、垂直方向に対して角度約ψで傾斜可能な経路に沿ってダンサロール２を変位させることができる。その後、金属条片は別のロール１によって水平方向に再度偏向され、最後に第２のロール１０によって巻き上げられる。したがって、金属条片用の本処理設備においては、条片張力を精密に事前設定可能であり、さらには運転パラメータが修正された場合にも条片張力を制御的に変更可能である。

図９の条片処理設備の連続運転中に条片張力の調整が必要な変化が金属条片Ｍに発生すると、総合機械制御システムは、傾斜可能な経路の傾斜角ψを調整するために、対応する制御コマンドを調整ユニットに送る。これに応じて、調整ユニットが傾斜角ψを調整することによって、ダンサロール２は金属条片Ｍに常に最適な条片張力を加えることになる。

本発明は、搬送される可撓性金属材料ストランド、特に金属条片、に対する張力変化の補整用および／または引張応力の調整用の、材料ストランドを巻き付けることができる可動ダンサロールを少なくとも１つ備えた装置であって、この少なくとも１つのダンサロールが垂直方向に対して傾斜可能な経路に沿って変位可能であり、この経路の傾斜角が調整ユニットによって調整可能である装置に関する。

例えば条片熱処理設備において、可動デフレクタロール、所謂ダンサロール、を用いた張力変化の補整用および／または引張応力の調整用の装置は、従来技術のものが長年にわたって知られており、実際に実証されていることも多い。このような装置は下記特許文献１に開示されている。

ダンサロール構成は、条片処理設備の条片流に組み込まれて特定の力によって作用されうるロールを備え、このロールは条片にループを形成させ、このループの長さはロールの位置に応じて変わる。この可動性により、条片張力の短期的な変化であっても補整することができる。条片張力をさまざまな運転条件に適合させるために、ダンサロールによって条片に加えられる力の調整が必要な場合もありうる。厚く幅広の条片には、薄く鋭敏な条片の場合より大きな力をダンサロールによって加える必要がある。実際、薄い条片の場合は、条片材料の損傷を防ぐために、ダンサロールがこの鋭敏な条片に加える力を制限する必要がある。

これに関連して、条片材料に加わるダンサロールとその軸受の重錘力を、ダンサロール（下記特許文献２及び３参照）に作用する釣合重りによって、または液圧または空気圧シリンダの形態のアクチュエータによって、少なくとも部分的に補整することが従来技術において公知である。釣合重りの場合は、釣合重りによってダンサロール構成の自動力のない質量がさらに増すため、この釣合重りによっては、高い慣性力に起因する条片張力の短期的変化を十分に補整できなくなるという問題が生じる。極めて低い条片張力を実現する必要がある場合は、アクチュエータの場合、付与される最大静止摩擦力およびトルクが負の方向に顕著になる。その理由は、これら最大静止摩擦力およびトルクが条片張力における短期的変化の補整を妨げることにもなるからである。

図１〜図５には、従来技術による公知の一般的なダンサロール構成が示されている。

米国特許第４ ２３８ ０２４号明細書 英国特許第７１８ ３７５号明細書 米国特許第４ ５５３ ７１３号明細書

これを始点とし、本発明は、構造が極めて単純であり、それ故に金属材料ストランド、特に材料条片、用の既存の処理設備に容易に組み込むことができる、搬送される可撓性金属材料ストランド、特に金属条片、に対する張力変化の補整用および／または引張応力の調整用の装置を規定するという目的に基づく。さらに、本装置は、厚くて重い材料ストランドならびに薄くて鋭敏な材料ストランドにおいて短期的な張力変化であっても補整を可能にし、連続運転中に発生する材料ストランドの変化もそれに応じた引張応力の調整によって難なく可能にする。

この目的は、本発明によると、調整ユニットが連続運転中に制御可能であるように設計される、請求項１の前提部分による装置によって達成される。

本発明によると、調整ユニットは、経路の傾斜角を調整するために制御可能であるように、すなわち金属材料ストランドの処理設備、特に条片処理設備、の自動運転中に、対応する制御コマンドによって傾斜の変化を引き起こすことができるように、設計される。これは、処理設備の連続運転中に材料ストランドに変化が発生する場合、ここでは両ストランドの端部同士が相互に結合される場合、に特に好都合である。

本発明は、ダンサロールの移動方向を鉛直方向に対して、ひいてはダンサロールの重錘力ベクトルに対して、適切に傾斜させることによって、本構成の自動力のない質量を増加させる追加の錘なしに、およびアクチュエータなしに、条片張力を、連続運転中に精密に調整することができるという考えに基づく。

本発明に関して、金属材料ストランドは、ワイヤ形状または条片形状の材料、さまざまな種類の商品を搬送するための条片、さらには金属ロープ、ワイヤ等であると理解されたい。

ダンサロールを変位させることができる経路の傾斜角を相応に調整することによって、例えば厚くて重い材料ストランドの場合は、ダンサロールを鉛直方向に変位させられるように、ダンサロールとその軸受の全重錘力を利用して、すなわち傾斜角をゼロに減らすことによって、十分なストランド張力（条片張力）を生じさせることができる。薄くて極めて鋭敏な条片の場合は、ダンサロールとその軸受の重錘力が実質的にストランド張力に影響を一切及ぼさず、ストランド張力が結果的に最小になるように、傾斜角を相応にほぼ９０°まで増加させることができる。何れの場合も効果的な引張力は、単純な三角方程式によってダンサロールとその軸受の重錘力から求めることができる。この式は、傾斜面上の下り勾配力に対応し、次のように計算される。
Ｆ_Ｚ＝Ｆ_Ｇ・ｃｏｓψ
式中、Ｆ_Ｇはダンサロールとその軸受の重錘力であり、ψは垂直方向に対する経路の傾斜角（０＜ψ＜９０°）である。

ストランド張力の精密な調整に加え、同時にダンサロールを垂直方向に対して傾斜可能な経路上にできる限り摩擦なしに支持することによって、可撓性材料ストランドの経路における張力変化も同時に効果的に補整することができる。

調整ユニットは、経路の傾斜角を調整するために制御可能であるように、すなわち金属材料ストランドの処理設備、特に条片処理設備、の自動運転中に、対応する制御コマンドによって傾斜の変化を引き起こすことができるように、設計されることが好ましい。これは、処理設備の連続運転中に材料ストランドに変化が発生する場合、ここでは両ストランドの端部同士が相互に結合される場合、に特に好都合である。

本発明の別の有利な実施形態によると、運転中に可撓性金属材料ストランドがダンサロールと共に条片ループを形成するように、ダンサロールは２つのデフレクタロールの間に配置される。特に条片処理設備において公知のダンサロールを用いて実現されたことの多いこのような構成では、本発明によると垂直方向に対して傾斜可能な経路上で変位させることができるダンサロールの場合、材料ストランドに加わる引張力を常に精密に制御できるように、傾斜可能な経路に沿ったダンサの移動中も傾斜角の調整時にもその抱き角を比較的一定に維持できると特に好都合であることが証明されている。

本発明のさらに別の実施形態によると、垂直方向に対して傾斜可能な経路は直線状である。厳密に直線状に設計された経路の場合は、例えばリニアガイドの場合は、可撓性材料ストランドに連続的に加わる引張力が経路の傾斜角の選択によって事前設定された値に正確に対応するように、垂直方向に対して設定された傾斜角は、ダンサ移動中のダンサロールの現在位置に関係なく、精密に維持される。設計に関して、これは、例えば、ダンサロールの軸受がリニアガイド上を基本的に摩擦なしに案内されることによって、実現可能である。この目的のためには、線形ローラガイドが特に適している。ここで、さまざまな設計のリニアガイド、例えば、あらゆる種類のロールガイドおよびレールガイド、ならびにスライドガイドまたはエアクッションガイドまたは磁気ガイド、を「リニアガイド」として用いることもできる。例えば、ダンサロールのシャフトを線形スロット内で、または互いに平行に位置合わせされた２つのキャリア間の空隙内で、案内することができる。

本発明のさらに別の実施形態によると、経路の傾斜角を調整するために枢着部を中心にリニアガイドを枢動させることができるように、調整ユニットは、電気機械式駆動部、特にスピンドル駆動部、または調整要素、特に液圧または空気圧で動作するシリンダ、を備えることができる。このような枢動機構は、構造の点からは容易に製造可能であり、さらに総合機械制御システムに難なく組み込むことができる。

上記の代替案として、垂直方向に対して傾斜可能な経路を湾曲させる、特に円弧状に湾曲させる、こともできる。この場合、選択される曲率半径は、湾曲した経路に沿ったダンサロールの偏向に対して大きい必要がある。曲率半径とダンサロールの偏向との適切な比は約３：１以上である。ダンサロールの偏向に対して相応な曲率半径を選択すると、ダンサロールはほぼ基本的に直線的な経路上を依然として移動するので、垂直方向に対する傾斜角が依然として画成される。設計に関して、この変形例は、ダンサロールの軸受がその上を案内されるスイングアームを用いることによって、実現可能である。この場合、ダンサロールを変位させることができる経路の傾斜角を調整するために、スイングアームの枢着部を変位させることができる。特に、調整ユニットは、基本的に鉛直に位置合わせされた直線状の軌道に沿ってスイングアームの枢着部を変位させることができるように、調整用駆動部を備えることができる。これは、特に２つの隣接デフレクタロールを有する構成の場合、スイングアームの枢着部の位置、ひいては経路の傾斜角、に関係なく、抱き角、すなわち可撓性材料ストランドがダンサロールに巻き付けられる角度、が実質的に一定であるという利点を有する。

スイングアームの枢着部を直線状に変位させる代わりに、調整ユニットは調整用駆動部を備えることができる。この場合、ダンサロールがその一端に配置されるスイングアームの枢着部は、調整用駆動部の運動学により、基本的に鉛直に位置合わせされた湾曲軌道に沿って変位可能になる。この軌道は、枢着部が枢動可能に取り付けられる別のスイングアームによって事前に決めることができる。

極めて重い可撓性金属材料ストランドによる経路張力を調整するためにダンサロールを使用する場合は、対応する引張力を必要とするため、アクチュエータ、特に液圧または空気圧シリンダ、の力の作用によって少なくとも１つのダンサロールを垂直方向に対して傾斜可能な経路に沿って変位させると好都合でありうる。これにより、ダンサロール自体が生じさせる力に加え、別の力、すなわち傾斜可能な経路上の下り勾配力、を生じさせることができ、この別の力によって経路張力を増加させることが可能になる。論理的に、アクチュエータが用いられるのは、無限小の傾斜角が選択される場合、すなわち全重錘力が可撓性金属材料ストランドに加わる場合、である。

本発明のさらに別の側面は、請求項１乃至１０の何れか１項に記載の、シート状材料における引張応力の調整用および／または張力変化の補整用の装置を有する、シート状金属材の処理設備に関する。

上記の利点は、この処理設備にも相応に適用される。

方法に関して、冒頭で述べた目的は、請求項１乃至１１の何れか１項に記載の、材料ストランドにおける引張応力の調整用および／または張力変化の補整用の装置を有する、可撓性金属材料ストランド、特に金属条片、の処理設備を運転する方法を用いて、処理設備の連続運転中に材料ストランドを交換する際に、調整ユニットによる経路の傾斜角の調整によって引張応力を変化させることによって、達成される。

本方法の主要な利点は、処理設備の連続運転中に引張力を変化させることができるため、連続運転中に重く抵抗力のある材料ストランドからより軽い鋭敏なストランドに交換する場合でも、最適な条片張力を常に設定できるので、引張力が高すぎる結果として鋭敏な材料ストランドを損傷する危険性がないことである。他の点に関しては、本方法の利点に関する上記説明を参照されたい。

次に、例示的実施形態を示す図面の助けを借りて本発明を詳細に説明する。

直線的かつ鉛直方向に変位可能なダンサロールを有する、シート状材料用の従来技術のダンサロール構成を略側面図で示す。 ダンサロールが水平スイングアーム上に保持された、シート状材料用の従来技術の第２のダンサロール構成を示す。 釣合重りを有する、図１のダンサロール構成を示す。 釣合重りを有する、図２のダンサロール構成を示す。 アクチュエータを有する、図２のダンサロール構成を示す。 第１の実施形態による、垂直方向に対して傾斜可能な経路に沿って変位可能なダンサロールを有する、シート状材料に対する張力変化の補整用および引張応力の調整用の装置を示す。 引張応力を増加させるためのアクチュエータを有する、図６の装置を示す。 第２の実施形態において、シート状材料に対する張力変化の補整用および引張応力の調整用の装置を示す。 図６による引張応力の調整用および張力変化の補整用の装置を有する金属条片の処理設備を示す。

図１は、ダンサロール１００が２つのデフレクタロール１１０、１２０の間に配置された従来技術のダンサロール構成を示す。詳細には図示されていない条片処理設備において基本的に水平方向に案内される条片Ｍ、本ケースにおいては金属条片、はデフレクタロール１１０によって水平方向から鉛直方向に下方に偏向され、ダンサロール１００にほぼ１８０°の抱き角で巻き付き、次に垂直方向に対して僅かに傾斜して上方の第２のデフレクタロール１２０に案内され、第２のデフレクタロール１２０によって水平方向に偏向される。

図１の構成においては、ダンサロール１００とその軸受１１０ａのほぼ全ての重錘力が金属条片Ｍに加わるように、鉛直に位置合わせされたリニアガイド１３０上でダンサロール１００を変位させることができる。これは、特に薄くて相応に鋭敏な金属条片には、許容不能に高い条片張力をもたらしうる。

同じ問題は、同じく２つのデフレクタロール２１０、２２０の間に配置されたダンサロール２００が、枢着部２４０に枢動可能に取り付けられたスイングアーム２３０の外端において円軌道区間上を案内される、図２による従来技術のダンサロール構成においても発生する。図２から分かるように、ここでも、ダンサロール２００とスイングアーム２３０上のその取り付け部の全重錘力が引張力として金属条片Ｍに加わる。

別の従来技術の解決策が図３に示されている。ここでは、金属条片Ｍに加わるダンサロール１００とリニアガイド１３０上のその軸受の重錘力が釣合重り１４０によって相殺される。この釣合重り１４０は、金属条片Ｍに加わる引張力が結果として所望の値に対応するように選択可能である。この構成の問題は、ダンサロール構成の自動力のない質量が釣合重りによって相応に増加するため、ダンサロール１００自体および釣合重り１４０の両方の慣性力にダンサロール１００の補整用移動によって打ち勝つ必要がある点である。これは最終的に、満足のいく補整が不可能な、慣性に起因する条片張力の短期的変化をもたらす。

図４は、スイングアーム２３０’がここでは枢着部２４０を越えて延在し、ダンサロールの重錘力によって条片Ｍに加えられる引張力を対応する抵抗モーメントによって強めるか、または弱めるように、錘２５０をスイングアーム２３０’に沿って変位させることができるようにした、図２のダンサロール構成を示す。

図５も、液圧または空気圧シリンダの形態のアクチュエータ２６０がスイングアーム２３０に作用し、これにより、図４と同様の方法で、ダンサロール２００によって条片Ｍに加えられる条片引張力を強めるか、または弱めるようにした、図２のダンサロール構成を示す。

図６には、垂直方向に対して傾斜可能な経路に沿って変位可能なダンサロール２を有する、シート状材料、本ケースにおいては金属条片Ｍ、に対する張力変化の補整用および引張応力の調整用の装置の第１の実施形態が示されている。その目的のために、金属条片Ｍはデフレクタロール３の周りに案内され、その後にダンサロール２によってほぼ１８０°の抱き角で条片ループを形成し、その後に別のロール１によって再度偏向される。本ケースにおいて、偏向は、水平方向に対して傾斜した方向に起きる。ただし、水平方向への偏向または別の方向への偏向も等しく可能であることを理解されたい。

図６における装置の傾斜可能な経路は、本ケースにおいては、ダンサロールの複数の軸受ブロックが配置されたサブフレーム２ａによってダンサロールを基本的に摩擦なしに移動させることができるリニアガイド４として設計される。傾斜角ψを調整するために、電気機械式駆動部、特にスピンドル駆動部、を備えた調整ユニット（詳細には図示せず）によって枢着部Ｘを中心にリニアガイド４を枢動させることができる。

したがって、所与の条片材料および所与の条片厚に対してダンサロール２上の条片張力を事前に設定する必要がある場合は、もたらされる引張力Ｆ_Ｚが必要な値に対応するように、リニアガイド４の傾斜角ψを調整する。したがって、Ｆ_Ｚは次のように計算される。
Ｆ_Ｚ＝Ｇ・ｃｏｓψ、
式中、Ｇはダンサロール２とその軸受の重錘力であり、ψはリニアガイド４の傾斜角である。

これにより、追加の錘または調整手段を用いることなく、ダンサロールとその軸受の重錘力によって決まる最大値まで条片張力を精密に調整することができる。条片張力の短期的変化は、ダンサロール２をリニアガイド４上に基本的に摩擦なしに支持することによって、通常の方法で補整可能である。

本ケースにおいて、調整ユニットは、制御可能であるように設計される。すなわち、条片の厚みまたは幅が変化する場合は、ここでは厚みまたは幅が異なる条片の端部同士が相互に取り付けられる場合は、条片処理設備（図９を参照）の連続運転中に、総合機械制御システムからの制御コマンドによる指示により、リニアガイド４の傾斜を変えることによって条片張力に応じた調整を行うことができる。

図７では、図６の装置に、空気圧シリンダ５の形態のアクチュエータがさらに設けられている。これは、ダンサロール２およびその軸受の全重錘力によって生じた条片張力が十分でない場合に、例えば厚くて極めて重い金属条片を処理する場合に、用いられる。図７から分かるように、傾斜角ψ＝０が設定された場合は、リニアガイド４が鉛直に位置合わせされるように、最初にダンサロール２とその軸受の全重錘力が条片張力のために用いられる。これにより生じた条片張力が依然として十分でない場合は、必要な程度まで条片張力が強まるように、アクチュエータ５によって追加の力をダンサロール２に加えることができる。したがって、もたらされる条片引張力は次のように計算される。
Ｆ_Ｚ’＝Ｇ＋Ｆ_Ａ
式中、Ｆ_Ａは、アクチュエータ５によってダンサロール２に加えられる力である。

図８には、金属条片に対する張力変化の補整用および／または引張応力の調整用の、別の第２の実施形態の装置が示されている。この装置が図６の装置と異なる点は、ダンサロール２を線形ユニットに沿って摩擦なしに移動させることはできず、ダンサロール２がスイングアーム６から吊り下げられている点である。選択されるスイングアーム６の長さはダンサロール２の調整領域に比べて長いので、装置が運転中のときのダンサロール２の偏向はほぼ直線状である。曲率半径とダンサロールの偏向との間の適切な比は約３：１以上である。金属条片Ｍに所望の条片張力を加えるために、この実質的に直線的に偏向可能なダンサロール２の垂直方向に対する傾斜を調整できることとなる。この目的のために、図示されていない調整ユニットによって、スイングアームの取り付け部、すなわちその枢着部、を事前設定可能な軌道に沿って移動させることができる。

図８には、調整された２つの異なる傾斜角ψ、ψ’が示されている。第１のケースでは、スイングアーム６のサブフレーム６ａが相対的に小さい角度ψ≒３０°に対応する下方位置Ａに移動される。この角度に割り当て可能な条片引張力は、Ｆ＝Ｇ・ｃｏｓψとして計算できる。ダンサロール２によって金属条片Ｍに加えられる条片張力を何らかの方法で減らす必要がある場合は、調整ユニットの調整用駆動部によってスイングアーム６のサブフレーム６ａをより広い角度ψ’≒５０°に対応する上方位置Ｂに移動させる。これによりもたらされる条片引張力Ｆ’は、Ｆ’＝Ｇ・ｃｏｓψ’として計算され、位置Ａに対して計算された引張力Ｆより小さい。

サブフレーム６ａの移動は、調整ユニットの電気機械式駆動部によって、ならびに液圧または空気圧で動作するシリンダ（何れも図８には図示せず）によって、もたらすことができることを理解されたい。

スイングアーム６の枢着部を変位させることができる鉛直に配置された線形ユニット７の利点は、２つの隣接デフレクタロール１、３を有する本構成においては、スイングアーム枢着部の位置に基本的に関係なく、ダンサロール２の抱き角を実際に一定に保つことができる点である。

最後に、図６による装置を有する金属条片の処理設備が図９に示されている。ここでは、金属条片Ｍ、例えば銅または銅合金製の条片、が第１のロール１０によって繰り出され、最初に炉１２、例えば焼鈍炉、に通される。その後、条片Ｍはロール３上で偏向され、ダンサロール２によってループを形成する。総合機械制御システムによる制御が可能な調整ユニットは、図６に関して説明した方法で、垂直方向に対して角度約ψで傾斜可能な経路に沿ってダンサロール２を変位させることができる。その後、金属条片は別のロール１によって水平方向に再度偏向され、最後に第２のロール１０によって巻き上げられる。したがって、金属条片用の本処理設備においては、条片張力を精密に事前設定可能であり、さらには運転パラメータが修正された場合にも条片張力を制御的に変更可能である。

図９の条片処理設備の連続運転中に条片張力の調整が必要な変化が金属条片Ｍに発生すると、総合機械制御システムは、傾斜可能な経路の傾斜角ψを調整するために、対応する制御コマンドを調整ユニットに送る。これに応じて、調整ユニットが傾斜角ψを調整することによって、ダンサロール２は金属条片Ｍに常に最適な条片張力を加えることになる。

方法に関して、冒頭で述べた目的は、請求項１乃至１０の何れか１項に記載の、材料ストランドにおける引張応力の調整用および／または張力変化の補整用の装置を有する、可撓性金属材料ストランド、特に金属条片、の処理設備を運転する方法を用いて、処理設備の連続運転中に材料ストランドを交換する際に、調整ユニットによる経路の傾斜角の調整によって引張応力を変化させることによって、達成される。

Claims (13)

1. 搬送される可撓性金属材料ストランド（Ｍ）、特に金属条片、に対する張力変化の補整用および／または引張応力の調整用の装置であって、前記材料ストランドを巻き付けることができる可動ダンサロール（２）を少なくとも１つ有する装置において、前記少なくとも１つのダンサロール（２）は垂直方向に対して傾斜可能な経路（４）に沿って変位可能であり、前記経路の傾斜角（ψ）は調整ユニットによって調整可能であることを特徴とする装置。
2. 前記調整ユニットは制御可能であるように設計されることを特徴とする請求項１に記載の装置。
3. 運転中に前記可撓性金属材料ストランド（Ｍ）が前記ダンサロール（２）と共にストランドループを形成するように、前記ダンサロール（２）は２つのデフレクタロール（１、３）の間に配置されることを特徴とする請求項１または２に記載の装置。
4. 垂直方向に対して傾斜可能な前記経路（４）は直線状であることを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載の装置。
5. 前記ダンサロール（２）の軸受はリニアガイド（４）上を基本的に摩擦なしに案内されることを特徴とする請求項４に記載の装置。
6. 前記傾斜角（ψ）を調整するために枢着部（Ｘ）を中心に前記リニアガイド（４）を枢動させることができるように、前記調整ユニットは電気機械式駆動部、特にスピンドル駆動部、または調整要素、特に液圧または空気圧で動作するシリンダ、を備えることを特徴とする請求項５に記載の装置。
7. 垂直方向に対して傾斜可能な前記経路は湾曲しており、特に円弧状に湾曲しており、選択される曲率半径は、前記湾曲した経路に沿った前記ダンサロール（２）の偏向に対して大きいことを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載の装置。
8. 前記ダンサロール（２）の前記軸受はスイングアーム（６）上を案内され、前記傾斜角（ψ）を調整するために前記スイングアームの前記枢着部は変位可能であることを特徴とする請求項７に記載の装置。
9. 前記スイングアーム（６）の前記枢着部を基本的に鉛直方向に位置合わせされた直線状の軌道（７）に沿って変位できるように、前記調整ユニットは調整用駆動部を備えることを特徴とする請求項８に記載の装置。
10. 前記スイングアーム（６）の前記枢着部は、前記調整ユニットの前記調整用駆動部によって基本的に鉛直方向に位置合わせされた湾曲軌道に沿って変位可能であることを特徴とする請求項８に記載の装置。
11. 前記少なくとも１つのダンサロール（２）をアクチュエータ（５）、特に液圧または空気圧シリンダ、の力の作用によって垂直方向に対して傾斜可能な前記経路（４）に沿って変位可能であることを特徴とする請求項１乃至１０の何れか１項に記載の装置。
12. 請求項１乃至１１の何れか１項に記載の、シート状材料における引張応力の調整用および／または張力変化の補整用の装置を有する、シート状金属材料の処理設備。
13. 請求項１乃至１１の何れか１項に記載の、材料ストランド（Ｍ）における引張応力の調整用および／または張力変化の補整用の装置を有する、可撓性金属材料ストランド、特に金属条片、の処理設備を運転する方法であって、前記処理設備の連続運転中に前記材料ストランド（Ｍ）を交換する際に、前記調整ユニットによる前記経路の前記傾斜角（ψ）の調整によって前記引張応力が変えられることを特徴とする方法。

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