WO2006027172A1 - Spannrolle für eine bandbehandlungsanlage sowie bandbehandlungsanlage und verwendung einer spannrolle - Google Patents

Spannrolle für eine bandbehandlungsanlage sowie bandbehandlungsanlage und verwendung einer spannrolle Download PDF

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Definitions

  • the belt treatment plants used for this purpose regularly have an inlet clamping drum set with tension rollers, in which the strip tension is increased in relation to the strip tension in the line, a stretching zone or a stretch bending stand and an outlet tensioning drum set, in which the tensioning cable is reduced again to the level of the line.
  • An inventively provided with the tension roller according to the invention strip treatment plant may comprise a tensioning roller set, in which the tensioning roller according to the invention is the tensioning roller closer to the treatment step in Bandlaufrich ⁇ direction. As a result, the dead time is shortened.
  • the strip in a strip treatment plant according to the invention with a tensioning roller according to the invention, can be guided around the tensioning roller at a wrap angle of at least 180 °, in particular preferably of 270 °.
  • a tensioning roller according to the invention for measuring the change of the strip tension from the inlet of the strip to the tensioning roller to the outlet of the strip from the tensioning roller can be used. In this way, results can be determined about the strip tension structure via the tension pulley.
  • FIG. 1 shows the use of the tensioning roller according to the invention in a belt treatment plant for stretch bending in a schematic
  • FIG. 4 shows the use of the tensioning roller according to the invention in a belt treatment plant for stretch bending and drawing in a schematic side view.
  • FIG. 4 shows a combined treatment by drawing and stretching bending straightening.

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Abstract

Eine Vorrichtung zum Erfassen der Bandplanheit in Bandbehandlungsanlagen, das die Totstrecke reduziert, die Einregelzeit verkürzt, die Prozeßgeschwindigkeit erhöht und eine Beeinflussung des zu messenden Bands während der Messung vermeidet, wird mit einer Spannrolle für eine Bandbehandlungsanlage erreicht, bei der das Band über die Spannrolle geführt wird und der Bandzug durch die Spannrolle zwischen dem Einlauf auf die Spannrolle und dem Auslauf von der Spannrolle erhöht, bzw. verringert wird und bei der ein am Umfang der Spannrolle angeordneter Meßsensor zur Erfassung der Spannungsverteilung im Band vorgesehen ist.

Description

"Spannrolle für eine Bandbehandlungsanlage sowie Bandbehandlungsanlage und Verwendung einer Spannrolle"
Die Erfindung betrifft eine Spannrolle für eine Bandbehandlungsanlage, bei der das Band über die Spannrolle geführt wird und der Bandzug durch die Spannrolle zwischen dem Einlauf auf die Spannrolle und dem Auslauf von der Spannrolle erhöht bzw. verringert wird. Ferner betrifft die Erfindung eine Bandbehandlungsanlage sowie die Verwendung einer Spannrolle.
In Bandbehandlungsanlagen, wie beispielsweise Anlagen zum Streckbiege¬ richten oder Zugrecken von Bandmaterial, Walzwerken oder dergleichen wird das die Bandbehandlungsanlage durchlaufende Band mit einer Bandzugkraft beaufschlagt. Dies kann mit Spannrollen durchgeführt werden. Diese Spann¬ rollen sind in der Regel motorisch angetrieben und verzögern bzw. beschleu¬ nigen das Band durch Übertragung von Reibungskräften. Durch die Verzöge¬ rung des Bands kann der Bandzug nach der Spannrolle erhöht werden. Durch eine Beschleunigung des Bands kann der Bandzug nach der Spann¬ rolle reduziert werden.
Eine Art der Bandbehandlungsanlagen sind Bandrichtanlagen, die zur Be¬ seitigung der Unplanheit eingesetzt werden. Durch plastisches Dehnen der kürzeren Bandanteile im Band wird ein Längenausgleich erreicht und werden somit zum Beispiel Mitten- oder Randwellen entfernt. Dabei werden Bandab- schnitte, die vor dem Richtvorgang verschieden lang und daher teilweise wellig waren, unterschiedlich plastisch gelängt.
Für das Richten von Bändern werden häufig kontinuierlich arbeitende Richt- verfahren eingesetzt. Die hierfür verwendeten Bandbehandlungsanlagen weisen regelmäßig einen Einlaufspanntrommelsatz mit Spannrollen auf, in dem der Bandzug gegenüber dem Bandzug in der Linie erhöht wird, eine Reckzone oder ein Streckbiegegerüst und einen Auslaufspanntrommelsatz, in dem der Spannzug wieder auf das Niveau der Linie reduziert wird.
Im Streckbiegegerüst wird das Band unter hohem Zug um Biegewalzen klei¬ nen Durchmessers alternierend gebogen. Hierbei wird im Band die Elastizi¬ tätsgrenze überschritten. Durch die Überlagerung der elastoplastischen Bie¬ gung mit dem Bandzug wird eine bleibende Längung, der sogenannte Streckgrad, erzeugt. Beim Zugrecken wird das Band auf einer bestimmten Länge so stark gedehnt, daß der gesamte Bandquerschnitt plastifiziert. Die erforderliche Zugspannung wird durch die Spanntrommelsätze aufgebracht und muß die Streckgrenze des Materials erreichen. Eine Kombination von Zugrecken und Streckbiegerichten wird für bestimmte Produkte wie zum Bei- spiel bei Aluminiumband eingesetzt, da hierdurch häufig bessere Planlage¬ ergebnisse erreicht werden.
Je nach Werkstoff, Banddicke, Bandbreite und Typ der Eingangsunplanheit werden für die Zugrollen oder das Streckbiegegerüst überwiegend die Ein- Stellparameter experimentell bestimmt. So ist man auch heute noch beim Betreiben des Richtprozesses weitgehend auf Erfahrungswerte angewiesen.
Bei den Bandrichtverfahren wird das Band unter hohe Längszugspannung gesetzt. Wellen oder Beulen im Band, die ohne angelegten Längszug sicht- bar wären, treten nicht in Erscheinung. Die sich einstellende Zugspannungs¬ verteilung ist daher abhängig von der im Band vorliegenden Längenvertei¬ lung. Dabei übernehmen die kürzeren Bandfasern beim Anlegen einer äuße¬ ren Bandzugspannung höhere Spannungsanteile als längere Bandfasern. Damit die Reckzone und/oder das Biegegerüst optimal eingestellt werden können, ist es erforderlich, die Planheit des Bandes kontinuierlich zu mes¬ sen.
Ein Meßverfahren zur Planheitsmessung von Bändern ist aus EP 0 988 904 A2 bekannt. Dort wird ein Verfahren beschrieben, gemäß dem der Bandzug für die Messung der Planheit mittels Spannrollen, sogenannten S-Rollensät- zen, reduziert wird. Eine nach dem Auslauf des Bands aus dem S-Rollensatz angeordnete optische Meßvorrichtung mißt die Bandplanheit in dem nahezu bandzugsfreien Band. Nach der Messung der Bandplanheit wird der Band¬ zug wieder auf den Bandzug der Linie mittels S-Rollensätzen erhöht.
Für die Ermittlung der Unplanheit des Bands werden in Bandrichtanlagen zunehmend separate Meßrollen eingesetzt. Derartige Meßrollen sind bei- spielsweise aus DE 42 36 657 C2, DE 297 21 085 U1 , DE 102 07 501 C2, DE 18 38 457 A1 , DE 199 18 699 A1 und DE 196 16 980 A1 bekannt. Als Einbauort für die Meßrolle steht die Wahlmöglichkeit, diese entweder in die Reckzone, nach dem Biegegerüst oder nach dem Auslaufspanntrommelsatz zum Beispiel vor der Aufwickeltrommel einzusetzen.
Anlagebedingt sind in der Reckzone nach dem Biegegerüst häufig sehr be¬ engte Einbauverhältnisse vorzufinden. Dies wiederum hat zur Folge, daß der einsetzbare Rollendurchmesser für die Meßrolle begrenzt ist. Beim Umlen¬ ken des unter hohem Längszug stehenden Bandes um den Meßrollenkörper werden hohe Biegespannungen in das Band eingeleitet, die in Zusammen¬ wirken mit dem hohen Bandzug einen im Band verbleibenden Formfehler (Längs- oder Querbogen) erzeugen, der für die Weiterverarbeitung des Bandmaterials störend ist. In dieser Einbaulage bewirkt das Messen der Bandplanheit mit einer Meßrolle somit das Einbringen eines weiteren Plan- heitsfehlers und ist deshalb nicht zweckmäßig.
Zwischen dem Auslaufspanntrommelsatz und der Aufwickeltrommel sind die Einbaubedingungen für die Meßrolle ebenfalls beengt. Wegen des deutlich niedrigeren Bandzugsspannungsniveaus besteht in diesem Anlagenbereich - A -
jedoch die Gefahr der Längs- und Querbogenbildung weniger. Hier ist viel¬ mehr der Einfluß der Wickelgeomtrie beim Aufwickeln des Bandes auf die Aufwickeltrommel von Bedeutung. Beim Aufwickeln von Bändern, deren Querschnittsprofil von der rechteckigen Form abweicht, ergeben sich über der Bandbreite unterschiedliche Wickeid urch messe r. Dieser Effekt tritt in besonderem Maße beim Aufwickeln von sogenanntem Spaltband auf, das durch Längsteilung von warmgewalztem Breitband hergestellt wird. Diese Geometrieabweichungen verursachen bei einem unter Längszug stehenden Band Spannungsumverteilungen über die Bandbreite, die zu einem Anstieg der örtlichen Bandzugspannung von einer Bandseite zur anderen führen. In diesen Fällen ist der oben beschriebene, dem Meßprinzip zugrundeliegende proportionale Zusammenhang zwischen Bandzugspannung und Bandlänge¬ nänderung wegen dieses Störeffekts nicht mehr gegeben. Dieses Meßer¬ gebnis beeinflussende Störspannungen lassen sich nur durch sogenannte "Abschottvorrichtungen" vermeiden, wie sie beispielsweise in DE 199 45 202 A1 beschrieben werden. Die Nachrüstung bestehender Bandrichtanlagen mit solchen Abschottsystemen ist wegen zusätzlichen Platzbedarfs ohne ko¬ stenintensive Umbaumaßnahmen jedoch nicht möglich.
Der Einbau der Meßrolle vor der Aufwickeltrommel führt ferner dazu, daß die Bandbereiche, die im Biegegerüst verformt wurden, erheblich zeit- und lage¬ versetzt über die Meßrolle geführt werden. Diese sogenannte Totstrecke, die je nach Anlagenkonfiguration Längen von bis zu 20 m annehmen kann, führt zu abgewerteten Bandlängen, die einem Vielfachen der Totstrecke entspre- chen können. Dies betrifft vor allem die Betriebszustände während der innenstationären Phase, wenn zum Beispiel nach dem Einfädeln eines neuen Bandes Einregelvorgänge beim Biegegerüst vorgenommen werden müssen, bis die optimale Bandplanheit eingestellt ist.
Vor diesem Hintergrund liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Vor¬ richtung zum Erfassen der Bandplanheit in Bandbehandlungsanlagen vorzu¬ schlagen, die die Totstrecke reduziert, die Einregelzeit verkürzt, die Proze߬ geschwindigkeit erhöht und eine Beeinflussung des zu messenden Bands während der Messung vermeidet. Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand des Anspruchs 1 gelöst. Vorteil¬ hafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen angegeben.
Die Erfindung geht von dem Grundgedanken aus, die für die Einstellung des gewünschten Bandzugs ohnehin vorgesehene Spannrolle als Meßrolle aus¬ zubilden. Hierfür ist die erfindungsgemäße Spannrolle für eine Bandbehand¬ lungsanlage mit mindestens einem am Umfang der Spannrolle angeordneten Meßsensor zur Erfassung der Spannung im Band ausgestattet. In der Regel sind mehrere Meßsensoren vorgesehen, um die Spannungsverteilung im Band zu messen.
Dabei kann der Meßsensor in zum Außenumfang der Rolle offenen Ausneh¬ mungen angeordnet sein. Alternativ kann der Meßsensor in der Nähe des Außenumfangs der Spannrolle derart angeordnet sein, daß die in Radial¬ richtung wirkende Umlenkkraft des Bandes durch die zwischen Meßsensor und Außenumfang verbleibende Materialschicht der Spannrolle auf den Meßsensor wirkt. Als Meßsensoren können insbesondere piezoelektrische Kraftgeber, Dehnungsmeßstreifen oder sogenannte Preßduktoren eingesetzt werden. Preßduktoren wurden von der Firma ABB ca. 1953 entwickelt und basieren auf dem magnetoelastischem Effekt.
Eine Spannrolle zeichnet sich dadurch aus, daß sie, beispielsweise durch einen motorischen Antrieb, ihre Oberflächebeschaffenheit und/oder ihre La- gerung, dazu ausgelegt ist, beispielsweise durch Reibungskräfte auf das Band einzuwirken und den über sie geleiteten Bandabschnitt je nach Wir¬ krichtung zu beschleunigen oder zu verlangsamen.
Die Meßsensoren können in einer Reihe in Richtung der Spannrollenlängs- achse angeordnet sein. Hierdurch wird durch die Meßsensoren der Span¬ nungszustand im Band in der gleichen Bandlängenposition gemessen. Da¬ durch kann die Planheit des Bandes an dieser Bandlängenposition ermittelt werden. Alternative Anordnungen der Meßsensoren sind beispielsweise eine schraubenlinienförmige Anordnung auf dem Umfang der Spannrolle. Die Spannrolle ist insbesondere bevorzugt beschichtet, besonders bevorzugt mit Gummi oder Polyurethan. Durch die Beschichtung lassen sich Reibkräfte zur Erzeugung des gewünschten Bandzugs besonders gut auf das Band übertragen. Die Beschichtung ist dabei vorzugsweise derart ausgeführt, daß sie auch den Meßsensor überdeckt, also beispielsweise auch einen auf dem Außenumfang der Rolle angeordneten Dehnungsmeßstreifen überdeckt.
Vorzugsweise weist die Spannrolle einen Durchmesser auf, der sich aus der Beziehung hmax / Droiie < Fließgrenze / E-Modul ergibt, wobei hmax die maxi¬ male Dicke des Bands, Drone der Spannrollendurchmesser, Fließgrenze die Fließgrenzen des Bandmaterials und E-Modul das E-Modul des Bandmateri¬ als ist. Durch diesen großen Rollendurchmesser wird die Einleitung von Bandformfehlern, wie beispielsweise Längs- und Querbogen, in das Band vermieden.
Insbesondere zur Gewichtsreduktion kann die Spannrolle als Hohlwelle aus¬ gebildet sein. Durch diese Ausbildung wird ferner der Zugang zu den Me߬ sensoren vereinfacht.
Für bevorzugte Anordnungen von Meßsensoren in Meßrollen und Ausbil¬ dungen von Meßrollen wird auf DE 42 36 657 C2, DE 297 21 085 U1 , DE 102 07 501 C2, DE 18 38 457 A1 , DE 199 18 699 A1 und DE 196 16 980 A1 Bezug genommen, deren jeweilige Offenbarung der Anordnungen von Meß- sensoren in Meßrollen und der Ausbildungen von Meßrollen durch Bezug¬ nahme Teil der Offenbarung der erfindungsgemäßen Spannrolle wird.
Insbesondere kann ein Meßsensor ein Kraftmeßgeber mit einer Abdeckun¬ gen sein, die im Betriebszustand mit ihrer Oberfläche unmittelbar an der Oberfläche des zu prüfenden Bands anliegt. Die Abdeckung ist vorzugweise ohne Wandberührung ausschließlich in einer Ausnehmung, in der der Kraft¬ meßgeber angeordnet ist, in Richtung auf die Achse der Meßrolle verschieb¬ bar. Die Abdeckung kann von der Umlenkkraft des Bandes beaufschlagt sein, und die beiden einander gegenüberliegenden Stirnflächen des Kraft- meßgebers werden belastet, indem von beiden die eine Stirnfläche auf der Aufstandsfläche der Ausnehmung aufgespannt ist, während die andere der Beauschlagung mit der Umlenkkraft über die Abdeckung ausgesetzt ist.
Eine erfindungsgemäß mit der erfindungsgemäßen Spannrolle versehene Bandbehandlungsanlage kann einen Spannrollensatz aufweisen, bei dem die erfindungsgemäße Spannrolle die dem Behandlungsschritt in Bandlaufrich¬ tung nähere Spannrolle ist. Hierdurch wird die Totzeit verkürzt.
Bei einer Bandbehandlungsanlage im Sinne der beschriebenen Erfindung handelt es sich um jede denkbare Vorrichtung, welche zum Transport, zur Behandlung, zur Beschichtung oder dergleichen eines durchlaufenden Ban¬ des geeignet ist.
Bei einer erfindungsgemäßen Bandbehandlungsanlage mit einer erfindungs¬ gemäßen Spannrolle kann das Band mit einem Umschlingungswinkel von mindestens 180°, insbesondere bevorzugt von 270°, um die Spannrolle ge¬ führt werden.
Erfindungsgemäß kann eine erfindungsgemäße Spannrolle zum Messen der Veränderung des Bandzugs vom Einlauf des Bandes auf die Spannrolle zum Auslauf des Bandes von der Spannrolle verwendet werden. Auf diese Weise können Ergebnisse über den Bandzugsaufbau über die Spannrolle ermittelt werden.
Nachfolgend die Erfindung anhand einer lediglich Ausführungsbeispiele dar¬ stellenden Zeichnung näher erläutert. Darin zeigt
Fig. 1 den Einsatz der erfindungsgemäßen Spannrolle in einer Band- behandlungsanlage zum Streckbiegerichten in einer schematischen
Seitenansicht;
Fig. 2 die Anordnung der Kraftmeßgeber-Abdeckung bei einer erfin¬ dungsgemäßen Spannrolle in einem Querschnitt; Fiq. 3 den Einsatz der erfindungsgemäßen Spannrolle in einer Band¬ behandlungsanlage zum Zugrecken in einer schematischen Seiten¬ ansicht und
Fig. 4 den Einsatz der erfindungsgemäßen Spannrolle in einer Band¬ behandlungsanlage zum Streckbiegerichten und Zugrecken in einer schematischen Seitenansicht.
Die in Fig. 1 dargestellte Bandbehandlungsanlage weist einen Einlaufspann- trommelsatz 1 mit Spannrollen 2,3,4,5 auf. Dem Einlaufspanntrommelsatz in Bandlaufrichtung nachgeordnet ist ein Streckbiegegerüst 6. Dem Streckbie¬ gegerüst 6 in Bandlaufrichtung nachgeordnet ist ein Auslaufspanntrommel- satz 7 mit Spannrollen 8,9,10,11. Die Spannrolle 8 des Auslaufspanntrom- melsatzes 7 ist als Spannrolle mit Meßsensoren ausgebildet.
Der Bandzug des in die in Fig. 1 dargestellte Bandbehandlungsanlage ein¬ laufenden Bandes wird durch den Einlaufspanntrommelsatz erhöht. Durch das Streckbiegegerüst 6 wird das Band behandelt. Durch den Auslaufspann- trommelsatz 7 wird der Bandzug auf ein für die nachfolgenden Verfahrens¬ schritte festgelegtes Niveau abgesenkt. Durch die als Meßrolle ausgebildete Spannrolle 8 wird die Bandplanheit gemessen. Die Meßergebnisse der Plan¬ heitsmessung werden der Regelung des Streckbiegegerüsts 6 zugeführt, um eine vorgegebene Bandplanheit zu erreichen.
Bei der in Fig. 2 dargestellten Anordnung der Kraftmeßgeber-Anordnung besteht ein allseitiger Spalt zwischen Kraftmeßgeber und dessen Abdeckung einerseits und dem Innern der Ausnehmung 22 andererseits. Dieser Spalt liegt vorzugsweise zwischen 0,01 bis 0,05 mm. Es hat sich gezeigt, daß un- ter diesen Voraussetzungen bei der Spaltbreite keine Beschädigungen oder Markierungen auf der Oberfläche des über die Spannrolle laufenden Bandes bestehen. Das Band 28 läuft über den Rollenkörper 24 und die Meßgeber¬ abdeckung 23. Der Meßgeber 21 ist mit einer seiner Stirnflächen 31 auf der Aufstandsfläche 33 aufgespannt. Seine gegenüberliegende Stirnfläche 32 ist der Beaufschlagung mit der Umlenkkraft F über die Abdeckung 23 ausge¬ setzt. Die Spannrolle liegt mit ihrer Oberfläche 27 und der Oberfläche 26 der Abdeckung 23 im Betriebszustand unmittelbar an der Oberfläche 29 des zu prüfenden Bandes 28 an. Ein Spalt 45 ist zwischen der Abdeckung 23 und der Innenwand 30 der Ausnehmung 22 vorgesehen.
Die in Fig. 3 gezeigte Bandbehandlungsanlage unterscheidet sich von der in Fig. 1 gezeigten dadurch, daß zwischen dem Einlaufspanntrommelsatz 1 mit Spannrollen 2,3,4,5 und dem Auslaufspanntrommelsatz 7 mit Spannrollen 8,9,10,11 kein Streckbiegegerüst 6 vorgesehen ist. Die Bandbehandlung erfolgt hier mittels Zugrecken. Hierzu ist im Einlaufspanntrommelsatz ein weiteres Spannrollenpaar 12, 13 und im Auslaufspanntrommelsatz ein weite¬ res Spannrollenpaar 14, 15 vorgesehen.
In Fig. 4 ist eine kombinierte Behandlung durch Zugrecken und Streckbiege¬ richten dargestellt.

Claims

Patentansprüche:
1. Spannrolle für eine Bandbehandlungsanlage, bei der das Band über die Spannrolle geführt wird und der Bandzug durch die Spannrolle zwischen dem Einlauf auf die Spannrolle und dem Auslauf von der Spannrolle erhöht, bzw. verringert wird, gekennzeichnet durch einen am Umfang der Spannrolle angeordneten Meßsensor zur Erfassung der Spannungs¬ verteilung im Band.
2. Spannrolle nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß die Me߬ sensoren in einer Reihe in Richtung der Spannrollenlängsachse ange¬ ordnet sind.
3. Spannrolle nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeich- net, daß die Spannrolle beschichtet ist.
4. Spannrolle nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeich¬ net, daß die Spannrolle eine Hohlwelle ist.
5. Spannrolle nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeich¬ net, daß ein Meßsensor ein Kraftmeßgeber mit einer Abdeckungen ist, die im Betriebszustand mit ihrer Oberfläche unmittelbar an der Oberflä¬ che des zu prüfenden Bands anliegt.
6. Spannrolle nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Ab¬ deckung ohne Wandberührung ausschließlich in einer Ausnehmung, in der der Kraftmeßgeber angeordnet ist, in Richtung auf die Achse der Meßrolle verschiebbar ist.
7. Spannrolle nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß-dLe Abdeckung von der Umlenkkraft des Bandes beaufschlagt ist, und die beiden einander gegenüberliegenden Stirnflächen des Kraftmeßgebers belastet sind, indem von beiden die eine Stirnfläche auf der Aufstands- fläche der Ausnehmung aufgespannt ist, während die andere der Beau- schlagung mit der Umlenkkraft über die Abdeckung ausgesetzt ist.
8. Bandbehandlungsanlage mit einem Spannrollenpaar, wobei die Spann- rolle nach den Ansprüche 1 bis 7 die dem Behandlungsschritt nähere
Spannrolle ist.
9. Bandbehandlungsanlage mit einer Spannrolle nach einem der Ansprüche 1 bis 7, insbesondere nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Band mit einem Umschlingungswinkel von mindestens 180° um die
Spannrolle geführt wird.
10. Verwendung einer Spannrolle nach einem der Ansprüche 1 bis 8 zum Messen der Veränderung des Bandzugs vom Einlauf der Spannrolle zum Auslauf der Spannrolle.
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