WO2006063559A1 - Verfahren zur abbremsung eines laufenden metallbandes und anlage zur durchführung des verfahrens - Google Patents

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WO2006063559A1
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magnet system
metal strip
rotating magnet
speed
braking
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Eckard Schmitz
Volker Wandelt
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Steinert Elektromagnetbau Gmbh
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    • B65H2701/17—Nature of material
    • B65H2701/173—Metal

Definitions

  • the invention relates to a method for braking a metal strip, which runs from a decoiler and runs onto a decoiler again.
  • the invention further relates to a system for carrying out the method, in which braking is carried out by means of an eddy current brake.
  • the eddy currents to be induced are generated by a rotating magnet system.
  • the brake unit consists of a main brake and / or a pre-brake.
  • the main brake consists of groups of individually braked rings, which are wrapped by the longitudinally divided strips of the bands in the manner of an S-roller set.
  • a preliminary brake is also provided.
  • the type of eddy current brake is suitable as a preliminary brake.
  • eddy current brakes have so far the disadvantage that they only very conductive metal strips such as aluminum or non-ferrous metal can apply a sufficient braking effect.
  • a two-stage brake unit was arranged downstream of a pair of scissors equipped with circular knife disks for slitting a rolled metal strip.
  • This unit has disadvantages and has increased wear, does not rule out scratching the surfaces of the metal strip and does not give the metal strip sufficient lateral guidance.
  • the invention according to DE 195 40 748 C2 wants to create a longitudinal slitting system with braking means, in which Andrücl ⁇ nittel act on the strips in the wrapping area of the brake rings, which contact either with or without contact or on the side facing away from the brake rings as well as slip-free attack on the strip without transferring a braking force.
  • the present invention now intends to exclude this path because of the relatively complex elements of the brake unit and rather investigate to what extent the pursuit of the principle of action of the eddy current brake leads to a more useful solution to the braking of running metal strips.
  • the tape can be damaged if the distance is small and the magnetic field is too small if the distance is large there is no effective braking force or an oversized magnet system is required.
  • the invention therefore has as its object to provide a method and a system for braking a metal strip, which runs from a decoiler as a coil and runs onto a decoiler, by means of a brake unit with an eddy current brake as a rotating magnet system, which on the one hand ensures that the Surface of the metal band is not damaged and on the other hand exerts a fully effective braking force on the metal band. Additional brakes are to be dispensed with, the system as a whole has a simple structure and the braking effect is non-contact on one side.
  • the intention is that the current induced in the magnetic field by the alternating magnetic field in the metal strip to be braked (as an electrical conductor) generates a counter torque on the metal strip, which effect could not previously be used as braking torque for systems mentioned at the outset without disadvantages.
  • the adjustable counter roller the distance between the belt and the magnetic roller can be adjusted
  • the magnetic field of the eddy current brake on the metal belt to be braked can be changed quickly and precisely.
  • a setting range of 0 - 100% of the maximum available magnetic field can be used.
  • both the braking force and the heating of the metal strip can be adapted to any required operating parameter.
  • the counter roller according to the invention prevents this and generates a corresponding counter force, which ensures the function of using a magnetic roller to exert braking forces in the first place.
  • the counter roller should consist of electrically and magnetically non-conductive material.
  • the braking force can also be regulated via the spatial change (distance) between the counter roller and the magnetic roller (here the rotating magnet system).
  • the vertical force smoothes the metal bands, which tend to twist and are braked, thereby minimizing the air gap between the rotating magnet system and the band, which in addition to the effective braking effect enables a correspondingly small and compact design.
  • the main regulation of the speed to control the braking force is carried out by setting the speed of the rotating pole system by a frequency converter.
  • the braking force is controlled by a closed control circuit by using and using measuring receptacles for measuring strip tension and forming a control circuit with the frequency converter of the motor for the rotating magnet system, which is exclusively equipped with permanent magnets.
  • the control unit can be used to set the required braking force precisely and easily.
  • a VA jacket is provided according to the invention around the rotating magnet system for absorbing the centrifugal forces of the permanent magnets and not, as in the cited prior art, the disadvantageous jacket made of non-conductive material (plastic).
  • the VA jacket ensures that the centrifugal forces generated by the roller, which is equipped with permanent magnets and not electromagnets, can be absorbed by rotating the magnet system at high speed.
  • the jacket material may be electrically conductive, but not magnetically conductive.
  • the edge on the rotating magnet system ensures the absorption of tangential forces that act on the individual permanent magnets that are located on the pole drum. Through this edge there is a shift of the individual Magnetic segments not possible and permanent function of the brake system guaranteed.
  • the invention thus created in complex respects can be used both for simple unwinding / winding systems for metal strips and for slitting lines of the type described in the introduction.
  • FIG. 1 is a schematic representation of a system according to the invention in side view with an eddy current brake as a rotating magnet system and a counter roller as an abutment,
  • FIG. 2 shows the detail of the system according to FIG. 1 with the schematic representation of the edge on the rotating magnet system
  • FIG. 3 shows the schematic representation of the system according to FIG. 1 with the control block and its links
  • control loop as a simple block diagram. Best way to carry out the invention
  • FIG. 1 schematically shows a slitting line (without showing any separation devices such as circular scissors that may be required), in which a metal strip 1 runs from a decoiler 2.1 accommodating a coil 1.1 onto a decoiler 2.2.
  • a brake unit 3 is provided as an eddy current brake 3.1, which uses a rotating magnetic system 3.2 which is adjustable in speed and which is arranged on one side without contact above the metal strip 1. Due to the rotating magnet system 3.2, a counter torque is generated in the running metal strip 1 due to the current induced by the magnetic field, which is able to develop the required braking force alone.
  • abutment 4 is attached below the metal strip 1 to meet the evasion or to secure a (contactless) distance a of the metal strip 1 to the rotating magnet system 3.2.
  • This abutment 4 is designed according to FIG. 1 as a counter roller 4.1 according to the invention, which consists of an electrically and magnetically non-conductive material.
  • the rotating magnet system 4.2 is adjustable in its rotational speed. In order to realize all possible effects of the rotating magnet system 4.2 as a braking unit, its spatial position relative to the metal strip 1 is adjustable.
  • An optional variant of the invention can also consist in that the rotating magnet system 3.2 is surrounded in each case by a drum (roller jacket) 3.2.1, the magnet system 3.2 being driven at a higher and higher speed than that of the drum 3.2.1.
  • an edge 3.2.2 is provided for absorbing the tangential forces of the rotating magnet system 3.2, which is exclusively equipped with permanent magnets 3.2.1.
  • a VA jacket 3.3 is provided around the rotating magnet system 3.2 for receiving the centrifugal forces acting on the permanent magnets 3.2.1.
  • a frequency converter (not shown), a control circuit 5 according to FIG. 4 and according to FIG. 3 a measurement of the tape tension / braking force and means 6 for changing the distance a between the abutment 4 / the counter roller 4.1 are provided
  • the method according to the invention can win the eddy current brake 3.1 used as the main brake.
  • the full braking effect is alone generated by the rotating magnet system 3.2 by means of the counter roller 4.1 and exerted on the running metal strip 1 as a counter moment.
  • the method is also carried out in such a way that the braking effect can be set by the rotational speed of the respective magnet system 3.2 independently of the speed of the metal strip 1 and can therefore also be regulated.
  • this can be done by the local adjustment of the respective magnet system 3.2 independently of the speed of the metal strip 1.
  • the local adjustment of the respective abutment 4.1 can also be set or regulated independently of the speed of the metal strip 1.
  • the method and the system according to the invention open up the possibility, by means of the rotating magnet system 3.2, of realizing a computer-aided program for the control or rather regulation of the braking of the rolled metal strip 1, which program program optionally or cumulatively
  • the control loop 5 can be used, which functions according to FIG. 4
  • the method uses the frequency converter to set the speed of the rotating magnet system 3.2.
  • control of the induced braking force is made possible in practice by fine adjustment of the speed of the pole drum of the rotating magnet system 3.2, the speed being variably adjustable via the frequency converter.
  • the distance between the counter roller 4.1 and the rotating magnet system 3.2 can also be variably adjusted after the presetting via an electromotive device (not shown).
  • the preselection program according to claim 12 integrates a data calculation from the input of strip thickness, strip width, material, number of sheets and the desired strip tension in order to determine the distance between the counter roller 4.1 and / or the frequency (speed) of the rotating magnet system 3.2. For example, the frequency would have to be changed if it is outside of 40-60 Hz.
  • the frequency converter is controlled by measuring the tension in the belt.
  • the restraint cable corresponds to a reduction in the braking force / belt tension by changing the distance and or the speed from a belt speed that is lower than the jog speed (eg approx. 10 m / min). This has the advantage of less heating of the metal strips 1 by the rotating magnet system.
  • the control includes the frequency converter and the control system with the tape tension sensor, the PLC 6.1, the control e.g. a pneumatic 6 for the setting of the counter roller 4.1, the input module 6.2 for data exchange with the main control of the system, not shown (definition as an interface), which means that no separate input module is required.
  • a separate control cabinet is conceivable, in which the input module 6.2 with data exchange, a feed line (power supply), measurement line for tape tension sensors and a measurement line for the tape speed are provided as inputs. There are outputs to pneumatic valves, to the servomotor and to the supply line for the motor 3.4.
  • the input data (as setpoints) and the measurement data (as actual values) appear on the display.

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Abstract

Das Verfahren und die Anlage zur Abbremsung eines Metallbandes (1), welches von einer Abwickelhaspel (2.1) als Coil (1.1) abläuft und auf eine Aufwickelhaspel (2.2) wieder aufläuft, soll mittels einer Wirbelstrombremse (3.1) mit einem rotierendem Magnetsystem (3.2) einerseits gewährleisten, dass eine Oberfläche des Metallbandes nicht beschädigt wird und andererseits eine voll wirksame Bremskraft auf das Metallband (1) ausüben. Erreicht wird dies dadurch, daß die Bremswirkung auf das Metallband (1) mittels induzierten Gegenmoments gegen ein Widerlager (4) und einseitig berührungslos ausgeübt wird, wobei das Widerlager (4) als Gegenrolle (4.1) ausführbar ist.

Description

Verfahren zur Abbremsung eines laufenden Metallbandes und Anlage zur Durchführung des Verfahrens
Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Abbremsung eines Metallbandes, welches von einer Abwickelhaspel abläuft und auf eine Aufwickelhaspel wieder aufläuft. Die Erfindung betrifft ferner eine Anlage zur Durchführung des Verfahrens, bei der die Abbremsung mittels einer Wirbelstrombremse erfolgt. Dabei werden die zu induzierenden Wirbelströme von einem rotierenden Magnetsystem erzeugt.
Stand der Technik
Beim Längsteilen eines gewalzten Metallbandes mit Kreismesserscheren werden bekannterweise in Bandlaufrichtung den Kreismesserscheren nachgeordnete Bremsaggregate verwendet, die mit Reibschluss und möglichst schlupffrei das laufende Metallband im Bedarfsfall abbremsen.
Bei bekannten Bandlängsteilanlagen besteht das Bremsaggregat aus einer Hauptbremse und/oder einer Vorbremse. Die Hauptbremse besteht aus Gruppen von individuell gebremsten Ringen, die von den längs geteilten Streifen der Bänder nach Art eines S-Rollensatzes umschlungen sind. Um von diesen Bremsungen auf die Streifen ein Bremsmoment zu übertragen, ist noch eine Vorbremse vorgesehen. Als Vorbremse eignet sich die Art der Wirbelstrombremse. Wirbelstrombremsen haben jedoch bisher den Nachteil, dass sie nur bei sehr leitfähigen Metallbändern wie Aluminium oder Buntmetall eine ausreichende Bremswirkung aufbringen können.
Es wurde bei einer bekannten Bandlängsteilanlage gemäß der DE-OS 23 06 029 zum Längsteilen eines gewalzten Metallbandes einer mit Kreismesserscheiben bestückten Schere ein zweistufiges Bremsaggregat nachgeordnet. Dieses Aggregat hat Nachteile und weist einen erhöhten Verschleiß auf, schließt ein Verkratzen der Oberflächen des Metallbandes nicht aus und gibt dem Metallband keine ausreichende Seitenführung.
Um diese Nachteile zu beseitigen will die Erfindung gemäß der DE 195 40 748 C2 eine Bandlängsteilanlage mit Abbremsmitteln schaffen, bei der auf die Streifen im Umschlin- gungsbereich der Bremsringe Andrüclαnittel einwirken, die entweder berührungslos oder auf der den Bremsringen abgewandten Seite mit Kontakt, sowohl mit als auch ohne Übertragung einer Bremskraft an den Streifen schlupffrei angreifen.
Diesen Weg will nun die hiesige Erfindung wegen der relativ aufwändigen Elemente des Bremsaggregates ausschließen und vielmehr untersuchen, inwieweit die Verfolgung des Wirkprinzips der Wirbelstrombremse zu einer brauchbareren Lösung der Abbremsung von laufenden Metallbändern führt.
Die Analyse des umgesetzten Standes der Technik zeigt, dass schon versucht wurde, entsprechend der Lehre nach der DE 195 24 289 C2 eine Vorrichtung zum Bremsen von elektrisch leitfähigen Bändern mittels Wirbelstromeffekts zu konzipieren, bei der die Magnetfelderzeugungseinrichtung mindestens eine entgegengesetzt der Förderrichtung drehbare Magnetrolle umfasst.
Diese Lösung scheint zwar in die richtige Richtung zu gehen, sie verbaut aber von der weiteren Ausgestaltung her, wie
Zuordnung einer weiteren Magnetrolle mit Abstand an der Unterseite des Bandes, veränderbarer Abstand der Magnetrollen, Magnetrollen mit Elektromagneten, zugleich eine technisch/technologisch brauchbare Realisierung.
Es hat sich in der Praxis nachteilig gezeigt, dass die berührungslose Einleitung der Bremsmomente durch die induzierten Wirbelströme aus rotierenden Magnetrollen keine tatsächliche Bremswirkung ausüben kann. Der (veränderbare und sich durch die Wirbelströme auch verändernde) Abstand der Magnetrollen verhindert die wirksame Einleitung von Bremsmomenten.
Das wird durch folgende Auswirkungen nachgewiesen:
Bei Verwendung einer Magnetrolle besteht das Problem, dass das Band aus dem Magnetfeld gedrückt wird und die Wirbelstrombremse unwirksam ist. Werden hingegen zwei Magnetrollen vorgesehen, erfolgt eine gegenseitige Beeinflussung der Magnetsysteme (ggf. mit nachteiliger Erwärmung), wodurch keine mechanische Kraft auf das Band übertragbar ist und sogar eine Verdrehung in Längsrichtung auftreten kann und bei einem kleinen Abstand das Band an der Magnetrolle schleift sowie bei einem großen Abstand ebenfalls keine Bremswirkung übertragen wird.
Somit ist das Problem durch die Verwendung von Magnetrollen gegenüber statischen Wirbelstromerzeugern nicht gelöst, ohne zusätzliche Bremsmittel auskommen zu wollen.
Auch wenn man die patentgemäße Lehre nach der DE 195 24 289 C2 ausbaut, so z.B. hinsichtlich der unteren zweiten Magnetrolle, lässt sich kein Ansatz finden, die aufgezeigten Probleme und Nachteile zu vermeiden: Vielmehr kommt noch hinzu, dass infolge der Neigung zum Verdrehen der Bänder um die Achse in Förderrichtung die untere Magnetrolle als quasi Stoßfläche wirkt und sowieso die beabsichtigte Funktion nicht erfüllt.
Des Weiteren ist bei der Verwendung von zwei Magnetrollen im Hinblick auf den veränderbaren Abstand festzustellen, dass bei einem kleinen Abstand eine Beschädigung des Bandes eintreten kann und bei einem großen Abstand infolge des zu kleinen Magnetfeldes keine wirksame Bremskraft anliegt bzw. ein überdimensionales Magnetsystem erforderlich wird.
Darstellung der Erfindung
Die Erfindung stellt sich deshalb die Aufgabe, ein Verfahren und eine Anlage zur Abbremsung eines Metallbandes, welches von einer Abwickelhaspel als Coil abläuft und auf eine Aufwickelhaspel wieder aufläuft, mittels eines Bremsaggregates mit einer Wirbelstrombremse als rotierendes Magnetsystem zu schaffen, die einerseits gewährleistet, dass die Oberfläche des Metallbandes nicht beschädigt wird und andererseits eine voll wirksame Bremskraft auf das Metallband ausübt. Dabei soll auf zusätzliche Bremsen verzichtet werden, die Anlage insgesamt einen einfachen Aufbau aufweisen und die Bremswirkung einseitig berührungslos erfolgen. Beabsichtigt ist, dass der durch das magnetische Wechselfeld im abzubremsenden Metallband (als elektrischen Leiter) in dem Magnetfeld induzierte Strom ein Gegenmoment auf das Metallband erzeugt, welche Wirkung bisher als Bremsmoment für eingangs genannte Anlagen ohne Nachteile nicht nutzbar war.
Erfindungsgemäß wird dies nach dem Verfahren mit den Merkmalen der Ansprüche 1 bis 12 gelöst. Zur Durchführung des Verfahrens wird eine Anlage vorgeschlagen, die die Merkmale der Ansprüche 13 bis 25 aufweist.
Wenn auch die Erfindung mit dem rotierenden Magnetsystem den Teil eines bereits gemäß der DE 195 24 289 C2 offenbarten Prinzips aufgreift, liegt die hiesige erfinderische Maßnahme nicht nahe. Erst durch die Erfindung lässt sich überraschend und wirkungsvoll mittels des Prinzips eines unterhalb des Metallbandes angeordneten berührenden Widerlagers als Gegenrolle eine brauchbare Lösung realisieren.
Mit einem rotierenden Magnetsystem allein ließ sich bisher durch das aus dem Drehmoment des Wirbelstroms induzierten Gegenmoment kein wirksamer Gegenzug mit voller Bremswirkimg auf das Metallband ohne weitere Bremsaggregate praktisch und raumsparend erzeugen: Die Lösung gemäß der DE 195 24 289 C2 musste aufgegeben werden. Insgesamt kommen folgende mit der vorgelegten Erfindung im Zusammenhang stehende vorteilhafte Merkmale und Wirkungen zur Anwendung, die aus der Lehre des der hiesigen Erfindung am nächsten kommenden Standes der Technik ebenfalls nicht zu entnehmen sind:
1. Das Gegenlager mittels der Gegenrolle zwingt zu einer einseitig berührungslosen Bremsung. Nach dem zitierten Stand der Technik hingegen ist einerseits durch das auf das Band in vertikaler Richtung wirkende Magnetfeld (Bremskraft) das Band bestrebt, sich von der Magnetrolle zu entfernen und somit das Magnetfeld zu verlassen, andererseits befindet sich das Metallband immer im Magnetfeld, welcher Umstand gerade bei langsamen Bandgeschwindigkeiten sehr problematisch ist und letztendlich den praktischen Einsatz des Bremssystems bisher nicht gewährleistet hat.
Durch die Verwendung der verstellbaren Gegenrolle (der Abstand zwischen Band und Magnetrolle ist einstellbar) kann schnell und präzise das wirkende Magnetfeld der Wirbelstrombremse auf das zu bremsende Metallband verändert werden.
Es kann dabei ein Einstellbereich von 0 - 100% des maximalen zur Verfügung stehenden Magnetfeldes ausgeschöpft werden.
Durch diese Option ist sowohl die Bremskraft als auch die Erwärmung des Metallbandes jedem erforderlichen Betriebsparameter anpassbar.
Diese Möglichkeit bot der bisher offenbarte Stand der Technik nicht.
Die erfindungsgemäße Gegenrolle verhindert dies und erzeugt eine entsprechende Gegenkraft, was die Funktion der Verwendung einer Magnetrolle zur Ausübung von Bremskräften überhaupt erst gewährleistet.
Weiterhin diese Funktion unterstützend soll die Gegenrolle aus elektrisch und magnetisch nicht leitfähigem Material bestehen. Die Regelung der Bremskraft kann erfindungsgemäß zusätzlich auch über die räumliche Veränderung (Abstand) der Gegenrolle zur Magnetrolle (hier das rotierende Magnetsystem) erfolgen.
Gleichzeitig bewirkt die Vertikalkraft eine Glättung der zur Verdrehung neigenden abzubremsenden Metallbänder und ermöglicht dadurch eine Minimierung des Luftspalts zwischen rotierendendem Magnetsystem und Band, wodurch neben der effektiven Bremswirkung eine entsprechend kleine und kompakte Bauweise ermöglicht wird.
2. Die hauptsächliche Regelung der Drehzahl zur Steuerung der Bremskraft wird über die Einstellung der Drehzahl des rotierenden Polsystems durch einen Frequenzumrichter vorgenommen.
3. Die Steuerung der Bremskraft erfolgt durch einen geschlossenen Regelkreis mittels Einsatz und Verwendung von Messaufnehmen zur Bandzugmessung und Bildung eines Regelkreises mit dem Frequenzumrichter des Motors für das ausschließlich mit Permanentmagneten bestückte rotierende Magnetsystem. Somit ist über die Steuerung eine Einstellung der erforderlichen Bremskraft genau und einfach realisierbar.
4. Entgegen dem Stand der Technik ist erfindungsgemäß ein VA Mantel um das rotierende Magnetsystem zur Aufnahme der Fliehkräfte der Permanentmagnete vorgesehen und nicht wie nach dem zitierten Stand der Technik der nachteilige Mantel aus nicht leitfähigem Material (Kunststoff). Der VA Mantel gewählleistet, dass die entstehenden Fliehkräfte der durch Permanentmagnete und nicht Elektromagnete bestückten Rolle durch die Rotation des Magnetsystems bei hoher Drehzahl aufgenommen werden können. Dabei darf das Mantelmaterial zwar elektrisch leitfähig, jedoch nicht magnetisch leitfähig sein.
5. Die Kante an dem rotierenden Magnetsystem gewährleistet die Aufnahme von Tangentialkräften, die auf die einzelnen Permanentmagneten, die sich auf der Poltrommel befinden, wirken. Durch diese Kante ist eine Verschiebung der einzelnen Magnetsegmente nicht möglich und eine dauerhafte Funktion des Bremssystems gewährleistet.
Die somit in komplexer Hinsicht geschaffene Erfindung ist sowohl für einfache Abwickel- /Aufwickelanlagen für Metallbänder als auch für Längsteilanlagen der eingangs beschriebenen Art anwendbar.
Mit der Erfindung werden die bisherigen Nachteile von Wirbelstrombremsen sowieso und besonders das Nichtfunktionieren von rotierenden Magnetsystemen als Wirbelstrombremsung beseitigt. Die Wirbelstrombremsung mittels rotierender Magnetsysteme kann somit auch die Funktion einer einzigen Hauptbremse übernehmen, ohne nur als Vorbremse wirken zu müssen.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die Erfindung wird an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert. In den Zeichnungen zeigen
Fig. 1 die schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Anlage in Seitenansicht mit Wirbelstrombremse als rotierendes Magnetsystem und einer Gegenrolle als Widerlager,
Fig. 2 die Einzelheit der Anlage nach Fig. 1 mit der schematischen Darstellung der Kante an dem rotierenden Magnetsystem,
Fig. 3 die schematische Darstellung der Anlage nach Fig. 1 mit dem Steuerblock und seinen Verknüpfungen,
Fig. 4 der Regelkreis als einfaches Blockschaltbild. Bester Weg zur Ausführung der Erfindung
Aus Figur 1 ist schematisch eine Längsteilanlage (ohne Darstellung der ggf. erforderlichen Trenneinrichtungen wie Kreismesserscheren) ersichtlich, bei der ein Metallband 1 von einer ein Coil 1.1 aufnehmenden Abwickelhaspel 2.1 auf eine Aufwickelhaspel 2.2 läuft.
Zur Abbremsung des Metallbands 1 ist ein Bremsaggregat 3 als Wirbelstrombremse 3.1, vorgesehen, die ein in seiner Geschwindigkeit einstellbares rotierendes Magnetsystem 3.2 verwendet, welches einseitig berührungslos über dem Metallband 1 angeordnet ist. Durch das rotierende Magnetsystem 3.2 wird nun in dem laufenden Metallband 1 infolge des durch das Magnetfeld induzierten Stroms ein Gegenmoment erzeugt, welches die voll erforderliche Bremskraft allein zu entfalten vermag.
Voraussetzung dafür ist, dass unterhalb des Metallbands 1 ein Widerlager 4 zur Begegnung des Ausweichens bzw. Sicherung eines (berührungslosen) Abstands a des Metallbands 1 zum rotierenden Magnetsystem 3.2 angebracht ist. Dieses Widerlager 4 ist gemäß Fig. 1 als erfmdungsgemäße Gegenrolle 4.1 ausgebildet, die aus einem elektrisch und magnetisch nicht leitfähigem Material besteht.
Das rotierende Magnetsystem 4.2 ist in seiner Rotationsgeschwindigkeit einstellbar. Zur Verwirklichung sämtlicher Einwirkungsmöglichkeiten des rotierenden Magnetsystems 4.2 als Bremsaggregat ist dieses in seiner räumlichen Lage zum Metallband 1 verstellbar.
Eine optionale Erfindungsvariante kann auch darin bestehen, dass das rotierende Magnetsystem 3.2 jeweils von einer Trommel (Walzenmantel) 3.2.1 umgeben ist, wobei das Magnetsystem 3.2 mit hoher und höherer Geschwindigkeit als die der Trommel 3.2.1 angetrieben ist.
Dabei ist es möglich, eine stufenlose Einstellung des rotierenden Magnetsystems 3.2 in der Trommel 3.2 exzentrisch, um den Mittelpunkt der jeweiligen Trommel 3.2.1, schwenkbar und/oder radial verstellbar vorzunehmen und den Abstand bis hin zu einem berührungslosen Abstand zwischen Magnetsystem 3.2 und Trommel 3.2.1 stufenlos einstellbar vorzusehen. Gemäß Fig. 2 ist zur Aufnahme der Tangentialkräfte des ausschließlich mit Permanentmagneten 3.2.1 bestückten rotierenden Magnetsystems 3.2 eine Kante 3,2.2 vorgesehen.
Wie aus Fig. 1 ersichtlich, ist um das rotierende Magnetsystem 3.2 ein VA-Mantel 3.3 zur Aufnahme der auf die Permanentmagnete 3.2.1 wirkenden Fliehkräfte vorgesehen.
Ein nicht dargestellter Frequenzumrichter, ein Regelkreis 5 entsprechend Fig. 4 und gemäß Fig. 3 eine Messung des Bandzuges/der Bremskraft sowie Mittel 6 zur Veränderung des Abstands a des Widerlagers 4/ der Gegenrolle 4.1 sind vorgesehen, die
a) eine Datenleitung SPS 6.1,
b) ein Eingabemodul 6.2,
c) einen Steuerteil mit Zuleitung 6.3 und einem Display 6.4 zur Anzeige von Daten,
d) eine erste Ansteuerung 6.5 der Mittel 6 zur Veränderung des Abstands a des Widerlagers 4/ der Gegenrolle 4.1,
e) eine zweite Ansteuerung 6.6 eines Motors 3.4 des rotierenden Magnetsystems 3.2 und
f) Leitungen 6.7 für die Messung der Geschwindigkeit des Metallbandes 1 und des Bandzuges/der Bremskraft an einer Umlenkrolle 3.5
aufweisen.
Mit dieser anlagemäßigen Ausführung kann das erfindungsgemäße Verfahren die eingesetzte Wirbelstrombremse 3.1 als Hauptbremse gewinnen. Die volle Bremswirkung wird allein durch das rotierende Magnetsystem 3.2 mittels der Gegenrolle 4.1 erzeugt und auf das laufende Metallband 1 als Gegenmoment ausgeübt.
Insgesamt werden die eingangs beschriebenen Nachteile des Standes der Technik wie Zerkratzen der Oberflächen von Metallbändern, so bei eloxierten AI-Bändern, beseitigt, weil die Bremswirkung einerseits einseitig berührungslos, einstellbar und voll wirksam zum Metallband 1 ohne S-förmige Umschlingungsmittel ausübbar und andererseits allein durch das rotierende Magnetsystem 3.2 mittels der Gegenrolle 4.1 erzeugt wird.
Das Verfahren ist weiterhin so ausgeführt, dass die Bremswirkung durch die Rotationsgeschwindigkeit des jeweiligen Magnetsystems 3.2 unabhängig von der Geschwindigkeit des Metallbandes 1 einstellbar ist und somit auch regelbar wird.
Entsprechend den Ansprüchen 7 und 8 sind auch andere Verfahrensausbildungen realisierbar.
Verfahrensgemäß kann dies durch die örtliche Verstellung des jeweiligen Magnetsystems 3.2 unabhängig von der Geschwindigkeit des Metallbandes 1 erfolgen. Dabei kann auch die örtliche Verstellung des jeweiligen Widerlagers 4.1 unabhängig von der Geschwindigkeit des Metallbandes 1 eingestellt oder geregelt werden.
Das Verfahren und die Anlage gemäß der Erfindung eröffnen die Möglichkeit, mittels des rotierenden Magnetsystems 3.2 ein rechnergestütztes Programm zur Steuerung oder vielmehr Regelung der Abbremsung des gewalzten Metallbandes 1 zu realisieren, welches wahlweise oder kumulativ die Programmschritte
Eingabe/ Aufnahme/ Ausgabe von Daten zur Einstellung der Geschwindigkeit des Metallbandes,
Eingabe/Aufnahme/Ausgabe von Daten zur Einstellung der Bremswirkung des rotierenden Magnetsystems 3.2, Eingabe/ Aufnahme/ Ausgabe von Daten zur Einstellung der Rotationsgeschwindigkeit des Magnetsystems 3.2,
Eingabe/ Aufnahme/ Ausgabe von Daten zur Verstellung der örtlichen Lage des Magnetsystems 3.2,
Eingabe/ Aufnahme/ Ausgabe von Daten zur Einstellung des Luftspaltes a zwischen dem Magnetsystem 3.2, und dem Widerlager 4
Eingabe/ Aufnahme/ Ausgabe von Daten aus den Abmessungen der Coils 1.1 und/oder
Eingabe/ Aufnahme/ Ausgabe von Daten zur Verstellung der örtlichen Lage des Widerlagers 4
umfasst.
Dabei ist der Regelkreis 5 anwendbar, der gemäß Fig. 4 die Funktionen
a) Aufnahme /Eingabe der Istwerte aus einer Bremszugmessung und/oder Geschwindigkeitsmessung des Metallbandes 1,
b) Eingabe von erforderlichen Sollwerten,
c) Ausgabe eines Drehzahlwertes für das rotierende Magnetsystem 3.2,
d) Ausgabe eines Abstandswertes a für das rotierende Magnetsystem 3.2 zum Metallband 1,
e) Anzeige der Regelwerte auf einem Display 6.4
aufweist. Das Verfahren verwendet den Frequenzumrichter zur Einstellung der Drehzahl des rotierenden Magnetsystems 3.2.
Das Verfahren ist durch
a) ein Vorwahlprogramm mit Datenberechnung aus den eingegebenen Werten von Dicke, Breite, Material, Nutzenzahl und/oder gewünschtem/r Bandzug/Bremskraft des Metallbandes 1 zur Bestimmung des Abstands a der Gegenrolle, der Drehzahl des rotierenden Magnetsystems 3.2,
b) eine Regelung des Frequenzumrichters während des laufenden Metallbandes (1) durch Messung des/r Bandzuges/Bremskraft und
c) eine Reduzierung des Bandzuges/der Bremskraft durch Änderung des Abstands a und/oder der Drehzahl ab einer Bandgeschwindigkeit < eingegebener Geschwindigkeit
ausgebildet.
Schließlich wird somit für die Praxis eine Steuerung der induzierten Bremskraft durch Feineinstellung der Drehzahl der Poltrommel des rotierenden Magnetsystems 3.2 ermöglicht, wobei die Drehzahl variabel einstellbar über den Frequenzumrichter ist.
Der Abstand der Gegenrolle 4.1 zum rotierenden Magnetsystem 3.2 ist nach der Voreinstellung über eine nicht dargestellte elektromotorische Vorrichtung ebenfalls variabel einstellbar.
Das Vorwahlprogramm gemäß Anspruch 12 integriert eine Datenberechung aus der Eingabe von Banddicke, Bandbreite, Material, Nutzenzahl und gewünschtem Bandzug, um den Abstand der Gegenrolle 4.1 und/oder die Frequenz (Drehzahl) des rotierenden Magnetsystems 3.2 zu bestimmen. So wäre z.B. die Frequenz zu ändern, wenn sie außerhalb von 40 - 60 Hz liegt. Nach dem Start der Anlage (Produktionsbeginn) erfolgt eine Regelung des Frequenzumrichters durch Bandzugmessung. Dabei entspricht der Rückhaltezug einer Reduzierung der Bremskraft/des Bandzugs durch Änderung des Abstands und oder der Drehzahl ab einer Bandgeschwindigkeit, die kleiner der Tippgeschwindigkeit (z.B. ca. 10 m/min) ist. Das bringt den Vorteil einer geringeren Erwärmung der Metallbänder 1 durch das rotierende Magnetsystem.
Die Steuerung umfasst den Frequenzumrichter und das Regelsystem mit dem Bandzugaufnehmer, der SPS 6.1, der Steuerung z.B. einer Pneumatik 6 für die Einstellung der Gegenrolle 4.1, das Eingabemodul 6.2 bei Datenaustausch mit der nicht dargestellten Hauptsteuerung der Anlage (Definition als Schnittstelle), wodurch kein separates Eingabemodul erforderlich wird.
Ein eigener Schaltschrank ist denkbar, in dem als Eingänge das Eingabemodul 6.2 mit Datenaustausch, eine Zuleitung (Stromversorgung), Messleitung für Bandzugaufnehmer und eine Messleitung für die Bandgeschwindigkeit vorgesehen sind. Ausgänge sind vorhanden zu Pneumatikventilen, zum Stellmotor und zur Zuleitung für den Motor 3.4. Auf dem anzeigenden Display erscheinen die Eingabedaten (als Sollwerte) und die Messdaten (als Istwerte).
Gewerbliche Anwendbarkeit
Gegenüber der Lösung nach der DE 195 24 289 C2, die jedoch eine in der Praxis unbrauchbare Vorrichtung zum Bremsen von elektrisch leitfähigen Bändern mittels Wirbelstromeffekts darstellt, weil der Magnetfelderzeugungseinrichtung eine weitere entgegengesetzt der Förderrichtung drehbare Magnetrolle zugeordnet war, wird gemäß der Erfindung, wonach unterhalb des Metallbands 1 ein Widerlager 4 zur Begegnung des Ausweichens bzw. Sicherung eines (berührungslosen) Abstands a des Metallbands 1 zum rotierenden Magnetsystem 3.2 angebracht ist, eine in der Erprobungspraxis bewährte und überraschend einfach funktionierende Lösung vorgestellt.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Abbremsung eines Metallbandes (1), welches von einer Abwickelhaspel (2.1) als Coil (1.1) abläuft und auf eine Aufwickelhaspel (2.2) wieder aufläuft, mittels eines Bremsaggregates (3), umfassend mindestens eine Wirbelstrombremse (3.1), mit einem rotierenden Magnetsystem (3.2) zur Erzeugung einer Bremswirkung auf das Metallband (1) mittels induzierten Gegenmoments einer Bremswirkung gegen ein Widerlager (4).
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Bremswirkung einseitig berührungslos zum Metallband (1) ausgeübt wird.
3. Verfahren, nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Bremswirkung gegen das Widerlager (4) als Gegenrolle (4.1) ausgeübt wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Metallband (1) mindestens einer Längsteilung unterliegt.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Bremswirkung durch die Rotationsgeschwindigkeit des Magnetsystems (3.2) unabhängig von der Geschwindigkeit des Metallbandes (1) einstellbar ist.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Bremswirkung durch die örtliche Verstellung des Magnetsystems (3.2) unabhängig von der Geschwindigkeit des Metallbandes (1) einstellbar ist.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Bremswirkung durch die örtliche Verstellung des Gegenlagers (4.1) unabhängig von der Geschwindigkeit des Metallbandes (1) einstellbar ist.
8. Verfaliren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Bremswirkung durch die örtliche Verstellung des jeweiligen Magnetsystems (3.2) innerhalb einer Trommel (Walzenmantel) (3.2.1) unabhängig von der Geschwindigkeit des Metallbandes (1) einstellbar ist.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8 mit einem rechnergestützten Programm zur Steuerung/Regelung der Abbremsung des gewalzten Metallbandes (1), aufweisend mindestens einen der Programmsclirirte
- Eingabe/ Aufnahme/ Ausgabe von Daten zur Einstellung der Geschwindigkeit des Metallbandes (1),
- Eingabe/ Aufnahme/ Ausgabe von Daten zur Einstellung der Bremswirkung des rotierenden Magnetsystems (3.2),
- Eingabe/ Aufnahme/ Ausgabe von Daten zur Einstellung der Rotationsgeschwindigkeit des Magnetsystems (3.2),
- Eingabe/ Aufnahme/ Ausgabe von Daten zur Verstellung der örtlichen Lage des Magnetsystems (3.2), - Eingabe/Aufnahme/Ausgabe von Daten zur Einstellung des Luftspaltes als Abstand (a) zwischen dem rotierenden Magnetsystem (3.2) und dem Metallband (1),
Eingabe/Aufnahme/Ausgabe von Daten aus den Abmessungen der Coils (1.1) und/oder
- Eingabe/Aufnahme/ Ausgabe von Daten zur Verstellung der örtlichen Lage des Widerlagers (4).
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9 mit einem rechnergestützten Programm, gekennzeichnet durch einen Regelkreis (5), aufweisend die Funktionen a) Aufnahme /Eingabe der Istwerte aus einer Bremszugmessung und/oder Geschwindigkeitsmessung des Metallbandes ( 1), b) Eingabe von erforderlichen Sollwerten, c) Ausgabe eines Drehzahl wertes für das rotierende Magnetsystem (3.2), d) Ausgabe eines Abstands wertes (a) für das rotierende Magnetsystem (3.2) zum Metallband (1), e) Anzeige der Regelwerte auf einem Display (6.4).
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, gekennzeichnet durch die
Verwendung eines Frequenzumrichters zur Einstellung der Drehzahl des rotierenden Magnetsystems (3.2).
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, gekennzeichnet durch a) ein Vorwahlprogramm mit Datenberechnung aus den eingegegebenen Werten von Dicke, Breite, Material, Nutzenzahl und/oder gewünschtem/r Bandzug/Bremskraft des Metallbandes (1) zur Bestimmung des Abstands ( ) der Gegenrolle, der Drehzahl ( ) des rotierenden Magnetsystems (3.2), b) Regelung des Frequenzumrichters während des laufenden Metallbandes (1) durch Messung des/r Bandzuges/Bremskraft und c) Reduzierung des Bandzuges/der Bremskraft durch Änderung des Abstands ( ) und/oder der Drehzahl ( ) ab einer Bandgeschwindigkeit < eingegebener Geschwindigkeit.
13. Anlage zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 12, aufweisend eine ein Coil (1.1) aufnehmende Abwickelhaspel (2.1), eine Aufwickelhaspel (2.2) und ein Bremsaggregat (3) mit mindestens einer Wirbelstrombremse (3.1) als ein rotierendes Magnetsystem (3.2), welches berührungslos zu einem von der Abwickelhaspel (2.1) zur Aufwickelhaspel (2.2) laufenden Metallband (1) angeordnet ist, gekennzeichnet durch ein zum rotierenden Magnetsystem (3.2) korrespondierendes Widerlager (4).
14. Anlage nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Widerlager (4) eine Gegenrolle (4.1) aus elektrisch und magnetisch nicht leitfähigem Material umfaßt.
15. Anlage nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass ein Luftspalt als Abstand (a) zwischen Widerlager (4.3) und Metallband (1) stufenlos einstellbar ist.
16. Anlage nach einem der Ansprüche 13 bis 15, gekennzeichnet durch ein rotierendes Magnetsystem (3.2), welches in seiner Rotationsgeschwindigkeit einstellbar ist.
17. Anlage nach einem der Ansprüche 13 bis 16, gekennzeichnet durch ein rotierendes Magnetsystem (3.2, 4.3), welches in seiner räumlichen Lage zum Metallband (1) verstellbar ist.
18. Anlage nach einem der Ansprüche 12 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass das rotierende Magnetsystem (3.2) von einer Trommel (3.2.1) umgeben ist, wobei das Magnetsystem (3.2) mit höherer Geschwindigkeit als die der Trommel (3.2.1) dreht.
19. Anlage nach einem der Ansprüche 13 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass das rotierende Magnetsystem (3.2) in der Trommel (3.2.1) exzentrisch angeordnet ist.
20. Anlage nach einem der Ansprüche 13 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass das rotierende Magnetsystem (3.2) um den Mittelpunkt der jeweiligen Trommel (3.2.1) schwenkbar angeordnet ist.
21. Anlage nach einem der Ansprüche 13 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass das rotierende Magnetsystem (3.2, 4.3) radial verstellbar angeordnet ist.
22. Anlage nach einem der Ansprüche 13 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass ein Abstand als berührungsloser Abstand zwischen rotierendem Magnetsystem (3.2) und Trommel (3.2.1) stufenlos einstellbar ist.
23. Anlage nach einem der Ansprüche 13 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass zur Aufnahme der Tangentialkräfte von Permanentmagneten (3.2.1) eine Kante (3.2.2) auf dem rotierenden Magnetsystem (3.2) vorgesehen ist.
24. Anlage nach einem der Ansprüche 13 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass um das rotierende Magnetsystem (3.2) ein VA-Mantel (3.3) zur Aufnahme der Fliehkräfte vorgesehen ist.
25. Anlage nach einem der Ansprüche 13 bis 24, dadurch gekennzeichnet, dass ein Frequenzumrichter, ein Regelkreis (5) und eine Messung des Bandzuges/der Bremskraft sowie Mittel (6) zur Veränderung des Abstands (a) des Widerlagers (4)/ der Gegenrolle (4.1) vorgesehen sind, die aufweisen a) eine Datenleitung SPS (6.1), b) ein Eingabemodul (6.2), c) einen Steuerteil mit Zuleitung (6.3) und einen Display (6.4) zur Anzeige von Daten, d) eine erste Ansteuerung (3.5) der Mittel (6) zur Veränderung des Abstands (a) des Widerlagers (4) der Gegenrolle (4.1), e) eine zweite Ansteuerung (6.6) eines Motors (3.4) des rotierenden Magnetsystems (3.2) und f) Leitungen (6.7) für die Messung der Geschwindigkeit des Metallbandes ( 1) und des Bandzuges/der Bremskraft.
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