WO2009097957A1 - Verfahren und biegeeinrichtung zum progressiven anbiegen eines metallbandes im einlaufbereich einer dornlosen bandhaspeleinrichtung - Google Patents

Verfahren und biegeeinrichtung zum progressiven anbiegen eines metallbandes im einlaufbereich einer dornlosen bandhaspeleinrichtung Download PDF

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WO2009097957A1
WO2009097957A1 PCT/EP2009/000267 EP2009000267W WO2009097957A1 WO 2009097957 A1 WO2009097957 A1 WO 2009097957A1 EP 2009000267 W EP2009000267 W EP 2009000267W WO 2009097957 A1 WO2009097957 A1 WO 2009097957A1
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bending
metal strip
rollers
driven
speed
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PCT/EP2009/000267
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Inventor
Robert Minichmayr
Alois Seilinger
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Siemens Vai Metals Technologies Gmbh & Co
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    • 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
    • B21C47/08—Winding-up or coiling without making use of a reel or drum, the first turn being formed by a stationary 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
    • B21C47/003—Regulation of tension or speed; Braking

Definitions

  • the invention relates to a method for the progressive bending of a metal strip, preferably a hot strip, in particular a hot rolled steel strip, in the inlet region of a thornless band reeling device, wherein the metal strip is guided and bent by rotationally driven bending rolls.
  • a bending device for the progressive bending of a metal strip in the inlet region of a thornless band reeling device with a plurality of rotationally driven bending rollers is proposed.
  • hot-rolled, windable metal strip is wound up into a bundle after emerging from a rolling stand or after leaving the last rolling stand of a rolling train in a band reeling device.
  • This winding process can be done either with the involvement of a reel dome or thornless.
  • thornless winding of the metal strip in a band coiler coil box
  • the bending device comprises two above a Band carefullyweges arranged driven bending rollers and arranged below the Band properlyweges adjustable and driven bending roller, which is located in the strip running direction of the metal strip at a distance between the two above arranged bending rollers.
  • the adjustable bending roller With the adjustable bending roller the bending radius of the set to be added metal band, with changing tape thicknesses can be considered.
  • the driven upper bending rollers a common drive unit with a transfer case and the lower bending roller associated with a single drive. Since the metal strip has different radii of curvature during its transport through the bending device at the respective contact lines with the bending rollers, local slip occurs between the bending roller and the metal strip, which leads to surface damage (scoring) on the metal strip.
  • the object of the present invention is therefore to avoid the disadvantages of the known prior art and to propose a method and a bending device in which slippage between the metal strip and the Anbiegerollen and resulting surface damage to the metal strip are largely avoided.
  • the object is achieved in that the peripheral speed of all driven bending rollers is set at the respective contact line with the metal strip surface on the surface velocity of the metal strip at the contact line.
  • the tape passage path of the metal strip between the bending rollers is determined not only by the position of the bending rollers to each other, but also by feed conditions resulting from the last roll stand or Zuzhourollgang, and by drain conditions or by repercussions from the Bund Struktur, such as the current Collar diameter, significantly influenced.
  • These complex relationships require an individual control of the driven bending rollers in order to be able to set optimal conditions for the respective operating state. This is ensured by adjusting the peripheral speed of each driven bending roller in the bending device to the surface speed of the metal strip at the respective contact line.
  • the surface velocity of the metal strip is determined at the contact line with the bending roller in dependence on the instantaneous positions of the bending rollers involved in the bending process and state variables of the metal strip in a mathematical model and in dependence of which the peripheral speed or the rotational speed of each driven bending roller is adjusted.
  • the mathematical model comprises a calculation rule for determining the strains and compressions occurring at the contact line of driven bending rollers and metal strip surface and / or the resulting radius of curvature of the metal strip and depending on the calculated values, the peripheral speed or the rotational speed of each driven bending roller is determined and set ,
  • the metal strip thickness, the metal strip temperature and the quality of the metal strip are incorporated into the mathematical model as default values or as measured values.
  • the inlet and outlet angle of the metal strip in or out of the bending device is of great importance. Especially the outlet angle from the Bending device is significantly influenced by the current collar diameter and changes the tape passage behavior in the bending device.
  • the instantaneous drive torque or a correlating size of one or more driven bending rollers continuously measured and at a drop in the drive torque or falls below a target torque the speed of the rotary drives (drive motors) or the bending rollers or the peripheral speed of the bending rollers in the sense of optimizing the drive torque distribution is changed or regulated.
  • alarm signals can be generated, which allow further manual intervention.
  • each driven bending roller is connected to an independently controllable rotary drive and all rotary actuators a common Control device is assigned for setting individual peripheral speeds or speeds for each bending roller.
  • control device comprises a computing unit with at least one mathematical model for determining the rotational speed or the peripheral speed of each driven bending roller relative to the respective contact line with the metal strip surface.
  • the mathematical model is based on the principles of strength theory and takes into account the material behavior of the metal strip in the elastic and plastic range.
  • the bending device comprises at least three driven, independently controllable bending rollers.
  • the control of the bending rollers here refers exclusively to the rotary drive of the bending rollers.
  • Each rotary drive a bending roller are associated with measuring devices for detecting the rotational speed of the rotary drive or the bending roller and the drive torque or a correlating size of the rotary drive, and a controller for controlling the speed of the bending roller.
  • the detection of the current drive torque can be done for example by a power consumption measurement with a power consumption meter.
  • At least one of the driven bending rollers is supported in bearing blocks for axially parallel displacement of the bending roller, wherein the bearing blocks are connected to an adjustment and the adjusting device comprises an actuator and a position transmitter and this actuator is operatively connected to the control device.
  • the bearing blocks are assigned guides. These guides can equally be arranged on special guide blocks that do not simultaneously form the bearing blocks.
  • two upper driven bending rollers are supported in bearing blocks for axially parallel displacement of the bending rollers.
  • the two upper bending rollers can be positioned so that the continuous metal strip downstream impose a predetermined curvature becomes.
  • the adjusting blocks associated with the bearing blocks can be controlled independently of one another.
  • the two upper, driven bending rollers are supported and guided in a common support frame.
  • Fig. 2 shows the progressively curved band pass of the metal strip by the bending device according to the invention.
  • FIG. 1 shows a schematic representation of the basic arrangement of a bending device 1 in the inlet region 2 of a thornless band reeling device 3, which adjoins a rolling stand 4 or a last rolling stand 4 of a rolling train.
  • a rollable in the roll stand 4 wound metal strip 5 is fed via a roller table 6 and arbitrarily ausgestaltenen guiding devices 7 of the bending device 1 and bent during the passage through the bending device 1 and provided with a curvature, after the entry of the metal strip in the thornless band reeling device 3, the winding the metal band to a compact wound collar 8 allows.
  • the collar 8 is indicated by a dashed line with a small diameter in an intermediate position of the winding process and with dotted line with its maximum diameter.
  • the wound collar is supported during the winding process on two rotatable support rollers 10.
  • the bending device 1 comprises three rotationally driven bending rollers 11, 12, 13, of which two bending rollers are arranged above and one bending roller below a band passageway 14. Thus, a three-point bend of the implemented by passing metal strip.
  • Each bending roller 11, 12, 13 is associated with a rotary drive 15, 16, 17 formed by an electric motor, wherein the rotary drives can be controlled independently of one another as required.
  • the rotary actuators are connected to a control device 18 common to all rotary drives via signal lines for transmitting actual values of the rotary drives to the control device and manipulated variables from the control device to the rotary drives.
  • the bending rollers 11, 12, 13 are rotatably mounted in bearing blocks 19, 20, 21, which in turn are supported in a housing, not shown, of the bending device.
  • At least one, in the illustrated embodiment, two of these bearing blocks 19, 20 are slidably supported on guides 22 for axially parallel displacement of the bending rollers 11, 12 and connected to an adjusting device 23 for implementing changes in position of the bending rollers 11, 12.
  • the adjusting devices 23 each comprise an actuator 24 formed by a pressure medium cylinder, to which a position transmitter 25 is assigned. From the position sensor, the respective actual position of the bending roller can be transmitted to the control device 18 and manipulated variables are switched to the actuator 24. With the controlled positioning of the bending rollers 11, 12 relative to the further bending roller 13, the curvature of the metal strip can be specified at the output from the bending device as a function of various influencing variables.
  • the invention is in no way limited to the positioning of the upper bending rollers 11, 12 relative to the further bending roller 13.
  • the adjustment of the bending rollers relative to one another can take place more or less equally by the displacement of one or more bending rolls forming the bending device.
  • the employment can take place here with different structural solutions, for example linear, as shown in Figure 1, or with a lever or a lever system.
  • FIG. 2 illustrates the strip pass of the progressively curved metal strip through the bending device along the strip passage 14.
  • the rolled metal strip leaves the rolling stand at the belt transport speed v and at this speed passes through the bending device and enters the belt reel device at this speed.
  • the tape transport speed v refers to the neutral fiber of the Metal strip.
  • each bending roller 11, 12, 13 is in contact with the strip surface of the passed-through metal strip along a contact line BLn, BL 12 , BL 13 , which in FIG. 2 is normal to the image plane.
  • the metal strip has instantaneous surface velocities V 11 , V 12 , V 13 , which at different radii of curvature, each consisting of the normal distance of the instantaneous center MP 11 , MP 12 , MP 13 from the associated contact line BL 11 , BL 12 , BL 13 represent different sizes.
  • a largely slip-free transmission of a drive torque from the driven bending roller on the metal strip is only possible if the surface velocity of the metal strip at the contact line of the bending roller with the metal strip surface of the peripheral speed of the bending roller or taking into account the roller diameter of the rotational speed nn, n 12 , n 13 of driven bending roller corresponds.
  • all bending rollers of the bending device are driven rollers. It is well within the scope of the invention, if one or more of the bending rollers form only with the metal belt follower rollers, however, make a contribution to the bending of the metal strip.
  • the control device 18 comprises a computing unit 26 (process computer) in which at least one mathematical model for calculating strains and compressions on the belt surface, or the instantaneous surface speed V 11 , V 12 , V 13 on the contact lines BL 11 , BL 12 , BL 13 the bending rollers is deposited with the metal strip surface. Based on predefined or measured input variables, such as bandwidth, strip thickness, steel quality, inlet temperature, desired bending radius and fixed bending roll positions, according to the principles of strength doctrine including the plastic behavior of the metal strip Strains and compressions on the strip surface, or values of the instantaneous surface speed at the contact lines of the bending rolls with the metal strip surface are calculated.
  • predefined or measured input variables such as bandwidth, strip thickness, steel quality, inlet temperature, desired bending radius and fixed bending roll positions, according to the principles of strength doctrine including the plastic behavior of the metal strip Strains and compressions on the strip surface, or values of the instantaneous surface speed at the contact lines of the bending rolls with the metal strip surface are
  • inlet and outlet conditions can be defined and taken into account, for example, resulting from the tape length in the inlet side belt run or by transport-related forces or occur on the outlet side by the continuously increasing collar diameter.
  • the rotary actuators are assigned an anti-slip regulation.
  • the rotational speeds of the individual bending rollers or the rotary drives and the current consumption values of the rotary actuators are continuously detected and fed to regulators for speed control.
  • Target rotational speeds of the individual bending rollers which are matched to the expected surface speed can be specified as empirical values or calculated by the mathematical model. Sudden changes in the current consumption of individual bending rollers are a criterion for the occurrence of slip and trigger the regulation. This can be done for example by voltage correction signals.
  • Vn, V 12 , V 13 instantaneous surface velocity

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Bending Of Plates, Rods, And Pipes (AREA)
  • Control Of Metal Rolling (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Biegevorrichtung zum Progressiven Anbiegen eines Metallbandes im Einlaufbereich einer dornlosen Bandhaspeleinrichtung (3). Zur Vermeidung von Schlupf zwischen dem Metallband (5) und den angetriebenen Biegerollen (11, 12, 13) und damit Schädigungen an der Metallbandoberfläche zu vermeiden, wird die Umfangsgeschwindigkeit aller angetriebenen Biegerollen (11, 12, 13) an der jeweiligen Berührungslinie (BL11, BL12, BL13) mit der Metallbandoberfläche auf die Oberflächengeschwindigkeit (V11, V12, V13) des Metallbandes (5) an der Berührungslinie eingestellt.

Description

Beschreibung
Verfahren und Biegeeinrichtung zum progressiven Anbiegen eines Metallbandes im Einlaufbereich einer dornlosen Bandhaspeleinrichtung:
Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum progressiven Anbiegen eines Metallbandes, vorzugsweise eines Warmbandes, insbesondere eines warmgewalzten Stahlbandes, im Einlaufbereich einer dornlosen Bandhaspeleinrichtung, wobei das Metallband von drehangetriebenen Biegerollen geführt und gebogen wird. Zur Umsetzung dieses Verfahrens wird eine Biegeeinrichtung zum progressiven Anbiegen eines Metallbandes im Einlaufbereich einer dornlosen Bandhaspeleinrichtung mit mehreren drehangetriebenen Biegerollen vorgeschlagen.
Stand der Technik
In Walzwerksanlagen wird warmgewalztes wickelfähiges Metallband nach dem Austritt aus einem Walzgerüst oder nach dem Austritt aus dem letzten Walzgerüst einer Walzstraße in einer Bandhaspeleinrichtung zu einem Bund aufgewickelt. Dieser Wickelvorgang kann entweder unter Einbindung eines Haspeldoms oder dornlos erfolgen. Beim dornlosen Wickeln des Metallbandes in einer Bandhaspeleinrichtung (coilbox) ist es notwendig das einlaufende Metallband in einer Biegeeinrichtung anzubiegen, damit sich in der Bandhaspeleinrichtung ein kompakt gewickelter Bund bilden kann.
Eine eingangsseitig einer Bandhaspeleinrichtung angeordnete Biegeeinrichtung der gattungsbildenden Art ist aus der DE 20 59 711 A1 bereits bekannt. Die Biegeeinrichtung umfasst zwei oberhalb eines Banddurchlaufweges angeordnete angetriebene Biegerollen und eine unterhalb des Banddurchlaufweges angeordnete einstellbare und angetriebene Biegerolle, die sich in Bandlaufrichtung des Metallbandes an einer Wegstrecke zwischen den beiden oberhalb angeordneten Biegerollen befindet. Mit der einstellbaren Biegerolle wird der Anbiegeradius des anzubiegenden Metallbandes eingestellt, wobei wechselnde Banddicken berücksichtigt werden können. Üblicherweise ist den angetriebenen oberen Biegerollen eine gemeinsame Antriebseinheit mit einem Verteilergetriebe und der unteren Biegerolle ein Einzelantrieb zugeordnet. Da das Metallband bei seinem Transport durch die Biegeeinrichtung an den jeweiligen Berührungslinien mit den Biegerollen unterschiedliche Krümmungsradien aufweist, tritt örtlich Schlupf zwischen der Biegerolle und dem Metallband auf, der zu Oberflächenbeschädigung (Riefenbildung) am Metallband führt.
Aus der JP 62-279021 A2 ist es bereits bekannt, die Banddicke des Metallbandes als Kriterium für die Bemessung unterschiedlicher Antriebsgeschwindigkeiten für die einzelne untere Biegerolle und für die auslaufseitige obere Biegerolle des Biegegerüstes heranzuziehen. Hierbei wird vorausgesetzt, dass das angebogene Metallband an der Kontaktlinie mit den beiden Biegerollen Krümmungsradien mit einem gemeinsamen Momentanpol aufweist. Diese Annahme entspricht allerdings nicht der Realität des Bandverlaufes entlang des durch die Positionen der Biegerollen vorgegebenen Banddurchlaufweges.
Darstellung der Erfindung
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher die Nachteile des bekannten Standes der Technik zu vermeiden und ein Verfahren sowie eine Biegeeinrichtung vorzuschlagen, bei denen Schlupf zwischen dem Metallband und den Anbiegerollen und daraus resultierend Oberflächenbeschädigungen am Metallband weitestgehend vermieden werden.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche 1 und 7 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen finden sich in den abhängigen Patentansprüchen.
Bei einem Verfahren der eingangs genannten Art wird die gestellte Aufgabe dadurch gelöst, dass die Umfangsgeschwindigkeit aller angetriebenen Biegerollen an der jeweiligen Berührungslinie mit der Metallbandoberfläche auf die Oberflächengeschwindigkeit des Metallbandes an der Berührungslinie eingestellt wird. Der Banddurchlaufweg des Metallbandes zwischen den Biegerollen ist nicht nur durch die Position der Biegerollen zueinander bestimmt, sondern wird auch durch Zulaufbedingungen, die sich aus dem letzten Walzgerüst oder dem Zuführrollgang ergeben, und durch Ablaufbedingungen bzw. durch Rückwirkungen aus der Bundbildung, wie beispielsweise dem momentanen Bunddurchmesser, wesentlich beeinflusst. Diese komplexen Zusammenhänge bedingen eine Einzelansteuerung der angetriebenen Biegerollen, um für den jeweiligen Betriebszustand optimale Bedingungen einstellen zu können. Dies wird sichergestellt, indem die Umfangsgeschwindigkeit jeder angetriebenen Biegerolle in der Biegeeinrichtung auf die Oberflächengeschwindigkeit des Metallbandes an der jeweiligen Berührungslinie eingestellt oder geregelt wird.
Um dem Werkstoffverhalten und den produktionsbedingten Randbedingungen gerecht zu werden, ist es vorteilhaft, wenn die Oberflächengeschwindigkeit des Metallbandes an der Berührungslinie mit der Biegerolle in Abhängigkeit von den Momentanpositionen der am Anbiegevorgang beteiligten Biegerollen und von Zustandsgrößen des Metallbandes in einem mathematischen Modell bestimmt wird und in Abhängigkeit davon die Umfangsgeschwindigkeit oder die Drehzahl jeder angetriebenen Biegerolle eingestellt wird.
Ein gebogenes Metallband weist bei Betrachtung eines Längenabschnittes in Abhängigkeit der aufgebrachten Krümmung an der Bogeninnenseite Stauchungen und an der Bogenaußenseite Dehnungen in den jeweils oberflächennahen Bereichen auf. Dementsprechend umfasst das mathematische Modell eine Rechenvorschrift zur Ermittlung der an der Berührungslinie von angetriebenen Biegerollen und Metallbandoberfläche auftretenden Dehnungen und Stauchungen und/oder des sich einstellenden Krümmungsradius des Metallbandes und in Abhängigkeit von den errechneten Werten wird die Umfangsgeschwindigkeit oder die Drehzahl jeder angetriebenen Biegerolle bestimmt und eingestellt.
Als systemrelevante Zustandsgrößen des Metallbandes fließen zumindest die Metallbanddicke, die Metallbandtemperatur und die Qualität des Metallbandes, wobei darunter insbesondere die temperaturabhängigen Werkstoffeigenschaften zu verstehen sind, als Vorgabewerte oder als Messwerte in das mathematische Modell ein. Darüber hinaus ist auch der Einlauf- und Auslaufwinkel des Metallbandes in oder aus der Biegeeinrichtung von großer Bedeutung. Speziell der Auslaufwinkel aus der Biegeeinrichtung wird durch den momentanen Bunddurchmesser wesentlich beeinflusst und verändert das Banddurchlaufverhalten in der Biegeeinrichtung.
Als zweckmäßig hat sich hierbei ergeben, die Momentanposition von mindestens einer der Biegerollen während des Haspelvorganges in Abhängigkeit vom stetig anwachsenden Bunddurchmesser des in der Bandhaspeleinrichtung gewickelten Metallbandes einzustellen.
Um einen weitgehend schlupffreien Bandtransport durch die Biegeeinrichtung sicherzustellen, ist es zweckmäßig, dass das momentane Antriebsdrehmoment oder eine dazu korrelierende Größe einer oder mehrerer angetriebenen Biegerollen kontinuierlich gemessen und bei einem Abfall des Antriebsdrehmomentes oder bei Unterschreitung eines Soll-Drehmoment die Drehzahl der Drehantriebe (Antriebsmotoren) bzw. der Biegerollen oder die Umfangsgeschwindigkeit der Biegerollen im Sinne einer Optimierung der Antriebsdrehmomentverteilung verändert oder geregelt wird. Vorzugsweise wird die Drehzahl der Biegerollen und als korrelierende Größe für das Antriebsdrehmoment die Stromaufnahme der Drehantriebe kontinuierlich gemessen und der Regelung zugrunde gelegt. Damit ist es möglich, die Schlupfbedingungen zwischen Biegerollen und Metallband kontinuierlich zu überwachen, zu analysieren und Maßnahmen zur Fehlerbeseitigung einzuleiten. Gegebenenfalls können auch Alarmsignale generiert werden, die im Weiteren ein manuelles Eingreifen ermöglichen.
Bei einer Biegeeinrichtung zum progressiven Anbiegen eines Metallbandes der eingangs genannten Art, welches im Einlaufbereich einer dornlosen Bandhaspeleinrichtung mit mehreren drehangetriebenen Biegerollen ausgerüstet ist, wird die eingangs gestellte Aufgabe dadurch gelöst, dass jede angetriebene Biegerolle mit einem unabhängig ansteuerbaren Drehantrieb verbunden ist und allen Drehantrieben eine gemeinsame Steuereinrichtung zur Festlegung individueller Umfangsgeschwindigkeiten oder Drehzahlen für jede Biegerolle zugeordnet ist. Dadurch ergibt sich die Möglichkeit, unterschiedliche oder sich über einen Wickelzyklus verändernde Biegeradien des Metallbandes an der Berührungslinie der Biegerolle mit der Metallbandoberfläche kontinuierlich zu berücksichtigen und bei einem unvorhersehbaren, plötzlich auftretenden Schlupfverhalten korrigierend einzugreifen. Veränderungen im Schlupfverhalten können durch variable Reibungsbedingungen zwischen Rolle und Metallband entstehen. Nach einer Ausführungsform der Erfindung umfasst die Steuereinrichtung eine Recheneinheit mit mindestens einem mathematischen Modell zur Ermittlung der Drehzahl oder der Umfangsgeschwindigkeit jeder angetriebenen Biegerolle bezogen auf die jeweilige Berührungslinie mit der Metallbandoberfläche. Das mathematische Modell basiert auf den Grundlagen der Festigkeitslehre und berücksichtigt das Werkstoffverhalten des Metallbandes im elastischen und plastischen Bereich.
Die Biegeeinrichtung umfasst mindestens drei angetriebene, unabhängig voneinander ansteuerbare Biegerollen. Die Ansteuerung der Biegerollen bezieht sich hierbei ausschließlich auf den Drehantrieb der Biegerollen. Zusätzlich ist es durchaus möglich, beispielsweise eingangsseitig der Biegeeinrichtung, mindestens eine weitere Biegerolle oder Transportrolle vorzusehen, die den Metallband-Einlauf stabilisiert.
Jedem Drehantrieb einer Biegerolle sind Messeinrichtungen zur Erfassung der Drehzahl des Drehantriebes oder der Biegerolle und des Antriebsdrehmomentes oder einer dazu korrelierenden Größe des Drehantriebes, sowie ein Regler zur Regelung der Drehzahl der Biegerolle zugeordnet. Die Erfassung des momentanen Antriebsmomentes kann beispielsweise durch eine Stromaufnahmemessung mit einem Stromaufnahmemessgerät erfolgen.
Zur Optimierung des Bandeinlaufes in die Bandhaspeleinrichtung, insbesondere zur Einstellung eines günstigen Anbiegeradius, der für die Ausbildung eines fest gewickelten Bundes maßgeblich ist, ist mindestens eine der angetriebenen Biegerollen in Lagerböcken zur achsparallelen Verlagerung der Biegerolle abgestützt, wobei die Lagerböcke mit einer Verstelleinrichtung verbunden sind und die Verstelleinrichtung ein Stellglied und einen Positionsgeber umfasst und dieses Stellglied mit der Steuereinrichtung wirksam verbunden ist. Den Lagerböcken sind Führungen zugeordnet. Diese Führungen können gleichermaßen an speziellen Führungsblöcken angeordnet sein, die nicht gleichzeitig die Lagerblöcke bilden.
Nach einer bevorzugten Ausführungsform sind zwei obere angetriebene Biegerollen in Lagerblöcken zur achsparallelen Verlagerung der Biegerollen abgestützt. Damit können die beiden oberen Biegerollen so positioniert werden, dass dem durchlaufenden Metallband auslaufseitig eine vorbestimmte Krümmung aufgeprägt wird. Die den Lagerblöcken zugeordneten Verstelleinrichtungen sind unabhängig voneinander ansteuerbar. Vorzugsweise sind die beiden oberen, angetriebenen Biegerollen in einem gemeinsamen Tragrahmen abgestützt und geführt.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
Weitere Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung nicht einschränkender Ausführungsbeispiele, wobei auf die folgenden Figuren Bezug genommen wird, die folgendes zeigen:
Fig. 1 eine dornlose Bandhaspeleinrichtung mit einer erfindungsgemäßen
Biegeeinrichtung zum Anbiegen eines Metallbandes in einer schematischen Darstellung auslaufseitig eines Walzgerüstes,
Fig. 2 den progressiv gekrümmten Banddurchlauf des Metallbandes durch die erfindungsgemäße Biegeeinrichtung.
Ausführung der Erfindung
Figur 1 zeigt in einer schematischen Darstellung die grundsätzliche Anordnung einer Biegeeinrichtung 1 im Einlaufbereich 2 einer dornlosen Bandhaspeleinrichtung 3, die an ein Walzgerüst 4 oder ein letztes Walzgerüst 4 einer Walzstraße anschließt. Ein im Walzgerüst 4 warmgewalztes wickelbares Metallband 5 wird über einen Rollgang 6 und beliebig ausgestaltenen Leiteinrichtungen 7 der Biegeeinrichtung 1 zugeführt und während des Durchlaufes durch die Biegeeinrichtung 1 angebogen und mit einer Krümmung versehen, die nach dem Eintritt des Metallbandes in die dornlose Bandhaspeleinrichtung 3 das Aufwickeln des Metallbandes zu einem kompakt gewickelten Bund 8 ermöglicht. Der Bund 8 ist mit strichlierter Linie mit einem kleinen Durchmesser in einer Zwischenposition des Wickelvorganges und mit strichpunktierter Linie mit seinem maximalen Durchmesser angedeutet. Der gewickelte Bund ist während des Wickelvorganges auf zwei drehbaren Stützrollen 10 abgestützt.
Die Biegeeinrichtung 1 umfasst drei drehangetriebene Biegerollen 11, 12, 13, von denen zwei Biegerollen oberhalb und eine Biegerolle unterhalb eines Banddurchlaufweges 14 angeordnet sind. Solcherart wird eine Dreipunktbiegung des durchgeleiteten Metallbandes umgesetzt. Jeder Biegerolle 11 , 12, 13 ist ein von einem Elektromotor gebildeter Drehantrieb 15, 16, 17 zugeordnet, wobei die Drehantriebe unabhängig voneinander bedarfsabhängig ansteuerbar sind. Die Drehantriebe sind mit einer für alle Drehantriebe gemeinsamen Steuereinrichtung 18 über Signalleitungen zur Übertragung von Istwerte der Drehantriebe an die Steuereinrichtung und Stellgrößen von der Steuereinrichtung an die Drehantriebe verbunden. Die Biegerollen 11 , 12, 13 sind in Lagerböcken 19, 20, 21 drehbar gelagert, die ihrerseits in einem nicht näher dargestellten Gehäuse der Biegeeinrichtung abgestützt sind. Mindestens einer, in der dargestellten Ausführungsform zwei dieser Lagerböcke 19, 20 sind an Führungen 22 zur achsparallelen Verlagerung der Biegerollen 11 , 12 verschiebbar abgestützt und mit jeweils einer Verstelleinrichtung 23 zur Umsetzung von Positionsänderungen der Biegerollen 11 ,12 verbunden. Die Verstelleinrichtungen 23 umfassen jeweils ein von einem Druckmittelzylinder gebildetes Stellglied 24, dem ein Positionsgeber 25 zugeordnet ist. Vom Positionsgeber kann die jeweilige Ist-Position der Biegerolle an die Steuereinrichtung 18 übermittelt werden und Stellgrößen auf das Stellglied 24 aufgeschalten werden. Mit der geregelten Positionierung der Biegerollen 11 , 12 relativ zur weiteren Biegerolle 13 kann die Krümmung des Metallbandes am Ausgang aus der Biegeeinrichtung in Abhängigkeit von verschiedenen Einflussgrößen vorgegeben werden.
Die Erfindung ist keinesfalls auf die Positionierung der oberen Biegerollen 11 , 12 relativ zur weiteren Biegerolle 13 beschränkt. Zur Erzielung einer gewünschten Anbiegung des Metallbandes beim Eintritt in die Bandhaspeleinrichtung kann die Einstellung der Biegerollen zueinander mehr oder weniger gleichwirkend durch die Verlagerung einer oder mehrerer die Biegeeinrichtung bildenden Biegerollen erfolgen. Die Anstellung kann hierbei mit verschiedenen konstruktiven Lösungen, beispielsweise linear, wie in Figur 1 dargestellt, oder mit einem Hebel oder einem Hebelsystem erfolgen.
Figur 2 veranschaulicht den Banddurchlauf des progressiv gekrümmten Metallbandes durch die Biegeeinrichtung entlang des Banddurchlaufweges 14. Das gewalzte Metallband verlässt mit der Bandtransportgeschwindigkeit v das Walzgerüst und durchläuft mit dieser Geschwindigkeit die Biegeeinrichtung und tritt mit dieser Bandtransportgeschwindigkeit in die Bandhaspeleinrichtung ein. Die Bandtransportgeschwindigkeit v bezieht sich auf die neutrale Faser des Metallbandes. Je kleiner der Krümmungsradius r, r11f r12, r13 des Metallbandes ist, desto größer sind Dehnungen und Stauchungen, somit Verlängerungen und Verkürzungen des Metallbandes an der Bandoberfläche und im oberflächennahem Bereich des Metallbandes, wodurch es in Relation zur konstanten Bandtransportgeschwindigkeit an der Bogenaußenseite des Metallbandes zu einer Geschwindigkeitserhöhung und an der Bogeninnenseite zu einer Geschwindigkeitsverminderung kommt, die primär von der Banddicke und dem momentanen Krümmungsradius abhängen. Jede Biegerolle 11 , 12, 13 ist entlang einer Berührungslinie BLn, BL12, BL13, die in Figur 2 normal zur Bildebene verläuft, in Berührung mit der Bandoberfläche des durchgeleiteten Metallbandes. An den Berührungslinien weist das Metallband momentane Oberflächengeschwindigkeiten V11, V12, V13 auf, die bei unterschiedlichen Krümmungsradien, die sich jeweils aus dem Normalabstand des Momentanpols MP11, MP12, MP13 von der zugehörigen Berührungslinie BL11, BL12, BL13 darstellen, unterschiedlich groß sind. Eine weitgehend schlupffreie Übertragung eines Antriebsmomentes von der angetriebenen Biegerolle auf das Metallband ist jedoch nur möglich, wenn die Oberflächengeschwindigkeit des Metallbandes an der Berührungslinie der Biegerolle mit der Metallbandoberfläche der Umfangsgeschwindigkeit der Biegerolle oder unter Berücksichtigung des Rollendurchmessers der Drehzahl n-n, n12, n13 der angetriebenen Biegerolle entspricht.
Es ist keinesfalls eine zwingende Voraussetzung, dass alle Biegerollen der Biegeeinrichtung angetriebene Rollen sind. Es liegt durchaus im Bereich des Schutzumfanges der Erfindung, wenn eine oder mehrere der Biegerollen lediglich mit dem Metallband mitlaufende Rollen bilden, die allerdings einen Beitrag zum Anbiegen des Metallbandes leisten.
Die Steuereinrichtung 18 umfasst eine Recheneinheit 26 (Prozessrechner), in der mindestens ein mathematisches Modell zur Berechnung von Dehnungen und Stauchungen an der Bandoberfläche, beziehungsweise der momentanen Oberflächengeschwindigkeit V11, V12, V13 an den Berührungslinien BL11, BL12, BL13 der Biegerollen mit der Metallbandoberfläche hinterlegt ist. Ausgehend von vorgegebenen oder gemessenen Eingangsgrößen, wie beispielsweise Bandbreite, Banddicke, Stahlqualität, Einlauftemperatur, gewünschtem Anbiegeradius und festliegenden Biegerollenpositionen, werden nach den Grundsätzen der Festigkeitslehre unter Einbeziehung des plastischen Verhaltens des Metallbandes Dehnungen und Stauchungen an der Bandoberfläche, beziehungsweise Werte der momentanen Oberflächengeschwindigkeit an den Berührungslinien der Biegerollen mit der Metallbandoberfläche berechnet. Weiters kann in einem derartigen mathematischen Modell auch eine Optimierung des Banddurchlaufweges und des Anbiegeradius an der austrittsseitigen Biegerolle der Biegeeinrichtung vorgenommen werden. Zusätzlich können Einlauf- und Auslaufbedingungen festgelegt und berücksichtigt werden, die sich beispielsweise durch die Bandlänge im einlaufseitigen Bandverlauf oder durch transportbedingte Kräfte ergeben oder auslaufseitig durch den kontinuierlich anwachsenden Bunddurchmesser auftreten.
Den Drehantrieben ist eine Antischlupfregelung zugeordnet. Hierzu werden die Drehzahlen der einzelnen Biegerollen oder der Drehantriebe und die Stromaufnahmewerte der Drehantriebe kontinuierlich erfasst und Reglern zur Drehzahlregelung zugeführt. Auf die erwartete Oberflächengeschwindigkeit abgestimmte Soll-Drehzahlen der einzelnen Biegerollen können als Erfahrungswerte vorgegeben oder durch das mathematische Modell berechnet sein. Plötzliche Veränderungen in der Stromaufnahme einzelner Biegerollen stellen ein Kriterium für das Auftreten von Schlupf dar und lösen die Regelung aus. Dies kann beispielsweise durch Spannungskorrektursignale erfolgen.
Bezugszeichenliste:
1 Biegeeinrichtung
2 Einlaufbereich der Bandhaspeleinrichtung
3 Bandhaspeleinrichtung
4 Walzgerüst
5 Metallband
6 Rollgang
7 Leiteinrichtung
8 Bund
10 Stützrollen
11 , 12, 13 Biegerollen
14 Banddurchlaufweg
15, 16, 17 Drehantriebe
18 Steuereinrichtung
19, 20, 21 Lagerböcke
22 Führungen des Lagerbockes
23 Verstelleinrichtung
24 Stellglied
25 Positionsgeber
26 Recheneinheit v Bandtransportgeschwindigkeit r, T11, r12, r13 Krümmungsradius
Vn, V12, V13 momentane Oberflächengeschwindigkeit
BL11, BL12, BL13 Berührungslinie von Biegerolle und Metallbandoberfläche
MP11, MP12, MP13 Momentanpol des Krümmungsradius nii, n12, n13 Drehzahl der Biegerollen

Claims

Patentansprüche:
1. Verfahren zum progressiven Anbiegen eines Metallbandes (5), vorzugsweise eines Warmbandes, im Einlaufbereich einer dornlosen Bandhaspeleinrichtung (3), wobei das Metallband von drehangetriebenen Biegerollen (11 , 12, 13) geführt und gebogen wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Umfangsgeschwindigkeit aller angetriebenen Biegerollen (11 , 12, 13) an der jeweiligen Berührungslinie (BL11, BL12, BL13) mit der Metallbandoberfläche auf die Oberflächengeschwindigkeit (V11, V12, V13) des Metallbandes an der Berührungslinie eingestellt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Oberflächengeschwindigkeit (V11, V12, V13) des Metallbandes (5) an der Berührungslinie (BL11, BL12, BL13) mit der Biegerolle (11 , 12, 13) in Abhängigkeit von den Momentanpositionen der am Anbiegevorgang beteiligten Biegerolle und von Zustandsgrößen des Metallbandes in einem mathematischen Modell bestimmt wird und in Abhängigkeit davon die Umfangsgeschwindigkeit oder die Drehzahl (n11 t n12, n13) jeder angetriebenen Biegerolle eingestellt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das mathematische Modell eine Rechenvorschrift zur Ermittlung der an der Berührungslinie (BL11, BL12, BL13) von angetriebenen Biegerollen (11 , 12, 13) und der Metallbandoberfläche auftretenden Dehnungen und Stauchungen und/oder des sich einstellenden Krümmungsradius (^1, r12, r13) des Metallbandes (5) umfasst und in Abhängigkeit von diesen errechneten Werten die Umfangsgeschwindigkeit oder die Drehzahl (U11, n12, n13) jeder angetriebenen Biegerolle (11 , 12, 13) bestimmt und eingestellt wird.
4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass als Zustandsgrößen des Metallbandes zumindest die Metallbanddicke, die Metallbandtemperatur und die Qualität des Metallbandes (temperaturabhängige Werkstoffeigenschaften) als Vorgabewerte oder als Messwerte in das mathematische Modell einfließen.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Momentanposition von mindestens einer der Biegerollen (13) während des Haspelvorganges in Abhängigkeit vom stetig anwachsenden Bunddurchmesser des in der Bandhaspeleinrichtung gewickelten Metallbandes eingestellt wird.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das momentane Antriebsdrehmoment oder eine dazu korrelierende Größe einer oder mehrerer angetriebenen Biegerollen (11 , 12, 13) kontinuierlich gemessen und bei einem Abfall des Antriebsdrehmomentes oder bei Unterschreitung eines Soll-Drehmoment die Drehzahl (n^, n12, n13) der Drehantriebe oder die Umfangsgeschwindigkeit der Biegerollen im Sinne einer Optimierung der Antriebsdrehmomentverteilung geregelt wird.
7. Biegeeinrichtung zum progressiven Anbiegen eines Metallbandes (5), vorzugsweise eines Warmbandes, im Einlaufbereich einer dornlosen Bandhaspeleinrichtung (3) mit mehreren drehangetriebenen Biegerollen (11 , 12, 13), dadurch gekennzeichnet, dass jede angetriebene Biegerolle (11 , 12, 13) mit einem unabhängig ansteuerbaren Drehantrieb (15, 16, 17) verbunden ist und allen Drehantrieben eine gemeinsame Steuereinrichtung (18) zur Festlegung individueller Umfangsgeschwindigkeiten oder Drehzahlen (nn, n12, n13) für jede Biegerolle zugeordnet ist.
8. Biegeeinrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die
Steuereinrichtung (18) eine Recheneinheit (26) mit mindestens einem mathematischen Modell zur Ermittlung der Drehzahl (nn, n12, n13) oder der Umfangsgeschwindigkeit jeder angetriebenen Biegerolle (11 , 12, 13) bezogen auf die jeweilige Berührungslinie (BL11, BL12, BL13) mit der Metallbandoberfläche umfasst.
9. Biegeeinrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass es mindestens drei angetriebene, unabhängig voneinander ansteuerbare Biegerollen (11, 12, 13) umfasst.
10. Biegeeinrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass jedem Drehantrieb (15, 16, 17) einer Biegerolle (11 , 12, 13) Messeinrichtungen zur Erfassung der Drehzahl der Biegerolle oder des Drehantriebes und/oder des Antriebsdrehmomentes oder einer dazu korrelierenden Größe des Drehantriebes sowie ein Regler zur Regelung der Drehzahl (n-π, n12, n13) und/oder des Antriebsdrehmomentes der Biegerolle zugeordnet sind.
11. Biegeeinrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine der angetriebenen Biegerollen (11 , 12, 13) in Lagerböcken (19, 20) zur achsparallelen Verlagerung der Biegerolle abgestützt ist, dass die Lagerböcke (19, 20) mit einer Verstelleinrichtung (23) verbunden sind und dass die Verstelleinrichtung (23) ein Stellglied (24) und einen Positionsgeber (25) umfasst und dieses Stellglied mit der Steuereinrichtung (18) wirksam verbunden ist.
12. Biegeeinrichtung nach Anspruch 11 , dadurch gekennzeichnet, dass zwei obere angetriebene Biegerollen (11 , 12) in Lagerböcken (19, 20) zur achsparallelen Verlagerung der Biegerollen (11 , 12) abgestützt sind.
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