WO2011120884A1

WO2011120884A1 - Verfahren und vorrichtung zur seitlichen lageregelung eines metall-prozessbandes

Info

Publication number: WO2011120884A1
Application number: PCT/EP2011/054632
Authority: WO
Inventors: Martin Kozek; Klemens Gregor Schulmeister
Original assignee: Technische Universitaet Wien
Priority date: 2010-04-01
Filing date: 2011-03-25
Publication date: 2011-10-06
Also published as: AT510198B1; AT510198A1

Abstract

Zur seitlichen Positionsregelung eines Metall-Prozessbandes (1) wird durch Heizung oder Kühlung eine geeignete Temperaturverteilung in Querrichtung (1b) auf das Band aufgebracht. Durch das so bewirkte thermische Biegemoment stellt sich eine seitliche Krümmung im Band ein, welche beim Auflaufen auf die folgenden zylindrischen Umlenkrollen (2, 5) einen seitlichen Verlauf proportional zur Krümmung des Bandes bewirkt. Durch eine aktive Regelung wird die seitliche Position des Bandes gemessen und der Stelleingriff der Beheizung oder Kühlung geeignet angepasst.

Description

Verfahren und Vorrichtung zur seitlichen Lageregelung eines Metall-Prozessbandes

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur seitlichen Lageregelung eines um Umlenkrollen geführten, in seiner Längsrichtung laufenden Metall-Prozessbandes, insbesondere Stahl-Prozessbandes.

Bei der Führung von Metallbändern über zylindrische Umlenkrollen wird das Metall- Prozessband in meist stark vorgespanntem Zustand bewegt. Wegen der immer vorhandenen geometrischen Imperfektionen des Metall-Prozessbandes, wie Säbeligkeit oder Mäander, aber noch mehr wegen prozessbedingter Störungen wie ungleichmäßiger Erwärmung, asymmetrischen Reibkräften, seitlichen Kraftwirkungen oder Biegemomenten läuft das Metall-Prozessband nicht mit gleichbleibender seitlicher Position auf den Umlenkrollen. Vielmehr ändert sich die seitliche Lage des Bandes auf den Umlenkrollen, und bei länger andauernder Störung kann es zu einem seitlichen Verlaufen des Bandes kommen. In diesem Fall läuft das Band seitlich aus dem zulässigen Betriebsbereich hinaus. Dies kann zu Qualitätseinbußen, Betriebsunterbrechungen oder sogar zur Beschädigung des Bandes und der Anlage führen.

Aus diesem Grund wurden bereits passive oder aktive Vorrichtungen vorgeschlagen, welche die seitliche Position des Bandes in allen Betriebsfällen innerhalb eines Toleranzbereichs halten sollen.

Passive Vorrichtungen bestehen meist aus seitlichen Führungselementen, die fest oder beweglich angebracht werden. Diese Maßnahmen können weder gröbere Störungen kompensieren noch hohe Ansprüche an Genauigkeit erfüllen. Überdies kommt es bei der Berührung des Bandes mit passiven Führungselementen zum Verschleiß des Bandes an seinen empfindlichen Seitenkanten sowie zum Verschleiß des Führungselementes.

Berührungslose passive Vorrichtungen nach dem Prinzip magnetischer Anziehung für die seitliche Positionierung von Stahlbändern sind gemäß ihres grundlegenden

Funktionsprinzips auf ferromagnetische Stahlbänder eingeschränkt. Die GB2073150 (A) zeigt eine Vorrichtung auf, wobei ein oder mehrere Magnete über oder unter dem Stahlband über die gesamte Breite reichend angebracht sind. Damit kann zugleich eine Bandspannung aufgebracht werden, und das Band wird selbsttätig in seiner seitlichen Lage korrigiert. Lediglich der Abstand der Magnete zum Stahlband wird einfach geregelt.

Aktive Vorrichtungen mit verstellbaren seitlichen Führungseinrichtungen weisen dieselben Nachteile auf, auch wenn durch die Steuerungseinrichtung die seitlichen Führungskräfte besser angepasst werden können. Die JP2007125580 (A) zeigt eine Vorrichtung sowie ein Verfahren auf, wobei die Vorrichtung aus zwei seitlichen einzeln hydraulisch verstellbaren Führungselementen besteht, die gemeinsam auf einer seitlich über einen Motor

verschieblichen Führung montiert sind. Über eine Messung der seitlichen Kantenposition werden die Stelleingriffe durch eine zentrale Steuerung berechnet.

Stelleingriffe zur seitlichen Bandlageregelung, welche für aktive Regelkonzepte geeignet sind, können ausgeführt werden durch Verschwenken der Umlenkrolle um eine vertikale Achse, wobei die vertikale Achse als normalstehend auf die Ebene des auflaufenden Bandes definiert ist. Damit wird eine Schraubenbewegung des Bandes nur um die Umlenkrolle eingeleitet, welche in der Folge zum seitlichen Verlaufen des Bandes auf der Umlenkrolle führt. Dieses Verfahren hat den Vorteil, dass das Band in der ursprünglichen Ebene bleibt, und damit geringe Einflüsse auf etwaige Produktionsprozesse gegeben sind. Die Nachteile liegen in der stark erhöhten Randfaser-Spannung des Bandes, was zu Ermüdung und Rissen führen kann. Die DE4408099 (B4) zeigt eine Vorrichtung und Methode, wobei die

Lagerschilde über Hydraulikzylinder so verstellt werden können, dass sich eine

Verschwenkung um eine vertikale Achse einstellt und die gewünschte seitliche Bandposition eingehalten werden kann. Zusätzlich wird die Längendehnung der Presse gemessen und zur Korrektur der Bandspannung herangezogen.

Stelleingriffe zur seitlichen Bandlageregelung, welche für aktive Regelkonzepte geeignet sind, können ferner ausgeführt werden durch Verschwenken der Umlenkrolle um eine horizontale Achse, wobei diese horizontale Achse als parallel zur Ebene des auflaufenden Bandes und normal auf die Drehachse der Umlenkrolle definiert ist. Damit wird ebenfalls eine Schraubbewegung des Bandes zwischen den Umlenkrollen verursacht, und es tritt ein seitliches Verlaufen des Bandes auf. Der Vorteil ist dabei, dass die Belastung der Randfasern des Bandes wesentlich geringer ist. Weiters ist das dynamische Verhalten des seitlichen Verlaufs günstiger. Nachteilig ist jedoch, dass sich das Band aus der ursprünglichen Ebene verdrehen muss, ansonsten ist das Prinzip nicht wirksam. Die DE102005014498 zeigt eine Vorrichtung und eine Methode zur seitlichen Lageregelung eines Transportbandes in einer Fixiermaschine, bei der eine Umlenkrolle des Transportbandes um eine horizontale Achse verschwenkt wird.

Stelleingriffe zur seitlichen Bandlageregelung, welche für aktive Regelkonzepte geeignet sind, können ferner ausgeführt werden durch Verschwenken der Umlenkrolle um eine schrägstehende Achse, wobei diese schrägstehende Achse in einer Normalebene zur Drehachse der Umlenkrolle liegt. Damit kombiniert dieses Verfahren die beiden vorstehend genannten Prinzipien in einer Vorrichtung. Die EP1040066B1 zeigt eine Vorrichtung sowie ein Verfahren auf, wobei die Vorrichtung mittels einer um eine schräge Achse drehbar gelagerte Umlenkrolle die gewünschte seitliche Position des Bandes einstellt. Die

US4572417 zeigt eine Vorrichtung und Methode analog zu den beiden vorstehenden Schriften für ein Gewebeband.

Stelleingriffe zur seitlichen Bandlageregelung, welche für aktive Regelkonzepte geeignet sind, können ferner ausgeführt werden durch Aufpressen von Steuerwalzen auf das vorgespannte Band. Dabei werden Steuerwalzen auf die Bandoberfläche angepresst, und bei sehr geringem Umschlingungswinkel schräg gestellt. Alternativ kann auch ohne

Umschlingungs winkel durch beidseitiges Anpressen von Walzen der gleiche Effekt erzeugt werden. Die Schrägstellung kann über eine vertikale oder horizontale Achse erfolgen.

Speziell bei der Verstellung über eine vertikale Achse treten seitliche Schubkräfte und bei größeren Verschwenkwinkeln deutlicher Schlupf auf. Damit ist aber immer auch eine Beeinträchtigung der Bandoberfläche durch Verschleiß gegeben. Die JP2006326658 (A) zeigt eine Vorrichtung, wobei jeweils zwei Steuerwalzen, die mit parallelen Achsen in ein verschwenkbares Gestell montiert sind, von beiden Seiten auf das Band gepresst werden. Durch Verschwenken des Gestells um eine neben dem Band liegende vertikale Achse kann das Band in die gewünschte seitliche Position gebracht werden.

Stelleingriffe zur seitlichen Bandlageregelung, welche für aktive Regelkonzepte geeignet sind und ohne Vorrichtungen zur mechanischen Verstellung von Umlenkrollen oder Steuerwalzen funktionieren, sind wesentlich seltener zu finden. Die DE3939385 (C2) zeigt eine Vorrichtung und Methode, wobei verschiedene in Laufrichtung des Stahlbandes unterteilte Heizzonen in einer Bandpresse derart mit Heizleistung beaufschlagt werden, dass sich ein gewünschtes Temperaturprofil in Bandlängsrichtung entsprechend einer

Sollwertkurve einstellt. Damit kann ein für das Pressgut günstiger Temperaturverlauf eingestellt werden, ohne dass in der Erfindung auf die seitliche Positionierung des Bandes eingegangen wird.

Es besteht somit nach wie vor das Problem, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur seitlichen Lageregelung eines um Umlenkrollen geführten, in seiner Längsrichtung laufenden Metall-Prozessbandes, insbesondere Stahl-Prozessbandes, bereitzustellen, denen die oben angeführten Nachteile nicht anhaften, oder bei denen diese Nachteile zumindest wesentlich gemildert sind. Die vorliegende Erfindung löst die vorstehend beschriebene Aufgabe durch Bereitstellen eines Verfahrens mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und durch Bereitstellen einer

Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 12. Vorteilhafte Ausführungen der

Erfindung sind in den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung definiert.

Gemäß der vorliegenden Erfindung erfolgt eine gewünschte seitliche Lageregelung eines um Umlenkrollen geführten, in seiner Längsrichtung umlaufenden oder durchlaufenden Metall- Prozessbandes, insbesondere Stahl-Prozessbandes, durch das Erfassen der momentanen seitlichen Lage des Metall-Prozessbandes und das Generieren zumindest eines

Temperaturgradienten im Metall-Prozessband in Querrichtung des Metall-Prozessbandes in Abhängigkeit von einer Abweichung der momentanen seitlichen Lage des Metall- Prozessbandes von einer seitlichen Soll-Lage. Bevorzugt wird der quer zur Umlaufrichtung des Metall-Prozessbandes verlaufende Temperaturgradient durch Betätigen von zumindest einer seitlich von einer Längsmittelachse des Metall-Prozessbandes angeordneten

Temperiereinrichtung erzeugt, wobei die zumindest eine Temperiereinrichtung Heiz- und/oder Kühleinrichtungen umfassen kann, mit denen das Metallprozessband

abschnittsweise so beheizt bzw. gekühlt wird, dass sich aufgrund des resultierenden

Temperaturgradienten ein zusätzliches Biegemoment ergibt, welches das Metall- Prozessband seitlich elastisch verformt. Aufgrund dieser elastischen Verformung kommt es zu einem seitlichen Verlaufen des Metall-Prozessbandes auf den stromabwärts und stromaufwärts gelegenen Umlenkrollen. Erfassungseinrichtungen bestimmen die seitliche Position des Metall-Prozessbandes relativ zur gewünschten Position und geben

entsprechende Messsignale an eine Steuereinrichtung weiter. Die Steuereinrichtung erzeugt Stellsignale für die Temperiereinrichtung aufgrund geeignet ausgelegter Regelalgorithmen. Diese Stellsignale werden an der Temperiereinrichtung in entsprechende Heiz- bzw.

Kühlleistung umgesetzt. Dadurch wird das Metall-Prozessband abschnittsweise so erwärmt bzw. abgekühlt, dass das resultierende Biegemoment im Metall-Prozessband eine seitliche elastische Verformung bewirkt, welche an den Umlenkrollen derart zu einer seitlichen Bewegung des Metall-Prozessbandes führt, dass das Metall-Prozessband zur gewünschten seitlichen Position zurück bewegt wird.

Geeignete Temperiereinrichtungen können unter anderem auf folgenden Prinzipien beruhen: Strahlung über Heizflächen, Konvektion über Fluide (Luft, Schutzgas, Flüssigkeiten, Prozessmaterialen) sowie direkte Erwärmung des Stahlbandes durch elektromagnetische Induktion oder direkte Erwärmung des Pressgutes durch Mikrowelle oder Ultraschall. Aktive Kühlung ist vor allem durch Konvektion realisierbar. Da bei vielen Prozessen ohnedies bereits aktive Heiz- bzw. Kühleinrichtungen vorhanden sind, die für andere Prozessschritte vorgesehen sind, könnten diese bei entsprechender konstruktiver Gestaltung (d.h. bezüglich der Bandlängsachse asymmetrische Ansteuerung) zusätzlich als Temperiereinrichtung im Sinne der vorliegenden Erfindung verwendet werden. Falls der Temperaturgradient nur auf einem beschränkten Bandabschnitt wirksam sein soll, beispielsweise, weil danach bestimmte Temperaturen auf dem Band herrschen müssen, so kann in einem definierten Abstand zur Aufbringung des Temperaturgradienten dieser durch eine weitere Temperiereinrichtung wieder kompensiert werden. Dies kann aktiv erfolgen (Abkühlen der wärmeren

Bandbereiche und/oder Erwärmen der kühleren Bandbereiche), oder es reicht der

Wärmeübergang beim Kontakt mit der Umlenkrolle zum Temperaturausgleich aus.

Wesentliche Vorteile der Erfindung gegenüber dem Stand der Technik sind vor allem:

1) Die Aufbringung eines Temperaturmomentes und damit die seitliche

Lageänderung des Bandes erfolgt berührungslos. Es tritt kein Verschleiß an Metall- Prozessband und Stelleinrichtung auf, und insbesondere Bänder mit sehr hohen Oberflächengüten werden nicht beeinträchtigt.

2) Das Metall-Prozessband wird durch den Stelleingriff geringstmöglich beansprucht. Das oft knapp an der Streckgrenze vorgespannte Band wird nicht durch von außen aufgebrachte Längskräfte gedehnt, sondern es wird ein reines Biegemoment aufgebracht.

3) Es sind keine aufwändigen Stellreinrichtungen erforderlich. Heizung und Kühlung können sehr effizient in beengten Einbauverhältnissen realisiert werden, mechanisch präzise Stelleinrichtungen, welche zugleich große Stellkräfte aufbringen müssen, können entfallen.

4) Alle Bandmaterialien können verwendet werden, sofern ein Temperaturmoment ausreichende elastische Verformung erzeugt. Vor allem bei rostfreien Stahlbändern, welche nicht ferromagnetisch sind, ist das ein Vorteil gegenüber Verfahren auf Prinzip der magnetischen Anziehung des Bandes.

Durch das erfindungs gemäße Verfahren kann eine mittlere Längendehnung im Metall- Prozessband auftreten, welche durch geeignete Bandspanneinrichtungen nach dem Stand der Technik auszugleichen ist. Ist in der Temperiereinrichtung gleichzeitges Heizen und Kühlen des Bandes in unterschiedlichen seitlichen Positionen möglich, so kann das

erfindungsgemäße Verfahren auch ohne Änderung der mittleren Bandspannung eingesetzt werden. In diesem Fall muss im Regelalgorithmus die konstante Zugkraft im Metall- Prozessband als Nebenbedingung eingeführt werden.

Wenn die zumindest eine Temperiereinrichtung zwischen einem Obertrum und einem Untertrum des Metall-Prozessbandes angeordnet ist, benötigt sie keinen zusätzlichen Platz, ist geschützt eingebaut und kollidiert nicht mit anderen Prozessgeräten, welche

üblicherweise oberhalb des Obertrums und gelegentlich unterhalb des Untertrums angeordnet sind. Dieselben Vorteile gelten auch für eine Ausführung der Erfindung, bei der eine Temperiereinrichtung in einer Umlenkrolle angeordnet ist.

Wenn Temperiereinrichtungen - in Längsrichtung des Metall-Prozessbandes gesehen - hintereinander angeordnet sind, führt dies zu verfeinerten Einstellmöglichkeiten.

Insbesondere können durch diese Maßnahmen unterschiedliche Temperaturgradienten eingestellt werden. Weiters ist es möglich, eine abschnittsweise asymmetrische Erwärmung des Bandes, gefolgt von einer asymmetrischen Abkühlung des Bandes zu realisieren und so den Netto-Wärmeeintrag zu kompensieren. Man vermeidet dadurch z.B. Störungen, die aufgrund der nachlassenden Bandspannung durch Erwärmen oder übermäßigen

Bandspannung durch Abkühlen auftreten könnten. Die Temperierung des Bandes kann in einer Ausgestaltung der Erfindung unter der Nebenbedingung der unveränderten mittleren Bandspannung erfolgen. Indem der in Band- Querrichtung verlaufende Temperaturgradient in einem stromabwärtigen Bandabschnitt kompensiert wird, erzielt man eine örtliche Begrenzung des Temperaturgradienten und erreicht Null Netto-Wärmeeintrag.

Der Temperaturgradient ist besonders fein steuerbar, wenn Temperiereinrichtungen - in Längsrichtung des Metall-Prozessbandes gesehen - nebeneinander angeordnet sind. Je nach Anzahl der Temperiereinrichtungen ist so ein beinahe linearer Temperaturgradient generierbar.

Für diverse Prozesse ist es wichtig, dass die seitliche Lage des Metall-Prozessbandes an zumindest einer Umlenkrolle oder zumindest einer lagekritischen Stelle, an der ein wichtiger Prozessschritt ausgeführt wird, innerhalb sehr enger Toleranzen eingehalten wird. Um dies zu erreichen, ist in einem Aspekt der Erfindung vorgesehen, dass die Erfassung der momentanen seitlichen Lage des Metall-Prozessbandes an zumindest einer Umlenkrolle und/oder an zumindest einer für den Prozess, in dem das Metall-Prozessband eingesetzt wird, lagekritischen Position erfolgt. Gemäß einer bevorzugten Anwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur seitlichen Lageregelung eines Metall-Prozessbandes ist diese Vorrichtung in eine Bandmaschine mit zumindest einem um Umlenkrollen geführten, in seiner Längsrichtung umlaufenden Metall- Prozessband, auf dem Prozessgut transportierbar ist, eingebaut.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Anwendung der erfindungs gemäßen Vorrichtung zur seitlichen Lageregelung eines Metall-Prozessbandes ist diese in eine Fertigungsanlage mit zumindest einem um Umlenkrollen geführten, in seiner Längsrichtung durchlaufenden Metall-Prozessband eingebaut.

Die Erfindung wird nun anhand beispielhafter Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen im Detail beschrieben. In den Zeichnungen ist Folgendes dargestellt:

Fig.l ist eine schematische Teilaufsicht einer Umlenkrolle mit der Bahnlinie eines schräg auflaufenden Bandes.

Fig.2 ist eine schematische Teilseitenansicht, eine Teilaufsicht, sowie der Verlauf des Temperaturmoments einer Form der Vorrichtung gemäß vorliegender Erfindung.

Fig.3 ist eine schematische Ansicht des Temperaturverlaufs im Metall-Prozessband in der Schnittebene A - A aus Fig.l.

Fig.4 ist eine schematische Darstellung, die verschiedene Ausführungsformen der

Vorrichtung gemäß vorliegender Erfindung zeigt.

Fig.5 ist eine weitere schematische Darstellung, die verschiedene Ausführungsformen der Vorrichtung gemäß vorliegender Erfindung zeigt.

Fig.6 ist eine schematische Darstellung, die die Zusammenschaltung der Erfassungs- und Temperiereinrichtung gemäß vorliegender Erfindung zeigt.

Die Erfindung beruht auf dem Prinzip, dass ein vorgespanntes Metall-Prozessband, welches unter einem Winkel Θ auf eine rotierende Umlenkrolle aufläuft, unter der Annahme von geringem oder zu vernachlässigenden Schlupf seitlich verläuft. Wie in Fig.l dargestellt, läuft die Bandkante 1 so wie jede andere dazu parallele bandfeste Linie unter dem Relativwinkel Θ auf die Umlenkrolle 2 auf. Unabhängig vom Umschlingung swinkel a (siehe auch Fig.2) wird die Bandkante entlang einer Schraublinie auf dem Mantel der Umlenkrolle beginnend beim Berührpunkt 3 weiterbewegt. Für die andere Umlenkrolle 5 mit dem Berührpunkt 6 gilt der analoge Bewegungsablauf. Bezeichnet man die Laufgeschwindigkeit des Bandes mit v, so ergibt sich unter Annahme kleiner Winkel Θ für die seitliche Geschwindigkeit des Berührpunktes 3 in z-Richtung die Formel

Gemäß Fig.2 wird ein schräges Auf- oder Ablaufen unter den Winkeln Θ3 bzw. θβ auf den parallel ausgerichteten Umlenkrollen 2 und 5 eine elastische Verformung des Metall- Prozessbandes bewirken und umgekehrt. Es wird dabei angenommen, dass das Metall- Prozessband 1 aufgrund genügend hoher Vorspannung immer in einer Ebene projizierend zur x-y-Ebene bleibt. Die elastische Deformation des Metall-Prozessbandes 1 in z-Richtung kann daher für kleine Deformationen durch die lineare Beschreibung eines beidseitig eingespannten Biegebalkens erfolgen. In Fig.2 ist die elastische Deformation des Metall- Prozessbandes in z-Richtung der besseren Sichtbarkeit wegen stark übertrieben dargestellt. Die grundlegende Beziehung für die Biegelinie z(x) ist gegeben durch

wobei E der Elastizitätsmodul des Metall-Prozessbandes ist, J ^' das

Flächenträgheitsmoment des Metall-Prozessbandes um die y- Achse ist und M( x ) das gesamte Biegemoment im Metall-Prozessband ist, welches das Metall-Prozessband in z- Richtung elastisch verformt. Das gesamte Biegemoment im Metall-Prozessband M( x ) kann gemäß Gleichung (2) dargestellt werden als Summe zweier überlagerter Anteile. Der erste

Anteil ist gegeben durch das Biegemoment aufgrund der Randbedingungen und äußerer Belastungen M( x ) , und der zweite Anteil ist gegeben durch das Biegemoment M_T( x ) aufgrund der erfindungsgemäßen Aufbringung eines Temperaturfeldes T( x,z ) über eine

Temperiereinrichtung 7.

Durch einfache Integration und Einsetzen der Randbedingungen ergibt sich

wobei L den Achsabstand zwischen den Umlenkrollen bezeichnet und C eine aus den

Randbedingungen zu bestimmende Konstante ist. Aus Gleichung (3) erhält man bei bekanntem C und M( x ) für x = 0 unmittelbar z₃' . Damit folgt aus Gleichung (1) die seitliche Geschwindigkeit des Bandes im Berührpunkt 3. Durch die erfindungsgemäße Aufbringung eines Biegemoments M_T( x ) über ein

Temperaturfeld in einem bestimmten Bereich x_a < x < x_b des Metall-Prozessbandes, kann gemäß den Gleichungen (1-3) der seitliche Verlauf des Metall-Prozessbandes direkt beeinflusst werden. In der Fig.2 ist die erfindungs gemäße Momentenaufbringung durch ein Temperaturmoment

dargestellt, wobei im Bereich x_a < x < x_b ein Temperaturfeld T( x,z ) durch eine geeignete

Temperiereinrichtung 7, die beheizt oder kühlt, so aufgebracht wird, dass das gesamte Biegemoment M( x ) = M( x ) + M_T( x ) dem seitlichen Verlaufen des Bandes auf der

Umlenkrolle 2 entgegenwirkt. In Gleichung (4) bezeichnet _T den

Wärmeausdehnungskoeffizienten des Materials des Metall-Prozessbandes, und es wird angenommen, dass die Temperatur im Metall-Prozessband konstant über die Dicke D des

Bandes ist. Wie in Fig.3 dargestellt, ergibt sich durch die Temperierung für jeden

Querschnitt des Metall-Prozessbandes ein Temperaturgradient über die Bandbreite, welcher für die Größe des Temperaturmoments M_T( x ) ausschlaggebend ist.

Der mathematische Zusammenhang zwischen dem aktuellen gesamten Biegemoment M( x ) und der für einen Reglerentwurf notwendigen seitlichen Laufdynamik des Metall- Prozessbandes ist in den folgenden Literaturstellen beschrieben:

K Schulmeister, M. Kozek:

"Modelling of lateral dynamics for an endless metal process belt";

Vortrag: 6th Vienna Mathmod 09, Vienna; 11.02.2009 - 13.02.2009; in: "Proceedings ofthe 6th Mathmod Vienna 09", Argesim Report, No. 35 (2009), ISBN: 978-3-901608-35-3; Paper-Nr. 267, 9 S.

K Schulmeister, M. Kozek:

"Modeling of Lateral Dynamics for an Endless Steel Belt";

Vortrag: 12th International Conference on the Enhancement and Promotion of

Computational Methods in Engineering and Science, Hong Kong and Macao; 30.11.2009 - 03.12.2009; in: "Proceedings ofthe Twelfth International Conference on the Enhancement and Promotion of Computational Methods in Engineering and Science", (2009), Paper-Nr.

ISCM2-553, 6 S. Damit ist eine Auslegung der erfindungsgemäßen Regelung nach dem Stand der Technik möglich.

In Fig.4 sind mögliche Ausführungsformen der Erfindug schematisch dargestellt. Die Fig.4a zeigt beispielhaft eine einfache Bandmaschine 20 in der Seitenansicht, die übrigen

Abbildungen Fig.4b und Fig.4c stellen die Bandmaschine 20 in zwei Ausbaustufen im Grundriss dar. Das endlose Metall-Prozessband 1 wird über zwei zylindrische Umlenkrollen 2 und 5 geführt. Eine Temperiereinrichtung 7 kann Heiz- beziehungsweise Kühlleistung so auf das Metall-Prozessband 1 aufbringen, dass sich ein gewünschter Temperaturgradient einstellt. Die Temperiereinrichtung 7 kann asymmetrisch zur Längsmittelachse des Metall- Prozessbandes 1 angeordnet sein und/oder aus mehreren einzelnen Temperiereinrichtungen 7a, 7b, 7c, 7d zusammengesetzt sein, die nebeneinander in Querrichtung lb über das Metall- Prozessband 1 angeordnet sind und unterschiedlich angesteuert werden.

Die erfindungs gemäßen Temperiereinrichtungen 7, 7a, 7b, 7c, 7d können wie in Fig.4a-c gezeigt, nahe der der Umlenkrolle abgewandten Bandoberfläche, oder wie in Fig.5a gezeigt, nahe der der Umlenkrolle aufliegenden Bandoberfläche angebracht werden.

In den Fig.4b und Fig.4c ist die wichtige Unterteilung der Temperiereinrichtung 7 in mehrere Temperiereinrichtungen 7a, 7b, 7c, 7d in Bandquerrichtung zu erkennen, welche Unterteilung allen gezeigten Ausführungsformen gemeinsam ist. Das Grundprinzip ist aus Fig.4b zu erkennen, wo die Temperiereinrichtungen 7a und 7b unterschiedliche

Heizleistungen in das Metall-Prozessband einbringen, und damit ein gewünschter

Temperaturgradient in Bandquerrichtung eingestellt werden kann. Alternativ könnte eine der beiden Einrichtungen 7a, 7b auch kühlen, was vor allem bei Bändern effizient ist, welche aufgrund des heißen Prozesses ohnehin stark erwärmt sind und gekühlt werden müssen. In Fig.4c ist eine Variante mit mehrfacher Unterteilung der Temperiereinrichtungen 7a, 7b, 7c, 7d in Bandquerrichtung dargestellt. Mit feinerer Unterteilung kann der Temperaturverlauf in Bandquerrichtung (siehe Fig.3) genauer an einen gewünschten Temperaturgradienten angepasst werden, bis hin zu einer Linearisierung des Verlaufs.

Sofern der Platz für den Einbau vorhanden ist, kann auch die Ausführung nach Fig.5a-c zum Einsatz kommen. Bei dieser Ausführung sind Temperiereinrichtungen 7a, 7b, 7c, 7d nahe der auf der Umlenkrolle 2 aufliegenden Bandoberfläche angebracht. Diese Form der Ausführung ist vor allem bei Prozessen vorteilhaft, wo das Band prozessbedingt ohnehin beheizt und/oder gekühlt werden muss. In diesem Fall können zulässige Temperaturtoleranzen der Prozessführung genützt werden, um den lateralen Bandverlauf zu einzustellen.

In Fig.5a-b ist eine Ausführungsform dargestellt, bei der der Einfluss des

Temperaturmomentes im Band örtlich zwischen den Längskoordinaten x_a < x < x_b begrenzt bleibt. Hierbei wird davon ausgegangen, dass die Temperiereinrichtungen 7a, 7b, 7c, 7d sowohl Heiz- als auch Kühlleistung in das Band einbringen können. Wie in Fig.5b

dargestellt, wird über die Heizung 7b und 7c das Band erwärmt und über die Kühlung 7a und 7d abgekühlt. Bei entsprechender Einstellung der Heiz- beziehungsweise Kühlleistung tritt bei dieser Ausführung nur im Bereich x_a < x < x_b ein Temperaturmoment auf, und außerhalb von diesem Bereich läuft das Band ohne Temperatureinfluss weiter. Damit eine beidseitige Korrektur der seitlichen Bandlage erfolgen kann, müssen bei dieser Ausführung alle Temperiereinrichtungen wahlweise sowohl heizen als auch kühlen können. Diese Ausführung könnte auch zusätzlich so betrieben werden, dass die mittlere Zugspannung im Band 1 unverändert bleibt. Dies ist genau dann der Fall, wenn das resultierende

Temperaturfeld T( x,z ) aufgrund der positiven und negativen Temperaturdifferenzen keinen

Beitrag zur Netto-Längenveränderung des Bandes 1 liefert.

Nicht abgebildet ist die in Achsrichtung unterteilte Beheizung bzw. Kühlung einer

Umlenkrolle von innen, was durch den Wärmeübergang von der Umlenkrolle zum Band ebenfalls den gewünschten Effekt bewirkt. Besonders bei Umlenkrollen mit großem

Umschlingungswinkel bzw. großem Durchmesser und geringer Bandgeschwindigkeit ist eine lange Verweildauer des Bandes und damit ein guter Wärmeübergang gegeben.

In Fig.6 ist eine schematische Zusammenschaltung der Erfassungseinrichtung 8a, 8b und Temperiereinrichtungen 7a, 7b, 7c, 7d gemäß vorliegender Erfindung dargestellt. Das Band 1 läuft über zwei achsparallele Umlenkrollen 2 und 5, und die seitliche Lage des Bandes 1 wird über die Erfassungseinrichtung 8a, optional auch die an einer für den Prozess lagekritischen Position angeordnete Erfassungseinrichtung 8b gemessen. Die

Erfassungseinrichtungen 8a, 8b sind an zumindest einer Stelle zwischen den Berührpunkten 3 und 6 oder auch entlang der Umschlingung des Bandes auf der Umlenkrolle angebracht. Die Signale der Erfassungseinrichtung 12 werden einer Signalverarbeitung 9 zugeführt, welche für die Reglereinheit 10 geeignete Informationen über die Bandposition 13 ausgibt. In der Reglereinheit 10 werden aufgrund der laufend eingehenden Messinformationen der Bandposition 13 zusammen mit Parametern der Anlage laufend geeignete Stellsignale 14 für die Temperiereinrichtungen 7a, 7b, 7c, 7d berechnet. Diese Signale werden einem Leistungsverstärker 11 zugeführt, welcher die Temperiereinrichtungen 7a, 7b, 7c, 7d mit der für den Stelleingriff notwendigen Leistungen 15 versorgt.

Claims

Patentansprüche

1. Verfahren zur seitlichen Lageregelung eines um Umlenkrollen (2, 5) geführten, in seiner Längsrichtung umlaufenden oder durchlaufenden Metall-Prozessbandes (1), insbesondere Stahl-Prozessbandes, gekennzeichnet durch das Erfassen der momentanen seitlichen Lage des Metall-Prozessbandes und das Generieren zumindest eines Temperaturgradienten im Metall-Prozessband (1) in Querrichtung (lb) des Metall-Prozessbandes in Abhängigkeit von einer Abweichung der momentanen seitlichen Lage des Metall-Prozessbandes von einer seitlichen Soll-Lage.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der quer zur Umlaufrichtung des Metall-Prozessbandes (1) verlaufende Temperaturgradient durch Betätigen von zumindest einer seitlich von einer Längsmittelachse des Metall-Prozessbandes angeordneten Temperiereinrichtung (7, 7a, 7b, 7c, 7d) erfolgt.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine

Temperiereinrichtung (7, 7a, 7b, 7c, 7d) Heiz- und/oder Kühleinrichtungen umfasst.

4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine

Temperiereinrichtung (7a, 7b, 7c, 7d) zwischen einem Obertrum und einem Untertrum des Metall-Prozessbandes (1) angeordnet ist.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine Temperiereinrichtung in einer Umlenkrolle (2, 5) angeordnet ist.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass

Temperiereinrichtungen (7a, 7b bzw. 7c, 7d) - in Längsrichtung des Metall-Prozessbandes (1) gesehen - hintereinander angeordnet sind.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass durch Betätigen der

Temperiereinrichtungen (7, 7a, 7b, 7c, 7d) unterschiedliche Temperaturgradienten eingestellt werden.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass

Temperiereinrichtungen (7a, 7b, 7c, 7d) - in Längsrichtung des Metall-Prozessbandes gesehen - nebeneinander angeordnet sind.

9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperierung des Bandes unter der Nebenbedingung der unveränderten mittleren

Bandspannung erfolgt.

10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der in Band-Querrichtung verlaufende Temperaturgradient in einem stromabwärtigen

Bandabschnitt kompensiert wird.

11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Erfassung der momentanen seitlichen Lage des Metall-Prozessbandes an zumindest einer Umlenkrolle (2, 5) und/oder an zumindest einer für den Prozess, in dem das Metall- Prozessband (1) eingesetzt wird, lagekritischen Position erfolgt.

12. Vorrichtung zur seitlichen Lageregelung eines um Umlenkrollen (2, 5) geführten, in seiner Längsrichtung umlaufenden oder durchlaufenden Metall-Prozessbandes (1), insbesondere Stahl-Prozessbandes, gekennzeichnet durch zumindest einen Positionssensor (8a, 8b) zum Erfassen der momentanen seitlichen Lage des Metall-Prozessbandes (1), zumindest eine seitlich von einer Längsmittelachse (la) des Metall-Prozessbandes angeordnete Temperiereinrichtung (7, 7a, 7b, 7c, 7d) und einen Regler (10), der aus den Signalen des zumindest einen Positionssensors (8a, 8b) eine Abweichung der momentanen seitlichen Lage des Metall-Prozessbandes (1) von einer seitlichen Soll-Lage errechnet und in Abhängigkeit von dieser Abweichung durch Ansteuern der zumindest einen

Temperiereinrichtung (7, 7a, 7b, 7c, 7d) zumindest einen Temperaturgradienten im Metall- Prozessband in Querrichtung (lb) des Metall-Prozessbandes (1) generiert.

13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine Temperiereinrichtung (7, 7a, 7b, 7c, 7d) Heiz- und/oder Kühleinrichtungen umfasst, die vorzugsweise auf dem Temperaturstrahlungsprinzip und/oder dem Konvektionsprinzip über Fluide und/oder elektromagnetischer Induktionserwärmung beruhen.

14. Vorrichtung nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine Temperiereinrichtung (7a, 7b, 7c, 7d) zwischen einem Obertrum und einem Untertrum des Metall-Prozessbandes (1) angeordnet ist.

15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine Temperiereinrichtung in einer Umlenkrolle angeordnet ist.

16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass Temperiereinrichtungen (7a, 7b, 7c, 7d) - in Längsrichtung des Metall-Prozessbandes (1) gesehen - hintereinander angeordnet sind, wobei die Temperiereinrichtungen vorzugsweise einzeln oder gruppenweise vom Regler (10) ansteuerbar sind.

17. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass Temperiereinrichtungen (7, 7a, 7b, 7c, 7d) - in Längsrichtung des Metall-Prozessbandes gesehen - nebeneinander angeordnet sind, wobei die Temperiereinrichtungen vorzugsweise einzeln oder gruppenweise vom Regler (10) ansteuerbar sind.

18. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Bandpositionssensor (8a, 8b) an zumindest einer Umlenkrolle (2) und/oder an zumindest einer für den Prozess, in dem das Metall-Prozessband (1) eingesetzt wird, lagekritischen Position angeordnet ist.

19. Bandmaschine (20) mit zumindest einem um Umlenkrollen geführten, in seiner Längsrichtung umlaufenden Metall-Prozessband, insbesondere Stahl-Prozessband, auf dem Prozessgut transportierbar ist, gekennzeichnet durch eine Vorrichtung zur seitlichen Lageregelung des Metall-Prozessbandes nach einem der Ansprüche 12 bis 18.

20. Fertigungsanlage mit zumindest einem um Umlenkrollen geführten, in seiner

Längsrichtung durchlaufenden Metall-Prozessband, insbesondere Stahl-Prozessband, gekennzeichnet durch eine Vorrichtung zur seitlichen Lageregelung des Metall- Prozessbandes nach einem der Ansprüche 12 bis 18.