"Anlage zum berührungslosen Aufbringen des Bandzuges bei elektrisch leitfähigen Metallbändern" 1 Stand der Technik In allen diskontinuierlichen und kontinuierlichen Kaltbandwalzanlagen und Prozesslinien müssen die Metallbänder vom Abwickelhaspel im Ein- gangsteil über den Prozessteil bis zum Aufwickelhaspel im Ausgangsteil transportiert werden. Im Ablauf dieses Bandtransportes werden verän- derbare Bandgeschwindigkeiten und Bandzüge, Bandlaufsteuerungen, Bandspeicherungen, Bandzug-Entkopplungsschlingen usw. gefordert. In den Prozessteilen erfolgt die verfahrenstechnische Bearbeitung der Bän- der, z. B. metallurgische Verfahren in Beizprozessen, Walzanlagen, Durchlaufglühen und Zurichtanlagen.

Der Umlauf-Wirbelstrom-Linearantrieb wurde konzipiert als Brems- und/oder Zuggerüst, wahlweise verbunden mit einer Bandlaufsteuerung für Metallband-Fertigungslinien, das grundsätzliche Konzeptionsverän- derungen ermöglicht. Er kommt überall dort zum Einsatz, wo bisher z. B. die Spannrollen, Treiber, Flachbremsen, der mechanische Linearantrieb und Vakuumbremsen eingesetzt werden. Bei diesen Systemen werden jeweils die Bandzüge mittels Anpresskräften auf die Bandoberfläche in das Band eingeleitet.

Das System eignet sich für alle elektrisch leitfähigen Metalle und deren Legierungen, insbesondere für Aluminium und Kupfer, aber beispiels- weise auch für elektrisch leitfähige pulvermetallurgische Werkstoffe, Sinterwerkstoffe und deren Legierungen.

Beim Umlauf-Wirbelstrom-Linearantrieb wird der Mitnahmeeffekt durch ein bezüglich des Bandes wanderndes Magnetfeld erreicht. Dieses Ma- gnetfeld bewirkt über die Wirbelstromanregung den Bandzug, gleichzeitig wird das Metallband von diesem Magnetfeld abgestoßen.

Die Qualitätsanforderungen an das Produkt Metallband sind in den letzten Jahren erheblich gestiegen. Der Umlauf-Wirbeltrom-Linearantrieb wird diesen Anforderungen gerecht ; darüber hinaus können Qualitätsverbes- serungen erzielt werden. Die Wirkungsweise des Umlauf-Wirbelstrom- Linearantriebs ist besonders wertvoll bei höchsten Ansprüchen an die Oberflächengüte, zur Vermeidung von mehrfachen Biegungen der Bänder mit Längszug, für besondere Bandebenheiten mit Minimierung der Wickelbogigkeiten sowie bei diskontinuierlichen Prozesslinien aufgrund des problemlosen Handlings. Es wird erstmalig möglich, die Bänder nach dem Veredlungsprozess ohne Berührung der beiden Bandseiten durch die Prozesslinien zu transportieren.

Zum Aufwickeln von Bändern beim Umspulen oder in der Adjustage nach dem Spalten von Breit-in Schmalband wird ein Rückhaltezug benötigt, um mechanisch stabil aufgewickelte Bandbunde (Coils) zu erhalten. Dies ist für den Transport, das Handling und die Weiterverarbeitung dieser Coils unerlässlich.

Üblicherweise wird der benötigte Bandzug durch mechanische Bremsen aufgebracht, wobei die Reibfläche die Bandoberfläche darstellt. Es han- delt sich dabei um mit Textilien belegte Backen (sogenannte Teppich- bremse), oder die Anpresskraft wird durch das Aufpumpen eines (Feuerwehr-) Schlauches erzeugt. Mit diesem System kann man nur Rückzug aufbauen und keinen Vorzug. Es kann nur bei anspruchslosen Oberflächen zur Anwendung kommen, da der Rückzug bei 100% Relativ- bewegung erzeugt wird. Dieses System ist sehr verbreitet, da es preis- günstig zu erstellen ist.

Bei dem S-Rollen-System wird der Bandzug durch Umschlingen einer Rolle aufgebaut. Der Zugaufbau kann nur pro Rolle in Abhängigkeit vom Vorzug, dem Umschlingungswinkel und dem Reibwert zwischen Band und Rollenbeschichtung verändert werden.

Wird der Bandzug in einer Treibereinheit aufgebaut, so entstehen erheb- liche spezifische Belastungen für die Bandoberfläche. Die zu übertragen- den Kräfte sind stark begrenzt.

Dieser Nachteil konnte durch den mechanischen Linearantrieb eliminiert werden. Dabei wird mittels Wagenkette der Mitnahmebereich dem Be- darfsfall angepasst. Bei höchstem Anspruch an die Oberfläche werden auch bei diesem System Grenzen erreicht.

Um bei empfindlichen Oberflächen (z. B. polierte Flächen) Kratzer und Striemen zu vermeiden, wird in einigen Lösungen der Bandzug durch Umlenkrollen mit integrierter Bremse aufgebracht. Hier besteht jedoch

immer noch die Gefahr von Abdrücken und des Einbringens von Span- nungen in das Material (besonders bei größeren Banddicken) durch die entstehende Walkarbeit bei der erforderlichen Umschlingung dieser Bremsrollen zur Vermeidung eines Schlupfes, wodurch sonst Kratzer ent- stehen würden. Beim Spalten von Band sind aber walzprozessbedingt die Außenstreifen in der Regel länger als die Mittelstreifen. Somit kann eine Umlenkrollenbremse nicht eingesetzt werden, da entweder der Bandzug fehlt oder Kratzer durch den Schlupf entstehen.

All diese mechanischen Reibbremsen und Umlaufbremsrollen sind bei sehr hohen Oberflächenanforderungen (z. B. Materialien für dekorative Zwecke oder für Spiegel und andere Reflektoren) oder bei dünnen Me- tallfolien nicht anwendbar. Auch für die Kfz-Industrie, insbesondere für die Alu-Außenhaut bei modernen Personenwagen ist diese Technik inter- essant.

Berührungslose Rückzugseinrichtungen sind unter Nutzung der Wirbel- stromkräfte beim Bewegen eines Bandes in einem Magnetfeld bekannt.

Eine meist in Bandlaufrichtung mehrpolige Permanentmagnetanordnung, über und unter dem Band angeordnet, sorgt für den Feldaufbau und die Bandgeschwindigkeit in Abhängigkeit von der Banddicke und der elektri- schen Leitfähigkeit des Bandmaterials für die Rückzugskraft (Bremskraft FB) entgegen der Bandlaufrichtung. Das Schweben des Bandes wird durch die in Richtung der Flächennormale des Bandes wirkende Hubkraft FH ermöglicht.

Diese Anordnungen haben den Nachteil, dass die Schwebe-und die Rückzugskraft nicht unabhängig voneinander eingestellt werden können.

Dies hat zur Folge, dass entweder das kratzerfreie Schweben nicht gesi- chert werden kann oder der Bandzug zu groß wird.

Diese Kräfte sind auch noch direkt von der Leitfähigkeit, der Banddicke und der Banddifferenzgeschwindigkeit abhängig. Bei Bandstillstand gibt es keine Kräfte. Beim Anfahren des Bandes sind die Kräfte ungenügend und die Beschädigungen der Oberfläche werden erst bei Nenngeschwin- digkeit vermieden. Die Verarbeitungsgeschwindigkeiten richten sich nun nicht mehr nach der möglichen Produktivität der Anlage sondern nach dem erforderlichen Bandzug.

In der deutschen Patentschrift DE 195 24 289 C2 wird eine Wirbelstrom- bremse beschrieben. Der wesentliche Unterschied besteht darin, dass die Permanentmagnete auf einer Kreisbahn bewegt werden. Für den Rück- halteeffekt steht nur eine Magnetbahn zur Verfügung. Zudem stellt sich nur für den Bruchteil der Periode die Parallelität der Permanentmagnete ein, wodurch der Rückhalteeffekt ungleichmäßig und wesentlich vermin- dert aufgebaut wird. Um praxisgerechte spezifische Bandzüge aufbauen zu können, müssten die Drehzahlen der Bremsrollen in nicht mehr be- herrschbare Größenordnungen gebracht werden. Zudem stellen sich große Antriebsleistungen bei einem sehr ungünstigen Wirkungsgrad ein.

In der PCT-Patentanmeldung PCT/EP99/08606, WO 00/27554 und in der europäischen Patentanmeldung 99 971 746.3-2302 wird eine Wirbel- strombremse beschrieben, in der eine Vielzahl von Permanentmagneten

parallel zum Band bewegt werden. Die Bandzüge können über die Diffe- renzgeschwindigkeit des Bandes zu den Permanentmagneten, über die Anzahl der wirkenden Kettenwagen, über den Werkstoff und die Form der Permanentmagnete und über den Abstand der gegenüberliegenden Permanentmagnete bestimmt werden. Diese Ausführungsform hat den Mangel, dass auf die Mittenlage des Bandes kein Einfluss genommen werden kann.

In der deutschen Offenlegungsschrift DE 23 01 434 wird eine Vorrichtung beschrieben, in der der Bandzug durch ein magnetisches Wanderfeld mittels stationärer Induktoren erzeugt wird. Dieses System hat sich in der Praxis nicht bewährt, da zu geringe Bandzüge bei einem sehr ungün- stigen Wirkungsgrad erzeugt werden.

In der Patentschrift DD 96 206 der Deutschen Demokratischen Republik ist ein System beschrieben, bei dem zum Abbremsen des elektrisch leit- fähigen Spaltbandes nach dem Prinzip der Linearmotoen aufgebauten Magnetsystemen (Induktoren) verwendet werden, deren Speisung durch Drehstrom erfolgt. Zwischen den Induktoren wird im Luftspalt ein Magnetfeld aufgebaut, das sich entgegen der Bewegungsrichtung der Bänder fortbewegt, wobei die Geschwindigkeit von der Speisefrequenz und der Polteilung abhängig ist, was eine Anpassung an unterschiedliche Betriebsverhältnisse-wenn überhaupt-nur schwer möglich macht.

Mit der vorliegenden Erfindung werden die genannten Mängel behoben.

2 Erfindungsgemäße Lösung Die Bandbremseinrichtung besteht aus zwei sich gegenüberstehenden Einrichtungen 1 und 2, in deren Spalt ein magnetisches wechselpoliges Magnetfeld 3 erzeugt wird. In diesem Spalt bewegt sich das Bandmate- rial 4 mit der Arbeitsgeschwindigkeit VA.

Der Bandzug CYB = FB/AB (wobei AB die Bandquerschnittsfläche d*bB ist) wird durch die Differenzgeschwindigkeit v zwischen Band und Magnet- feld, wodurch ein Wanderwellenfeld 3a entsteht, eingestellt. Das Wan- derwellenfeld kann sich mit der Geschwindigkeit VF in oder entgegen der Bandlaufrichtung bewegen oder auch still stehen, je nach der zur Auf- bringung des gewünschten Bandzuges erforderlichen Relativgeschwin- digkeit v = VA VF. Die Brems-oder auch Rückzugskraft ergibt sich aus der Geometrie (Dicke d und Breite bB), der elektrischen Leitfähigkeit K des Bandes, der aktiven Länge IM des Magnetfeldes (Überdeckung) und dem Luftspaltinduktionsscheitelwert Bs, der von der Spaltweite 8 abhän- gig ist.

Die vertikale Kraft Fv zur Kompensation des Eigengewichts des Bandes wird durch eine Verschiebung A der oberen zur unteren Feldwelle aus der Bremskraft FB abgeleitet. Aus dem Verschiebungswinkel Acp = arctan (A/5) resultiert die vertikale Kraft Fv = FBsin (A (p).

Die oben beschriebene Hubkraft FH dient dann nur zur Zentrierung des Bandes im Spalt und zur Dämpfung von senkrecht wirkenden Band- schwingungen. Fig. 1 Eine Bandzugmesseinrichtung 5 regelt die Relativgeschwindigkeit über die Beeinflussung der Wanderwellengeschwindigkeit und ggf. deren Richtung. Abstandssensoren zur Detektierung der Bandage im Spalt steuern den Phasenwinkel zwischen der oberen und unteren Wander- welle.

Die Wanderwelle kann auf verschiedene Arten erzeugt werden : Bewegung von wechselpolig angeordneten mit Permanentmagneten 6 bestückten Leisten 7 in einer Länge, die der maximalen Arbeitsbreite entspricht, welche an einer oben und unten umlaufenden Kette 8,9 befestigt sind (Fig. 1 bis 4). Geschwindigkeit und Phasenverschiebung werden über zwei separat gesteuerte umrichtergespeiste Antriebe 10, 11 geregelt (Fig. 1).

Die beiden Ketten können auch von einem geregelten Motor über Umlenkgetriebe 12 und Ketten 13 angetrieben werden. Die Phasen- verschiebung wird durch einen verschiebbaren Kettenspanner 14 ein- gestellt (siehe Fig. 5).

Eine weitere konstruktive Maßnahme für die Phasenverschiebung er- folgt über ein Differential-Kammwalzgetriebe 15 oder ein normales Kammwalzgetriebe 17, in dem eine regelbare Voreilung oder ein

Nachlauf vorgesehen wird (siehe Figur 6). Der Antrieb erfolgt über ei- nen Motor 16.

Wird mittels Kammwalzgetriebe eine starre Verbindung zwischen dem Kettenrad des oberen und des unteren Wagenkettenantriebs sicherge- stellt, kann der Versatz der Permanentmagnete dadurch erreicht wer- den, dass der obere Kettenkasten 18 gegen den unteren mechanisch verschoben wird (siehe Figuren 7,7a und 7b).

Wird bei einer stationären Wirbelstrombremse 19,20, zum Beispiel bei einer Kettengeschwindigkeit VF = 0 eine mechanische Verschiebung vorgenommen, kann auch in diesem System die Mittenlage des Ban- des durch die Verschiebung der Magnete erfolgen. Dies ist für die Pra- xis als Vorzuggerüst eine bedeutende Verbesserung (siehe Figur 8 und 9).

Das Wanderfeld kann auch elektrisch erzeugt werden, indem oben und unten statt der Permanentmagnete auf den Leisten Elektromagnete, vorzugsweise Drehstromstatoren 22,23 (analog den Ankern von Line- armotoren) angebracht sind und diese von einem oder auch zwei (für elektrische Phasenverschiebung) Stromrichtern gespeist werden (siehe Fig. 10 und 11).

Es ist aber auch möglich, das Wanderfeld durch Drehstromstatoren (analog den Ankern von Linearmotoren) zu erzeugen, wie schon in den zitierten Schriften vorgeschlagen. Die Phasenverschiebung erfolgt dann über zwei synchronisierte Stromrichter oder eine mechanische Verschiebung der Statoren zueinander. Vorteil dieser Lösung wäre, dass keine mechanisch bewegten Teile mehr vorhanden sind, sieht

man von der Phasenverschiebung und der Spalthöhenverstellung ab.

Dadurch würden sich die Geräusche und Wartungsarbeiten vermin- dern. Die Wanderfeldgeschwindigkeit und deren Phasenverschiebung werden über zwei synchronisierte Umrichter analog der Steuerung zu Fig. 1 geregelt. Es wäre damit möglich, höhere Frequenzen und somit höhere Feldgeschwindigkeiten als mit mechanisch angetriebenen Um- laufkette zu fahren.