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Die
Erfindung betrifft eine Walzstrasse zum Walzen eines Produkts, wobei
die Walzstrasse mindestens zwei Bandbeeinflussungseinrichtungen
aufweist. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zum
Betrieb einer Walzstrasse.
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In
einer Walzstrasse wird ein Produkt, insbesondere ein Metallband
gewalzt, wobei mittels üblicher Steuer-
und Regelverfahren erreicht werden kann, dass das gewalzte Produkt,
insbesondere das Metallband, eine gewünschte Endwalztemperatur und
eine gewünschte
Endwalzdicke aufweist. Zum Walzen eines Metallbandes, welches beispielsweise
ein Stahlband, ein Aluminiumband oder ein Buntmetallband, insbesondere
ein Kupferband, sein kann, werden ein- oder mehrgerüstige Walzstrassen
eingesetzt, die z.B. als Warmwalzstrassen oder als Kaltwalzstrassen
ausgebildet sein können.
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Profil
und Planheit des gewalzten Produkts sind wesentliche Qualitätsmerkmale
des gewalzten Produkts. Bei einem bandförmigen Produkt bedeutet der
Begriff Profil von seinem eigentlichen Wortsinn her den Banddickenverlauf über der
Bandbreite. Der Begriff Profil wird im Stand der Technik nicht nur
für den
Verlauf der Banddicke über
der Bandbreite verwendet, sondern zum Teil auch als rein skalares
Maß für die Abweichung
der Banddicke an den Bandrändern
von der Banddicke in der Bandmitte.
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Der
Begriff Planheit umfasst von seinem Wortsinn her zunächst nur
sichtbare Verwerfungen des Metallbandes. Der Begriff Planheit wird
im Stand der Technik – und
auch im Rahmen der vorliegenden Erfindung – aber als Synonym für die im
Band herrschenden inneren Spannungen verwendet, und zwar unabhängig davon,
ob diese inneren Spannungen zu sichtbaren Verwerfungen des Metallbandes
führen
oder nicht.
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Aus
dem Stand der Technik, beispielsweise aus der
EP 1 485 216 B1 ist es bekannt,
die Produktplanheit und das Produktprofil eines Metallbandes durch
verschiedene Aktuatoren bzw. Stellglieder zu beeinflussen. Derartige
Aktuatoren bzw. Stellglieder betreffen z.B. eine Arbeitswalzenbiegung
bzw. eine Walzenrückbiegung,
eine axiale Walzenverschiebung bei CVC-Walzen, eine Längsverdrehung
von Arbeitswalzen (also ein Stellen der Arbeitswalzen eines Walzgerüst derart,
dass diese nicht mehr exakt parallel ausgerichtet sind – sogenanntes
Cross Paring), und/oder eine nur lokal wirkende Walzenbeheizung
und/oder -kühlung.
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Bekannte
Verfahren und Vorrichtungen zur Beeinflussung der Produktplanheit
und/oder des Produktprofils, während
eines Walz- bzw. Streckprozesses wirken in Walzgerüsten, insbesondere
in Unformgerüsten und/oder
Streckgerüsten.
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Die
bekannten Stelleingriffe zur Beeinflussung von Produktplanheit und/oder
von Produktprofil, z.B. über
die Arbeitswalzenbiegung in einem Walzgerüst, sind stark von der Produktbreite
abhängig,
so dass sich der Stelleingriff bei breiten Produkten überwiegend
in Kanten nahen Bereichen auswirkt.
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Aufgabe
der Erfindung ist es, die Planheit und/oder das Profil eines Produkts
in einer Walzstrasse mit höherer
Effektivität
und unter Vermeidung der aus dem Stand der Technik bekannten Nachteile
zu beeinflussen.
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Diese
Aufgabe wird gelöst
durch eine Walzstrasse zum Walzen eines Produkts mit mindestens
zwei Bandbeeinflussungseinrichtungen, wobei zur Beeinflussung der
Planheit und/oder des Profils des Produkts zumindest zwischen zwei
der Bandbeeinflussungseinrichtungen eine Biegerolle angeordnet ist.
Durch die erfindungsgemäße Anordnung
einer Biegerolle zwischen zwei Bandbeeinflussungseinrichtungen wird
eine sehr direkte Möglichkeit
zur Beeinflussung der Spannungsverteilung im Produkt bereitgestellt.
Besonders effektiv ist dies bei Flachprodukten wie z.B. Metallbändern.
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Mit
Vorteil kann zur Beeinflussung der Planheit und/oder des Profils
des Produkts eine Biegerolle zwischen zwei Walzgerüsten einer
Walzstrasse angeordnet sein.
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Mit
Vorteil kann zur Beeinflussung der Planheit und/oder des Profils
des Produkts zwischen einem Walzgerüst und einer Haspelvorrichtung
einer Walzstrasse eine Biegerolle angeordnet sein.
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Mit
Vorteil kann mindestens eine Stützrolle
für die
Biegerolle vorgesehen sein.
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Mit
Vorteil kann mindestens eine Stützrolle
mit mindestens einer Kraftmessvorrichtung gekoppelt sein.
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Es
kann zweckmäßig sein,
zur Beeinflussung der auf die Biegerolle wirkenden Biegekräfte mindestens zwei
Biegezylinder vorzusehen.
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Es
kann zweckmäßig sein,
zur Beeinflussung der auf die Biegerolle wirkenden Biegekräfte mindestens eine
elektromotorische Vorrichtung vorzusehen.
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Es
kann vorteilhaft sein, die Biegerolle mit einem den Stellbereich
zur Beeinflussung der Planheit und/oder des Profils des Produkts
vergrößernden
Schliff auszustatten.
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Der
Schliff der Biegerolle kann vorzugsweise im Wesentlichen konvex
ausgebildet sein.
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Vorzugsweise
kann die Biegerolle derart beweglich angeordnet sein, dass sie selektiv
einsetzbar ist.
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Für den selektiven
Einsatz der Biegerolle kann es zweckmäßig sein, dass die Biegerolle
und die mindestens eine Stützrolle
gemeinsam beweglich angeordnet sind.
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Für den selektiven
Einsatz der Biegerolle kann es zweckmäßig sein, dass die Biegerolle,
die mindestens eine Stützrolle
und mindestens eine mit der Stützrolle
gekoppelte Kraftmessvorrichtung gemeinsam beweglich angeordnet sind.
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Mit
Vorteil kann zumindest die Biegerolle schwenkbar angeordnet sein.
Gegebenenfalls können
auch die mindestens eine Stützrolle
und gegebenenfalls auch mindestens eine mit der Stützrolle
gekoppelte Kraftmessvorrichtung schwenkbar angeordnet sein.
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Mit
Vorteil die Walzstrasse mindestens eine Rechenvorrichtung zum Geben
von Stellsignalen zur Beeinflussung der Planheit und/oder des Profils
des Produkts aufweisen, wobei die Rechenvorrichtung mit mindestens
einer Zugmessvorrichtung der Walzstrasse Messwerte aufnehmend gekoppelt
ist.
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Mit
Vorteil kann die Zugmessvorrichtung als Zugmessrolle ausgebildet
sein.
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Mit
Vorteil kann die Zugmessvorrichtung berührungslos messend ausgebildet
sein.
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Mit
Vorteil kann die Rechenvorrichtung ein Profil- und Planheitsmodell
aufweisen.
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Die
der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird auch gelöst durch
ein Verfahren zum Betrieb einer Walzstrasse mit einer zur Beeinflussung
der Planheit und/oder des Profils des Produkts zwischen zwei Bandbeeinflussungseinrichtungen
angeordneten Biegerolle, wobei das Profil der Biegerolle unter Berücksichtigung der
Spannungsverteilung im Produkt und unter Berücksichtigung der auf die Biegerolle
wirkenden Kräfte und/oder
Momente eingestellt wird.
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Weitere
Vorteile und Einzelheiten der Erfindung werden nachfolgend anhand
von Beispielen in Verbindung mit den Zeichnungen beschrieben. Dabei
zeigen:
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1 ein
Beispiel für
eine erfindungsgemäße Anordnung
einer Biegerolle zwischen zwei Walzgerüsten,
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2 eine
Biegerolle mit Biegezylindern und Stützrolle sowie Kraftmessvorrichtungen,
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3 ein
Beispiel für
eine erfindungsgemäße Anordnung
einer Biegerolle zwischen zwei Walzgerüsten sowie eine Zugmessvorrichtung,
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4 ein
Beispiel für
eine erfindungsgemäße Anordnung
einer Biegerolle zwischen einem Walzgerüst und einer Haspelvorrichtung
sowie eine Zugmessvorrichtung,
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5 eine
schematische Darstellung der an der Biegerolle wirkenden Kräfte.
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1 zeigt
schematisch zwei als Walzgerüste 1 ausgebildete
Bandbeeinflussungseinrichtungen. Die gezeigten Walzgerüste 1 sind
Teil einer Walzstrasse zum Walzen eines Metallbands 2.
Ein Walzgerüst 1 einer Walzstrasse
weist in der Regel zwei Arbeitswalzen 4 sowie für jede Arbeitswalze 4 mindestens
eine Stützwalze 3 auf.
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Als
Stellglied für
das Profil und/oder für
die Planheit des Metallbandes 2 ist eine Biegerolle 5 vorgesehen,
die zwischen den Walzgerüsten 1 angeordnet
ist. Im in 1 gezeigten Beispiel arbeitet
das erfindungsgemäße, zumindest
eine Biegerolle 5 aufweisende Stellglied zur Profil- und/oder
Planheitsregelung ohne zusätzliche
Messeinrichtungen für
die Spannungsverteilung im Metallband 2. Im gezeigten Beispiel
ist eine Stützrolle 6 für die Biegerolle 5 vorgesehen.
Die in 1 dargestellte Kraftmessvorrichtung 7 ist
optional, kann jedoch zur verbesserten Planheit- und/oder Profileinstellung
von Vorteil sein.
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Vorzugsweise
ist die Biegerolle 5 bzw. das System aus Biegerolle 5,
Stützrolle 6 und
gegebenenfalls zusätzlicher
Kraftmessvorrichtung 7 mit einer Rechenvorrichtung 10 zur
zumindest teilweisen Steuerung der Walzstrasse gekoppelt. Vorzugsweise
ist die Rechenvorrichtung 10 auch mit den Walzgerüsten 1 gekoppelt. Die
Biegerolle 5 kann sowohl für einen von einem Anlagenbediener
z.B. anhand von beobachteten Unplanheiten gesteuerten Eingriff als
auch im Rahmen einer automatischen Profil- und Planheitsregelung
verwendet werden.
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Wie
in 2 gezeigt, ist die Biegerolle 5 vorzugsweise
mit Biegezylindern 8, die z.B. hydraulisch arbeiten, gekoppelt.
Im gezeigten Beispiel ist eine Stützrolle 6 für die Biegerolle 5 vorgesehen.
Durch das in 2 gezeigte System mit optionaler
Kraftmessung, kann mit Hilfe der Kraftmessvorrichtungen 7 gezielt
die Spannungsverteilung in einem Flachprodukt, z.B. in einem Metallband,
beeinflusst werden. Dies wird erreicht durch variabel, über die
hydraulischen Biegezylinder 8 einstellbare Biegekräfte, die
auf die Biegerolle 5 gegen die Stützrolle 6 wirken.
Alternativ oder zusätzlich
zu den hydraulischen Biegezylindern 8 sind auch andere Möglichkeiten
des Einbringens der Biegekräfte
möglich,
wie z.B. in der Zeichnung nicht näher dargestellte elektromotorische
Vorrichtungen.
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Die
Kraftmessvorrichtungen 7 können beispielsweise als Kraftmessdosen,
z.B. auf Basis von Dehnungsmessstreifen oder auf magnetoelastischer
Basis, ausgebildet sein.
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Der
Stellbereich des durch die Erfindung gegebenen Stellgliedes, welches
zumindest die Biegerolle 5 aufweist, lässt sich durch Aufbringen geeigneter
Schliffe auf die Biegerolle 5 und/oder auf die Stützrolle 6 individuell
einstellen. Vorzugsweise kann ein derartiger Schliff im Wesentlichen
konvex ausgebildet sein. Grundsätzlich
ist jedoch auch ein im Wesentlichen konkaver Schliff möglich. Der
Schliff kann beispielsweise eine positive oder eine negative Balligkeit
der Biegerolle 5 und/oder der Stützrolle 6 bewirken.
Die Ausbildung des Schliffs kann z.B. auf Basis eines Polynoms n-ten
Grades erfolgen.
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Wie
in
3 gezeigt, kann das erfindungsgemäße Stellglied,
das zumindest eine Biegerolle
5 zwischen zwei Bandbeeinflussungseinrichtungen
aufweist, in zweckmäßiger Weise
mit einer Zugmessvorrichtung
9 gekoppelt sein. Die Zugmessvorrichtung
9 kann
wie in
3 angedeutet, eine Messrolle zur Zugmessung aufweisen.
Diese Messrolle ist vorzugsweise segmentiert ausgebildet. Die Zugmessvorrichtung
9 kann
auch als berührungslos
arbeitende Zugmessvorrichtung ausgebildet sein. Eine entsprechende
Einrichtung zur berührungslosen
Messung der Zugspannungsverteilung in einem Metallband
2 ist
beispielsweise in der
DE
198 39 286 B4 beschrieben. Alternativ oder zusätzlich kann
die Zugspannung im Metallband
2 auch mit Hilfe eines Modells
ermittelt werden.
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Sowohl
das Stellglied, welches zumindest die Biegerolle
5 und
im gezeigten Beispiel auch die Stützrolle
6 und die
Kraftmessvorrichtung
7 aufweist, als auch die Zugmessvorrichtung
9 können – wie in
3 angedeutet – mit einer
Rechenvorrichtung
10 gekoppelt sein. Mit Hilfe der Rechenvorrichtung
10 kann
ein geschlossener Regelkreis für
die Planheit und/oder das Profil des Metallbandes
2 bereitgestellt
werden. Zur Sollwertermittlung kann z.B. ein Prozessmodell verwendet
werden. Die Rechenvorrichtung
10 kann ein geeignetes Prozessmodell
zur Profil- und/oder Planheitsregelung aufweisen. Ein rechnergestütztes Ermittlungsverfahren für Sollwerte
für eine
Profil- und Planheitsregelung ist beispielsweise aus der
EP 1 485 216 B1 bekannt.
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Wie
im in 4 dargestellten Beispiel für den Auslauf einer Walzstrasse
gezeigt, kann die Biegerolle 5 auch zwischen einem Walzgerüst 1 und
einer Haspelvorrichtung 11 angeordnet sein. Im gezeigten
Beispiel ist auch eine Stützrolle 6 mit
mindestens einer Kraftmessvorrichtung 7 vorgesehen. Zwischen
dem Walzgerüst 1 und
der Haspelvorrichtung 11 ist auch eine Zugmessvorrichtung 9 vorgesehen. Ähnlich wie
im Zusammenhang mit den 1 und 3 beschrieben,
kann auch eine am Einlauf bzw. am Auslauf einer Walzstrasse zwischen
einer Haspelvorrichtung 11 und einem Walzgerüst 1 angeordnete
Biegerolle 5 mit einer Rechenvorrichtung 10 gekoppelt
sein. Dies ist in 4 jedoch nicht näher dargestellt.
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Um
den Bedürfnissen
spezifischer Walzprozesse besser gerecht zu werden, kann die erfindungsgemäße Biegerolle 5 bzw.
das erfindungsgemäße Stellglied
für Profil
und Planheit beweglich gelagert sein, um nur bei Bedarf eingesetzt
zu werden. Die Biegerolle 5 kann dementsprechend an- und/oder
einschwenkbar ausgebildet sein. Die Biegerolle 5 kann beispielsweise
im Wesentlichen seitlich oder im Wesentlichen senkrecht und/oder
längs zum
Metallband 2 ein- bzw. angeschwenkt und auch wieder ausgeschwenkt
werden. Es ist möglich,
nicht nur die Biegerolle 5 beweglich zu lagern bzw. anzuordnen,
sondern das gesamte System, bestehend aus Biegerolle 5,
Stützrolle(n) 6,
Kraftmessvorrichtung(en) 7, und/oder Zugmessvorrichtung(en) 9.
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5 zeigt
eine schematische Darstellung der an der Biegerolle
5 wirkenden
Kräfte
F
B und der theoretischen Biegelinie b(x).
Für die
theoretische Biegelinie b(x) gilt folgende Differenzialgleichung:
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Dabei
bezeichnen:
M(x) den Momentenverlauf über die Biegerolle 5,
E das Elastizitätsmodul
der Biegerolle 5 und I(x) das Flächenträgheitsmoment der Biegerolle 5.
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In
der Zeichnung ist das Biegemoment mit MB bezeichnet,
wobei die Biegelinie b(x) über
dem Ort x aufzutragen wäre.
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Eine Änderung
der Spannungsverteilung im Produkt, z.B. im Metallband 2,
wird erreicht durch die Änderung
des Rollenprofils der Biegerolle 5. Das Rollenprofil der
Biegerolle 5 wird bestimmt durch die Superposition der
vorzugsweise gemessenen Spannungsverteilung und das durch die Biegezylinder 8 wirksame
Moment auf die Biegerolle 5. Um also eine angestrebte Spannungsverteilung
zu erreichen ist es notwendig, die Biegekräfte, vorzugsweise die Biegekräfte der
hydraulischen Biegezylinder 8, entsprechend einzustellen.
Die Bestimmung der erforderlichen Biegekräfte ist entscheidend von der
Geometrie, der Einbaulage, dem Schliff und der Beschaffenheit der
Biegerolle 5 und der Stützrolle 6 abhängig.
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Die
Vorgehensweise zur Bestimmung der notwendigen Biegekräfte kann
beispielsweise in Anwendung des nachfolgend beschriebenen Verfahrens
erfolgen:
- a) Aus der gemessenen Spannungsverteilung
und den aktuell auf die Biegerolle 5 wirkenden Biegekräften, wird
der Momentenverlauf über
die Biegerolle 5 bestimmt,
- b) mit dem Momentenverlauf wird die Biegelinie b(x) der Biegerolle 5 bestimmt,
- c) unter Berücksichtigung
der Einbaugeometrie, der Rollenschliffe, und der gemäß Schritt
b) bestimmten Biegelinie b(x) wird die aktuelle Kontur Ract der Biegerolle bestimmt,
- d) die Schritte b) bis c) werden mit der gewünschten Spannungsverteilung
wiederholt um die erforderliche Rollenkontur RSoll zu
bestimmen,
- e) die wirksamen Biegekräfte
werden schrittweise variiert und Schritt d) wird wiederholt, so
dass sich die gewünschte
Rollenkontur RSoll möglichst gut einstellt,
- f) die gemäß Schritt
e) bestimmten Biegekräfte
FB werden eingestellt bzw. vorgegeben.
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Die
notwendigen Biegekräfte
können
auch in Abwandlung oder alternativ zur vorangehend prinzipiell beschriebenen
Vorgehensweise bestimmt werden.
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Die
aktuell wirkenden Biegekräfte
werden z.B. über
Druckmessung an den hydraulischen Biegezylinder 8 bzw.
aus der Differenz der gemessenen Spannungsverteilung und der über die
Kraftmessvorrichtung(en) 7 erfassten Kräfte bestimmt.
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Schritt
e) der vorangehend beschriebenen Vorgehensweise, kann z.B. gemäß der Methode
der kleinsten Fehlerquadrate erfolgen: Σ(RSoll(FB) – Ract)2! = min) (II)
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Dabei
bezeichnet Ract die aktuellen Rollenkontur,
RSoll die erforderliche Rollenkontur und
FB die wirksamen Biegekräfte.
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Möglich ist
auch eine deterministische Methode, die aus der Rollenbeschaffenheit,
der Einbaugeometrie, den Angriffspunkten der Biegekräfte FB und gegebenenfalls weiteren Eingangsgrößen die
erforderlichen Biegekräfte
bestimmt.
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Ein
für die
Erfindung wesentlicher Gedanke lässt
sich wie folgt zusammenfassen:
Die Erfindung betrifft eine
Walzstrasse, z.B. eine Kaltwalzstrasse oder eine Warmwalzstrasse
zum Walzen eines Produkts mit mindestens zwei Bandbeeinflussungseinrichtungen,
wobei unter einer Bandbeeinflussungseinrichtung vorzugsweise ein
Walzgerüst 1 oder
eine Haspelvorrichtung 11 verstanden wird. Die Erfindung
betrifft auch ein Verfahren zum Betrieb einer derartigen Walzstrasse.
Erfindungsgemäß ist zwischen
zwei Bandbeeinflussungseinrichtungen zur Beeinflussung der Planheit
und/oder des Profils eines vorzugsweise als Metallband 2 ausgebildeten
Produkts eine Biegerolle 5 zwischen mindestens zwei der
Bandbeeinflussungseinrichtungen vorgesehen. Die Biegerolle 5 kann
insbesondere für
den Einsatz in Warmwalzwerken als drehgelagertes System ausgebildet
sein. Dieses drehgelagerte System kann gegebenenfalls ein oder mehrere
der folgenden und/oder weiteren Komponenten aufweisen: Stützrolle 6,
Kraftmessvorrichtung 7, Zugmessvorrichtung 9.
Das erfindungsgemäße Stellglied
zur Beeinflussung der Planheit und/oder des Profils kann auch in
bestehenden Anlagen problemlos nachgerüstet werden und ermöglicht eine
deutlich effektivere Profil- und/oder Planheitsregelung als bislang
bekannt.
