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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Richten von Metallband nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und des Anspruchs 9 sowie ein Verfahren zum Richten von Metallband mit den Merkmalen des Anspruchs 12.
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US 4,881,392 beschreibt ein System zum Richten eines Metallbandes, bei dem eine Richtstrecke einer Walzanlage nach geordnet ist und eine Messvorrichtung zur Planheitsmessung des Metallbandes wiederum in Bandlaufrichtung unterhalb der Richtstrecke angeordnet ist.
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Es ist die Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Richten von Metallbändern anzugeben, bei denen eine gute Optimierung des Richtvorgangs erreicht wird.
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Diese Aufgabe wird für eine eingangs genannte Vorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 erfindungsgemäß mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
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Durch die zumindest zweite Gruppe von in der Querrichtung nebeneinander angeordneten, einzeln ansteuerbaren Stellgliedern, durch die ein axialer Biegeverlauf zumindest einer zweiten der Richtwalzen einstellbar ist, lässt sich die Wirkung der Richtwalzen auf das Blech besonders differenziert einstellen.
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Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, dass wenigstens drei in Bandlaufrichtung nacheinander angeordnete Gruppen von jeweils wenigstens drei Stellgliedern vorgesehen sind, die insgesamt ein Feld von einzeln ansteuerbaren Stellgliedern ausbilden, mittels dessen mehrere in Bandlaufrichtung nacheinander angeordnete Richtwalzen sich in ihrem jeweiligen Biegeverlauf unabhängig einstellen lassen. Ein solches Feld von Stellgliedern ermöglicht allgemein eine besonders genaue Korrektur von Bandfehlern durch den Richtvorgang. Zudem kann bei Bedarf dynamisch eine lokale Korrektur insbesondere in relativ kurzen Abschnitten des Bandes erfolgen. Solche relativ lokalen Bandfehler können zum Beispiel durch eine eingangsseitig der Vorrichtung angeordnete Messvorrichtung zunächst erfasst werden.
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Allgemein bevorzugt ist es vorgesehen, dass die Stellglieder einen Hydraulikzylinder umfassen. Hydraulikzylinder können schnell und in weitem Bereich auf die jeweiligen Erfordernisse an Richtkräften eingestellt werden. In alternativer oder ergänzender Detailgestaltung können aber auch Gewindeanstellungen, Keilanstellungen oder Ähnliches als Stellglieder Verwendung finden.
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Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist zumindest eine, bevorzugt mehrere der Gruppen von Stellgliedern an einer formsteifen Traverse abgestützt. Unter formsteif im Sinne der Erfindung ist dabei zu verstehen, dass ein Flächenträgheitsmoment der Traverse zumindest einem Vielfachen eines Flächenträgheitsmomentes der Richtwalzen entspricht. In weiterer Detailgestaltung kann eine Kippung der Traverse um die Bandlaufrichtung mittels zumindest eines Traversenstellglieds einstellbar sein. Hierdurch ergeben sich weitere Einstellmöglichkeiten der Vorrichtung. Bei den Traversenstellgliedern kann es sich ebenfalls bevorzugt um hydraulische Stellglieder, alternativ oder ergänzend aber auch um Keilanstellungen oder Gewindeanstellungen handeln.
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In allgemein bevorzugter Weiterbildung ist es vorgesehen, dass endseitige Lagerbereiche zumindest einer der Richtwalzen durch seitliche Stellglieder einstellbar belastbar sind, insbesondere in einer zu den Stellgliedern entgegen gesetzten Richtung. Hierdurch lässt sich unter anderem eine einfache Einstellung von Spalten und Anpresskräften realisieren. Bevorzugt können die seitlichen Stellglieder als Hydraulikzylinder ausgebildet sein.
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Bei einer einfachen und allgemein bevorzugten konstruktiven Realisierung können die Stellglieder auf eine Halteanordnung für eine Mehrzahl von Stützrollen wirken, wobei die Stützrollen eine Kraft der Stellglieder auf eine der Richtwalzen übertragen. In bevorzugter Detailgestaltung umfasst dabei die Halteanordnung eine Kette von in axialer Richtung miteinander verbundenen Lagerabschnitten für die Stützrollen. Hierdurch können in der axialen Richtung auftretende Kräfte optimal abgefangen werden, so dass die Wirkung der jeweiligen Stellglieder örtlich gut definiert ist und keine Verkantungen o.ä. im Bereich der Stellglieder oder Stützrollen auftreten.
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Die Aufgabe der Erfindung wird zudem für eine Vorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 9 durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 9 gelöst. Durch die Anordnung einer Messanlage bereits vor den Gruppen von Richtwalzen kann eine besonders genaue Vermessung erfolgen, aufgrund derer die Anzahl von Durchläufen durch die Richtstrecke minimiert werden kann. Insbesondere kann durch die vorgeschaltete Messanlage entschieden werden, ob überhaupt ein Richten erfolgen muss. Im Idealfall kann das Band dann die Richtstrecke gar nicht bzw. ohne Andruck der Richtwalzen durchlaufen.
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Durch das Vorsehen jeweils einer Messanlage vor und hinter den Richtwalzen kann in demselben Durchlauf entschieden werden, ob ein zweiter Durchlauf durch die Richtstrecke erforderlich ist. Aus dem Vergleich der Messungen der beiden Messanlagen vor und nach der Richtstrecke kann zudem eine Optimierung bzw. Änderung der Einstellungen der Stellglieder der Richtstrecke abgeleitet werden, um einen optimierten, nachfolgenden Durchlauf zu ermöglichen. Dabei kann es sich um einen zweiten oder allgemein n-ten Durchlauf handeln.
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Die Messanlagen umfassen in bevorzugter Detailgestaltung eine optische, insbesondere laseroptische, Vermessung der Form des Metallbandes, wobei das Metallband zumindest im Bereich der Messanlagen überwiegend zugspannungsfrei geführt ist. Eine überwiegend zugspannungsfreie Führung ist dann gegeben, wenn durch die Bandführung bedingte Zugkräfte so gering gehalten sind, dass sie eine räumliche Deformation des Bandes nur vernachlässigbar beeinflussen.
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Bei alternativen oder ergänzenden Detailgestaltungen kann außer einer optischen Erfassung einer räumlichen Deformation auch vorgesehen sein, dass das Band über mechanische Tastrollen bei definierter Zugspannung abgetastet wird, um über die Breite veränderliche Verspannungen im Band zu messen und als Kriterium für eine Einstellung der Stellglieder der Richtstrecke zu verwenden.
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Allgemein vorteilhaft umfasst eine Vorrichtung nach Anspruch 9 oder 10 zudem einen oder mehrere zusätzliche Merkmale nach einem der Ansprüche 1 bis 8. Es versteht sich, dass die spezifischen Ausführungsformen einer solchen Vorrichtung jeweils beliebig mit dem Konzept einer Vorrichtung kombinierbar sind, bei der sich vor und nach den Richtwalzen jeweils Messanlagen befinden.
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Die Aufgabe der Erfindung wird zudem durch ein Verfahren zum Richten eines Metallbandes mit den Merkmalen des Anspruchs 12 gelöst. Besonders bevorzugt, aber nicht notwendig wird für ein erfindungsgemäßes Verfahren eine erfindungsgemäße Vorrichtung verwendet
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Durch das Messen der Form und/oder Verspannungen durch eine erste, vor einem ersten Durchlauf durch die Richtstrecke angeordnete Messanlage sowie durch eine zweite, nach der Richtstrecke angeordnete Messanlage, lässt sich der Vorgang des Richtens besonders gut optimieren und die Anzahl eventuell notwendiger Durchläufe durch die Richtstrecke minimieren. Es versteht sich, dass die Optimierung rechnergestützt auf Basis der Messergebnisse erfolgt. Dabei können zudem Daten vorhergehender Durchläufe desselben Bandes und/oder gespeicherte Modelle, insbesondere betreffend das zu richtende Material, die Bandmassen etc., verwendet werden.
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In vorteilhafter Weiterbildung ist es vorgesehen, dass abhängig vom Messergebnis in Schritt d. eine Wiederholung der Schritte b. und c. erfolgt.
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Insbesondere kann ein zweiter oder n-ter Banddurchlauf in zum vorhergehenden Durchlauf entgegengesetzter Richtung erfolgen.
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Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus dem nachfolgend beschriebenen Ausführungsbeispiel sowie aus den abhängigen Ansprüchen.
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Nachfolgend wird ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben und anhand der anliegenden Zeichnungen näher erläutert.
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1 zeigt eine schematische Ansicht einer erfindungsgemäßen Vorrichtung von vorne.
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2 zeigt eine schematische Draufsicht auf die Vorrichtung aus 1.
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3 zeigt die Vorrichtung aus 1 in einer zweiten Anstellung.
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4 zeigt die Vorrichtung aus 1 in einer dritten Anstellung.
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5a bis 5f zeigen mehrere Abwandlungen von Lagerabschnitten einer Vorrichtung aus 1.
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6 zeigt eine schematische Gesamtansicht einer erfindungsgemäßen Vorrichtung mit zwei Messanlagen.
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Die in 1 gezeigte Vorrichtung zum Richten eines Metallbandes ist nur im Umfang einer vorliegend oberen Hälfte dargestellt, umfassend mehrere in einer Bandlaufrichtung (senkrecht zur Zeichnungsebene in 1) hintereinander angeordnete Richtwalzen 1.
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Eine Richtwalze 1 ist jeweils von einer Gruppe von Stellgliedern 2 kraftbeaufschlagt, die in Querrichtung bzw. axialer Richtung nebeneinander über die Länge der Richtwalze 1 angeordnet sind. Die Stellglieder umfassen jeweils eine Krafteinleitungseinheit in Form eines separat und automatisiert ansteuerbaren hydraulischen Zylinders 2a, der auf einen Lagerabschnitt 3 einer Kette 4 von Lagerabschnitten wirkt. Ein Kolbenende des Stellglieds 2a kann dabei kippbar an dem Lagerabschnitt andrücken, zum Beispiel in einer entsprechenden Ausformung (nicht dargestellt). Es versteht sich, dass ein durch die Stellglieder angestellter Biegeverlauf der Richtwalzen 1, in 1, 3 und 4 aus Gründen der Veranschaulichung übertrieben dargestellt ist.
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An den Lagerabschnitten 3 ist jeweils ein Paar von Stützrollen 5 drehbar gelagert, die auf die Richtwalzen 1 drücken und so deren Biegeverlauf während der Drehung einstellen.
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In 5a bis 5f sind verschiedene alternative Ausbildungen der Kette von Lagerabschnitten gezeigt. Bei den Ausbildungen nach 5a bis 5c liegen die Lagerabschnitte 3 stoßbündig aneinander an, wobei die zusammenwirkenden Stirnflächen je nach Anforderungen ausgeformt sein können. 5a zeigt eine einfache Ausformung mit ebenen Stirnflächen. 5b zeigt eine zwei konvexe Ausformungen, durch die die Reibungsfläche verringert ist. 5c zeigt eine konkave Stirnfläche, in die eine benachbarte, konvexe Stirnfläche eingreift, so dass sich die genaue Position der Lagerabschnitte relativ zueinander einstellt.
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Bei den Beispielen nach 5d bis 5f sind die benachbarten Lagerabschnitte jeweils miteinander verbunden, wobei die Verbindungsstelle eine erhöhte Beweglichkeit gegenüber einer homogenen Stange bereitstellt. In 5d ist dies durch lokale Schwächungen einer massiven Stange erreicht. 5e zeigt eine Verbindung durch einen elastischen Verbinder zwischen den Lagerabschnitten, der aus Metall oder einem anderen Material bestehen kann. 5f zeigt eine Anordnung, in der die benachbarten Lagerabschnitte durch ein Gelenk, z.B. ein Drehgelenk, miteinander verbunden sind.
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Die Stellglieder 2 sind mit ihren Hydraulikzylindern an der zur Richtwalze entgegen gesetzten Seite an einer biegesteifen bzw. formsteifen Traverse 6 abgestützt. Die Traverse ist über vorliegend zwei Traversenstellglieder 7 kippbar verstellbar, um eine weitere Justagemöglichkeit zum Richtwalzen und/oder Verfahrbarkeit der Traverse zu Wartungszwecken bereit zu stellen. Die Traversenstellglieder 7 sind ebenfalls als hydraulische Zylinder ausgelegt.
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Die Richtwalzen 7 sind endseitig in Drehlagern 8 aufgenommen, die Ihrerseits jeweils über seitliche Stellglieder 9 krafteinstellbar an der Traverse 6 abgestützt sind. Insbesondere können die seitlichen Stellglieder 9 in zu den Stellgliedern 2 entgegen gesetzter Richtung kraftbeaufschlagt werden, um den Biegeverlauf der Richtwalzen 7 einzustellen.
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Insbesondere aus der schematisierten Darstellung nach 2 ist ersichtlich, dass vorliegend jede der hintereinander angeordneten, vorliegend fünf Richtwalzen 1 in ihrem Biegeverlauf weitgehend individuell einstellbar ist. Hierzu ist für jede der Richtwalzen 1 eine Gruppe von in axialer Richtung nebeneinander angeordneten Stellgliedern 2 vorgesehen. Im vorliegenden Beispiel wird jede der fünf Richtwalzen 1 durch jeweils eine Gruppe von fünf in Querrichtung benachbart angeordneten Stellgliedern 2 eingestellt, so dass sich insgesamt ein Feld von 5 × 5 separat einstellbaren Stellgliedern 2 ergibt.
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Die fünf Richtwalzen 1 sind endseitig jeweils in Balken 10 aufgenommen, in denen die Drehlager 8 der Richtwalzen 1 angeordnet sind. Jeder der beiden Balken 10 wird dabei von einem der seitlichen Stellglieder 9 gehalten. Die Balken sind dabei zweckmäßig so geführt, dass kein Verkippen in Bandlaufrichtung auftreten kann. Alternativ oder ergänzend können auch mehrere seitliche Stellglieder 9 an demselben Balken 10 angreifen. Es kann weiterhin alternativ auch jede einzelne Richtwalzen 1 endseitig in einem seitlichen Stellglied 7 aufgenommen sein oder jeweils mehrere, z.B. zwei, Richtwalzen sind über jeweils einen Balken bezüglich ihrer Drehlagerung zusammengefasst.
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Sämtliche der vorliegend beschriebenen hydraulischen Zylinder haben bevorzugt einen kreisrunden Querschnitt. Es ist ein Prinzip der vorliegenden Erfindung, möglichst viele baugleiche Standard-Stellglieder zu verwenden und auf Sonderkonstruktionen wie etwa Zylinder mit länglichem Querschnitt zu verzichten.
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Die vorstehend beschriebene obere Hälfte der Vorrichtung kann im Wesentlichen symmetrisch als unterer Teil mit einer Gruppe von unteren Richtwalzen 1’ (siehe schematisch in 6) wiederholt sein. Hierdurch lässt sich eine zu 1 inverse Biegung der gezeigten Richtwalze wie in 3 erzielen, wobei die Anstellung durch Schubkräfte von (nicht dargestellten) Stellgliedern der unteren Hälfte erfolgt.
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Bei einer Anstellung gemäß 4 liegt eine lineare Verkippung der Richtwalze um die Bandlaufrichtung vor. Eine solche Verkippung kann wie gezeigt über die Stellglieder 2, 7 erfolgen oder auch über eine Verkippung der Traverse 6.
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Die schematische seitliche Ansicht gemäß 6 zeigt eine Vorrichtung wie vorstehend beschrieben, der zudem in Bandlaufrichtung eine erste Messanlage 11 vorgeordnet und eine zweite Messanlage 12 nachgeordnet ist.
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Die Messanlagen 11, 12 sind baugleich ausgeführt und vermessen jeweils Unebenheiten des weitgehend ungespannten Metallbandes 13 mittels optischer Systeme, insbesondere laseroptischer Systeme.
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Zudem erläutert 6 ein Verfahren, in dem erfindungsgemäß die Topographie bzw. Planheit und / oder die Eigenspannungen des Metallbandes 13 zunächst vor dem Richten ermittelt werden. In der ersten Messanlage 11 entstehen hierzu Daten, die über eine Verbindung 11a in eine elektronische Steuereinheit bzw. ein darauf installiertes Modell 14 eingespeist werden. Das Metallband 13 kann zum Messen z.B. auf Rollen 15 liegen und dabei gescannt werden. Es ist auch vorstellbar, dass die Planheit und / oder Eigenspannungen des Metallbands während des Durchlaufes erfasst werden. Zu diesem Zweck wäre auch ein Reversierbetrieb möglich.
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Vorzugsweise sind alle Richtwalzen 1, mindestens aber die oberen Richtwalzen 1 mit Sensoren 16 und Aktoren 17 ausgerüstet und über die Verbindungen 18 mit dem Modell 14 verbunden. Die Sensoren können z.B. Kräfte, Momente, Positionen, Neigungen, Verformungen usw. messen. Die Aktoren, zum Beispiel die vorstehend beschriebenen Stellglieder 2, sind in der Lage, Kräfte und Momente zu übertragen, Positionen wie Wege, Neigungen, Verformungen usw. anzufahren bzw. zu erzeugen. Hierdurch können beliebig viele Positionen und Verformungen der einzelnen Richtwalzen 1 und somit Positionen der Richtwalzen relativ zueinander angefahren werden.
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Durch die den Richtwalzen nachgeschaltete, weitere Messanlage 12 würde das Metallband 13 nach dem Richtvorgang zumindest optional erneut vermessen. Die entstehenden Daten werden über eine Verbindung 12a dem Modell 14 zur Verfügung gestellt.
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Das Modell 14 ist in einem oder mehreren Rechnern abgebildet und besteht aus weiteren implementierten Untermodellen. Dieses sind Werkstoffmodelle für die zu richtenden Materialien, Modelle zum Abbilden des Richtprozesses, mechanische Modelle zum Abbilden der Maschinenteile sowie deren Zusammenarbeit während des Richtens, Modelle zum Verarbeiten der Sensorsignale, Modelle zum Verarbeiten und Aufbereiten der Geometrie (Planheit / Ebenheitsfehler) und Eigenspannungen des Richtgutes 13, Modelle zum Bekämpfen von Ebenheitsfehlern, Modell zum Ansteuern der Aktoren der Richtmaschine usw..
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Alle Daten und Signale sind in entsprechenden Modellen, Regelkreisen und Algorithmen eingebunden. Die integrale Zusammenfassung und Bearbeitung erfolgt in einem übergreifenden technologischen Modell.
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Dieses Modell könnte z.B. selbstständig oder Bediener unterstützend entscheiden, ob das Metallband 13 noch einmal gerichtet werden soll oder ob es zur Weiterverarbeitung freigegeben werden kann. Die örtliche Eintauchtiefe E1 in der Ebene P_1 bis zur Eintauchtiefe En in der Ebene P_n können durch das Modell 14 entsprechend den Anforderungen an das Endprodukt eingestellt werden. Als örtliche Eintauchtiefe ist nicht nur der parallele Richtspalt RS zu verstehen, sondern auch ein nicht konstanter Richtspalt RS, der durch Neigen und Biegen mindestens einer der Richtwaltzen 1 entstehen kann. Die Richtmaschine kann mit Hilfe des Modells 14 so betrieben werden, dass sie statisch oder dynamisch (während des Richtprozesses) die Eintauchtiefen und die Richtspalte verändern kann. Es ist ebenso vorstellbar, dass die Stützweite a durch Verschieben der Richtwalzen 1 veränderbar ist und vom Modell 14 gesteuert bzw. geregelt wird.
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Die normale bzw. erste Durchlaufrichtung des Metallbandes 13 erfolgt von rechts nach links gemäß 6. Die Ebene 19 kann als Referenzebene für die Messanlagen und für die Eintauchtiefe genutzt werden. Ein eventueller zweiter Durchlauf kann insbesondere von links nach rechts erfolgen, insbesondere bei einem Tandem-Messsystem.
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Mit Hilfe des beschriebenen Verfahrens ist es möglich, den Ist-Zustand eines Metallbandes bezüglich seiner Ebenheit und / oder seiner Eigenspannungen zu beschreiben und die ermittelten Daten einem Modell, welches in einem Rechner abgebildet ist, zur Verfügung zustellen. Das Modell ist dann in der Lage, den Richtprozess zu steuern und zu regeln. Das Richtergebnis kann mit Hilfe einer zweiten Messung in einer zweiten Messanlage 11, 12 festgestellt werden. Die Daten können dazu benutzt werden, dass sich das Modell eigenständig adaptiert und optimiert. Der Richtprozess kann voll- oder teilautomatisiert, optimiert und protokolliert werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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