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Die Erfindung betrifft eine Richtmaschine für strang- oder bandförmiges Material umfassend ein Richtwerk, welches aus Richtkörpern besteht, die beiderseits der Richtebene angeordnet sind und senkrecht zur Längsrichtung der Förderrichtung des Materials verfahrbar sind, wobei Sensoreinheiten vorgesehen sind, die mit einer Steuereinheit in Verbindung stehen.
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Die Herstellung und Verarbeitung von Draht gehört zu den bedeutendsten Verfahren im Metallbereich. Die Durchmesser liegen zwischen 0,1 mm und 30 mm, sog. Walzdraht. Draht wird überwiegend aus Stahl, Edelstahl, Kupfer und Aluminium hergestellt, wobei Draht aus Magnesium oder Edelmetall zunehmend an Bedeutung gewinnt. Draht wird im Prinzip in unendlicher Länge hergestellt.
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Zum Transport und der Lagerung wird Draht üblicherweise spiralförmig zu Rollen gebogen. Dabei wird der Draht dauerhaft deformiert, insbesondere wenn er über einen langen Zeitraum hinweg im aufgerollten Zustand verbleibt. Daher ist vor der Weiterverarbeitung ein Richtvorgang erforderlich, um seine gerade Gestalt wieder herzustellen. Aufgrund der immer weiter steigenden Anforderungen an die Qualität des Drahts bei der Weiterverarbeitung gewinnt der Richtvorgang zunehmend an Bedeutung, um für nachfolgende Fertigungsvorgänge die Einhaltung vorgegebener Parameter zu ermöglichen.
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Das Richten von Metallband wird vorgenommen, um das zunächst aufgerollte Band in einen planen, ebenen Zustand zu bringen und so die Verspannungen im Band zu beseitigen, so dass ein glattes Band entsteht. Dabei wird das Band zwischen kreiszylindrischen Richtwalzen hindurchgeführt, die beiderseits des Bandes versetzt zueinander angeordnet sind. Die Richtwalzen üben senkrecht zur Längsachse des Bandes eine Richtkraft auf das Band aus. Der Betrag der Kräfte kann variiert werden. Durch die versetzte Anordnung der Richtwalzen wird das Band mehrfach wechselseitig gebogen.
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Zum Richten eindimensional langgestreckter Werkstücke wie Drähten sind bekannte Richtmaschinen jedoch ungeeignet. Insbesondere können bei Drähten zweidimensionale Verkrümmungen auftreten, während Deformationen bei Bändern nahezu ausschließlich senkrecht zur Bandebene auftreten und Richtvorgänge in der Bandebene daher nicht erforderlich sind.
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Zur Beseitigung dieses Nachteils ist aus der
DE 196 51 422 A1 eine Richtmaschine bekannt, mit der insbesondere Drähte oder Rohre gerichtet werden können. Die Richtmaschine weist in zwei Ebenen angeordnete Richtkörper auf, welche drehbar und mittels Einstellvorrichtungen beweglich sind. Die Richtkörper umgeben den Draht kreuzförmig und umschließen diesen somit nahezu vollständig, nämlich mit Ausnahme schmaler Spalte, welche die gegenseitige Verstellung der Richtkörper zueinander ermöglichen. Die Anordnung der Richtkörper in einer Ebene soll verhindern, dass der Draht den Kräften unter Drehung um seine Längsachse ausweicht und somit keine vollständige Richtung erfolgt. Die Verstellung der Richtkörper wird von einer Steuereinheit geregelt, welche Erhöhungen und Vertiefungen in der Oberfläche mit Sensoren erfasst. Abhängig von den ermittelten Krümmungen und Welligkeiten der Werkstückoberfläche regelt die Steuereinheit die Kraftwirkung der Richtkörper auf die Oberfläche des Drahtes. Die Steuereinheit und die Sensoren sind in Bewegungsrichtung des Drahtes hinter den Richtkörpern angeordnet.
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Durch die bekannte Richtmaschine ist es jedoch lediglich möglich, die Richtkörper auf Krümmungen und Welligkeiten einzustellen, welche hinter dem Richtwerk noch im Draht vorhanden sind. Diese stimmen aber nicht mit denjenigen überein, die vor dem Eintritt in das Richtwerk im Draht vorhanden sind. Folglich erfolgt ein Richten des Drahtes nicht auf die tatsächlichen Krümmungen und Welligkeiten, so dass das Ergebnis als unzureichend zu bewerten ist.
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Vor diesem Hintergrund hat es sich die Erfindung zur Aufgabe gestellt, eine Richtmaschine zu schaffen, welche ein optimales Richten langgestreckter Werkstücke, insbesondere Drähte ermöglicht. Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.
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Mit der Erfindung ist eine Richtmaschine geschaffen, welche ein optimales Richten langgestreckter Werkstücke, insbesondere Drähte ermöglicht. Durch das Vorsehen von Sensoreinheiten sowohl vor als auch hinter dem Richtwerk besteht die Möglichkeit, einen unmittelbaren Vergleich der Spannungen im Material vor und nach dem Richten vorzunehmen. Daraus lässt sich unmittelbar ableiten, wie die Richtkörper im Richtwerk einzustellen sind, um die im Material vorhandenen Spannungen zu beseitigen.
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Vorteilhaft bestehen die Sensoreinheiten aus drei Rollen. Diese Anordnung hat sich besonders bewährt, weil durch diese eine dreieckförmige Anordnung erzielbar ist, welche eine zuverlässige Führung des Materials gewährleistet und gleichzeitig besonders geeignet für die Messung von Spannungen im Material ist.
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Bevorzugt ist die dritte Rolle beweglich angeordnet ist und mit einer konstanten Druckkraft beaufschlagt. Durch die Beweglichkeit der dritten Rolle in der Sensoreinheit lässt sich ermitteln, wie ausgeprägt die Verspannungen und Unebenheiten im Material sind.
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In Weiterbildung der Erfindung sind die Sensoreinheiten mit Kraft- und Wegsensoren versehen. Diese Art von Sensoren ist geeignet, ein zuverlässiges Bild der im Material vorhandenen Spannungen und Unebenheiten zu zeichnen.
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In anderer Weiterbildung der Erfindung kann die Steuereinheit selbstlernend gestaltet sein. Dabei speichert die Steuereinheit aus bereits vorgenommenen Richtvorgängen gewonnene Parameter ab. Sie ist dann in der Lage, auf diese Parameter bei weiteren Richtvorgängen zurückzugreifen, weshalb sie bei identischen oder ähnlichen Parametern im Falle eines neuen Richtvorgangs Einstellungen im Richtwerk vornehmen kann, die bei vorangegangenen Richtvorgängen die besten Ergebnisse hervorgebracht hat. Dadurch ist die erste Einstellung bereits nah an der optimalen Einstellung des Richtwerks.
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Andere Weiterbildungen und Ausgestaltungen der Erfindung sind in den übrigen Unteransprüchen angegeben. Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt und wird nachfolgend im Einzelnen beschrieben. Die einzige Figur der Zeichnung zeigt schematisch den Aufbau der erfindungsgemäßen Richtmaschine.
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Die als Ausführungsbeispiel gewählte Richtmaschine für strang- oder bandförmiges Material umfasst ein Richtwerk 1 und Sensoreinheiten 2, 3, die mit einer Steuereinheit 4 in Verbindung stehen. Die Steuereinheit 4 steht mit dem Richtwerk 1 in Verbindung. Das zu richtende Material M wird von einer Spule 6 in Förderrichtung x durch das Richtwerk 1 zu einem Maschineneinzug 7 gefördert, um es der weiteren Bearbeitung zu unterzeihen. Im Ausführungsbeispiel ist das zu richtende Material M von Draht gebildet. Daher umfasst die Richtmaschine die in der Figur dargestellte Anordnung des Richtwerks und der Sensoreinheiten 2, 3 ein zweites Mal und zwar um 90° gedreht, so dass Messwerte in zwei Ebenen ermittelt werden können. In Abwandlung des Ausführungsbeispiels kann es sich bei dem zu richtenden Material auch um Bandstahl handeln. In diesem Fall ist eine Ermittlung von Messwerten in einer Ebene, nämlich senkrecht zur Bandoberfläche ausreichend.
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Das Richtwerk 1 besteht aus Richtkörpern 11 und 12, die beiderseits der vom zu richtenden Material M gebildeten Richtebene R angeordnet sind. Die Richtkörper 11, 12 sind im Ausführungsbeispiel von Rollen gebildet, deren Breite mindestens dem Durchmesser des Drahtes entspricht. Wenn in Abwandlung des Ausführungsbeispiels das zu richtende Material von Bandstahl gebildet ist, sind die Richtkörper 11, 12 von Walzen gebildet. Die Rollen bzw. Walzen des Richtwerks sind nicht angetrieben und daher lose drehend.
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Erkennbar sind die ersten Richtkörper 11 und die zweiten Richtkörper 12 beiderseits der Richtebene R versetzt zueinander angeordnet. Sie sind senkrecht zur Förderrichtung x des Materials einstell- bzw. verfahrbar. Im Ausführungsbeispiel sind die ersten Richtkörper 11 von drei zueinander benachbart angeordneten Rollen gebildet. Die ersten Richtkörper 11 sind beweglich angeordnet und jeweils mit einer Kraft F beaufschlagt. Die zweiten Richtkörper 12 sind im Ausführungsbeispiel von vier zueinander benachbart angeordneten Rollen gebildet, die im Betrieb des Richtwerks eine ortsfeste Achse aufweisen. Ihre Position wird vor dem Richten in Abhängigkeit von dem Durchmesser des zu richtenden Materials bzw. der Dicke des strang- oder bandförmigen Materials gewählt.
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Die erste Sensoreinheit 2 ist in Förderrichtung x des Materials M vor dem Richtwerk 1 angeordnet. Die zweite Sensoreinheit 3 ist in Förderrichtung x des Materials M hinter dem Richtwerk 1 angeordnet. Die Sensoreinheiten 2, 3 bestehen im Ausführungsbeispiel aus jeweils drei Rollen, von denen zwei Rollen 21 bzw. 31 im Betrieb der Richtmaschine eine ortsfeste Achse aufweisen. Ihre Position wird vor der Inbetriebnahme in Abhängigkeit von dem Durchmesser des richtenden Materials bzw. der Dicke des bandförmigen Materials gewählt. Die dritte Rolle 22 bzw. 32 ist beweglich angeordnet und jeweils mit einer konstanten Druckkraft D beaufschlagt. Die Druckkraft D wird im Ausführungsbeispiel von nicht dargestellten Stellmotoren erzeugt. In Abwandlung des Ausführungsbeispiels kann die Kraft bspw. auch durch Federkraft erzeugt werden. Die Rollen 21, 31 sind zu den Rollen 22, 32 gegenüber liegend und beiderseits der Richtebene R angeordnet.
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Die dritte Rolle 22 bzw. 32 ist jeweils mit Kraft- und Wegsensoren versehen. Mit Hilfe der Kraft-Wegsensoren sowie der voreingestellten und konstanten Druckkraft D kann von der vor dem Richtwerk 1 angeordneten ersten Sensoreinheit 2 eine Verformung des Materials M sowie dessen Widerstandskraft ermittelt werden. Mit Hilfe der gleichen Sensorik sowie der voreingestellten und konstanten Druckkraft D kann von der hinter dem Richtwerk 1 angeordneten zweiten Sensoreinheit 3 ebenfalls die Verformung des Materials M sowie dessen Widerstandskraft hinter dem Richtwerk 1 ermittelt werden. Durch die vorherige Behandlung des Materials M durch das Richtwerk 1, weichen die hinter dem Richtwerk 1 ermittelten Messwerte von denen vor dem Richtwerk 1 ab.
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Die Sensoreinheiten 2 und 3 senden die von den Kraft-Wegsensoren ermittelten Werte an die Steuereinheit 4. Die Steuereinheit 4 umfasst einen Komparator, der die von der ersten Sensoreinheit 2 ermittelten Werte mit denen der zweiten Sensoreinheit vergleicht. Daraus errechnet die Steuereinheit 4 Werte für die Einstellung der ersten Richtkörper 11 des Richtwerks 1. Die Steuereinheit 4 übermittelt die errechneten Werte an das Richtwerk 1, welches die ersten Richtkörper 11 des Richtwerks 1 selbstständig über eine Steuerung mit Stellmotoren entsprechend der übersandten Werte einstellt. Dies erfolgt in Echtzeit, also unmittelbar und ohne Verzögerung. Die Einstellung kann sowohl aus einer Verstellung der Position der Richtkörper 11 rechtwinklig zum Material M als auch in einer Änderung der Kraft F bestehen, mit der die ersten Richtkörper 11 auf das Material M einwirken.
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Die Steuereinheit 4 kann selbstlernend gestaltet sein. Das bedeutet, dass die Steuereinheit aus bereits vorgenommenen Richtvorgängen gewonnene Parameter abspeichert und auf diese bei weiteren Richtvorgängen zurückgreifen kann. Sie kann dann bei identischen bzw. ähnlichen Parametern im Falle eines neuen Richtvorgangs Einstellungen im Richtwerk vornehmen, die bei vorangegangenen Richtvorgängen die besten Ergebnisse hervorgebracht hat. Folglich ist bereits die erste Einstellung nah an der optimalen Einstellung des Richtwerks. Die Steuereinheit 4 kann sich auch künstlicher Intelligenz (KI) bedienen.
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Die Steuereinheit 4 kann sich zudem auch des sog. „Deep Learning“ (DL) bedienen. Dabei handelt es sich um eine spezielle Methode der Informationsverarbeitung und ein Teilbereich des sog. „Machine Learning“ (ML). Deep Learning nutzt neuronale Netze, um große Datensätze zu analysieren. Deep-Learning-Modelle sind in der Lage, von sich aus zu lernen. Dies geschieht, in dem die Systeme das Erlernte immer wieder mit neuen Inhalten verknüpfen und dadurch erneut lernen. Beim eigentlichen Lernvorgang greift der Mensch, anders als beim Machine Learning, nicht mehr ein; das Analysieren wird der Maschine überlassen. Beim Machine Learning greift der Mensch in die Analyse der Daten und den eigentlichen Entscheidungsprozess ein.
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In Abwandlung des Ausführungsbeispiels kann die Ermittlung der Spannungen im Material einschließlich des Dralls in strangförmigem Material auch mit Hilfe einer Messbuchse in den Sensoreinheiten 2, 3 erfolgen. Die Messbuchse kann rund nach Art eines Rundrohrs oder auch viereckig nach Art eines Vierkantrohrs ausgebildet sein. Die Buchse hat einen Innendurchmesser, der größer als der Durchmesser des Materials ist. Sie ist auf ihrer Innenseite mit einer Reihe von Piezo-Sensoren versehen. Solche Sensoren sind in vielfältiger Weise bekannt. Sie verwenden in der Regel Piezokeramik. Bei dieser bewirkt eine Druckeinwirkung auf die Keramik, dass Ladungen an den Oberflächen entstehen. Dieser direkte piezoelektrische Effekt, auch Generator- oder Sensoreffekt genannt, wandelt mechanische in elektrische Energie um. Auf diese Weise können evtl. im Material vorhandene Spannungen ermittelt werden. Aus der gemessenen elektrischen Energie lässt sich ein Parameter der Verspannung ermitteln; durch den Ort, an dem das Material mit einem Sensor in Kontakt tritt, lässt sich ein weiterer Parameter ermitteln.
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In Abwandlung des Ausführungsbeispiels besteht die Möglichkeit, die im Richtwerk vorhandenen Richtkörper auch zur Ermittlung von Messwerten heranzuziehen. Dies kann bspw. durch eine Erhöhung der Anzahl an Richtkörpern erfolgen, so dass der in Förderrichtung x jeweils erste und letzte Richtkörper mit Kraft- und Wegsensoren versehen sind. Auf diese Weise sind die Sensoreinheiten unmittelbar in das Richtwerk integriert.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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