DE3048672C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zum berührungslosen Führen des freilaufenden Abschnitts eines magnetischen Metallbandes der im jeweiligen Oberbegriff des Patentanspruchs 1 (Verfahren) bzw. 3 (Vorrichtung) angegebenen Gattung.

Aus der US-PS 27 31 212 ist ein gattungsgemäßes Vorgehen bekannt, bei dem im durchlaufenden Band Magnetkräfte in unterschiedlichen Richtungen von Linearmotoren erzeugt werden, die oberhalb und unterhalb des Bandes einander mit Zwischenabstand gegenüberliegend angeordnet sind. Zur Erzeugung von in Bandlängsrichtung wirkenden Kräften werden die aus Elektromagneten gebildeten Linearmotoren oberhalb und unterhalb des zentralen Bandbereiches angeordnet, wodurch das Aufwickeln des Bandes beeinflussende Längsspannungen erzeugt werden. Zur Lagekorrektur und Zentrierung des durchlaufenden Metallbandes sowie zum Vermeiden von seitlichen Auslaufbewegungen können die Linearmotoren einander gegenüberliegend oberhalb und unterhalb der Bandränder mit gegenseitigem Zwischenabstand angeordnet werden, um von außen zur Bandmitte hin gerichtete Magnetkräfte im Metallband zu erzeugen. Sobald das Metallband aus seiner zentralen Lage nach einer Seite seitlich ausläuft, gelangt an einer Seite ein entsprechend vergrößerter Randbereich in den unmittelbaren Einwirkungsbereich der Magnete, was einen entsprechenden Anstieg der von diesen Magneten erzeugten Querkräfte und gleichzeitig eine entsprechende Abnahme der vom Magneten am anderen Bandrand hervorgerufenen Querkräfte bewirkt. Durch die sich ergebende Differenzkraft wird das Metallband in seine zentrale Sollage zurückgeführt.

In modernen Fertigungsstraßen von Bandmaterial, z. B. in kontinuierlichen Galvanisieranlagen, Glüh-, Beiz- und Prüfanlagen, werden Bandgeschwindigkeiten von mehr als 200 m/min erreicht, wobei auch bei diesen relativ hohen Bandgeschwindigkeiten hochwirksame Überwachungseinrichtungen für die einzelnen Behandlungsvorgänge notwendig sind. Dies gilt beispielsweise für die Dickensteuerung bei der Metallbandbeschichtung und für das Erfassen der Banddicke und von Rissen oder Blasen. Die Effektivität dieser Steuerungs- und Überwachungsvorgänge wird insbesondere bei schnellaufenden Bändern durch Querschwingungen und konvexe bzw. konkave Verformungen der Bänder beeinträchtigt, die insbesondere in den entsprechend der Bandgeschwindigkeit verlängerten freilaufenden Bandabschnitten auftreten.

Aufgabe der Erfindung ist es, die quer zu den Bandoberflächen gerichteten Schwingungen und die konvexen bzw. konkaven Verformungen der freilaufenden Abschnitte des Metallbandes zu verhindern.

Diese Aufgabe wird verfahrensmäßig durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 sowie vorrichtungsmäßig durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 3 gelöst.

Die im Metallband von den an beiden Bandkanten angeordneten Magneten erzeugten mechanischen Querspannungen sind gegensinnig nach seitlich außen gerichtet und so groß, daß die Amplitude der Bandschwingung verringert und die konvexen bzw. konkaven Bandwölbungen beseitigt werden. Zum Erzeugen der Magnetkräfte können Dauermagneten, Linearmotoren und Magnetspulen eingesetzt werden.

Zweckmäßige Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Im folgenden wird die Erfindung anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 schematisch eine Galvanisieranlage für ein Metallband mit erfindungsgemäß angeordneten Magneten;

Fig. 2 ein Schaltdiagramm für die Lagesteuerung der Magneten;

Fig. 3, 4 einen Permanentmagneten im Längs- und im Querschnitt;

Fig. 5 ein Diagramm der Bandschwingungsamplituden mit und ohne erfindungsgemäße Magnete;

Fig. 6a, b schematisch die Querschwingungen und Verformungen des Bandes mit und ohne die Magnete;

Fig. 7 die Abhängigkeit der Magnetkräfte vom Spalt zwischen den Bandkanten und den Magneten für unterschiedliche dicke Metallbänder;

Fig. 8, 9 ein anderes Ausführungsbeispiel in schematischer Seitenansicht bzw. im Querschnitt.

Die in Fig. 1 dargestellte Galvanisieranlage weist eine Bodenrolle 14, ein paar Umlenkrollen 16, 18, eine obere Umlenkrolle 32 zum Führen eines kontinuierlich durchlaufenden Stahlbandes 10 aus einem Zinkschmelzenbad 12 auf. Über der Oberfläche des Zinkschmelzenbades 12 ist ein Paar von Gasabstreifdüsen 20, 22 zu beiden Seiten des Metallbandes angeordnet, deren austretende Gasstrahlen die Dicke des auf den Oberflächen des Stahlbandes angelagerten Überzugs steuert. Durch Verändern des Abstandes zwischen den Düsen 20, 22, des Gasdruckes und der Bandgeschwindigkeit kann die Überzugsdicke eingestellt werden. Die Düsen 20, 22 sind an einem Träger 28 verschiebbar befestigt, wobei ihr Abstand zum Metallband 10 durch einen Steuermotor 30 verändert werden kann. Das Gas wird den Düsen 20, 22 über Rohre 24, 26 zugeführt.

Das aus dem Zinkbad auslaufende beschichtete Stahlband kann so lange nicht mechanisch abgestützt werden, bis das Überzugsmaterial abgekühlt und ausreichend erstarrt ist. Danach bemißt sich auch die Lage der oberen Umlenkrolle 32 in Abhängigkeit von der Bandgeschwindigkeit. Praktisch ist eine freie Spannweite von etwa 40 m bei einer Bandgeschwindigkeit von 200 m/min notwendig. Die vergrößerte Spannweite und erhöhte Bandgeschwindigkeit führen zu verstärkten Schwingungen mit Amplituden von 3 bis 10 mm bei 1 bis 7 Hz sowie Verformungen des Metallbandes. Der dynamische Druck des Gasstrahls aus den Düsen 20, 22 ändert sich dementsprechend durch die seitlichen Bandschwingungen, wobei die Dicke des Überzugsmetalls sich bei kleiner werdendem Abstand verringert und bei vergrößertem Abstand wächst.

Bei der Galvanisieranlage gemäß Fig. 1 sind vier Magnete 34, 36, 38, 40 unmittelbar neben den Seitenkanten des Metallbandes vorgesehen, deren Magnetkraft die Bandkanten in Bereiche der höheren Magnetflußdichte zieht und die dadurch Bandschwingungen entgegenwirken. Die Magnete 38, 40 sind an einer Seitenplatte 42 und die Magnete 34, 36 an einer anderen Seitenplatte befestigt, die jeweils neben der betreffenden Bandkante angeordnet sind. Um den in der Praxis auftretenden Verwindungen des Bandes bzw. Änderungen der Bandbreite Rechnung zu tragen, sind die Seitenplatten 42 an einem Träger 50 gehaltert und können zur Einstellung der Abstände ihrer Dauermagneten gegenüber der jeweiligen Bandkante von einem Stellmotor quer zum Metallband verschoben werden.

Die Anzahl und Anordnung der Magnete ist nicht auf die Ausführung nach Fig. 1 beschränkt. Bei Galvanisieranlagen mit Gasabstreifdüsen werden Bandschwingungen im Bereich dieser Abstreifdüsen 20, 22 wirksam verhindert, wenn die Magneten nahe den Bandkanten im Bereich dieser Abstreifdüsen 20, 22 angeordnet sind.

Da die Umlenkrollen 16, 18 durch Paßfehler in ihren Lagern oder durch Wärmedehnung hervorgerufene Exzentrität die Entstehung von Schwingungen fördern, können sie weggelassen werden, um so die Wirkung der Magneten zu steigern.

Gemäß Fig. 2 sind die Magneten 34, 38 in der Nähe der jeweiligen Bandkanten angeordnet und mit je einem Detektor 66, 68 zum Erfassen der Spaltweite zwischen der Bandkante und den Magneten versehen. Es können Photodetektoren oder andere Lagedetektoren verwendet werden. Die Ausgangssignale der Detektoren 66, 68 werden Komparatoren 62, 64 zugeführt, die aus einem Sollwertgeber 60 zusätzliche Signale erhalten. Aus diesen Soll- und Istwerten erzeugen die Komparatoren Ausgangssignale, die über Verstärker 70, 72 den Stellmotoren 48, 49 zugeführt werden. Die Magnete 34, 38 sind über Schraubspindeln 44, 45 mit den Ausgangswellen der Stellmotoren 48, 49 gekoppelt. Wenn der gemessene Istwert der Spaltweite vom Sollwert abweicht, wird der Stellmotor entsprechend bestätigt und bringt den Magneten in die vorbestimmte gewünschte Lage. Auf diese Weise wird der Spalt zwischen dem jeweiligen Magneten und der Bandkante justiert, so daß die auf die Bandkante einwirkende Magnetkraft etwa konstantgehalten wird.

Da bei Galvanisieranlagen die Magnete möglichst nahe an den Abstreifdüsen angeordnet werden, unterliegen sie einer erheblichen Hitzeeinwirkung von der Metallschmelze und dem erhitzten Abstreifgas. Da Dauermagnete thermolabil sind, verringert sich ihre Magnetkraft bei Erwärmung. Um dieses Problem zu lösen, ist der Magnet 34 in einem zylindrischen abgedichteten Gehäuse 112 untergebracht, das mehrere Dauermagnete 102 bis 108 enthält und in dem Kühlflüssigkeit zirkuliert. Die Dauermagnete 102 bis 108 sind an einer T-förmigen Trennwand 110 befestigt, die einen Kanal für die Kühlflüssigkeit im Gehäuse 112 begrenzt. Die Dauermagnete sind in Ausnehmungen in der Trennwand 110 befestigt und erstrecken sich bis zur Innenwand des Gehäuses 112. Am oberen Ende des Gehäuses 112 sind Abdichtkappen 114, 116 mit einem Einlaßrohr 52 bzw. einem Auslaßrohr 54 für die Kühlflüssigkeit befestigt. Das Gehäuse 112 ist neben der Bandkante angeordnet, so daß die Dauermagnete 102 bis 108 dieser Bandkante zugewandt sind. Um die Wirkung der Magnete 34 zu verbessern, werden vorzugsweise unmagnetische und dünne Materialien, wie rostfreier Stahl, für das Gehäuse 112 verwendet. Durch die dargestellte Ausführung wird die durch Erwärmen verursachte Verringerung der Magnetkräfte beseitigt und das Anhaften von Schmelzenspritzern an den Magneten bzw. dem Gehäuse 112 verhindert.

Bei diesem Ausführungsbeispiel sind die Magnete 102 bis 108 an der Trennwand 110 so angeordnet, daß ihre Magnetfelder in der Reihenfolge SNS oder NSN gerichtet sind.

Beim Vorgehen gemäß dem Diagramm nach Fig. 5 ist der Magnet nach der zweiten bis zur sechsten Sekunde von der Bandkante weggezogen worden. Die Amplitude der Bandschwingung bei wirksamer Magnetkraft lag bei höchstens 2 bis 3 mm, während sie etwa 10 mm ohne Magnetkraft betrug. Die Verhinderung der Bandschwingungen ist besonders augenfällig bei einer kontinuierlichen Galvanisierung eines Stahlbands mit einer Dicke von 1,20 mm, einer Breite von 1000 mm, einer Durchlaufgeschwindigkeit von 123 m/min und einer Zinkmenge von 300 g/m².

Aus Fig. 6 ist ersichtlich, daß ohne Magnet eine maximale Amplitude der Bandschwingung von etwa 7 mm an den Bandkanten und eine minimale Amplitude von 4 mm in der Bandmitte auftritt. Das Band verformt sich nach hinten, so daß sein Querschnitt eine konkave oder konvexe Form annimmt, wenn kein Magnet verwendet wird. Der Betrag der gewöhnlich "Paddeln" genannten Verbiegung oder Deformation ist etwa 8 mm.

Wenn dagegen Magnete an den Bandkanten vorgesehen sind, wie in Fig. 6b gezeigt, wird nicht nur die Schwingungsamplitude am Kantenteil kleiner (2,5 mm), sondern es verschwindet auch das "Paddeln".

Die Wirkung der Magnete geht aus der Tabelle 1 hervor, in der die Dickenverteilung des Überzugs auf Bändern dargestellt sind, die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren und auf herkömmliche Weise galvanisiert wurden. Das Stahlband mit einer Dicke von 1,20 mm und einer Breite von 1000 mm wurde nach dem Gasabstreifverfahren bei einer Durchlaufgeschwindigkeit von 123 m/min mit einer Zinkmenge von 300 g/m² beschichtet. Die Messung erfolgte nach dem sog. "3-Punkt-Verfahren" gemäß der JIS H 0401 "Prüfverfahren für galvanisiertes Band". 10 Probestücke wurden den erhaltenen Bändern in einem gleichen Abstand bezüglich der Richtung der Bandbreite entnommen, und das Gewicht des auf die Probestücke aufgebrachten Zinks wurde nach dem sog. "Antimonchloridverfahren" gemessen.

Wie die Tabelle 1 zeigt, ist die Dicke des Überzugs nach dem herkömmlichen Verfahren ungleichmäßig. Insbesondere ist aufgrund der Bandwölbung die Dicke des Überzugs auf der Vorderseite des Bandes am Seitenteil geringer als im mittleren Teil und auf der Hinterseite am Seitenteil größer und im mittleren Teil geringer.

Demgegenüber wird bei Verwendung der Magnete die Überzugsdicke auf beiden Bandseiten gleichmäßig, was die Wirkung der Magnetkräfte zum Vermeiden nicht nur der Schwingungen, sondern auch der Bandwölbung beweist.

Gewicht des Zinks (g/m²)

Fig. 7 zeigt die Beziehungen zwischen der auf ein Stahlband einwirkenden Magnetkraft und dem Spalt zwischen der Bandkante und der Magnetoberfläche. Der bei diesem Versuchsergebnis verwendete Magnet besteht aus mehreren rechteckigen Einzelmagneten aus Kobaltmagnet in der Anordnung nach Fig. 3. Die wirksame Länge der der Bandkante zugewandten Magneteinheit beträgt etwa 500 mm. Die Magnetkraft verringert sich mit den Anwachsen des Spalts und mit abnehmender Banddicke. Mit dem Steuermechanismus wird vorzugsweise eine Spaltweite von etwa 4 bis 6 mm eingestellt, so daß eine Magnetkraft von etwa 5 bis 25 kg erhalten werden kann.

Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 8 werden die Magnete in einer kontinuierlichen Bandprüfstraße eingesetzt. Ein Band 120 läuft über zwei Rollen 122 und 124. Ein Banddetektor 126 zur Erfassung von Rissen und Blasen bzw. der Banddicke durch einen Laserstrahl oder Röntgenstrahlen ist zwischen den Rollen 122 und 124 und Magnete 128 sind an den zugehörigen Bandkanten unter dem Detektor 126 angeordnet. Mit Hilfe dieser Anordnung der Magnete 128 werden Meßfehler infolge einer Schwingung oder Wölbung des Bandes verhindert.

Es ist wirkungsvoll und vorzuziehen, den Magnet mit einem sich verjüngenden Ende 132 bzw. 134 auszubilden, wie in Fig. 9 gezeigt ist, da dadurch die auf die Kanten des Bandes 130 einwirkende Magnetflußdichte erhöht wird.

Claims (10)

1. Verfahren zum berührungslosen Führen des freilaufenden Abschnitts eines magnetischen Metallbandes, bei dem auf beide Bandkanten in Breitenrichtung des Metallbandes wirkende gegensinnige Magnetkräfte ausgeübt werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Magnetkräfte seitlich neben den Bandkanten erzeugt werden und im Metallband seitlich nach außen gerichtete mechanische Querspannungen hervorrufen.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Lage der Bandkanten erfaßt wird und dementsprechend die Größe der auf das Metallband einwirkenden Magnetkräfte gesteuert wird.

3. Vorrichtung zum berührungslosen Führen eines freilaufenden Abschnittes eines magnetischen Metallbandes, bei der im Bereich der beiden Bandkanten Magnete angeordnet sind, die im Metallband gegensinnig wirkende Magnetkräfte hervorrufen, dadurch gekennzeichnet, daß die Magnete (34, 36, 38, 40) mit Abstand seitlich neben den Bankanten so angeordnet sind, daß die durch ihre Magnetfelder im Metallband (10) erzeugten Magnetkräfte seitlich nach außen gerichtet sind.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Magnete Dauermagnete (102, 104, 106, 108) sind.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Dauermagnete (102, 104, 106, 108) Magnetpole in abwechselnder S- und N-Folge aufweisen.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Lage der Magnete (34, 36, 38, 40) in bezug zur jeweiligen Bandkante mittels Justiereinrichtungen (44, 48; 45, 49) verstellbar ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Justiereinrichtungen je einen Fühler (66, 68) zur Erfassung der Bandkante aufweisen, deren Ausgangssignale in einer Steuereinheit (60, 62, 64, 66, 68, 70, 72) in Signale für mit den Magneten (34, 36, 38, 40) verbundene Stellantriebe (44, 48; 45, 49) umgesetzt werden.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Magnete (34, 36, 38, 40) gekühlt sind.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Magnete (34, 36, 38, 40) in unmagnetischen Gehäusen angeordnet sind, die von einem Kühlmedium durchströmt werden.

10. Anwendung der Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 9 in einer Anlage zum Beschichten der Metallbandoberfläche mit einer Metallschmelze, bei der die Magnete in der Nähe von Einrichtungen (20, 22) zur Steuerung der Dicke der aufgebrachten Metallschmelze angeordnet sind.