DE69011895T2

DE69011895T2 - Vorrichtung zum Anritzen kornorientierter Elektrostahlbänder.

Info

Publication number: DE69011895T2
Application number: DE69011895T
Authority: DE
Inventors: Satoshi Ide; Takayuki Uchida; Masahiro Yamamoto; Atsushi Yumoto
Original assignee: Nittetsu Plant Designing Corp; Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp; Nippon Steel Plant Designing Corp
Priority date: 1989-02-20
Filing date: 1990-02-19
Publication date: 1995-02-02
Anticipated expiration: 2010-02-20
Also published as: EP0384340B1; EP0384340A2; US5150598A; EP0384340A3; DE69011895D1

Description

Diese Erfindung betrifft Vorrichtungen zum Anritzen kornorientierter Elektrostahlbänder, und insbesondere Vorrichtungen zum Anritzen kornorientierter Elektrostahlbänder, die deren Kernverluste durch Bildung linearer Einritzungen auf deren Oberflächen unter Verwendung gegenüberliegender Metallformen verbessern.
Eine der Techniken, die kürzlich bei der Herstellung kornorientierter Elektrostahlbänder eingeführt worden ist, ist die Bildung von linearen Einritzungen auf deren Oberflächen. Die Aufgabe dieser Technik ist, die Domänengröße durch Bildung linearer Einritzungen zu verringern, wodurch sich Kernverluste und magnetische Eigenschaften verbessern.
Aber diese Technik erfordert ein hohes Maß an Massenproduzierbarkeit und besonders hohe Präzisionsbearbeitung. Beispielsweise müssen ungefähr 1000 Einritzungen in einer Minute gearbeitet werden. Die Tiefe der Einritzungen reicht von mehreren zehn um bis unter 10 um, manchmal mit so engen Toleranzen wie ± wenige um. Weil diese Anforderungen mit den üblichen Ritzvorrichtungen schwer zu erfüllen sind, ist kürzlich die Verwendung von hochtourigen Präzisionspressen vorgeschlagen worden.
Die hochtourigen Präzisionspressen sind mit einem automatischen Steuermechanismus ausgestattet, der den unteren Totpunkt des ablaufenden Presshubs detektiert und irgendwelche Änderungen kompensiert. Der Mechanismus umfaßt Einrichtungen zur Änderung der Formhöhe mittels eines Wechselstromservomotors oder eines anderen an einer Kurbelstange vorgesehenen Stellglieds. Insbesondere besteht der Steuermechanismus, wie in Fig. 9 gezeigt, im wesentlichen aus einem Sensor des unteren Totpunkts (ein Wirbelstromsensor) 52, einem Winkelstellungssensor 44, einem Servomotor 48, um die Stößelposition zu korrigieren, und einem Mikrocomputer 46.
Der in Fig. 9 gezeigte Mechanismus funktioniert wie unten beschrieben. Die von einem Hauptmotor 41 gelieferte und in einem Schwungrad 42 gespeicherte Rotationsenergie wird über eine Kurbelwelle 43 und eine Kurbelstange 49 in eine vertikale Hin- und Herbewegung eines Stößels 50 umgewandelt. Eine obere Metallform 51 ist am unteren Ende des Stößels und eine untere Metallform 53 am oberen Teil einer Grundplatte 54 befestigt. Auf der Grundlage eines Signals 55i das der vom Sensor des unteren Totpunkts (ein Wirbelstromsensor) 52 detektierten Verschiebung entspricht, und eines Signals 45, das dem vom Winkelstellungssensor 44 bestimmten Winkel einer Kurbel 43 entspricht, führt der Mikrocomputer 46 die notwendigen Berechnungen durch. Ein Ergebnissignal 47, das der korrigierten Verschiebung der Formhöhe entspricht, wird zum Servomotor 48 geschickt, um die Position des Stößels 50 zu korrigieren. Diese Art Mechanismus kann gegenwärtig mit einer Geschwindigkeit von 1200 Takten pro Minute mit einer erlaubten Tiefentoleranz von ±5 um arbeiten (wie in der Japanischen Patentschrift 5968 von 1983 und der vorläufigen Patentschrift 96719 von 1985 offenbart).
Hochtourige Präzisionspressen des gerade beschriebenen Typs sind sehr teuer, da sie Positionssensoren, Steuerungen und andere Rückkoppelungsmechanismen benötigen, um die gewünschte Genauigkeit zu erzielen. Ferner können sie nicht die Variablen bewältigen, die aufgrund der Bandwölbung und anderer Faktoren durch das zu verarbeitende Band verursacht werden, da die Aufgabe der Steuerung des unteren Totpunkts ist, die thermische Verschiebung der Presse und die Trägheitskraft und das Anfangsspiel der sich hin- und herbewegenden Segmente auszugleichen.
Bandwölbungen ergeben sich, wenn die axiale Verbiegung der abrollenden Walzen auf ein zu walzendes Band übertragen wird. Bei einem 1000 mm breiten Band ist in einem 400 mm breiten mittleren Bereich die Dicke im allgemeinen um nicht mehr als 1 um kleiner, und an den Kanten zwischen 4 und 8 um. Somit hat die Bandwölbung einen trapezförmigen Querschnitt. Hydraulikpressen können sich als Lösung der Probleme anbieten, die mit der Profiländerung des Bandes verbunden sind. Gegenwärtig jedoch ist es schwierig, sie einzusetzen, da ihre Geschwindigkeit begrenzt ist und es notwendig ist, sie groß genug zu machen, um die erforderlische Hydraulikflüssigkeit zu fassen.
Hydraulikpressen sind imstande, eine Steuerung zu bewerkstelligen, indem sie im voraus eine zum Verformungswiderstand des Bandes passende Verbiegung in eine als Verformungswiderstand bekannte Kraft umwandeln. Deshalb kann eine Hydraulikpresse einer Bandwölbung oder anderen Profiländerungen durch Justierung der Lastverteilung auf die fixierte Aufnahmeform folgen. Beispielsweise kann die Lastverteilung so gesteuert werden, daß die untere Form der Wölbung im Band folgt. Jedoch sind gewöhnliche Schalter und andere Ventile, die im Hydraulikkreis verwendet werden, um die Last auf die bewegliche, die Ritztiefe bestimmende obere Form zu steuern, zu einer schnellen Reaktion nicht fähig, da sie gewöhnlich mit einer Zeitverzögerung von 0,2 bis 0,3 sek arbeiten. Einige Servoventile für Spezialzwecke haben eine so kurze Reaktionszeit wie 0,02 Sekunden. In einem Presszyklus jedoch wird die mit dem Werkstück in Berührung kommende obere Form den unteren Totpunkt in einer viel kürzeren Zeit erreichen. Angenommen, eine Presse würde mit einer Geschwindigkeit von 600 Takten pro Minute arbeiten und ein Hub von 15 mm ritzt auf eine Tiefe von 0,1 mm. Dann erreicht die obere Form dieser Presse den unteren Totpunkt nur 0,0026 Sekunden, nachdem sie mit dem Werkstück in Berührung gekommen ist. Deshalb sind selbst schnell reagierende Servoventile nutzlos. Die Nutzlosigkeit wird deutlicher, wenn die Ritztiefe geringer und die Arbeitsgeschwindigkeit höher ist. Sie können verwendet werden, wenn die Ritztiefe größer und die Arbeitsgeschwindigkeit langsamer ist. Beispielsweise beträgt die Zeit, um nach der Berührung mit dem Werkstück den unteren Totpunkt zu erreichen, 0,083 Sekunden, wenn die Ritztiefe 1 mm und die Arbeitsgeschwindigkeit 60 Takte pro Sekunden beträgt. Aber die Ausstattung muß groß genug sein, um eine große Menge Hydraulikflüssigkeit zu fassen, die notwendig ist, um einen Hub von mehreren zehn Millimetern zu erzielen. Außerdem ist es schwierig, ein hochpräzises Ritzen mit hoher Geschwindigkeit auszuführen, während dem Profil des Werkstücks gefolgt wird.

Zusammenfassung der Erfindung

Die Aufgabe dieser Erfindung ist, einen einfacheren Mechanismus hoher Genauigkeit und Geschwindigkeit zum Anritzen kornorientierter Elektrostahlbänder bereitzustellen.
Die Aufgabe der Erfindung wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen sind in den abhängigen Ansprüchen 2 bis 8 offenbart.
Eine Vorrichtung zum Anritzen kornorientierter Elektrostahlbänder dieser Erfindung umfaßt eine bewegliche Form, die an einem sich hin- und herbewegenden Bauteil befestigt ist, und eine fixierte Form, die einander gegenüberliegend angeordnet sind, wobei die bewegliche, durch das sich hin- und herbewegende Bauteil bewegte Form das zwischen den zwei Formen angeordnete Band anritzt. Das Merkmal dieser Erfindung ist, daß die fixierte Form, die innerhalb der Grenzen des Hubs der beweglichen Form angebracht ist, auf mehreren Zylindereinheiten gelagert ist, die an einem Akkumulator angeschlossen sind, dessen Druck auf Höhe der Reaktionskraft voreingestellt ist, die sich aus dem Verformungswiderstand ergibt, der einem Verbiegungswert entspricht, der sich aus der Ritztiefe auf dem Band bestimmt.
Ein Puffer kann in dem die bewegliche Form hin- und herbewegenden Bauteil vorgesehen sein, wobei die Reaktionskraft des Puffers auf dem Wert des Verformungswiderstands eingestellt ist, der proportional zur Verbiegung ist, die zwischen dem Zeitpunkt auftritt, an dem das an der beweglichen Form befestigte Ritzwerkzeug mit dem Band in Berührung kommt und dem Zeitpunkt, an dem das Werkzeug den unteren Totpunkt erreicht. Die fixierte Form kann entweder quer zur oder entlang der Bandbreite in mehrere Segmente eingeteilt sein, wobei die einzelnen Segmente einzeln auf entsprechenden Zylindereinheiten gelagert sind, die an die Akkumulatoren angeschlossen sind, deren Drücke auf gleicher Höhe festgehalten werden.
Durch Verzicht auf das Servoventil und den Positionssensor ist die Bandritzvorrichtung gemäß dieser Erfindung einfach. Die Bandritzvorrichtung dieser Erfindung ist imstande, mit hoher Ausbeute ein hochpräzises Anritzen auszuführen, während einer Bandwölbung oder anderen Profiländerungen in dem zu bearbeitenden Band gefolgt wird.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 ist eine schematische Vorderansicht einer Bandritzvorrichtung gemäß dieser Erfindung;
Fig. 2 ist eine Seitenansicht der in Fig. 1 gezeigten Bandritzvorrichtung;
Fig. 3 veranschaulicht schematisch eine von der Spitze eines Ritzwerkzeugs gezogene Bahn;
Fig. 4 zeigt graphisch die Beziehung zwischen der Ritztiefe und des Auflagedrucks der fixierten, unteren Form mit einer Bandritzvorrichtung dieser Erfindung.
Fig. 5 zeigt graphisch die Genauigkeit der Ritztiefe, die mit einer Bandritzvorrichtung dieser Erfindung erzielt wird;
Fig. 6 zeigt graphisch, wie die Verbiegung der unteren Form, die sich beim Anritzen eines 1000 mm breiten Bandes ergibt, durch Justierung der Last auf den hieran angeschlossenen Zylinder gesteuert wird;
Fig. 7 zeigt einen Plan eines kontinuierlich arbeitenden Bandwalzwerks, in dem eine Bandritzvorrichtung dieser Erfindung und ein Schrittvorschub im Tandem angeordnet sind;
Fig. 8 ist eine Draufsicht eines Stahlbandes, das mit Führungslöchern zum Positionieren perforiert ist; und
Fig. 9 zeigt die Konstruktion einer herkömmlichen hochtourigen Präzisionspresse, die mit einem Steuermechanismus für den unteren Totpunkt ausgestattet ist.

Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen

Nun werden bevorzugte Ausführungsformen dieser Erfindung mit Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben.
Fig. 1 zeigt schematisch eine Vorrichtung zum Anritzen kornorientierter Elektrostahlbänder, die das Prinzip dieser Erfindung verkörpert. Bezugszeichen 1 bezeichnet einen Stößel, 2 einen Puffer, 3 eine bewegliche obere Form, 4 ein Ritzwerkzeug, 5 ein kornorientiertes Elektrostahlband, 6 einen Stopper, 7 eine fixierte untere Form, 8 einen Hydraulikzylinder, 9 eine Hilfsfeder, 10 einen Akkumulator (einen Flüssigkeitsdruckbehälter), 11 ein druckregulierendes Ventil und 12 eine Grundplatte.
Das hier gezeigte Ritzwerkzeug 4 ist von der Art, die quer über die Breite des Bandes 5 in gleichmäßigen Abständen lineare Einritzungen ritzt. Das Ritzwerkzeug 4 ist austauschbar an der oberen Form 3 montiert. Das Ritzwerkzeug 4 kann aus unterschiedlichen Typen bestehen, die durchgehende, unterbrochene, gerade, gebogene und andere Einritzungen bilden. Das Ritzwerkzeug 4 muß aus einem Material hergestellt sein, das genügend hart, stark, robust und verschleißbeständig ist, um das Band plastisch zu verformen, wie beispielsweise Sinterkarbid. Das in der Abbildung gezeigte Ritzwerkzeug 4 ist an der oberen Form 3 befestigt. Grundsätzlich jedoch gibt es, was die Position des Ritzwerkzeugs 4 betrifft, keine Einschränkung, das deshalb an die untere Form 7 oder sowohl an die obere als auch an untere Form 3 und 7 befestigt sein kann. Andernfalls kann eine Form selbst als Ritzwerkzeug geformt sein. Die obere Form 4 ist mit dazwischenliegendem Puffer 2 am Stößel 1 befestigt. Eine Tellerfeder oder andere, ähnliche Vorrichtungen können als Puffer 2 verwendet werden. Um den Hebemechanismus zu schützen, wird die Reaktionskraft des Puffers 2 unterhalb der Anstellast gehalten. Der Stößel 1 ist mit einem Kurbelmechanismus 18 verbunden.
Mit der Kolbenstange 8a verbunden, ist die untere Form 7 auf dem Hydraulikzylinder 8 gelagert. Die Druckrückseite 8b des Hydraulikzylinders 8, die mit dem Druckrückehaltemechanismus des Akkumulators 10 verbunden ist, steht durch die Rohrleitung 13 mit dem druckregulierenden Ventil 11 in Verbindung. Der Druck wird auf eine solche Höhe eingestellt, daß die angelegte Last den Verformungswiderstand des Bandes 5 übertrifft. Bei der wiederholten hochtourigen Hin- und Herbewegung braucht der Hydraulikzylinder 8 spezielle Verschlüsse und Dichtungen. Beispielsweise kann eine langlebige, etwas leckende Dichtung verwendet werden. Wenn diese Art der Dichtung verwendet wird, muß ständig eine Pumpe 14 in Betrieb sein. Der Akkumulator 10 ist ein üblicher Typ, dessen Inneres durch ein Diaphragma 10a aus Gummi oder einem anderen elastischen Material in eine Flüssigkeitskammer 10b und eine Gaskammer 10c eingeteilt ist. Die Flüssigkeitskammer 10b steht mit der Druckrückseite 8b des Hydraulikzylinders 8 in Verbindung, wobei der Druck der Hydraulikflüssigkeit mit dem Druck des Stickstoffgases in der Gaskammer 10c ausgeglichen wird. Die untere Form 7 ist mit dazwischenliegender Hilfsfeder 9 an der Grundplatte 12 befestigt Die Hilfsfeder 9 ist ausgelegt, eine Reaktionskraft, die gleich dem Gewicht der unteren Form 7 ist, zu erzeugen, wenn das Ritzwerkzeug 4 den unteren Totpunkt erreicht. Das Band 5 liegt zwischen dem Ritzwerkzeug 4 und der unteren Form 7.
Die folgenden Abschnitte beschreiben die Arbeitsweise der gerade beschriebenen Bandritzvorrichtung.
Der Stößel 1 ist über ein Schwungrad 17 und einen Kurbelmechanismus 18 mit einem Motor 16 verbunden. Der Kurbelmechanismus 18 wandelt die Rotationsbewegung des Schwungrads 17, das sich weiter mit gleichbleibender Geschwindigkeit dreht, in eine hochtourige Auf- und Abbewegung des Stößels 1 um. Die untere Form 7 und der Stopper 6 sind ein klein wenig höher als der untere Totpunkt des Ritzwerkzeugs 4 angeordnet. Jedoch ist der Stopper 6 tiefer als die untere Form angeordnet, so daß das Ritzwerkzeug 4 zuerst mit dem Band 5 in Berührung kommt. Die Bewegung der einzelnen Bauteile in einem Zyklus ist wie folgend. Wenn sich der Stößel 1 vom oberen Totpunkt nach unten bewegt, kommt das Ritzwerkzeug 4 in Berührung mit dem Band 5, um darin lineare Einritzungen zu bilden. Der Schrittvorschub (nicht gezeigt) unterbricht den Vorschub des Bandes 5 von dem Zeitpunkt an, an dem das Ritzwerkzeug 4 mit diesem in Berührung kommt, bis zu dem Zeitpunkt, an dem das Ritzwerkzeug 4 das Band 5 räumt. Der Vorschub läuft bis das Ritzwerkzeug 4, das das Band 5 geräumt und den oberen Totpunkt passiert hat, mit diesem wieder in Berührung kommt.
Fig. 3 zeigt schematisch von der Spitze des Ritzwerkzeugs beschriebene Bahnen. Die obere kreisförmige Bahn zeigt, wie die absolute Höhe der Spitze 4a des Ritzwerkzeugs sich mit der Zeit ändert. Die untere Bahn zeigt, wie sich die Höhe der Spitze 4a des Ritzwerkzeugs in bezug auf das Band 5 ändert. Von den zwei Linien, die die Bahnen horizontal kreuzen, zeigt die obere die Oberfläche des Bandes, während die untere den Boden der linearen Einritzung zeigt. Die Höhendifferenz zwischen den zwei Linien zeigt die Tiefe der linearen Einritzung. Deshalb zeigt die untere Bahn, wie sich die Eindringtiefe des Ritzwerkzeugs in dem Band mit der Zeit ändert. Beim Abwärtsgehen des Ritzwerkzeugs 4 erhöht sich der Verformungswiderstand, der der Verbiegung entspricht, die durch das Anritzen des Bandes 5 verursacht wird, während einer Zeitdauer t&sub1; zwischen dem Zeitpunkt a, an dem die Spitze 4a des Ritzwerkzeugs 4 in Berührung mit dem Band 5 kommt, und dem Zeitpunkt b. Der untere Totpunkt c der besprochenen Bahn liegt ein klein wenig über den eines exakten Kreises, da das Ritzwerkzeug 4 an einem Punkt b, an dem der Verformungswiderstand die von dem Puffer 2 festgelegte Reaktionskraft übertrifft, anfängt, nach oben wegzulaufen. Punkt e liegt da, wo die Spitze 4a des Ritzwerkzeugs 4 außer Berührung mit der Oberfläche des Bands 5 kommt. Aufgrund dieser Pufferwirkung verweilt die Spitze 4a des Ritzwerkzeugs am Boden der linearen Einritzung für eine gewisse Zeit zwischen b und d, wie durch die untere Bahn angedeutet ist. Dies erleichtert das Einhalten der Ritztiefe innerhalb einer gewünschten Toleranz. Die Eindringzeit t&sub2; in Fig. 3 zeigt eine Zeitdauer, während der der gerade beschriebene Effekt vorherrscht.
Wenn sich das Ritzwerkzeug 4 senkt, wird die untere Form 7 zusammen mit dem Band 5 nach unten gedrückt. Der Hydraulikzylinder 8 wird ebenfalls über die gleiche Distanz nach unten gedrückt. Wenn der Kolben des Hydraulikzylinders 4 sich zu senken beginnt, wird so viel Hydraulikflüssigkeit, wie dem Produkt aus Wegdistanz multipliziert mit der Querschnittsfläche des Zylinders entspricht, in den Akkumulator 10 eingespeist. Da der Akkumulator 10 genügend groß ist, um die so zugeführte Flüssigkeit zu fassen, übt eine Druckzunahme, obgleich gemessen, keinen Einfluß auf das druckregulierende Ventil 11 aus. Dementsprechend wird die Anderung des Flüssigkeitspegels durch die elastische Deformation des Diaphragmas 10a aufgefangen, das den Druck der Hydraulikflüssigkeit mit dem des Stickstoffgases ausgleicht. Folglich bleibt der Druck im Akkumulator 10 auf der voreingestellten Höhe.
Wenn das Ritzwerkzeug 4 vom unteren Totpunkt aufwärts zu steigen beginnt, stößt der Druck des Akkumulators 10 den Kolben des Hydraulikzylinders 8 nach oben, bis dessen Hubhöhe erreicht ist. Nach oben zurückgestoßen durch die Reaktionskraft der Hilfsfeder 9, die der Verbiegung entspricht, die sich aus der Abwärtsbewegung der unteren Form 7 ergibt, kehrt die untere Form 7 schnell in ihre usprüngliche Position zurück. Durch Wiederholung dieses Zyklus' kann das Band 5 mit hoher Genauigkeit und Geschwindigkeit angeritzt werden.
Die Arbeitsgeschwindigkeit wird durch die Leistung der Presseinrichtung oder des Schrittvorschubs begrenzt. Die maximale Geschwindigkeit der Lochstanze von einer Kapazität von 10 bis 20 Tonnen liegt zwischen 2500 und 3000 Takten pro Minute. Andererseits hängt die Leistung des Hochgeschwindigkeitsschrittvorschubs von der Fähigkeit des Schaltmechanismus' im Innern ab. Obgleich die höchste jemals registrierte Geschwindigkeit 6000 Schaltvorgänge pro Minute beträgt, bieten kommerziell erhältliche Vorschübe eine breite Auswahl an Geschwindigkeit und maximaler Vorschubsstrecke. Beispielsweise sind die höchste Geschwindigkeit von 2000 Takten pro Minute (mit einer Vorschubstrecke von 70 mm) und die längste Vorschubstrecke von 400 mm (mit einer Geschwindigkeit von 500 Takten pro Minute) erhältlich. Allgemein gilt, je höher die Anzahl der Takte pro Minute desto kürzer die Vorschubstrecke und kleiner die Auflagelast. Die Anzahl der Takte kann durch Vergrößerung der Vorschubstrecke oder der Auflagelast verkleinert werden. Optimale Kombinationen in Anpassung an die gewünschte Produktivität und die verfügbaren Geldmittel für die Kapitalanlage können aus vielen Kombinationen ausgewählt werden.
Wo eine Genauigkeit unter 10 um gewünscht wird, die durch die Bandwölbung des kornorientierten Elektrostahlbandes beeinträchtigt werden könnte, kann die Genauigkeit der Ritztiefe durch das Ausnutzen der Verbiegung der unteren Form sichergestellt werden. Dies kann dadurch erreicht werden, daß Zylinderauflagepunkt, Last und Gestalt der unteren Form so gewählt werden, daß sie ein Verbiegen der unteren Form in einer Weise erlauben, daß die obere Fläche des Bandes im wesentlichen eben wird, wenn das Ritzwerkzeug den unteren Totpunkt in Übereinstimmung mit der Höhe der Bandwölbung erreicht. Da die Höhe der Bandwölbung über einen Coil hinweg im wesentlichen gleich ist und kaum über 10 um liegt, kann eine hochpräzise Steuerung durch Justierung der Lastverteilung oder durch andere Methoden erreicht werden, falls die untere Form auf einer gewünschten Höhe gehalten wird. Falls keine Notwendigkeit besteht, auf die Oberflächeneigenschaften der Bandunterseite zu achten, kann die untere Form der Breite nach geteilt werden Dies ergibt eine beträchtliche Größenreduzierung, da die Zylinderlast gleich gehalten werden kann und die Höhe der unteren Form nicht hoch zu sein braucht.
Das Bandprofil muß nicht genau eben sein, solange ein ordnungsgemäßer Vorschub sichergestellt ist. Grundsätzlich gibt es keine Begrenzung der Dicke des bearbeitbaren Bandes. Jedoch ist in der Praxis ein stärker als 3,2 mm dickes Band nicht bearbeitbar, da die Steuerungsfähigkeit der Ritztiefe zur Kompensation der Bandwölbung oder anderer Änderungen im Bandprofil mit Zunahme der Bandsteifigkeit abnimmt.

Beispiel 1

Verhältnismäßig einfache lineare Einritzungen wurden auf einem kornorientierten Elektrostahlband gebildet.
Proben eines kornorientierten Elektrostahlbandes, 0,23 mm dick und 140 mm breit, wurden auf eine Tiefe von 10 um in Abständen von 5 mm geritzt. Die verwendeten Pressen hatten eine maximale Lastkapazität von 20 Tonnen, mit einer maximalen Geschwindigkeit von 320, 250 und 130 Takten pro Minute. Da die Form 4 Zähne hatte, wurde das Band mit einer Geschwindigkeit von 20 mm pro Takt vorgeschoben. Die Beziehung zwischen Ritztiefe und Verformungswiderstand wurde im voraus unter Verwendung einer niedertourigen Presse erfaßt. Der Druck des Akkumulators wurde mittels druckregulierenden Ventils gezielt auf die dem Verformungswiderstand entsprechende Reaktionskraft eingestellt. Fig. 4 zeigt die erzielten Ritztiefen. Eine eindeutige Wechselbeziehung zwischen dem eingestellten Druck des Akkumulators und der Ritztiefe wurde beobachtet. Obwohl sich die Ergebnisse von den Messungen mit der niedertourigen Presse unterschieden, änderte sich die Ritztiefe mit unterschiedlichen Arbeitsgeschwindigkeiten wenig.
Fig. 5 zeigt, wie sich die linearen Einritzungen in Längsrichtung des Bandes ändern. Die Tiefe von acht Einritzungen, die von den vier Zähnen in zwei Takten erzeugt wurden, wurde an drei Punkten quer über die Bandbreite gemessen. Die gemessenen Tiefen betrugen durchschnittlich 12,75 um, gestreut in einer Grenze von + 2,5 um. Die Streuung in der Längsrichtung war ausgeprägter als die quer über die Bandbreite. Die Abweichungen in Längsrichtung sind zurückzuführen auf die Genauigkeit, mit der das Ritzwerkzeug maschinell hergestellt wurde und mit der die Formen angeordnet wurden. Andererseits können die Abweichungen in Querrichtung durch Justierung des Gleichgewichts des Akkumulators korrigiert werden, falls die Anordnungsgenauigkeit innerhalb einer akzeptablen Grenze bleibt.
Das mit einer Hubhöhe von 15 mm arbeitende Werkzeug brauchte 0,0018 Sekunden, um den unteren Totpunkt zu erreichen, nachdem es mit dem Band in Berührung gekommen war. Diese Zeit war zu kurz, um sie selbst mit einem Servoventil zu erreichen.

Beispiel 2

Die Verhältnisse bei einem breiteren Band wurden unter Verwendung des gleichen wie in Beispiel 1 benutzten Werkzeugs untersucht.
Proben eines kornorientierten Elektrostahlbandes, 0,23 mm dick und 1000 mm breit, wurden mit achtundzwanzig Zähnen auf eine Tiefe von ungefähr 10 um in Abständen von 5 mm geritzt. Die untere Form war in Richtung des Vorschubs 150 mm lang. Das Band hatte eine Bandwölbung. Die Dickenabweichung betrug nicht mehr als 1 um in dem 400 mm breiten mittleren Bereich und 4 um an den Kanten. Die untere Form war auf 4 Zylindern gelagert. Während die inneren zwei Zylinder Punkte 200 mm von der Mitte entfernt lagerten, lagerten die äußeren zwei beide Kanten. Die in dem Versuch verwendete Presse hatte eine maximale Lastkapazität von 300 Tonnen und eine maximale Geschwindigkeit von 320 Takten pro Minute. Da achtundzwanzig Zähne vorhanden waren, wurde die Vorschubgeschwindigkeit auf 140 mm pro Takt eingestellt. Die Beziehung zwischen der Ritztiefe und dem Verformungswiderstand wurde im voraus unter Verwendung einer niedertourigen Presse bestimmt. Der Akkumulatordruck wurde mittels druckregulierenden Ventils gezielt auf die dem Verformungswiderstand entsprechende Reaktionskraft eingestellt.
Fig. 6 stellt die Differenz dar, die durch Subtraktion der Höhe der Bandwölbung von der voreingestellten Tiefe der über die Breite eingeritzten linearen Einritzungen erhalten wurde. Das Ergebnis stimmte im wesentlichen mit der Verbiegung der unteren Form überein, die durch numerische Analyse bestimmt wurde. Die Verbiegungsmerkmale der unteren Form können leicht durch Verbiegungsmerkmale der abrollenden Walze angenähert werden, da beide in der Breite ein gleiches Flächenträgheitsmoment haben. Die obere Fläche der unteren Form wird im wesentlichen eben, wenn die zwei inneren Zylinder auf die Ausübung einer Last von ungefähr 100 Tonnen eingestellt sind.

Beispiel 3

Ein breites Werkzeug, analog demjenigen, das in Beispiel 2 verwendet wurde, wurde in ein Walzwerk eingebaut. Der Ritzabstand wurde von 5 mm auf 3 mm verringert. Proben eines kornorientierten Elektrostahlbandes, 0,3 mm dick und 1000 mm breit, wurden auf eine Tiefe von 5 um geritzt.
Mit einer Presse mit einer maximalen Lastkapazität von 300 Tonnen und einer maximalen Geschwindigkeit von 500 Takten pro Minute und einem Ritzabstand von 5 mm, hat sich ein Maximum von neunzehn Zähnen als erschwinglich erwiesen, was bei einer Fertigungsgeschwindigkeit von 47,5 m pro Minute wegen der Lastbegrenzungen ungefähr 10 Prozent für die maximale Last erlaubt.
Um die gleiche Produktivität mit einer Presse zu erreichen während das Ritzintervall auf 3 mm verringert wird, muß die Anzahl der Takte ungefähr 1,7 (5/3) Mal größer gemacht werden, wenn die Zahnteilung von 3 mm unverändert bleibt. Beim Anritzen des Bandes auf die gleiche Tiefe bei verkürzten Intervallen muß andererseits eine größere Reaktionskraft, die sich aus der Wechselwirkung der plastischen Verformung angrenzender Zähne ergibt, überwunden werden. Wenn das Ritzintervall beispielsweise von 5 mm auf 3 mm verkürzt wird, nimmt die Reaktionskraft ungefähr um 20 Prozent zu, wie in Tabelle 1 gezeigt wird. Um diesen Anforderungen gerecht zu werden, muß die Presse eine höhere Reaktionsgeschwindigkeit und eine größere Lastkapazität besitzen. Mit den üblichen Pressen sinkt jedoch die Lastkapazität, wenn die Arbeitsgeschwindigkeit zunimmt. Wenn die Arbeitsgeschwindigkeit beispielsweise auf 800 Takte pro Minute erhöht wird, sinkt die anwendbare Last auf 125 Tonnen oder auf weniger als die Hälfte wie bei einem Lauf mit 500 Takten pro Minute. So ist es praktisch unmöglich, gleiche Produktivität bei höherer Geschwindigkeit zu erzielen. Es könnte technisch möglich sein, eine Spezialpresse zu entwerfen, um diesen Anforderungen gerecht zu werden. Aber der Bau und das Testen eines Prototypen wird sowohl zeitraubend als auch kostenintensiv sein.
Tabelle 1 zeigt die Beziehung zwischen den Ritzintervallen und der Reaktionskraft zum Anritzen. Tabelle 2 zeigt die Ergebnisse der Fallstudien zum Erzielen 3 mm breiter Ritzintervalle. Tabelle 1 Ritzintervall (mm) Linearlast (kg/mm) Tabelle 2 Fall Standard Anordnung Zahnteilung (mm) Ritzintervall (mm) Anzahl Pressen Anzahl Zähne Fertigungsgeschwindigkeit 2) (mpm) Einzeln Tandem 1) Zwei Ritzvorrichtungen sind im halben Intervall angeordnet. 2) V P x N x Z x 500/1000
Aber die vorher erwähnten Probleme können mit mehreren in geeigneter Aufstellung angeordneten Standardpressen gelöst werden. Zwei Anordnungen sind bevorzugt. In einer Anordnung werden zwei Pressen, wobei jede eine Ritzwerkzeug trägt, dessen Zähne in Intervallen von 3 mm beabstandet sind, durchgehend, eine vor der anderen, in Richtung des Bandvorschubs aufgestellt. In der anderen Anordnung ist das Zahnintervall des Ritzwerkzeugs auf 6 mm verdoppelt. Dann sind zwei Pressen durchgehend, eine vor der anderen, angeordnet, wobei deren Ritzintervalle um ein halbes Intervall in Richtung des Bandvorschubs versetzt sind. In der ersteren verringert eine sichtbare Zunahme der Ritzreaktionskraft die Anzahl der Zähne. Somit ist die höchste mit zwei Pressen erreichbare Ritzgeschwindigkeit 45 mpm (Fall 2 in Tabelle 2). In der letzteren erlaubt die kleinere Reaktionskraft mehr Zähne zur Verfügung zu stellen. Deshalb ist die höchste mit zwei Pressen erreichbare Ritzgeschwindigkeit 60 mpm (Fall 3 in Tabelle 2). Die Fertigungsgeschwindigkeit war höher als die mit einem Ritzintervall von 5 mm (Standardfall in Tabelle 2).
Fig. 7 zeigt ein Beispiel einer Tandem-Anordnung, in der zwei Ritzvorrichtungen in Richtung des Bandvorschubs durchgehend, eine vor der anderen, angeordnet sind. Eine Schlingengrube 23 ist sowohl an der Eingangsseite als auch an der Ausgangsseite einer Ritzvorrichtung 21 vorgesehen. Indem sie eine Schlinge 5a und ein Band 5 bildet, dient die Schlingengrube 23 als ein Puffer, um das Durchhängen des Bandes zu justieren, das entsteht, wenn das kontinuierlich zugeführte Band schrittweise in die Ritzvorrichtung vorgeschoben wird. Vorschubwalzen 25 sind sowohl an den Eingangs- als auch an den Ausgangsseiten der Ritzvorrichtung vorgesehen. Die Vorschubwalzen 25 schieben kontinuierlich das Band 5 in die Ritzvorrichtung und nehmen das gleiche Band 5 kontinuierlich heraus. Eine Photozelle 29, die die Höhe des unteren Endes der Schlinge 5a durch Detektion der Lichtunterbrechung bestimmt, ist an einer Seitenwand jeder Schlingengrube 23 vorgesehen. Die richtige Größe der Schlinge ist so gewählt, daß der Vorwärtslauf des schrittweise vorgeschobenen Bandes 5 die Blockierkraft des Schrittvorschubs nicht beeinträchtigt. Die Größe der Schlinge ändert sich mit der Dicke und der Vorschubgeschwindigkeit des Bandes. Eine Führungswalze 26 zum Führen des Bandes 5 entlang der Fertigungsstraße ist an der Ausgangsseite jeder Schlingengrube 23 vorgesehen. Ein Schrittvorschub 28 ist zwischen der Ausgangsseite jeder Ritzvorrichtung 21 und der Schlingengrube 23 vorgesehen. Obgleich er auf der Ausgangsseite der Ritzvorrichtung 21 angeordnet ist, kann der Schrittvorschub 28 entweder auf deren Eingangsseite oder sowohl an der Eingangs- als auch an der Ausgangsseite vorgesehen sein, abhängig von der Dicke des Bandes und von anderen Faktoren, die seinen Vorschub beeinflußen. Gewöhnlich ist der Schrittvorschub entweder an der Eingangsseite oder an der Ausgangsseite vorgesehen. Er ist auf der Ausgangsseite vorgesehen, wenn das Band dünn ist, und an beiden Seiten, wenn die Fertigungsgeschwindigkeit sehr hoch ist.
Die Ritzintervalle von zwei oder mehreren Ritzvorrichtungen können durch ihre Zeitablaufsteuerung oder durch Einsatz herkömmlicher Positionierungseinrichtungen justiert werden.
Beispielsweise kann ein Lochstempel 30 an der oberen Form 3 der vorderen Ritzvorrichtung 21 und eine Lochform 31 an der unteren Form 7, wie in Fig. 7 gezeigt, vorgesehen sein. Der Lochstempel 30 locht Führungslöcher 35 in gegebenen Abständen an einem Ende des Bandes 5, wie in Fig. 8 gezeigt. Ein Führungsstift 32 und eine Stiftführung 33 sind an der oberen Form 3 und der unteren Form 7 der hinteren Ritzvorrichtung 21 vorgesehen. Dann hält die hintere Ritzvorrichtung 21 das Band in der gewünschten Position, indem es den Führungsstift 31 durch ein Führungsloch 35 im Band 5 in die Stiftführung 33 gleiten läßt. Dies erlaubt, Ritzungen in gleichbleibenden Abständen über eine lange Zeit hinweg aufrechtzuerhalten.
Die gerade beschriebene Anordnung enthält zwei Ritzvorrichtungen. Theoretisch können jedoch auch drei oder mehr Ritzvorrichtungen miteinander kombiniert werden, obwohl Platz, Instandhaltung und andere Einschränkungen die Anzahl der Anlagen in der Praxis begrenzen.
Sogar viele verschiedene Arten von Ritzmustern können durch Variation der Ritzintervalle erreicht werden. Ein wirtschaftlicher Ritzbetrieb mit hoher Geschwindigkeit kann unter Verwendung herkömmlicher Pressen durchgeführt werden. Selbst an der unteren Grenze, die verschiedene maschinelle Einschränkungen miteinbezieht, sind eine so hohe Genauigkeit, die der des Vorschubs entspricht (0,025 mm maximal, sogar bei einer solch hohen Geschwindigkeit wie 2000 Takte pro Minute) und eine so hohe Geschwindigkeit, die der Taktzahl entspricht, die von einer einzigen Presse oder eines einzigen Vorschubs erreicht wird, erreichbar.
Wenn sie kontinuierlich über eine lange Zeit arbeitet, kann die Ritzvorrichtung dieser Erfindung verschiedenen Änderungen unterliegen. Beispielsweise werden Änderungen der Trägheitskraft der sich hin- und herbewegenden Segmente die Ritzgeschwindigkeit ändern. Thermische Änderungen in Maschinenteilen werden verschiedene Verlagerungen verursachen. Unerwünschtes Spiel kann im Stößelantrieb und in anderen maschinellen Teilen auftreten. Alle diese Veränderungen könnten die Genauigkeit des Produkts beeinträchtigen. Aber ein die untere Form lagerndes kompaktes Hydrauliksystem erlaubt den Einfluß solcher ungünstigen Veränderungen ohne Justierung der Presse auszuschließen. Durch Aufrechterhaltung eines geeigneten hydraulischen Flüssigkeitsdrucks erlaubt es das Hydrauliksystem, daß die Vorrichtung die gewünschte Ritzgenauigkeit einhält, indem es automatisch verschiedenen mechanischen und thermischen Veränderungen und der Bandwölbung nachfolgt.
In der hier beschriebenen Ausführungsform ist die bewegliche obere Form und die fixierte untere Form aus Metall hergestellt. Jedoch können die zwei Formen aus Keramik hergestellt sein und nicht vertikal, sondern horizontal aufgestellt sein. Beide Formen können auch beweglich sein.
Wird der die untere Form lagernde Mechanismus durch ein Hydrauliksystem des vorstehend beschriebenen Typs oder ein anderes ähnliches geeignetes Gerät ersetzt, kann eine bestehende gewöhnliche Ritzvorrichtung ohne Abänderung der Antriebseinheit der mechanischen Presse in eine hochpräzise Vorrichtung ungewandelt werden.

Claims

1. Vorrichtung zum Anritzen von kornorientiertem Elektrostahlband mit:

einer beweglichen Form (3);

einer Antriebseinheit, um die bewegliche Form (3) hinund herzubewegen;

eine fixierte Form (7) , die entgegengesetzt zur und innerhalb der Hubhöhe der beweglichen Form (3) angebracht ist;

ein Ritzwerkzeug (4) mit linearen Zähnen, das mindestens entweder an der beweglichen oder an der fixierten Form (3,7) befestigt ist, wobei das Ritzwerkzeug (4) lineare Einritzungen in das Band (5) ritzt, das entweder zwischen einer Form (3,7) und einem Ritzwerkzeug (4) oder zwischen zwei Ritzwerkzeugen (4) gehalten wird;

mehreren Zylindern (8), deren Kolbenstangen (8a) mit der fixierten Form (7) lagernd verbunden sind; und

einem Akkumulator (10), der mit der Druckrückseite (8b) der Zylinder (8) verbunden ist, wobei der Druck des Akkumulators (10) auf eine Höhe der Verformungsreaktion voreingestellt ist, die der Verbiegung entspricht, die sich mit der Tiefe, auf die das Band (5) geritzt wird, ändert.

2. Vorrichtung zum Anritzen von kornorientiertem Elektrostahlband nach Anspruch 1, bei der die die bewegliche Form (3) hin- und herbewegende Antriebseinheit einen Motor (16), ein durch den Motor (16) gedrehtes Schwungrad (17) und einen Kurbelmechanismus (18), der von dem Schwungrad (17) angetrieben wird und mit der beweglichen Form (3) verbunden ist, aufweist.

3. Vorrichtung zum Anritzen von kornorientiertem Elektrostahlband nach Anspruch 1 oder 2, bei der eine Form (3,7) und ein Ritzwerkzeug (4) in eine einzige Anordnung eingebaut sind.

4. Vorrichtung zum Anritzen von kornorientiertem Elektrostahlband nach Anspruch 1, 2 oder 3, bei der die die bewegliche Form (3) hin- und herbewegende Antriebseinheit einen Puffer (2) enthält, wobei die Reaktionskraft des Puffers (2) auf eine Höhe der Verformungsreaktion eingestellt ist, die der Verbiegung entspricht, die erzeugt wird, während das an der beweglichen Form (3) befestigte Ritzwerkzeug (4) vom Berührungspunkt mit dem Band (5) zum unteren Totpunkt einer dabei beschriebenen Bahn wandert.

5. Vorrichtung zum Anritzen von kornorientiertem Elektrostahlband nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei der die fixierte Form (7) in mehrere Segmente entweder quer zur oder entlang der Richtung des Bandvorschubs eingeteilt ist, wobei jedes Teilsegment unabhängig auf einem Zylinder (8) gelagert ist, der mit einem auf gleichen Druck gehaltenen Akkumulator (10) verbunden ist.

6. Vorrichtung zum Anritzen von kornorientiertem Elektrostahlband nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei der die fixierte Form (7) auf einer Hilfsfeder (9) gelagert ist, die, wenn das Ritzwerkzeug (4) den unteren Totpunkt einer dabei beschriebenen Bahn erreicht, eine Reaktionskraft zu erzeugen vermag, die gleich dem Gewicht der fixierten Form ist.

7. Vorrichtung zum Anritzen von kornorientiertem Elektrostahlband mit:

einer oder mehreren Ritzvorrichtungen (21) nach Anspruch 1;

einem Schrittvorschub (28), der mindestens an einer der Eingangs- oder Ausgangsseiten jeder Ritzvorrichtung (21) vorgesehen ist und der eingreift, um den Vorschub des Bandes (5) während des Ritzvorgangs zu unterbrechen und um das Band (5) eine vorgegebene Strecke vorwärts zu schieben während der Ritzvorgang nicht ausgeführt wird; und

eine Schlingengrube (23), die sowohl an den Eingangsals auch an den Ausgangsseiten der Ritzvorrichtung (21) vorgesehen ist, wobei alle entlang einer durchgehenden Bandwalzstraße angeordnet sind.

8. Vorrichtung zum Anritzen von kornorientiertem Elektrostahlband nach Anspruch 7, bei der zwei oder mehrere Ritzvorrichtungen (21) angeordnet sind, wobei das Ritzwerkzeug (4) jeder Ritzvorrichtung (21) so viele Zähne hat, wie in Intervallen beabstandet sind, die gleich den Intervallen sind, in denen das Band (5) geritzt werden soll, multipliziert mit der Anzahl der aufgestellten Ritzvorrichtungen (21), wobei die Arbeitsintervalle der angrenzenden Ritzvorrichtungen (21) um diese Ritzintervalle versetzt sind.