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INHALTSVERZEICHNIS

INHALTSVERZEICHNIS   

Erkl  ärung  I

Danksagung   II

Abbildungsverzeichnis   III

Tabellenverzeichnis   IV

Verwendete  Formelzeichen  VI

Abk  ürzungen und Indizes  VII

Einleitende  Worte  1

1  Einführung  2

1.1  Materialfluss bei der Blechherstellung  2

1.2  Das Walzen  3

1.3  Kaltwalzwerke  5

1.4  Das Dressieren  5

1.4.1  Die Wichtigkeit und Bedeutung des Dressiergrads  6

1.4.2  Fehler und deren Ursachen bei der Dressiergradmessung  7

2  Die Dressierstraße III und die zu untersuchende Problematik  8

2.1  Der Vorteil einer zweigerüstigen Ausführung  9

2.2  Dressiermodi  9

2.3  Der Bandverlauf und die einzelnen Rollenfunktionen  10

2.4  Das Nassdressiermittel  11

2.5  Die Bandzugbereiche  12

2.6  Die Dressiergradmessung  13

2.6.1  Die Problematik bei der Dressiergradmessung  

  über das Rollensystem  13

2.6.2  Die Auswirkungen der Problematik  14

2.6.3  Zu betrachtende Rollen  14

2.6.4  Annahmen bei der Untersuchung  15

ii

INHALTSVERZEICHNIS

3  Beschleunigung und Antrieb einer Rolle  16

3.1  Darstellung der Haftreibungskraft in Abhängigkeit bekannter Größen  

an  einem allgemeinen verlustfreien Rolle - Band - Modell  17

3.2  Verlustfreie Rollenbeschleunigung / Rollenverzögerung  23

3.3  Berücksichtung der entstehenden Lagerverluste  25

3.4  Verluste durch weitere Einflussfaktoren  26

3.5  Rampensteilheit als Randbedingung  27

4  Die Rollen der Dressierstraße III  28

4.1  Wahl der bezeichnenden Indizes  28

4.2  Rollendurchmesser  29

4.3  Geometrische Rollenanordnung  29

4.3.1  Berechnung der Position der Bandberuhigungsrolle  30

4.3.2  Horizontale und vertikale Rollenabstände  

verschiedener  Dressiermodi  33

4.4  Rollenähnlichkeiten  35

4.5  Massenträgheitsmomente  35

5  Umschlingungswinkel  37

5.1  Wahl des Berechnungsansatzes und Erläuterung seiner Vorteile  37

5.2  Der Vektorielle Ansatz  38

5.2.1  Erster Schritt : Skizzendarstellung  38

5.2.2  Herleitung des vektoriellen Ansatzes  39

5.2.3  Beispielhafte Berechnung des Umschlingungswinkels an der  

Bandberuhigungsrolle   42

5.2.4  Auffälliger relevanter Sonderfall  45

5.2.4.1  Mögliche Ansätze und Bedingungen zum Ausschließen  

des  Sonderfalls  46

5.3  Ergebnisse der Umschlingungswinkel  49

5.4  Anmerkungen  51

iii

INHALTSVERZEICHNIS

6  Haftreibungskoeffizienten  52

6.1  Allgemeines zur Reibung und Reibungskoeffizienten  52

6.2  Experimentelle Bestimmung von Haftreibungskoeffizienten µ 0  54

6.3  Die Oberflächen der Anlagenrollen  55

6.4  Haftreibungskoeffizienten für die Wolfram - Carbid - Beschichtung  56

6.4.1  Versuchsvorbereitung  56

6.4.2  Versuchsaufbau  58

6.4.3  Versuchsdurchführung und Ergebnisse  59

6.5  Haftreibungskoeffizienten für hartverchromte Oberflächen  61

6.5.1  Versuchsvorbereitung  61

6.5.2  Versuchsaufbau  61

6.5.3  Versuchsdurchführung und Ergebnisse  62

6.6  Diskussion und Deutung der Versuchsergebnisse  64

6.7  Weitere Einflüsse und dadurch mögliche Beeinträchtigungen des  

Haftreibungskoeffizienten   67

7  Der Bandzug  68

7.1  Der Bandzug an einer bestimmten Rolle  68

7.2  Randbedingungen in Abhängigkeit des gemessenen Bandzugs  70

7.3  Diskussion des gemessenen Bandzugs F BZ  71

7.3.1  Die Grenzen des Bandzugs  71

7.3.2  Spezifische Bandzüge  71

7.3.3  Charakteristische Stähle und die Vorgabe spezifischer Bandzüge  72

7.3.4  Die Bandzugmessung und ihr Einfluss auf den Anlagenbetrieb  72

7.4  Die Verluste im Bandzug  73

7.4.1  Verluste durch das Biegen des Blechs um Rollen  

  (statische Verluste)  74

7.4.2  Verluste durch Fliehkräfte und Trägheitskräfte  

  (dynamische Verluste)  75

7.4.2.1  Fliehkräfte  75

7.4.2.2  Trägheitskräfte  80

7.5  Zusammenfassung zum Bandzug  81

iv

INHALTSVERZEICHNIS

8  Randbedingungen  82

8.1  Bestimmung kritischer Bandzüge F BZ,krit  82

8.2  Untersuchung der Randbedingungen  84

8.2.1  Berechnung am Beispiel der Billy - Rolle 2  84

8.2.2  Ergebnisse der Untersuchung an allen Rollen und Dressiervarianten  86

8.3  Aktuelle Beschleunigungs- und Verzögerungsrampen  88

8.4  Diskussion der Untersuchungsergebnisse  89

8.5  Optimierung der Dressierstraße III  90

9  Zusammenfassung  94

A1  Anhang 1 : Abbildungen und Tabellen  95

A1.1  Zu Kapitel 1  95

A1.2  Zu Kapitel 2  95

A1.3  Zu Kapitel 3  95

A1.4  Zu Kapitel 4  96

A1.5  Zu Kapitel 5  107

A1.6  Zu Kapitel 6  108

A2  Anhang 2 : Ergänzungen  117

A2.1  Die Werkstoffdichten der Rollen  117

A2.2  Erläuterte Herleitung des vektoriellen Ansatzes zur  

Bestimmung  von Umschlingungswinkeln  121

A2.3  Experimentelle Untersuchung auf Bandzugverluste  

durch  Biegung des Blechs um Anlagenrollen  130

LITERATURHINWEISE   138

I Erklärung

Erklärung

Hiermit bestätige ich mit meiner eigenhändigen Unterschrift, diese Studienarbeit selbständig bearbeitet und verfasst zu haben. Sofern für Abbildungen, Tabellen, Gleichungen sowie Herleitungen keine Quellen angegeben werden, so entstammen diese aus eigenen Beobachtungen und Untersuchungen.

II Danksagung

Danksagung

Als Bearbeiter und Verfasser dieser Studienarbeit möchte ich mich bei all denjenigen bedanken, die mich während meiner Untersuchung und Bearbeitung unterstützt haben.

Ein besonderer Dank gilt

- der Betriebsleitung TKFD für die Vergabe des Themas, für die Realisierung eines Arbeitsplatzes und für den Zugang zu relevanten betrieblichen Datenbanken und Archiven

- der Firma TEROLAB - Services für die mühevolle Fertigung gewünschter Proben sowie ihrer Beschichtung mit Wolfram - Carbid zur Bestimmung von Haftreibungskoeffizienten

- Herrn Prof. Dr. habil. G. P. Ostermeyer und Herrn Dipl. Ing. Michael Müller am Institut für Dynamik und Schwingungen der Technischen Universität Braunschweig für die Betreuung der Studienarbeit

- Herrn Olaf Haase von der SZST für die tatkräftige Unterstützung und Realisierung sämtlicher Versuche und Messungen an der Dressierstraße III sowie für alle Informationen zur Bandzugmessung, zu elektrischen Antrieben und zur Regelung der Anlage

III Abbildungsverzeichnis

Abbildungsverzeichnis

IV Tabellenverzeichnis

Tabellenverzeichnis 1

V Tabellenverzeichnis

Tabellenverzeichnis 2

VI Verwendete Formelzeichen

Verwendete Formelzeichen

VII Abkürzungen und Indizes

Abkürzungen und Indizes

mit der Geometrie der Dressierstraße und mit den Kapitel 6

1 Einführung

1.1 Materialfluss bei der Blechherstellung

Eine grobe Übersicht des Materialflusses bei der Blechherstellung und der dabei stattfindenden Prozesse sowie deren Zwischenprodukte kann einleitend wie im folgenden Bild darstellt werden.

Im Stahlwerk wird das vom Hochofen gelieferte Roheisen gemäß Kundenanforderungen durch Roheisenentschwefelung, Primärmetallurgie

(LD - Konverter) und Sekundärmetallurige (VPL - Anlage) zu Rohstahl und an den (Strang-) Gießanlagen zu Vorbrammen verarbeitet. Im Warmwalzwerk erfolgt anschließend die Weiterverarbeitung zu Grobblech bzw. Warmband, wo die angelieferten Rohbrammen an so genannten Brammenstraßen zunächst zum Vormaterial für nachfolgende Blech- und Bandstraßen vorgewalzt werden. Das von der Brammenstraße kommende Halbzeug (Vorbrammen) mit noch Dicken bis zu ca. 350 mm wird anschließend an einer aus mehreren Walzgerüsten bestehenden Warmbandstraße zu Bändern ausgewalzt, die unmittelbar von der Fertigwalze aus zu Ringen bzw. Coils aufgewickelt werden und als Vormaterial für nachfolgende Kaltwalzprozesse dienen. Das warmgewalzte Blechmaterial möglicher Dicken zwischen 1,5 mm und 12,5 mm wird schließlich an das Kaltwalzwerk übergeben [8].

1.2 Das Walzen

Das Walzen ist ein spanloser, formgebender Druckumformprozess, bei dem gemäß der Definition spanloser Formgebung unter Einfluss äußerer Kräfte eine Veränderung der ursprünglichen Form oder Gestalt eines Körpers erzwungen wird und hierbei plastisch erfolgt [8]. Es ist definiert als ein stetiges oder schrittweise stattfindendes Druckumformen mit einem oder mehreren sich drehenden Werkzeugen (Walzen), die auf einen Teil der Werkstückoberfläche Druckspannungen aufbringen, im Werkstück dadurch innere Spannungen herbeiführen und ihn somit in der Umformzone zum Fließen bringen. Die Krafteinleitung kann dabei durch angetriebene oder durch vom Walzgut geschleppte Walzen erfolgen.

Unterschieden werden die Walzverfahren in DIN 8583, Blatt 2 nach den Gesichtspunkten Kinematik, Werkzeuggeometrie und Werkstückgeometrie [12].

Nach der Kinematik lassen sich die Verfahren in Längswalzen, Querwalzen und Schrägwalzen unterteilen, bei denen das Walzgut sich entweder ohne Drehung senkrecht zu den Walzenachsen bewegt, um seine eigene Achse ohne translatorische Bewegungen rotiert, oder wie beim Schrägwalzen sowohl translatorische als auch rotatorische Bewegungen erfährt [12].

Da Walzen an der Berührungsfläche mit dem Walzgut entweder zylindrisch bzw. konisch geformt sind oder aber von diesen abweichende Formen haben können, lassen sich Walzverfahren unter dem Aspekt der Werkzeuggeometrie in Flachwalzen und Profilwalzen unterteilen [12].

Nach dem letzten Ordnungsgesichtspunkt - der Werkstückgeometrie - wird ein Walzvorgang danach bezeichnet, ob ein Vollkörper oder ein Hohlkörper gewalzt wird.

Somit ergibt sich bei der Unterscheidung der Walzverfahren nach DIN 8583 das folgende Ordnungssystem.

Bild 1.2 : Ordnungssystem der Walzverfahren nach DIN 8583, Blatt 2 [12]

Das Kaltwalzen und Dressieren fällt in den in Bild 1.2 farblich gekennzeichneten Bereich.

1.3 Kaltwalzwerke

Für die Entwicklung von Kaltwalzwerken waren verschiedene Gründe bestimmend.

Unterhalb bestimmter Dicken setzt beim Warmwalzen eine zu rasche Abkühlung des Bleches ein, die zu unerwünschten Gefügestrukturen des Materials führt. Bestimmte Dicken dürfen daher beim Warmwalzen nicht unterschritten werden. Ein weiteres Warmwalzen wird durch die fest haftende Zunderschicht und die damit verbundene große Reibung zwischen Walzen und Walzgut unzweckmäßig sowie unwirtschaftlich, da der Zunder einerseits eingewalzt (Qualitätsmangel), andererseits gleichzeitig die Oberfläche der Walzen zerstören würde. Nach Entfernung des Walzzunders kann beim Kaltwalzen eine zunderfreie, glatte, blanke und porenfreie Oberfläche erzielt werden. Ein weiterer, wichtiger Grund für die Entwicklung war es, durch Kaltwalzen die Festigkeitseigenschaften der Bleche derart steuern zu können, dass sie den Anforderungen in den verschiedensten Verwendungszwecken entsprechen [8].

Nach dem Kaltwalzen und dem anschließenden Glühen zur Rekristallisation wird das Feinblech an einer Dressierstraße nachgewalzt.

1.4 Das Dressieren

Das Dressieren (auch Nachwalzen) von Blech ist ein bedeutender, die Bandplanheit verbessernder, kaltformgebender Walzprozess, bei dem erneute Verformungsgrade (hauptsächlich in Walzrichtung) entstehen und üblicherweise bei Werten zwischen 0,2 % und 3,0 % liegen [8]. Dieser technologisch wichtige Verformungsgrad wird Dressiergrad genannt und dient durch wieder stattfindende Kaltverfestigung dazu, die ausgeprägte Streckgrenze des geglühten Bandes und die damit zusammenhängende Neigung des Blechs zur Fließfigurenbildung zu beseitigen. Im Bereich kleiner Verformungen, wie sie beim Dressieren üblich sind, sinkt die Streckgrenze auf einen Tiefstwert, bei dem gleichzeitig die Streckgrenzendehnung verschwindet. Bei einem zunehmenden Dressiergrad ab ca. 1,0 % (abhängig von chemischer und mechanischer Materialeigenschaft) steigt die Streckgrenze des Materials wieder an, der stetige Übergang der Spannungs - Dehnungs - Kurve vom elastischen in den plastischen Bereich bleibt jedoch erhalten. Diesen beim Dressieren entstehenden Effekt veranschaulicht Bild A1.1-1 [11].

Eine weitere, überaus wichtige Aufgabe des Dressierens ist es, durch das Verwenden aufgerauter Arbeitswalzen eine bestimmte Oberflächenrauheit des Materials zu erzielen, die nicht nur dazu dient, ausschlaggebende und notwendige Reibungsverhältnisse für das Tiefziehen zu bewirken, sondern zudem ein wichtiges Kriterium bei der galvanischen Veredlung darstellt. Die Oberflächenfeingestalt des Feinblechs ist daher ein wesentliches und qualitätsrelevantes Produktmerkmal.

Im Gegensatz zu herkömmlichen Texturierungsverfahren werden die Walzen der Salzgitter AG durch das PRETEX® - Verfahren aufgeraut, welches auch zukünftig die sichere Erfüllung höchster Anforderungen an ein hervorragendes tribologisches Umformverhalten und brillante optische Lackeigenschaften ermöglicht. Die Walzen werden bei diesem Verfahren in einem geschlossenen, mit TOPOCROM® gefüllten Reaktorsystem elektrolytisch chrombeschichtet. Die beim Dressieren über die Walzen auf das Material übertragene Blechrauheit zeichnet sich durch zahlreiche fein verteilte Schmiertaschen und extrem hohe Spitzenzahlen aus. Sie garantiert eine absolut gleichmäßige Verteilung der Rauheitskennwerte über die Bandbreite und Bandlänge und gewährleistet unter Vermeidung von Tränenbildung und Moiré-Effekten eine ausgezeichnete Lackhaftung [4].

Diese zwei vordergründigen Aufgaben (Dressiergrad und Rauheit) bewältigt die neu gebaute zweigerüstige Dressierstraße III, die in Kapitel 2 näher beschrieben wird.

1.4.1 Die Wichtigkeit und Bedeutung des Dressiergrads

Der vom Werkstoff und Zustand des Walzguts, von der Walzgeschwindigkeit, der Walzkraft sowie aufgebrachten Bandzügen abhängige Dressiergrad (DG) beschreibt prozentual die plastische Dehnung des Materials in Walzrichtung und wird während des Dressiervorgangs kontinuierlich gemessen ( DG = ε plast [%] ).

Das Erzielen angestrebter, mechanisch - technologischer und geometrischer Materialeigenschaften ist beim Dressieren streng genommen lediglich über die Einhaltung eines dafür definierten Dressiergrads realisierbar. Zwar kann das Stahlverhalten in einigen Fällen durch entsprechende Nacharbeiten wie zum Beispiel Nachdressieren oder Recken geringfügig nachkorrigiert werden, das Ziel jedoch ist es nicht nur unter wirtschaftlichen Aspekten, möglichst bei einmaligem Dressieren die gestellten Anforderungen zu erfüllen.

Des Weiteren beeinflusst der Dressiergrad stark das Ergebnis der bedeutenden Rauheit. Die Rauheitswerte des Blechs steigen mit zunehmendem Dressiergrad, dessen Einfluss sich auf die Endrauheit des Materials umso stärker auswirkt, je höher die Walzenrauheit der eingesetzten Walzen ist.

Aufgrund dieser Dressiergradeinflüsse ist es daher von großer Bedeutung und Wichtigkeit, ein möglichst fehlerfreies bzw. genaues Messen dieser material- und zweckabhängigen, von der Prozessführung vorgegebenen Größe zu gewährleisten. Ist die Dressiergradmessung während des Dressierens fehlerhaft, können die geforderten Ziele hinsichtlich mechanischer Materialeigenschaften sowie der Bandrauheit nicht erreicht werden. Messfehler bei der Dressiergradmessung nach unten oder nach oben hin können verschiedene Resultate für das Material haben. Ein zu niedriger Dressiergrad kann zu niedrige Festigkeitswerte und eine zu niedrige Rauheit zur Folge haben, bei einem zu hohen Dressiergrad wiederum besteht die Gefahr, zu hohe Festigkeitswerte sowie eine zu hohe Rauheit zu erhalten. Im zweiten Fall eines zu hohen Dressiergrads nennt man ein Band „überdressiert“. In den meisten Fällen resultiert wegen einer zu großen plastischen Verformung eine zu hohe Rauheit, so dass das Material für den vorhergesehenen Zweck weitestgehend nicht mehr einsetzbar wird.

1.4.2 Fehler und deren Ursachen bei der Dressiergradmessung

Dressiergradmessfehler können verschiedene Ursachen haben.

Einerseits können sie auf fehlerhafte, beschädigte oder falsch eingestellte Instrumente in der Messtechnik zurückgeführt werden. Fehler dieser Art werden jedoch im Folgenden ausgeschlossen und nicht betrachtet.

Andererseits können nicht eingehaltene betriebstechnische Bedingungen beim Dressieren dazu führen, dass Ungenauigkeiten bei der Dressiergradmessung entstehen. Dieser Fall stellt die hauptsächliche Problematik dar, die im Rahmen dieser Studienarbeit genauer untersucht werden soll. Um Fehlerursachen dieser Art auszuschließen, müssen Randbedingungen für den Betrieb der Dressierstraße aufgestellt werden. Dazu ist es zunächst sinnvoll, sich einen groben Überblick über die Anlage zu verschaffen, die im folgenden Kapitel 2 beschrieben wird.

8 Kapitel 2 : Die Dressierstraße III und die zu untersuchende Problematik

2 Die Dressierstraße III und die zu untersuchende Problematik

Die zweigerüstige Dressierstraße III im Kaltwalzwerk der Salzgitter AG ist eine moderne Anlage, die den hohen Standard der heutigen Zeit unter sämtlichen Gesichtspunkten erfüllt. Konstruiert, entwickelt und in Betrieb genommen wurde das Projekt in Zusammenarbeit der Salzgitter AG mit den Firmen Voest - Alpine -Industrieanlagenbau (VAI) aus Linz in Österreich und der Firma ALSTOM aus Berlin. Bilder von der Bedienseite sowie der Antriebsseite der Anlage zeigen die in Bild 2.1 und Bild 2.2 dargestellten Fotografien.

Die folgenden Abschnitte des Kapitels sollen über relevante Punkte der Dressierstraße informieren und schließlich die sich ergebende Problematik konkretisieren, deren Untersuchung Sinn und Zweck dieser Arbeit ist.

9 Kapitel 2 : Die Dressierstraße III und die zu untersuchende Problematik

2.1 Der Vorteil einer zweigerüstigen Ausführung

Als weltweit erste zweigerüstige Dressierstraße für Feinblech ist die Anlage in Salzgitter Prototyp einer neuen Schlüsselentwicklung für die Stahlindustrie. Im Gegensatz zu eingerüstigen Straßen, in denen bei hohen Qualitätsansprüchen die Festlegung auf eine einzige Zielgröße des Dressiervorgangs erfolgen musste und somit entweder der Dressiergrad, die Planheit oder die Oberflächenrauheit des Bandes allein optimiert werden konnte, können an der zweigerüstigen Anlage für alle drei Merkmale zugleich bestmögliche Ergebnisse erreicht werden [4]. Die Dressierstraße III ermöglicht eine Realisierung der Qualitätssteigerung des bisherigen Sortiments sowie einer Erweiterung der Produktpalette und eröffnet damit gegenüber bisher bekannten, eingerüstigen Straßen nicht nur unter technischen Gesichtspunkten, sondern auch aus wirtschaftlicher Sicht neue Spektren.

2.2 Dressiermodi

Die Kombination von zwei voneinander unabhängigen Dressiergerüsten erlaubt völlig neue flexible und spezielle Betriebsarten.

a. zweigerüstiges Dressieren

b. eingerüstiges Dressieren mit aktivem Gerüst 2

(Standard für eingerüstiges Dressieren)

c. eingerüstiges Dressieren mit aktivem Gerüst 1

d. Umwickelbetrieb

Zusätzlich kann je Gerüst trocken oder nass dressiert werden.

Auf die Relevanz und die Auswirkungen der jeweils gewählten Verfahrenweise wird im späteren Verlauf genauer eingegangen.

10 Kapitel 2 : Die Dressierstraße III und die zu untersuchende Problematik

2.3 Der Bandverlauf und die einzelnen Rollenfunktionen

Während seines Verlaufs durch die Anlage entsprechend Bild 2.3 wird das Material unter bzw. über die Rollen geführt. Die Rollen haben nicht nur die Aufgabe, das Band in eine bestimmte Richtung zu lenken, sondern übernehmen entscheidende Funktionen. Einige Rollen können bzw. müssen je nach Dressiermodus abgestellt werden, andere wiederum sind fest, d.h. nicht verfahrbar und am Produktionsprozess immer beteiligt.

Die S - Rollen nach dem Abhaspel ermöglichen das Erzeugen eines hohen Bandzugs. Die Anti - Crimping - Rolle (ACR) dient dazu, den Bandverlauf vor dem Walzspalt zu stabilisieren und mögliche Längsfaltenbildung am Band zu verhindern. Die Funktion der Billy - Rolle (Billy) ist es, zum einen den Umschlingungswinkel an der Arbeitswalze (AW) zu vergrößern, zum anderen diverse Fließlinien bzw. Pattern an der dressierten Bandoberfläche vorzubeugen. Die folgende Planheitsmessrolle gehört zu den nicht verfahrbaren Rollen der Dressierstraße und misst unter anderem den an dieser Stelle vorhandenen Bandzug. Die Passlinerolle drückt von oben das Band auf Passlinehöhe (Walzspaltniveau) und erhöht dadurch den Umschlingungswinkel an der Planheitsmessrolle 1. Bei zweigerüstigem Dressieren erfolgt der Einlauf in das zweite Walzgerüst, das in seiner Konstruktion und Rollenkonstellation dem ersten Gerüst gleicht (ACR, AW, Billy).

Die Anti - Flutter - Rolle drückt anschließend von oben auf das Material und hat die Funktion, das Blech in seinem Lauf zu beruhigen. Nur dann ist eine einwandfreie Planheits- und Auslaufbandzugmessung an der Planheitsmessrolle 2 möglich. Die Umlenkrolle als letzte Rolle vor dem Aufhaspel dient dazu, einen konstanten Umschlingungswinkel an der Planheitsmessrolle 2 zu gewährleisten. Anderenfalls würde sich dieser durch das Aufwickeln des Aufhaspels verändern, an dem der Coildurchmesser beim Dressieren kontinuierlich zunimmt.

11 Kapitel 2 : Die Dressierstraße III und die zu untersuchende Problematik

Beim eingerüstigen Dressieren ist der Bandverlauf etwas anders als beim hier beschriebenen, zweigerüstigen Verfahren.

In der Regel ist in dem Fall das erste Gerüst inaktiv ; der Walzspalt ist entweder weit genug geöffnet oder es befinden sich gar keine (Arbeits-) Walzen im Gerüst. Entsprechend sind auch die Anti - Crimping - Rolle und die Billy - Rolle des ersten Gerüsts abgestellt und kommen mit dem laufenden Band nicht in Berührung. Ohne weiteres würde sich jedoch so aufgrund der relativ langen Strecke zwischen oberer S - Rolle und Planheitsmessrolle 1 ein ungünstiger Bandverlauf ergeben. Die Stützfunktion übernimmt die Bandberuhigungsrolle, die konstruktiv am negativen Hebelarm der Anti - Crimping - Rolle angebracht ist. Die Bandberuhigungsrolle ist also in eingreifender Position, sobald das Abstellen der Anti - Crimping - Rolle erfolgt. Die Strecke zwischen oberer S - Rolle und Planheitsmessrolle wird auf diese Weise geteilt und ein günstigerer ruhigerer Bandverlauf gewährleistet.

2.4 Das Nassdressiermittel

Wie bereits erwähnt wurde, kann an beiden Gerüsten entweder trocken oder nass dressiert werden. Beim Nassdressieren wird über entsprechende Einrichtungen Nassdressiermittel auf die Arbeitswalzen aufgebracht.

Hauptsächlich dient diese Emulsion der Schmierung und Kühlung von Walzen und Blech beim Dressierprozess. Je nach Material und Umformgraden wird diese Schmierung und Kühlung notwendig, da beim Dressieren Temperaturen über 50°C stets zu vermeiden sind. Höhere Temperaturen hätten eine raschere Walzenabnutzung und mögliche Gefügestrukturänderungen im Blechmaterial zur Folge.

Daneben erfüllt das Nassdressiermittel einen Reinigungszweck für Walzen und Band von diverser Verschmutzung und schützt zusätzlich durch beinhaltete Additive das Blech vor starker und rasch einsetzender Korrosion sowie vor anderen äußeren Einflüssen.

12 Kapitel 2 : Die Dressierstraße III und die zu untersuchende Problematik

2.5 Die Bandzugbereiche

Der Bandzug stellt einen entscheidenden Parameter für das Dressieren dar. Er hat großen Einfluss auf den in Kapitel 1 erläuterten Dressiergrad und somit auf das Endresultat des dressierten Materials.

Hinsichtlich des Bandzugs kann die Anlage in wichtige Bereiche unterteilt werden, in denen eine voneinander unabhängige Erzeugung und Regelung des Bandzugs erfolgt.

Für das weitere Verständnis ist es unter anderem wichtig, die den Zug erzeugenden Aggregate bzw. Anlagenstellen zu kennen.

1. Abhaspel

2. S - Rollenblock

3. Dressiergerüst 1 mit Walzen

4. Dressiergerüst 2 mit Walzen

5. Aufhaspel

Je nach Dressiervariante (siehe 2.2) können sich demnach bis zu vier getrennt zu betrachtende Bandzugbereiche ergeben.

a. Abhaspel : Abhaspel bis S - Rollenblock

b. Einlauf : S - Rollenblock bis Dressiergerüst 1

c. Zwischengerüstbereich : Dressiergerüst 1 bis Dressiergerüst 2

d. Auslauf : Dressiergerüst 2 bis Aufhaspel

13 Kapitel 2 : Die Dressierstraße III und die zu untersuchende Problematik

2.6 Die Dressiergradmessung

Um den in einem Walzgerüst erzielten Dressiergrad (DG) bestimmen zu können, müssen die Bandgeschwindigkeiten vor und nach dem Gerüst ermittelt werden. Die stattgefundene, plastische Verformung kann dann nach Vergleich der gemessenen Geschwindigkeiten nach Gl. 2.1 errechnet werden, in der v 1 und v 2 die gemessenen Geschwindigkeiten vor und nach dem Walzgerüst bedeuten.

−

An der Dressierstraße III erfolgt die Messung von v 1 und v 2 simultan auf zwei verschiedenen Wegen zum einen durch bestimmte Rollen, zum anderen durch eine zusätzliche Laserperipherie. Während das Lasermesssystem die Geschwindigkeiten des Bandes über den Doppler - Effekt ermittelt, misst man an den dazu vorgesehenen Rollen ihre der Bandgeschwindigkeit folgende Winkelgeschwindigkeit. Die Geschwindigkeiten werden an der oberen S - Rolle, an der Planheitsmessrolle 1 sowie an der Anti - Flutter - Rolle im Auslauf gemessen.

2.6.1 Die Problematik bei der Dressiergradmessung über das Rollensystem

Da die Messvariante über das Rollensystem die wichtigere von beiden erwähnten darstellt, ist es hier besonders entscheidend, eine korrekte Messung gewährleisten zu können. Für eine exakte Dressiergradmessung ist es notwendig, eine identische Geschwindigkeit von Rolle und Band zu garantieren. Es dürfen also keine Relativbewegungen zwischen Rolle und Band entstehen (schlupflos). Es muss erfüllt werden :

14 Kapitel 2 : Die Dressierstraße III und die zu untersuchende Problematik

2.6.2 Die Auswirkungen der Problematik

Wird die Bedingung aus Gl. 2.2 nicht erfüllt, finden Relativbewegungen zwischen Rolle und Band statt. Dieser ungünstige Fall hat ausschlaggebende Konsequenzen in vielerlei Hinsicht.

Die daraus resultierende, fehlerbehaftete Dressiergradmessung bringt einerseits die bereits in Abschnitt 1.4.1 genannten Nachteile für das Feinblech mit sich.

Außerdem würden Bänder, deren technologische Werte nicht nachkontrolliert werden, trotz ihrer Uneignung an Kunden ausgeliefert und letztendlich mit hohen Geldsummen verbundene Reklamationen herbeiführen.

Zum anderen entstehen bei Relativbewegungen zwischen Band und Rolle sowohl am Produkt als auch an der Rolle selbst Oberflächenbeschädigungen. Zu spät erkannte Rollenbeschädigungen würden sich beim Dressieren der Folgeringe auf deren Oberfläche abdrücken und erneute Qualitätsfehler verursachen. In jedem Fall muss eine beschädigte Rolle nachgearbeitet werden, was erneut mit erheblichem Kostenaufwand verbunden ist.

Derartige Relativbewegungen müssen daher durch Randbedingungen für den Betrieb der Dressierstraße an allen Rollen ausgeschlossen werden können.

2.6.3 Zu betrachtende Rollen

Für das Folgende ist es entscheidend, zwischen zu betrachtenden Rollen und den übrigen Anlagenstellen zu unterscheiden, um Verwirrungen zu vermeiden. Die für die Untersuchungen entscheidenden Rollen sind jene, die an der Dressierstraße auch als solche verstanden werden, zu denen die unter 2.5 genannten zugerzeugenden Anlagenteile nicht zählen. Die folgenden Betrachtungen sind daher an insgesamt 10 Rollen zu richten :

- Bandberuhigungsrolle

- Anti - Crimping - Rolle 1 und 2

- Billy - Rolle 1 und 2

- Planheitsmessrolle 1 und 2

- Passlinerolle

- Anti - Flutter - Rolle

- Umlenkrolle

15 Kapitel 2 : Die Dressierstraße III und die zu untersuchende Problematik

2.6.4 Annahmen bei der Untersuchung

Bei den folgenden Untersuchungen werden mögliche Relativbewegungen zwischen einer Rolle und dem Blech an jeder Rolle unter folgenden Annahmen untersucht.

a. alle Rollen werden zunächst antriebslos behandelt, auch wenn elektrische Antriebe an einigen Rollen verfügbar sind

b. die Rollenkonstruktionen sowie sämtliche Maße an der Anlage entsprechen den zur Verfügung gestellten Zeichnungen.

c. eventuelle Ausnahmezustände oder andere unvorhergesehene Zustände an Rollen, Blech sowie an der Anlage werden nicht beachtet (z.B. Lagerschäden oder -blockaden, Bedienfehler etc.)

16 Kapitel 3 : Beschleunigung und Antrieb einer Rolle

3 Beschleunigung und Antrieb einer Rolle

Betrachtet man in Bezug auf die Dressierstraße den Bereich einer Rolle zusammen mit dem sich in einem bestimmten Winkel um sie schlingenden Band, lassen sich Parallelen zu anderen Modellen ziehen.

Eine hilfsantriebslose Rolle muss vom laufenden Band angetrieben werden. Die einzige, verfügbare Antriebskraft in diesem Fall ist die zwischen Band und Rolle vorhandene Haftung (Haftreibungskraft), welche durch den vorrangig von der Beschaffenheit der gepaarten Oberflächen anhängigen Haftreibungskoeffizienten, den Umschlingungswinkel sowie den Bandzug beeinflusst wird. Natürlich können auch andere Größen einen Einfluss auf die Haftreibungskraft haben, so zum Beispiel die gefahrenen Geschwindigkeiten beim Arbeitsprozess, der Schmierungszustand (trocken, nass, geölt), die Rauheit des Bleches sowie die in den Lagern der Rollen entstehenden Reibungsverluste. Diese Einflüsse jedoch bleiben zunächst unbeachtet und erst im Nachhinein wird einzeln auf sie eingegangen.

In der D’Alembertschen Formulierung gilt für eine betrachtete Rolle, dass die Summe der Kräfte und Momente verschwindet, also Kräfte- und Momentengleichgewicht vorliegt. Somit sind für die nachfolgende Untersuchung zwei Fälle zu berücksichtigen.

1. Der statische (stationäre) Fall, in dem sich Rolle und Band im Zustand gleichförmiger Bewegung befinden.

2. Der dynamische Fall, in welchem Rolle und Band positiv oder negativ beschleunigt werden.

Da im ersten Fall (statische Betrachtung) für die Rotationsbewegung lediglich die Komponenten „von außen auf die Rolle aufgebrachtes Antriebsmoment“ und „im Lager verbrauchtes Reibmoment“ zu berücksichtigen sind, ist diese Betrachtung eine Untermenge des dynamischen Falls mit der Besonderheit, dass alle Veränderungen über der Zeit Null sind. Insofern wird der statische Fall nicht mehr separat betrachtet.

17 Kapitel 3 : Beschleunigung und Antrieb einer Rolle

3.1 Darstellung der Haftreibungskraft in Abhängigkeit bekannter Größen an einem allgemeinen verlustfreien Rolle - Band - Modell

Das in Bild 3.1 dargestellte allgemeine Rolle - Band - Modell wird im ersten Schritt auf ein bekanntes anderes Modell bezogen, und zwar auf einen Flachriementrieb, da vereinfacht die Rolle als Riemenscheibe und das die Rolle antreibende Band entsprechend als Flachriemen betrachtet werden kann. Auf Einflüsse, die beim Flachriemen nicht betrachtet werden (z.B. Biegesteifigkeit des Blechs) wird in den folgenden Kapiteln eingegangen.

Unter der Annahme des in Bild 3.1 eingetragenen Bandverlaufs leuchtet ein, dass F Z1 > F Z2 sein muss, anderenfalls keine Bewegung in die eingezeichnete Richtung stattfinden könnte. Würde man bei dieser “richtungsbezogenen” Argumentation bleiben, würde es genügen, wenn F Z1 nur minimal größer wäre als F Z2 , vielmehr jedoch ist die Differenz dieser beiden Zugkräfte nicht vernachlässigbar.

Um zu verdeutlichen, worin genau diese Differenz begründet ist, wird das Blech von der Rolle freigeschnitten. Dieser Schritt führt zum folgenden Freischnittbild (Bild 3.2) mit bereits eingetragenen, auftretenden Kräften und Momenten nach dem Ansatz von D´Alembert.

18 Kapitel 3 : Beschleunigung und Antrieb einer Rolle

Bild 3.2 : Freischnitt Rolle - Band mit Kinematik

Bildet man am Freikörper „ Band “ das Kräftegleichgewicht in Bandrichtung, so wird deutlich, welche Zwangskraft sich aus der Differenz der beiden Einzelkräfte F Z1 und F Z2 ergibt ; die Haftreibungskraft, die sich im gesamten Umschlingungsbogen zu einer resultierenden Kraft H aufintegrieren lässt und als an der Rolle tangential wirkend angenommen werden kann.

Das Kräftegleichgewicht am Band liefert :

mit

Zum Bestimmen der rollenantreibenden Kraft H ist es notwendig, das Verhältnis der Zugkräfte F Z1 und F Z2 herzuleiten. Man betrachte hierzu einen infinitesimal kleinen ϕ d Umschlingungsbereich des Bandes aus Bild 3.2. Die Auswirkungen von

Fliehkräften und Trägheitskräften werden zu einem späteren Zeitpunkt in Kapitel 7 behandelt.

19 Kapitel 3 : Beschleunigung und Antrieb einer Rolle

Die Gleichgewichtsbedingungen in x - und y - Richtung liefern

∑

∑

Für sehr kleine Winkel ϕ d kann angenommen werden, dass

und entsprechend

Beim Einsetzen von Gl. 3.2 c in Gl. 3.2 a und in Gl. 3.2 b erhält man

und