Ein Automobil ist ein beispielhaftes Produkt, das überwiegend aus Stahl bzw. Blech besteht. Seine Entwicklung, äußere Erscheinung, Sicherheit sowie Wirtschaftlichkeit rücken immer mehr in den Vordergrund und hängen zu einem großen Teil von der Technologie des Stahlblechs bzw. Feinblechs ab, aus dem sowohl die Karosserie als auch viele stabilisierende und tragende Einzelteile hergestellt werden. Die hohen Qualitätsanforderungen an das Blech erfordern bei der Herstellung unter anderem das entscheidende Dressieren des Materials.
Bei der Salzgitter AG erfolgt das Dressieren an einer weltweit ersten zweigerüstigen Dressierstraße, für die im Rahmen dieser Arbeit Beschleunigungs- und Verzögerungsrampen aufgestellt werden sollen, bei denen ein unerwünschter Schlupf zwischen Anlagenrollen und dem Blech ausgeschlossen werden kann.
Kapitel 1 erläutert zunächst einige Prozesse bei der Blechherstellung sowie die Grundlagen des Walzens, um ein besseres Verständnis der anschließenden Ausführungen zu ermöglichen. Im anschließenden Kapitel 2 wird die Dressierstraße III im Kaltwalzwerk der Salzgitter AG sowie die an ihr zu untersuchende Problematik vorgestellt und konkretisiert. Kapitel 3 wird dann ein theoretisches Modell behandeln, an dem die Randbedingungen aufgestellt werden. Die Parameter und Größen, von denen die Randbedingungen abhängen, werden in den darauf folgenden Kapiteln behandelt. Daher befassen sich Kapitel 4 mit den Daten der Anlagenrollen, Kapitel 5 mit der Geometrie der Dressierstraße und Kapitel 6 mit den Haftreibungskoeffizienten. Nach der Diskussion des Bandzugs in Kapitel 7 schließt Kapitel 8 mit der untersuchten Randbedingungen und Vorschlägen zur elektrischen Anpassung und Optimierung der Anlage ab.
Inhaltsverzeichnis
1 Einführung
1.1 Materialfluss bei der Blechherstellung
1.2 Das Walzen
1.3 Kaltwalzwerke
1.4 Das Dressieren
1.4.1 Die Wichtigkeit und Bedeutung des Dressiergrads
1.4.2 Fehler und deren Ursachen bei der Dressiergradmessung
2 Die Dressierstraße III und die zu untersuchende Problematik
2.1 Der Vorteil einer zweigerüstigen Ausführung
2.2 Dressiermodi
2.3 Der Bandverlauf und die einzelnen Rollenfunktionen
2.4 Das Nassdressiermittel
2.5 Die Bandzugbereiche
2.6 Die Dressiergradmessung
2.6.1 Die Problematik bei der Dressiergradmessung über das Rollensystem
2.6.2 Die Auswirkungen der Problematik
2.6.3 Zu betrachtende Rollen
2.6.4 Annahmen bei der Untersuchung
3 Beschleunigung und Antrieb einer Rolle
3.1 Darstellung der Haftreibungskraft in Abhängigkeit bekannter Größen an einem allgemeinen verlustfreien Rolle – Band – Modell
3.2 Verlustfreie Rollenbeschleunigung / Rollenverzögerung
3.3 Berücksichtung der entstehenden Lagerverluste
3.4 Verluste durch weitere Einflussfaktoren
3.5 Rampensteilheit als Randbedingung
4 Die Rollen der Dressierstraße III
4.1 Wahl der bezeichnenden Indizes
4.2 Rollendurchmesser
4.3 Geometrische Rollenanordnung
4.3.1 Berechnung der Position der Bandberuhigungsrolle
4.3.2 Horizontale und vertikale Rollenabstände verschiedener Dressiermodi
4.4 Rollenähnlichkeiten
4.5 Massenträgheitsmomente
5 Umschlingungswinkel
5.1 Wahl des Berechnungsansatzes und Erläuterung seiner Vorteile
5.2 Der Vektorielle Ansatz
5.2.1 Erster Schritt : Skizzendarstellung
5.2.2 Herleitung des vektoriellen Ansatzes
5.2.3 Beispielhafte Berechnung des Umschlingungswinkels an der Bandberuhigungsrolle
5.2.4 Auffälliger relevanter Sonderfall
5.2.4.1 Mögliche Ansätze und Bedingungen zum Ausschließen des Sonderfalls
5.3 Ergebnisse der Umschlingungswinkel
5.4 Anmerkungen
6 Haftreibungskoeffizienten
6.1 Allgemeines zur Reibung und Reibungskoeffizienten
6.2 Experimentelle Bestimmung von Haftreibungskoeffizienten µ0
6.3 Die Oberflächen der Anlagenrollen
6.4 Haftreibungskoeffizienten für die Wolfram – Carbid – Beschichtung
6.4.1 Versuchsvorbereitung
6.4.2 Versuchsaufbau
6.4.3 Versuchsdurchführung und Ergebnisse
6.5 Haftreibungskoeffizienten für hartverchromte Oberflächen
6.5.1 Versuchsvorbereitung
6.5.2 Versuchsaufbau
6.5.3 Versuchsdurchführung und Ergebnisse
6.6 Diskussion und Deutung der Versuchsergebnisse
6.7 Weitere Einflüsse und dadurch mögliche Beeinträchtigungen des Haftreibungskoeffizienten
7 Der Bandzug
7.1 Der Bandzug an einer bestimmten Rolle
7.2 Randbedingungen in Abhängigkeit des gemessenen Bandzugs
7.3 Diskussion des gemessenen Bandzugs FBZ
7.3.1 Die Grenzen des Bandzugs
7.3.2 Spezifische Bandzüge
7.3.3 Charakteristische Stähle und die Vorgabe spezifischer Bandzüge
7.3.4 Die Bandzugmessung und ihr Einfluss auf den Anlagenbetrieb
7.4 Die Verluste im Bandzug
7.4.1 Verluste durch das Biegen des Blechs um Rollen (statische Verluste)
7.4.2 Verluste durch Fliehkräfte und Trägheitskräfte (dynamische Verluste)
7.4.2.1 Fliehkräfte
7.4.2.2 Trägheitskräfte
7.5 Zusammenfassung zum Bandzug
8 Randbedingungen
8.1 Bestimmung kritischer Bandzüge FBZ,krit
8.2 Untersuchung der Randbedingungen
8.2.1 Berechnung am Beispiel der Billy – Rolle 2
8.2.2 Ergebnisse der Untersuchung an allen Rollen und Dressiervarianten
8.3 Aktuelle Beschleunigungs- und Verzögerungsrampen
8.4 Diskussion der Untersuchungsergebnisse
8.5 Optimierung der Dressierstraße III
9 Zusammenfassung
Zielsetzung & Themen
Das Hauptziel dieser Arbeit ist die Bestimmung von Randbedingungen für die Beschleunigungs- und Verzögerungsrampen einer zweigerüstigen Dressierstraße, um einen unerwünschten Schlupf zwischen den Anlagenrollen und dem Blech zuverlässig auszuschließen und damit eine präzise Dressiergradmessung zu gewährleisten.
- Analyse der mechanischen und geometrischen Eigenschaften der Anlagenrollen.
- Berechnung und mathematische Herleitung des Umschlingungswinkels für verschiedene Dressiermodi.
- Experimentelle Bestimmung der Haftreibungskoeffizienten für verschiedene Rollenbeschichtungen und Schmierungszustände.
- Untersuchung der Einflussfaktoren auf den Bandzug und dessen Verluste.
- Optimierungsvorschläge zur Erhöhung der Rampensteilheit unter Berücksichtigung sicherheitstechnischer Aspekte.
Auszug aus dem Buch
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 FZ1 > FZ2 sein muss, anderenfalls keine Bewegung in die eingezeichnete Richtung stattfinden könnte. Würde man bei dieser “richtungsbezogenen” Argumentation bleiben, würde es genügen, wenn FZ1 nur minimal größer wäre als FZ2, 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.
Zusammenfassung der Kapitel
1 Einführung: Erläutert die Grundlagen des Walzens und des Dressierens bei der Stahlblechherstellung sowie die Bedeutung des Dressiergrads.
2 Die Dressierstraße III und die zu untersuchende Problematik: Stellt die zweigerüstige Anlage der Salzgitter AG vor und identifiziert die Problematik des unerwünschten Schlupfes bei der Messung des Dressiergrads.
3 Beschleunigung und Antrieb einer Rolle: Entwickelt ein theoretisches Modell zur Bestimmung der Haftreibungskraft und leitet Randbedingungen für beschleunigungsbedingte Schlupfvorgänge ab.
4 Die Rollen der Dressierstraße III: Detailliert die geometrischen Daten, Rollenanordnungen und Massenträgheitsmomente der relevanten Anlagenrollen.
5 Umschlingungswinkel: Beschreibt einen vektoriellen Ansatz zur exakten Berechnung der Umschlingungswinkel an den verschiedenen Rollen in unterschiedlichen Betriebszuständen.
6 Haftreibungskoeffizienten: Dokumentiert die experimentelle Ermittlung der Haftreibungskoeffizienten für verschiedene Materialpaarungen und Schmierungszustände.
7 Der Bandzug: Analysiert das Verhalten des Bandzugs, diskutiert Bandzugverluste durch Biegung, Fliehkräfte sowie Trägheitskräfte und fasst diese zusammen.
8 Randbedingungen: Wendet die theoretischen Grundlagen auf kritische Stahlsorten an, berechnet die maximalen Rampensteilheiten und diskutiert Optimierungsmöglichkeiten.
9 Zusammenfassung: Fasst die gewonnenen Erkenntnisse zur Sicherstellung eines schlupffreien Betriebs und zur Rampenoptimierung zusammen.
Schlüsselwörter
Dressierstraße, Schlupf, Dressiergrad, Haftreibungskoeffizient, Bandzug, Umschlingungswinkel, Massenträgheitsmoment, Beschleunigungsrampen, Walzen, Stahlblech, Anlagendynamik, Rollenbeschleunigung, Schlupffreier Betrieb, Nassdressiermittel, Betriebsparameter.
Häufig gestellte Fragen
Worum geht es in der vorliegenden Studienarbeit grundsätzlich?
Die Arbeit befasst sich mit der Untersuchung des Schlupfverhaltens zwischen Blech und Anlagenrollen an einer zweigerüstigen Dressierstraße, um die Beschleunigungs- und Verzögerungsprozesse der Anlage zu optimieren.
Was sind die zentralen Themenfelder der Analyse?
Die Untersuchung umfasst die mathematische Modellierung der Rollenbeschleunigung, die geometrische Berechnung der Umschlingungsverhältnisse, experimentelle Reibwertbestimmungen und die Analyse von Bandzugverlusten.
Was ist das primäre Ziel oder die Forschungsfrage?
Das primäre Ziel ist es, prozesstechnische Randbedingungen zu definieren, die einen schlupffreien Anlagenbetrieb garantieren, um eine exakte Messung des Dressiergrads während des Produktionsvorgangs zu gewährleisten.
Welche wissenschaftliche Methode wird verwendet?
Es wird eine Kombination aus physikalischer Modellbildung (D’Alembertsches Prinzip), vektoranalytischer Geometrieberechnung und experimenteller Versuchsreihen (Haftreibungsmessungen) angewandt.
Was wird im Hauptteil der Arbeit behandelt?
Der Hauptteil gliedert sich in die theoretische Herleitung der Haftungsbedingungen, die Datenaufnahme der Rollen, die Berechnung der Umschlingungswinkel sowie die Diskussion der Messergebnisse für die Haftreibungskoeffizienten und den Bandzug.
Welche Schlüsselwörter charakterisieren die Arbeit?
Zentrale Begriffe sind Dressiergrad, Schlupfvermeidung, Haftreibungskoeffizient, Bandzug, Massenträgheitsmoment und Rampensteilheit.
Warum ist die Messung des Dressiergrads an der Dressierstraße III so kritisch?
Eine fehlerhafte Messung führt dazu, dass die geforderten mechanischen Materialeigenschaften und die Bandrauheit nicht erreicht werden können, was wiederum zu Ausschuss oder Reklamationen führt.
Welchen Einfluss haben die Nassdressiermittel auf das Schlupfverhalten?
Entgegen der Erwartung, dass Schmiermittel die Haftung reduzieren, begünstigt das eingesetzte Nassdressiermittel die Haftung teilweise, sofern ein direkter Körperkontakt durch eine ausreichend dünne Schicht in den Schmiertaschen der Blechoberfläche gewahrt bleibt.
Welche Rolle spielt die Bandberuhigungsrolle (BBR) für die Optimierung?
Die Analyse identifiziert die BBR als kritische Stelle, da sie bei Schnellhaltmanövern das höchste Potenzial für das Auftreten von Relativbewegungen zum Band aufweist.
- Quote paper
- David Gaczek (Author), 2005, Randbedingungen für die Beschleunigungs- und Verzögerungsrampen der Dressierstraße III anhand von Untersuchungen des Schlupfs von Anlagenrollen, Munich, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/45862
