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Verfahren und Vorrichtung zum Recken eines Metallbandes
Die Erfindung betrifft die Behandlung von Bändern aus Eisen- oder Nichteisenmetallen oder aus einem
Grundwerkstoff aus Eisenmetall mit einem Schutzüberzug, beispielsweise von Bändern aus Weissblech, wo- bei das Band auf eine vorherbestimmte Dicke gewalzt worden ist, die eine Grössenordnung von 0,25 mm oder mehr haben kann. Das Metallband kann auch eine Folie sein.
Es ist bekannt, dass beim Walzen von Metall auf eine Stärke von etwa 0,25 mm zwecks Bildung eines langen Bandes verschiedene Fehler in der geometrischen Gestalt des Bandes in geringerem oder stärkerem Grade auftreten können. Einige dieser Fehler seien nachstehend angeführt : a) Randauswanderung. Dabei handelt es sich um eine starke Abweichung der Längsränder des Bandes von einer geraden Linie, so dass es nicht möglich ist, Bleche oder Blätter rechtwinkelig von dem Metallband abzuschneiden. b) Randwelligkeit. Sie ist auf Druckspannungen in der Nähe der Bandränder und auf Zugspannungen in der Bandmitte zurückzuführen.
Beim Auftreten dieser Erscheinung sind von dem Band abgeschnittene Bleche oder Blätter nicht ebenflächig, so dass der Transport der Bleche oder Blätter beim Drucken, Lackieren und Stanzen mit Schwierigkeiten verbunden ist. c) Beulen oder Blasen in der Bandmitte. Sie werden gewöhnlich durch in der Mitte des Bandes wirksame Druckspannungen und in der Nähe der Längsränder des Bandes wirksame Zugspannungen verursacht. d) Seegraseffekt. Dies ist eine Kombination der Fehler a, b und c. e) Verbeulter Rand. Er ist gewöhnlich auf eine Beschädigung durch den Angriff des Bandes an Führungselementen zurückzuführen. f) Einbeulungen oder Knicks. Sie werden gewöhnlich durch eine Beschädigung des Bandes nach dem Aufwickeln verursacht.
Ausser den obigen Fehlern können noch Veränderungen einiger physikalischer Eigenschaften infolge von Alterung auftreten. Dies kann festgestellt werden, indem man eine Probe des Bandmaterials dem Zugversuch unterwirft. Die Alterung des Bandes kann daran erkannt werden, dass die Spannungsdehnungskurve an der Streckgrenze eine Unstetigkeit aufweist. Ein Band, das einen derartigen Defekt hinsichtlich seiner physikalischen Eigenschaften aufweist, kann nicht vollkommen einwandfrei und mit einheitlicher Wirkung plastisch verformt werden. Wenn beispielsweise gealtertes Weissblech zur Herstellung eines oben offenen Dosenkörpers verwendet wird, tritt oft ein als"Rillen-oder Feldbildung"bekannter Zustand ein, in dem der Zylinder nicht glatt kreisförmig, sondern vieleckig ist.
Aus gealtertem Weissblech hergestellte Dosenböden können Fliessfiguren (Lüdersche Linien) aufweisen, die eine Rückkehr der Unstetigkeit der Spannungdehnungskurve an der Streckgrenze und eine Herabsetzung der Verformbarkeit anzeigen. Derartige Dosenenden sind geometrisch mangelhaft und nicht massbeständig, besonders beim Tiefziehen, oder sie bilden unregelmässige oder von einem Kreis abweichende Formen.
Bei der Herstellung von Metallbändern wird gewöhnlich ein Polierstich und ein Kaltwalzstich durchgeführt, um die physikalischen Mängel herabzusetzen und die Unstetigkeit der Spannungsdehnungskurve an der Streckgrenze zu kaschieren. Zu diesem Zweck werden mit Hilfe von Walzen starke Druckspannungen
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auf das Band ausgeübt und es wird dieses einer mässigen Zugspannung ausgesetzt, so dass innerhalb der
Dicke des Bandes eine Spannungsverteilung erhalten wird, die sich durch eine Druckzone an den Ober- flächen und eine Zugzone in der Mitte kennzeichnet. Bevor das Band zu Blechen oder Blättern zerschnit- ten wird, erfolgt gewöhnlich eine weitere Korrekturbehandlung durch eine Rollenrichtmaschine.
! Die Spannungsverteilung in dem kaltgewalzten Band wird jedoch durch die Alterung verändert. Zwar kann die Spannungsverteilung durch die Behandlung des Bandes in der Rollenrichtmaschine unmittelbar vor demAblängen korrigiert werden, wenn der Walzendurchmesser genügend klein ist, doch zeigt es sich be- sonders bei dem für die Herstellung von oben offenen Dosen verwendeten Weissblech in einer Stärke von weniger als 0, 25 mm, dass die Behandlung in der Rollenrichtmaschine hinsichtlich der Korrektur der Feh- ler in der geometrischen Form und in den physikalischen Eigenschaften des Bandes nur eine vernachlässig- bar kleine Wirkung hat.
Gegenstand der Erfindung ist nun ein Verfahren zum Recken eines Metallbandes durch Erhöhen seiner
Lineargeschwindigkeit während der Bewegung des Bandes in seiner Längsrichtung, wodurch eine die blei- bende Dehnung bewirkende Zugspannung auf das Band ausgeübt wird. Ferner bezieht sich die Erfindung auf eine Vorrichtung zum Recken von Metallbändern mit drehbaren Eintritts- und Austrittsförderwalzen, die entlang der Bahn eines zu reckenden Bandes im Abstand voneinander drehbar gelagert sind und um die das
Band herumgeführt ist, und mit drehbaren Andrückwalzen zum Andrücken des Bandes gegen die Förder- walzen.
Bei den bekannten Verfahren und Vorrichtungen dieser Art erfolgt das Recken des Metallbandes unter
Einwirkung einer Zugkraft, die durch örtliche Änderung der Bandgeschwindigkeit hervorgerufen wird, was durch Wahl unterschiedlicher Umfangsgeschwindigkeiten der das Band fördernden Rollen oder Walzen er- reicht wird. Dadurch wird die Dicke des Bandes verringert und auf Grund des Walzens die gewünschte
Steifheit und eine glatte Oberfläche erzielt. Durch Dehnen des Bandes unter Einwirkung einer Zugkraft wird dieses jedoch länger und schmäler. Um dies zu vermeiden, ist es auch schon bekannt, zusätzlich zu der auf das Band wirkenden Zugkraft einen Druck auszuüben. Zu diesem Zweck werden Walzen verwen- det, die zwischen den Zugwalzen angeordnet sind und auf das sich bereits unter Spannung befindliche Band einen Walzdruck ausüben.
Durch diese Massnahme kann zwar eine Änderung der Breite des Bandes ver- mieden werden. Wie sich jedoch gezeigt hat, ist hiebei die auf das Band wirkende Zugkraft in der Mitte des Bandes am grössten, wodurch eine Wellen- und Rillenbildung verursacht wird, die bisher nicht ver- mieden werden konnte.
Nach einem weiteren bekannten Verfahren zum Auswalzen von Metallen wird das Walzgut zwischen
Walzen, die mit verschiedener Umfangsgeschwindigkeit umlaufen, hindurchgeführt und dabei wechsel- weise mit seiner Ober- und mit seiner Unterfläche der Einwirkung der schnelleren Walze ausgesetzt. Mit dieser Massnahme soll eine gleichmässigere Oberflächenbeschaffenheit des Enderzeugnisses erreicht und eine grössere Dickenabnahme für jeden Stich ermöglicht werden. Da hiebei aber keine Zugkraft auf das
Metall ausgeübt wird, tritt bei Anwendung dieses bekannten Verfahrens auf Metallbänder eine nachteilige
Verbreiterung derselben ein.
Die Erfindung bezweckt nun die Verbesserung der bisher bekannten Verfahren und die Schaffung eines
Verfahrens sowie einer Vorrichtung zur Herbeiführung einer vorherbestimmten plastischen Dehnung eines
Metallbandes in Kombination mit einer Druckeinwirkung zur Korrektur der geometrischen Fehler des Ban- des und zur Erzielung der gewünschten physikalischen Eigenschaften desselben. Nachdem erfindungsgemä- ssen Verfahren wird dies dadurch erreicht, dass das Band an derjenigen Stelle, an der die Erhöhung seiner Lineargeschwindigkeit bewirkt wird, gleichzeitig einer örtlichen Druckspannung unterworfen wird, die unter der Streckgrenze des Bandes liegt, aber hoch genug ist, um eine Bildung von Fliessfiguren auf dem
Band zu verhindern.
Bei einer Behandlung eines Metallbandes nach diesem Verfahren werden die von der gleichzeitig ausgeübten Druckspannung und Zugspannung herrührenden Kräfte ausgeglichen und es wird daher die Breite des Bandes unverändert beibehalten, während die Länge desselben vergrössert wird. Diese vorteilhafte Wirkung ist darauf zurückzuführen, dass das Band nur ganz kurze Zeit an einer bestimmten Stelle und innerhalb eines sehr kleinen Bereiches einer in der Nähe der Streckgrenze liegenden Beanspruchung ausgesetzt ist. Der ausgeübteDruck verhindert in Kombination mit der gleichzeitigen Erhöhung der Lineargeschwindigkeit nicht nur die Bildung von Rillen oder andern Oberflächenbeschädigungen, sondern entfernt auch allenfalls vor der Behandlung vorhandene Einbeulungen, Knicke oder andere Unregelmässigkeiten vollständig.
Mittels des erfindungsgemässen Verfahrens werden gleichzeitig und an derselben Stelle des Bandes drei Operationen ausgeführt, u. zw. eine Vergütung, eine Dehnung und eine Ausrichtung des Bandmaterials.
Durch entsprechende Wahl der dem Band erteiltenDehnung und der Grösse der aufgebrachten Druckspannung
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kann das Verhältnis zwischen dem Ausmass der erzielten Vergütung und der Ausrichtung verändert werden. Erfindungsgemäss kann das Band um weniger als 2% gedehnt und dadurch hauptsächlich ausgerichtet werden. Es handelt sich dabei um einen die Form des Bandes berichtigenden Vorgang, durch den ein gealtertes Band enthärtet werden kann, wobei sich die Fliessgrenze des Metalls verringert und die Dehnungs-
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ergibt sich eine vergrösserte Härtefliessspannung und eine geringere Verlängerung.
Die erfindungsgemässe Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens besteht im wesentlichen darin, dass wenigstens zwei Spannwalzen, um die das Band während seiner Bewegung von der Eintrittsförderwalze zu der Austrittsförderwalze herumläuft, und ein Zahnradgetriebe zum gleichzeitigen Drehen aller Walzen vorgesehen sind, wobei die in Bewegungsrichtung des Bandes hinter der ersten Spannwalze liegende zweite
Spannwalze mit einer grösseren Umfangsgeschwindigkeit drehbar ist als die erste Spannwalze, so dass die lineare Geschwindigkeit des Bandes örtlich erhöht und dadurch dem Band eine bleibende Dehnung erteilt wird, und dass eine druckausübende Einrichtung mit der zweiten Spannwalze zusammenwirkt, die auf das
Band an der Stelle, an der seine Lineargeschwindigkeit erhöht wird,
eine unter der Streckgrenze des Bandes liegende örtliche Druckspannung ausübt. Mittels dieser Vorrichtung wird das Band während der gesamten Behandlung unter Kontrolle gehalten, so dass unter allen Umständen die Ränder des Bandes der gleichen Formänderung unterworfen sind wie die Mitte desselben.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung sind der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen zu entnehmen, die in den Zeichnungen dargestellt sind. In diesen zeigen Fig. 1 schematisch eine Ausführungsform der Vorrichtung nach der Erfindung zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens, Fig. 2 schematisch eine zweite Ausführungsform der Vorrichtung und Fig. 3 ein Zahnradgetriebe zum Antrieb der in der Vorrichtung 2 verwendeten Walzen. Die Fig. 4A und 4B zeigen teilweise in Ansicht, teilweise im Schnitt, einen Teil einer Maschine, die mit der in den Fig. 2 und 3 schematisch dargestellten Vorrichtung versehen ist. Fig. 5 zeigt einen Schnitt nach der Linie V-V in Fig. 4B und Fig. 6 einen Schnitt nach der Linie VI-VI in Fig. 4B.
In den Zeichnungen sind mit gleichen Bezugsziffern gleiche oder ähnliche Teile bezeichnet.
Gemäss Fig. 1 wird ein Metallband 1 dadurch einer Kaltreckrichtbehandlung unterworfen, dass das Band in der Längsrichtung bewegt und das um Förderwalzen herumlaufende Band an einer vorherbestimmten Stelle einer Bahn allmählich einer Längszugkraft ausgesetzt und die Längsgeschwindigkeit des Bandes örtlich erhöht wird, um dem Band eine bleibende Dehnung zu erteilen, während auf das Band von entgegengesetztenSeiten eineDruckspannung ausgeübt wird, damit die Bildung von unerwünschten Fliessfiguren auf dem Band vermieden und die gewünschte Oberfläche der Kaltwalzen auf die Oberfläche des Bandes übertragen wird.
An der genannten, vorherbestimmten Stelle tritt das Band 1 zwischen einer Eintrittsförderwalze 2, die mit einer Welle 3 drehbar ist, und zwei Andrückwalzen 4,5 ein, die von einem Träger 6 getragen werden und das Band gegen die Förderwalze 2 andrücken. Die von den Andrückwalzen 4,5 ausgeübte Kraft kann mit hydraulischen oder mechanischen Mitteln erzeugt werden. In dem Ausführungsbeispiel nach Fig. l sind zu diesem Zweck eine Druckfeder 7 und eine Einstellschraube 8 vorgesehen.
Nach dem Verlassen der Förderwalze 2 läuft das Band 1 um eine erste Spannwalze 9 und dann nacheinander um eine zweite Spannwalze 10 und eine zweite oder Austrittsförderwalze 11 herum, die mit einer Welle 12 umläuft und gegen die das Band von einem zweiten Paar von Andrückwal- zen 13,14 angedrückt wird, die von einem Träger 15 getragen werden, der seinerseits mit einer Druckfeder 16 und einer Einstellschraube 17 versehen ist. Die Walze 9 ist mit einer Welle 18 und die Walze 10 mit einer Welle 19 drehbar, die von einem Träger 20 getragen wird, der mit geeigneten Mitteln versehen ist, die eine Bewegung der Walze 10 zu der Walze 9 hin und von ihr weg gestatten.
Beim Durchgang zwischen den Walzen 9 und 10 wird das Band 1 einer örtlichen Druckspannung ausgesetzt, die unter der Streckgrenze des Bandes liegt, aber so hoch ist, dass eine Bildung von Fliessfiguren (Lüderschen Linien) vermieden wird. Der Druck wird durch hydraulische oder me- chanische Mittel über den Träger 20 ausgeübt, gemäss Fig. 1 durch eine Druckfeder 21 und eine Einstell-
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das Band zwischen den Walzen 9 und 10 einer örtlichen Druckausübung ausgesetztörtlich gedehnt, weil die Umfangsgeschwindigkeit der Walze 10 höher ist als die der Walze 9.
In der beschriebenen Ausführungsform der Erfindung haben die Walzen 2,9, 10 und 11 einen Nenndurchmesser von 50 cm und die Andrückwalzen 4,5 und 13,14 einen Durchmesser von 30 cm.
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Die Walzen werden durch ein nicht gezeigtes Zahnradgetriebe angetrieben. Die Andrückwalzen 4,5, 13 und 14 haben dieselbe Umfangsgeschwindigkeit wie die Förderwalzen 2 und 11. Das Drehzahl-
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zwischen den Walzen 2 und 9 beträgt l : l, ebenso kann das Drehzahlverhältnis zwischen denDie Durchmesser der Spannwalzen 9,10 und das Drehzahlverhältnis zwischen ihnen sind seausgewählt, dass die gewünschte Differenz von 0, 5 bis 5% zwischen den Umfangsgeschwindigkeiten der Walzen
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schwindigkeiten der Walzen dadurch erhalten werden, dass die Walze 10 einen grösseren Durchmesser hat als die Walze 9.
Wenn dagegen eine grössere Dehnung erforderlich ist, kann man ein geeignetes
Drehzahlverhältnis zwischen den Zahnrädern zum Antrieb der Walzen 9, 10 wählen und zusätzlich der
Walze 10 einen grösseren Durchmesser geben als der Walze 9. Wenn die Vorrichtung hauptsächlich zum Ausrichten dienen soll, wird das Band um weniger als 2f1/0 gedehnt und gleichzeitig der vorstehend erwähnten Druckspannung ausgesetzt, die unter der Streckgrenze liegt. Wenn die Vorrichtung dagegen zum Ausrichten und gleichzeitigen Härten dient, wird das Band um mehr als 2% bis zu etwa 5% gedehnt und gleichzeitig der vorstehend angegebenenDruckspannung ausgesetzt, die unter der Streckgrenze liegt.
Während auf das Band zwischen den Walzen 9,10 örtlich ein Druck ausgeübt wird, erfährt es eine vor- herbestimmte plastischeDehnung, weil die Umfangsgeschwindigkeit der Walze 10 grösser ist als die der
Walze 9.
Um eine einheitliche Verarbeitung des Bandes 1 zu gewährleisten, sind die Spannwalzen 9,10 und dieAndrückwalzen so bombiert, dass sie nicht zum Durchfedern neigen. Da es sich jedoch in erster Linie um einen Reckvorgang handelt, sind die Walzkräfte gering und ist auch die Bombierung klein und von der Breite und dem Material des Bandes und von den Abmessungen der Walzen abhängig. Beispiels- weise kann die Bombierung bei denAndrückwalzen 4,5 und 13,14 eine Grössenordnung von 0, 76 mm und bei den Spannwalzen eine Grössenordnung von 0,15 mm haben.
Der Durchmesser der ersten Spannwalze 9 ist etwas, u. zw. um etwa 0, 05'o, grösser als der der Eintrittsförderwalze 2. Ferner ist der Durchmesser der zweiten Spannwalze 10 etwas grösser als der der Austrittsförderwalze 11. Dabei wird die durch die Wirkung der Förderwalzen herbeigeführte allmähliche Zunahme der elastischen Dehnung des Bandes kompensiert.
Die in den Fig. 2 - 6 gezeigte Vorrichtung arbeitet ähnlich wie die anHand derFig. lbeschriebene, ist jedoch zum Arbeiten bei einem niedrigen Reibungskoeffizienten bestimmt, wie er bei der Zuführung eines geschmierten Bandmaterials auftritt, das mit sehr hoher Lineargeschwindigkeit Walzen zugeführt wird, die eine sehr glatte Oberfläche haben. Derartige Bedingungen können beispielsweise beim Richten von Weissblechband auftreten, das mit einer Geschwindigkeit von etwa 300 m/min zugeführt wird.
In dieser Ausführungsform der Erfindung nähert sich das Band 1 der einzeln vorgesehenen Andrückwalze 5 im wesentlichen horizontal, umschlingt diese Walze in einem Winkel von etwa 900 und geht dann zwischen der Andrückwalze 5 und der Eintrittsförderwalze 2 und zwischen der Förderwalze 2 und der Hilfseintrittsförderwalze 2a hindurch. Nach dem Verlassen der Walze 2a läuft das Band um die Spannwalzen 9,10 herum und zwischen ihnen hindurch und wird dabei der vorstehend genannten örtlichen Druckspannung und dem örtlichen Recken unterworfen, worauf es um eine Hilfsaustrittsförderwalze lla, die Austrittsförderwalze 11 und eine einzelne Andrückwalze 14 herumläuft.
Die Walzen 5,2a, lla und 14 laufen mit den Wellen 23, 24,25 bzw. 26 um. Fig. 3 zeigt das Zahnradgetriebe zum Drehen der verschiedenen Walzen. Aus Fig. 3 geht hervor, dass die Spannwalzen 9,10 durch die miteinander kämmenden Zahnräder 27, 28, die Walzen 2 und 2a durch die miteinander kämmenden Zahnräder 29,20, die Walzen 11, lla durch die miteinander kämmenden Zahnräder 31,32 und die Walzen 5 und 14 durch das mit dem Zahnrad 30 kämmende Zahnrad 33 und das mit dem Zahnrad 31 kämmende Zahnrad 34 gedreht werden und die Zwischenräder 35 und 36 mit den Zahnrädern 27,30 bzw. 27,32 kämmen.
Die Walzen 2,2a, 9,10, lla und 11 haben einen Nenndurchmesser von 50 cm. Tatsächlich ist jedoch der Durchmesser der Walzen 2,2a und 9 kleiner als der Nenndurchmesser, damit das Band wie vorstehend beschrieben in dem vorherbestimmtelimasse gedehnt werden kann. DieAndrückwalzen 5 und 14 haben einen Nenndurchmesser von 40 cm. Die Durchmesser der einzelnen Walzen sind entsprechend der elastischen Verformung des Bandes so korrigiert, dass der Schlupf zwischen dem Band und den sehr glatten Oberflächen der Walzen auf ein Minimum reduziert wird.
Die Zähnezahl der Zahnräder 33 und 34 ist den Durchmessern der Andrückwalzen 5 und 14 proportional. Die Zahnräder 30,29 und 27 haben dieselbe Zähnezahl, die den Durchmessern der Wal-
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