DE10054156C1 - Verfahren und Vorrichtung zur Wärmebehandlung von Folien - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Wärmebehandlung von Folien aus gewalzten Metallbändern im Anschluss an den letzten Walzvorgang im Durchlauf, bei dem die Folie mittels eines Gaspolsters berührungsfrei über eine konvex gewölbte Fläche geführt wird, wobei der Wärmeübergang durch erzwungene Konvektion mit Hilfe der das Gaspolster bildenden, aus Zuströmöffnungen austretenden Gas-Strahlen erfolgt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Wärmebehandlung von Folien aus gewalzten Metallbändern, insbesondere Kupfer-Folien, die beispielsweise als Kondensator-Folien oder als Abschirmmaterial für elektrische Leitungen verwendet werden, oder aber Leichtmetall-Folien, wie insbesondere Aluminium-Folien, die als Haushalts-Folien, als Kondensator-Folien sowie Kaschier-Folien oder für andere industrielle Anwendungen eingesetzt werden.

Solche Folien werden in mehreren Walzvorgängen auf eine Dicke von etwa 6 µm ge­ walzt, wobei das Walzen bis zu einer Dicke von etwa 50 µm in der Regel einlagig er­ folgt. Wegen der dann erforderlichen, extrem schmalen Walzenspalte erfolgt der letzte Walzvorgang in der Regel zweilagig, so dass die fertig gewalzte Folie auch zweilagig zu einem Folien-Coil aufgewickelt wird. Das Verkleben der beiden Lagen miteinander wird durch Aufbringen eines geeigneten Trennmittels, z. B. einer Emulsion, vor dem Zusammenlegen für das zweilagige Walzen verhindert.

Bei diesem Walzvorgang handelt es sich um Kaltwalzen. Dabei nimmt das Folienmaterial eine gewisse Härte an. Diese Walzhärte vereinfacht die Längsteilung einer Aluminiumfolie von der Walzbreite auf die jeweilige Fertigbreite. Das Längsteilen erfolgt üblicherweise in einem Arbeitsgang mit dem Trennen der beiden Folienlagen. Man erhält nach diesem Arbeitsgang aus einem zweilagig gewickelten Folienbund von Walzbreite die entsprechende Anzahl einlagig gewickelter Folienbunde mit Fertigbreite.

Diese Folienbunde sind noch mit dem für die Kaltwalzung erforderlichen Schmiermittel behaftet. Um dieses Schmiermittel durch Verdampfen von der Folienoberfläche zu ent­ fernen und die durch das Kaltwalzen entstandene Härte des Materials wieder zu reduzieren, werden die Foliencoils einer Wärmebehandlung - für Al-Folien z. B. Glühen auf Materialtemperatur ca. 320°C - unterzogen. Diese Wärmebehandlung erfolgt üblicherweise im Kammerofen, also im Chargenbetrieb. Die Glühdauer ist mit Rücksicht auf die Austreibung des Walzschmiermitteldampfes aus den Coilwindungen recht lang. Sie beträgt unter optimalen Bedingungen 50 bis 60 Stunden. Üblich sind aber auch Zeiten von 100 bis 150 Stunden. Trotz dieser langen Glühzeiten, an welche sich ebenfalls lange Kühlzeiten anschließen, kommt es öfters zum Verkleben der Folienlagen, wodurch das betreffende Coil sogar unbrauchbar werden kann. Abhilfe wäre durch eine Wärmebehandlung im Durchlauf möglich. Diese lässt sich aber nur für dickere Bänder von mind. 50 µm Dicke, also eher dünne Bleche als Folien, durchführen.

Aus der DE 31 00 128 C2 geht ein Verfahren zur Wärmebehandlung von Metallbändern hervor, die in einer Wellenform durch eine Heizzone und eine Kühlzone geführt werden; die Wellenform wird dadurch erreicht, dass starke und schwache Gasströme in abwechselnder Weise entlang der Längs- und Transportrichtung des Bandes gegen dessen Oberseite und dessen Unterseite gerichtet werden. Es handelt sich also um eine Art "aerodynamische Führung" von Metallbändern durch beidseitige Beblasung. Damit sollen Bänder mit einer Dicke von 3,5 mm oder weniger behandelt werden.

Weiterhin geht aus der JP 2-61011 entsprechend Patent Abstracts of Japan, C, Chemical field, 1990, May 18, 14/No. 236 ein Verfahren zur Wärmebehandlung von Metallbändern hervor, die schwebend durch einen Durchlauf-Wärmebehandlungsofen geführt werden. Die Bewegungsbahn der Bänder hat die Form eines doppelten U, wobei die Bänder nach dem Durchlaufen einer Vorwärmzone und einer Erwärmungszone mittels Gas-Injektion durch einen ersten, halbkreisförmigen Umkehrbereich geführt werden. An diesem Umkehrbereich schließt sich eine Homogenisierungszone an, der ein zweiter, ebenfalls halbkreisförmiger Umkehrbereich folgt, in dem die Bänder ebenfalls durch Gas-Injektion, jedoch ohne Wärmebehandlung, geführt werden. Diese Wärmebehandlung endet mit einer anschließenden Kühlzone.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Wärmebehandlung von Folien zu schaffen, bei denen die oben erwähnten Nachteile nicht auftreten. Insbesondere sollen ein Verfahren und eine Vorrichtung vorgeschlagen werden, die eine Wärmebehandlung auch extrem dünner Folien bis zu einer Dicke von einigen µm im Durchlauf ermöglichen.

Dies wird durch die in den Ansprüchen 1 und 8 angegebenen Merkmale erreicht.

Zweckmäßige Ausführungsformen werden durch die zugehörigen Unteransprüche definiert.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile beruhen auf folgender Funktionsweise: Die Fo­ lien werden in der üblichen Weise auf die gewünschte Dicke gewalzt. Anschließend wird nach dem Stand der Technik die Walzbreite in Folienbänder von Fertigbreite längsgeteilt. Zweilagig gewalzte Folien werden zuvor getrennt.

Die so entstehenden Einzelfolien werden mittels Gaspolstern berührungsfrei über zwei Flächen geführt, die, von der Folie aus gesehen, konvex sind. Das Gaspolster zwischen den an den Flächen vorbeilaufenden Folien und den gewölbten Flächen wird durch Dü­ senöffnungen in den Flächen erzeugt, aus denen das Gaspolster bildende Strahlen austre­ ten. Außerdem sind die Flächen mit Abströmöffnungen für das Behandlungsgas verse­ hen, die zwischen den Zuströmöffnungen zur Bildung der Strahlen angeordnet sind.

Zur gleichzeitigen Wärmebehandlung der beiden Folien, die z. B. durch Längsteilung aus einer Ausgangsfolie entstanden sind, werden die beiden konvex gewölbten Flächen so einander gegenüber angeordnet, dass im Querschnitt etwa eine Ei-Form entsteht. Die beiden gewölbten Flächen können dann gleichzeitig mit den beiden zu behandelnden und zuvor z. B. jeweils längsgeteilten Folien beschickt werden, die von einem einzigen dop­ pellagigen Foliencoil abgewickelt werden.

Durch Abstimmung der Transportgeschwindigkeit der Folien auf die Temperatur des Behandlungsgases kann gewährleistet werden, dass jeder Bereich jeder Folie einer ausrei­ chenden Wärmebehandlung unterworfen wird, ohne dass es zu Überhitzungen kommen kann.

Diese Wärmebehandlung im Durchlauf ist weniger zeitaufwendig als die Erwärmung einer aufgewickelten Folie und hat außerdem den Vorteil, dass die Behandlungstemperatur über die Temperatur der Gasstrahlen sehr exakt eingestellt werden kann. Auf diese Weise wird eine optimale Wärmebehandlung gewährleistet.

Auf den Folien vom Walzvorgang her noch anhaftende Schmiermittel werden bei dieser konvektiven Wärmebehandlung verdampft, und die Schmiermitteldämpfe können zu­ sammen mit dem Beblasungsgas abgeführt werden. Dies gilt auch für Trennmittel, die nach dem Trennen von den beim Walzen aufeinanderliegenden Folienflächen entfernt werden müssen.

Für viele Anwendungsfälle, aber auch zur Beschleunigung des Verfahrensablaufes ist es sinnvoll, der Wärmebehandlung eine Abkühlung der Folien anzuschließen. Auch dies kann mit der gleichen Vorrichtung geschehen, indem die das Gaspolster bildenden Strahlen aus einem gekühlten Gas gebildet werden.

Für die Erwärmung des Behandlungsgases können auf der Saugseite eines das Behand­ lungsgas umwälzenden Ventilators geeignete Heizeinrichtungen installiert werden, bei­ spielsweise Strahlheizrohre, Gasbrenner usw. Als besonders geeignet haben sich, wegen der relativ geringen erforderlichen Heizleistung, elektrisch beheizte Heizwendeln heraus­ gestellt.

In entsprechender Weise können auf der Saugseite des Ventilators Kühleinrichtungen für das Behandlungsgas vorgesehen sein, z. B. wassergekühlte Wendeln. Auch die Kühlung mit Umgebungsluft in einem offenen Kreislauf ist möglich.

Der zwischen den beiden gewölbten Flächen entstehende Raum dient zum Umwälzen des Behandlungsgases, wobei der bzw. die Ventilatoren für die Förderung des Behand­ lungsgases ebenfalls in diesem Raum angeordnet ist bzw. sind.

Soll sich an die Erwärmung der Folien eine Abkühlung anschließen, so wird der so ent­ stehende Strömungsraum durch eine Trennwand in einen Warm-Teil und einen Kalt-Teil abgetrennt. In jedem dieser Teile ist mindestens ein Ventilator für die Umwälzung des jeweiligen, entweder erwärmtem oder abgekühlten Behandlungsgases angeordnet.

Da jeder bzw. der Ventilator zur Strömungsförderung für beide gewölbten Flächen dient, ergibt sich ein sehr kompakter, wie erwähnt eiförmiger Aufbau, der problemlos in eine bestehende Umwickel- und Längsteilanlage integriert werden kann.

Die zur Folie hin konvex gewölbte Schwebefläche dient dabei erfindungsgemäß auch zur Stabilisierung der Folienbahnen und zur Vermeidung von Längsfalten.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beiliegenden, schematischen Zeichnungen erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung, mit der gleichzeitig zwei Folien wärmebehandelt, nämlich geglüht und abgekühlt werden kön­ nen,

Fig. 2 einen Schnitt längs der Linie A-A von Fig. 1 durch den Warm-Teil,

Fig. 3 einen Schnitt längs der Linie B-B von Fig. 1 durch den Kalt-Teil,

Fig. 4 einen perspektivische Darstellung eines Teils der Fläche mit Zuström­ öffnungen und Abströmöffnungen, und

Fig. 5 eine vergrößerte Darstellung des kreisförmigen Bereichs von Fig. 4.

Bei der in Fig. 1 dargestellten, allgemein durch das Bezugszeichen 10 angedeuteten Vorrichtung zur Wärmebehandlung von Folien werden die Folien 11 bzw. 11' in Rich­ tung des Bewegungspfeils 1, also lotrecht, durch die Vorrichtung 10 geführt. Dabei werden beide Folien 11, 11' unter einer gleichmäßigen Spannung gehalten, die durch die Schwebekraft und den Bandzug bestimmt wird. Außer der in der Fig. 1 gezeigten lotrechten Transportrichtung ist jedoch auch ein horizontaler Transport oder ein Transport in einer Richtung möglich, die in einem Winkel zwischen der Horizontalen und der Senkrechten geneigt ist.

Die Folien werden in üblicher Weise aus Metallbändern, z. B. Alu-Bändern, in mehreren Walzengängen gewalzt und nach dem letzten Kaltwalzstich auf einer Spule 14 aufgewickelt.

Von dem Coil 12 auf der Spule 14 wird die Folie, wie in Fig. 1 dargestellt, in zwei Bahnen 11 bzw. 11' abgezogen. Diese beiden Bahnen können entweder durch Längstei­ lung einer einlagigen, auf die Welle 14 aufgewickelten Folienbahn oder aber durch Auftrennung [von] einer doppellagig gewalzten Folie in die beiden Bahnen 11, 11' hergestellt werden. Der Doppelstrich 2 deutet den Bereich der Vorrichtung an, in dem eine Längsteilung des noch walzharten Materials entsprechend dem Stand der Technik erfolgen kann. Dieser Bereich 2 ist dabei nicht maßstäblich dargestellt.

Die beiden Folienbahnen 11, 11' werden über Rollen 16, 16' in die etwa eiförmige Vorrichtung 10 eingeführt, dort einer Wärmebehandlung unterzogen und dann wieder über Rollen 34, 34' auf Spulen 38, 38' in Coils 36, 36' aufgewickelt. Die Spulen 38, 38' werden angetrieben und dienen zum Transport der Bahnen 11, 11', während die Spule 14 sich entweder frei mitdreht oder ebenfalls mit entsprechender Drehzahl ange­ trieben wird. Auf diese Weise werden die Folien dem Stand der Technik entsprechend unter Spannung gehalten.

Die Vorrichtung 10 weist einen Warm-Teil 10a zum Glühen der beiden Folien 11, 11' und einen Kalt-Teil 10b zum Abkühlen der geglühten Folien 11, 11' auf, die durch eine Trennwand 30 voneinander getrennt sind.

Der Behandlungsteil der Vorrichtung 10 ist von einer zweiteiligen Abdeckung 20 umgeben, die etwa auf der Höhe der Trennwand 30 in ihre zwei Teile zerlegt werden kann, so dass der Warm-Teil 10a und der Kalt-Teil 10b unabhängig voneinander von außen zugänglich sind.

Die Bahn 11 läuft an einer Fläche 24 der Vorrichtung 10 entlang, die, von der Bahn 11 aus gesehen, konvex gewölbt ist. Die Fläche 24 ist mit Zuströmöffnungen 28 und Ab­ strömöffnungen 26 für das von zwei Ventilatoren 22, 22' (siehe auch Fig. 2) umge­ wälzte Behandlungsgas, in der Regel Luft, aber bei extremen Anforderungen auch ein Inertgas, versehen, die jeweils abwechselnd aufeinander folgen, so dass die Abströmöffnungen 26 jeweils zwischen Zuströmöffnungen 28 angeordnet sind. Die Ventilatoren 22, 22' sind in den Seitenwänden 25 angeordnet, wobei ihre Elektro­ motoren 22a, 22a' sich außerhalb der Seitenwände 25 befinden, so dass deren Kühlung mit Umgebungsluft erfolgen kann.

Die Ventilatoren 22, 22' saugen das Gas aus dem Innenraum des Warm-Teils 10a ab und führen es an Heizwendeln 40, 40' vorbei, wodurch das Behandlungsgas auf die ge­ wünschte Temperatur erwärmt wird. Wie durch die Strömungspfeile in Fig. 2 ange­ deutet ist, wird das Behandlungsgas dann durch die Flügelräder 22b, 22b' der Ventilatoren 22, 22' in das Innere des Warm-Teils 10a geblasen, strömt dann durch ein Lochblech 42, das zur Vergleichmäßigung und gleichmäßigen Verteilung der Strömung dient, und durch Düsenrippen 44, 44' zu den Zuströmöffnungen 28, aus denen das Beblasungsgas als ein Gaspolster bildende Strahlen ausströmt und auf die Folie 11 trifft.

Das Behandlungsgas strömt aus dem Gaspolster zwischen der gewölbten Fläche 24 und der Folie 11 durch die Abströmquerschnitte 26 ab und wird wieder durch die Ventilato­ ren 22, 22' angesaugt, womit sich der Kreislauf wiederholt.

Der gleiche Ablauf ergibt sich auf der gemäß in der Darstellung in Fig. 1 rechten Seite für die Folie 11', wobei die entsprechenden Teile jeweils mit den gleichen Bezugszeichen, jedoch mit Indizes versehen sind.

Anschließend tritt die Folie aus dem Warm-Teil 10a aus und gelangt an der Trennwand 30 vorbei in den Kalt-Teil 10b, wo in vergleichbarer Weise ein Behandlungsgas mittels der Ventilatoren 32, 32' (siehe Fig. 3) umgewälzt wird. Der Aufbau ist also identisch wie im Warm-Teil 10a, und auch der Strömungskreislauf ist vergleichbar. Der einzige Unterschied besteht darin, dass die Heizwendel 40, 40' durch eine Kühleinrichtung 46, 46' ersetzt wird, die, wie dargestellt, durch Kühlung des im geschlossenen Kreislauf geführten Gases durch eine Kühlwendel mit Wasserkühlung oder durch eine Kühlung mit Umluft im offenen Kreislauf gebildet werden kann.

Die Folien 11, 11' verlassen die Vorrichtung 10 am oberen Ende in dem metallurgisch gewünschten Zustand. Außerdem sind aufgrund der Wärmebehandlung vom Walzvor­ gang her noch an den Folien haftende Schmiermittel und/oder Trennemulsionen, die zur Ablösung von doppellagigen Folien erforderlich sind, verdampft worden, wobei die entstehenden Dämpfe zugleich mit dem Beblasungsgas über die Abströmöffnungen 26 abgeführt werden.

In der dargestellten Ausführungsform werden zwei Folien 11, 11' gleichzeitig wärmebehandelt, was aus Rationalisierungsgründen sinnvoll ist. Als Alternative hierzu ist es selbstverständlich auch möglich, auch nur eine einzige Folie zu behandeln, wodurch beispielsweise bei der Ausführungsform nach Fig. 1 auf eine Hälfte der Vorrichtung, z. B. die hintere Hälfte des "Eis", verzichtet werden kann.

Claims (12)

1. Verfahren zur Wärmebehandlung von zwei Folien aus gewalzten Metallbändern im Anschluss an den letzten Walzvorgang im Durchlauf, dadurch gekennzeichnet, dass

• a) die beiden Folien (11, 11') mittels Gaspolstern gleichzeitig berührungsfrei über zwei konvex gewölbte Flächen (24) geführt werden,
• b) die so einander gegenüber angeordnet sind, dass im Querschnitt etwa eine Ei- Form entsteht,
• c) wobei der Wärmeübergang durch erzwungene Konvektion mit Hilfe der die Gaspolster bildenden, aus Zuströmöffnungen (28) in den konvex gewölbten Flächen (24) austretenden Gas-Strahlen erfolgt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei Leichtmetall-Folien die Wärmebehandlung im Durchlauf nach dem Längsteilen der in voller Breite ge­ walzten Ausgangsfolien auf Fertigbreiten erfolgt.

3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmebehandlung nach dem Längsteilen gleichzeitig für zwei Folien (11, 11') er­ folgt, die bei doppellagiger Walzung von einem gemeinsamen Folienbund abge­ wickelt werden.

4. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass auf den Folien vom Walzvorgang her anhaftende Schmiermittel und/oder Trenn­ emulsionen bei der konvektiven Wärmebehandlung verdampft und die entstehenden Dämpfe zugleich mit dem Beblasungs-Gas abgeführt werden.

5. Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn­ zeichnet, dass die Wärmebehandlung aus einer Glühung und einer abschließenden Abkühlung besteht.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Be­ blasungs-Gas durch Ventilatoren (22, 22'; 32, 32') im Kreislauf gefördert wird.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Behandlungsgas auf der Saugseite des oder jedes Ventilators (22, 22'; 32, 32') erwärmt oder gekühlt wird.

8. Vorrichtung zur gleichzeitigen Wärmebehandlung von zwei Folien aus gewalzten Metallbändern im Anschluss an den letzten Walzvorgang im Durchlauf, gekennzeichnet durch

• a) zwei konvex gewölbte Flächen (24),
• b) die so einander gegenüber angeordnet sind, dass im Querschnitt etwa eine Ei- Form entsteht,
• c) mit Zuströmöffnungen (28) und Abströmöffnungen (26) für das Behandlungsgas in den gewölbten Flächen (24),
• d) wobei das Behandlungsgas ein Gaspolster zwischen der gewölbten Flächen (24) und den unter Spannung vorbeitransportierten Folien (11, 11') bildet.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, gekennzeichnet durch mindestens einen Ventilator (22, 22'; 32, 32') zur Umwälzung des Behandlungsgases in einem geschlossenen Kreis­ lauf.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass auf der Saugseite des Ventilators (22, 22'; 32, 32') eine Heizeinrichtung (40, 40') oder eine Kühleinrich­ tung (46, 46') für das Behandlungsgas vorgesehen ist.

11. Vorrichtung nach Anspruch 10, gekennzeichnet durch eine Trennwand (30) zwischen dem Warm-Teil (10a) und dem Kalt-Teil (10b).

12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 11, gekennzeichnet durch mindestens einen Zuführcoil (12) und mindestens einen Abnahmecoil (36, 36') für die Folien.