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Die
Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Planieren
eines Metallbandes, insbesondere eines dünnen Metallbandes, im Zuge des
Walzens, Richtens und/oder Zugreckens. Eine solche Vorrichtung weist
zumindest einen Spannrollensatz mit zumindest zwei Spannrollen auf.
Dünnes Band
meint im Rahmen der Erfindung insbesondere ein Metallband einer
Dicke von 0,05 mm bis 1 mm, vorzugsweise 0,1 mm bis 0,5 mm. Metallband
meint insbesondere ein Band aus einer Aluminiumlegierung.
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Metallbänder und
insbesondere dünne
Metallbänder
müssen
nach heutigem Standard immer höhere
Anforderungen an die Bandplanheit bei höchster Qualität der Bandoberfläche erfüllen. In
diesem Zusammenhang kennt man verschiedene Verfahren zum Planieren
von Metallbändern,
z. B. das Walzen (insbesondere Dressierwalzen), das Richten (insbesondere
Streckbiegerichten) und das Zugrecken. Die dazu eingesetzten Vorrichtungen
weisen häufig
einen Einlaufspannrollensatz zum Zugaufbau und einen Auslaufspannrollensatz
zum Zugabbau auf. Dieses gilt insbesondere für das Streckbiegerichten und
Zugrecken sowie für
das Dressieren im Falle von Inline-Dressierverfahren. Beim Dressierwalzen
ist dann zwischen diesen Spannrollensätzen das Dressierwalzgerüst angeordnet,
während
beim Streckbiegerichten zwischen diesen Spannrollensätzen die
Streckbiegeeinheit vorgesehen sein kann. Bei einer Zugreckvorrichtung
ist zwischen dem Einlaufspannrollensatz und dem Auslaufspannrollensatz üblicherweise
zumindest ein weiterer Spannrollensatz als Zugreckrollensatz vorgesehen.
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Mit
dem bekannten Verfahren zum Planieren von Metallbändern durch
Walzen, Richten und/oder Zugrecken lassen sich insbesondere Welligkeiten (Randwellen
und Mittenwellen) oder Bandsäbel
sowie zur Bandmitte unsymmetrische Planlageprofile kaum vollständig beseitigen,
so dass eine ideale Planlage nur selten erreicht wird. Um die Planlage weiter
zu verbessern ist es bekannt, zum Beseitigen von Welligkeiten und
Bandsäbeln,
z. B. beim Dressierwalzen ein über
die Bandbreite veränderbares Temperaturprofil
zur Beeinflussung der Zugspannungsverteilung zu erzeugen, so dass
sich der Planiergrad durch die Veränderung der Zugspannungsverteilung
einstellen lässt
(vgl.
DE 199 33 610
A1 ).
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Außerdem ist
es zum Verringern von Randwellen oder Mittenschüsseln im Zuge des Planierens von
Metallbändern
vorgeschlagen worden, bei einem Spannrollensatz eine einstellbare
Kontur mit z. B. konvexer Außenwölbung und/oder
konkaver Innenwölbung
vorzusehen (vgl.
EP
0 587 995 A1 ).
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Schließlich kennt
man eine Vorrichtung zum Richten von Metall mit parallel zueinander
angeordneten Führungsrollen
und einer in dem Zwickel zweier Führungsrollen angeordneten Richtrolle,
bei der das Band die Richtrolle zwischen zwei Berührungslinien
formschlüssig
umschlingt, längs
derer die Führungsrollen über das
Band in mittelbarer Berührung mit
der Richtrolle stehen. Um die Eintauchtiefe und damit auch den von
den Richtrollenradien bzw. den Berührungslinien bestimmten Umschlingungswinkel in
Abhängigkeit
von der Banddicke und der Festigkeit des Bandwerkstoffes ändern zu
können,
sind die Stützrollen,
die Führungsrolle
und die Richtrolle auf einer gemeinsamen Konsole gelagert, die sich
um einen Drehpunkt verschwenken lässt (vgl.
DE 197 08 488 A1 ).
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung und ein Verfahren
zum Planieren eines Metallbandes der eingangs beschriebenen Art derart
weiterzubilden, dass sich die Planheit des Bandes auf einfache und
zugleich kostengünstige Weise
verbessern lässt.
Insbesondere sollen Randwellen, Mittenwellen und/oder Bandsäbel nahezu vollständig unterdrückt werden.
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Zur
Lösung
dieser Aufgabe lehrt die Erfindung bei einer gattungsgemäßen Vorrichtung
der eingangs beschriebenen Art, dass zur Einstellung eines über die
Bandbreite variablen Planiergrades zumindest eine der Spannrollen
des Spannrollensatzes in der Bandlaufebene und/oder senkrecht zur
Bandlaufebene verschwenkbar ist. Eine solche Spannrolle ist üblicherweise
beidseitig in Lagerstellen drehbar gelagert. In diesem Falle schlägt die Erfindung
vor, dass die Position einer Lagerstelle oder beider Lagerstellen
und folglich die Position eines Achsen- bzw. Wellenendes oder beider
Achsen- bzw. Wellenenden einer Spannrolle in der Bandlaufebene und/oder
quer zur Bandlaufebene einstellbar ist. In einer Walzanlage, z.
B. Dressieranlage kann es sich um eine oder auch um mehrere Rollen
des Einlaufspannrollensatzes und/oder des Auslaufspannrollensatzes
handeln. Gleiches gilt für
eine Richtvorrichtung, z. B. Streckbiegerichtvorrichtung. Im Falle
einer Zugreckanlage, bei der zwischen dem Einlaufspannrollensatz
und dem Auslaufspannrollensatz üblicherweise
ein oder auch mehrere weitere Spannrollensätze unter Bildung von Reckzonen
vorgesehen sind, ist es zweckmäßig, wenn
eine oder mehrere dieser Spannrollen des Zugreckrollensatzes erfindungsgemäß verstellbar
sind.
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Dabei
geht die Erfindung von der Erkenntnis aus, dass sich durch die einstellbare
Schiefstellung bzw. Schrägstellung
einer Spannrolle der Planiergrad beeinflussen bzw. eine über die
Bandbreite variabler Planiergrad einstellen lässt. So lässt sich z. B. beim Walzen
bzw. Dressieren oder Richten bzw. Streckbiegerichten zwischen den
Spannrollensätzen
die Zugspannungsverteilung innerhalb des Metallbandes beeinflussen
und eine über
die Bandbreite variable Zugspannungsverteilung einstellen. Erfolgt
beispielsweise eine Schiefstellung innerhalb der Bandlaufebene,
so hat dieses zur Folge, dass die eine Seite des Bandes "strammer" und die andere Seite "lockerer" wird, d. h. an einer
der Bandkanten erhöht
sich die Bandzugspannung, an der anderen Bandkante verringert sie
sich. Da die beschriebenen Prozesse (insbes. Walzen und Richten)
empfindlich von der Zugspannungsverteilung bzw. Bandzugspannung
abhängen,
lassen sich durch einstellbare Schiefstellung innerhalb der Bandlaufebene
insbesondere einseitige Planlagefehler wie z. B. einseitige Randwellen, Bandsäbel oder
zur Bandmitte unsymmetrische Planlageprofile eliminieren. Im Rahmen
der Erfindung besteht jedoch nicht nur die Möglichkeit, die jeweilige Spannrolle
in der Bandlaufebene zu verschwenken, sondern alternativ oder ergänzend kann die
Spannrolle auch quer zur Bandlaufebene bzw. senkrecht zur Bandlaufebene
verschwenkt werden. Bandlaufebene meint dabei stets die Bandlaufebene in
der jeweiligen Verformungszone. Durch Verschwenken einer Spannrolle
senkrecht zur Bandlaufebene wird die Bandzugspannungsverteilung
ebenfalls beeinflusst, da die Bandränder gegenüber der Bandmitte strammer
werden, d. h. im Bereich der Bandmitte erhöht sich die Bandzugspannung
gegenüber
den beiden Bandkanten. Eine solche Verstellung kann daher zur Kompensation
von Mittenwelligkeiten benutzt werden. Beim Walzen und Richten,
bei welchem die Bandzugspannung zwischen den Spannrollensätzen üblicherweise
unterhalb der Streckgrenze liegt, wird durch die beschriebene Schiefstellung
bzw. Winkelverstellung die Zugspannungsverteilung und damit dann
der Planiergrad beeinflusst. Doch auch beim Zugrecken, bei welchem die
Bandzugspannung in der Reckzone im Bereich der Streckgrenze liegt,
wird der Planiergrad durch die Schiefstellung bzw. Winkelverstellung
einer oder mehrerer Walzen beeinflusst. So wird die Zugspannungsverteilung
unter Annahme idealplastischer Bedingungen in der Reckzone durch
die Schiefstellung zwar nicht beeinflusst. Dennoch hängt auch
der Planiergrad beim Zugrecken von der Winkelstellung der Rolle
ab, da diese unmittelbar die plastische Dehnungsverteilung und damit
die plastische Bandverlängerung über die
Bandbreite variabel beeinflusst.
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Die
Erfindung umfasst Ausführungsformen, bei
welchen lediglich eine Rolle eines Spannrollensatzes verstellt bzw.
verschwenkt wird. Es liegt aber auch im Rahmen der Erfindung, dass
mehrere Rollen innerhalb eines Spannrollensatzes, z. B. beide Rollen
eines S-Rollenpaares verstellt werden.
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Nach
einem weiteren Vorschlag der Erfindung ist vorgesehen, dass das
Metallband um die verschwenkbare Spannrolle mit einem Umschlingungswinkel
von zumindest 45° geführt ist,
da ab einem Umschlingungswinkel von 45° (oder mehr) der gewünschte Effekt,
nämlich
die Beeinflussung des Planiergrades durch Verschwenken der Rolle
deutlich hervortritt. Bevorzugt wird ein Umschlingungswinkel von
zumindest 90° bzw.
mehr als 90° gewählt. Nach
einer besonders bevorzugten Ausführungsform beträgt der Umschlingungswinkel
im Bereich der verschwenkbaren Rolle zumindest 180°.
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Nach
einem weiteren Vorschlag der Erfindung ist vorgesehen, dass die
Vorrichtung zumindest eine Planheitsmessvorrichtung aufweist, die
z. B. dem Spannrollensatz nachgeordnet sein kann. Eine solche Planheitsmessvorrichtung
ist erfindungsgemäß mit einer
Steuer- und/oder Regelvorrichtung verbunden, welche wiederum mit
der verstellbaren Spannrolle zusammenwirkt. Durch eine nachfolgende
Messung der Zugspannungsverteilung im Band nach dem Walzen oder
nach dem Richten oder nach dem Zugrecken kann ein geschlossener
Planheitsregelkreis realisiert werden.
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Zum
Einstellen der Schieflage bzw. Schräglage bzw. zur Positionierung
der beiden Lagerstellen einer solchen Spannrolle können den
beiden Lagerstellen jeweils ein separater oder auch mehrere separate
Stellantriebe zugeordnet sein. Bei diesen Stellantrieben kann es
sich um hydraulische (oder auch pneumatische) Zylinderkolbenanordnungen,
um elektromotorische Stelltriebe oder dergleichen handeln. Dabei
ist es zweckmäßig, wenn
diese Stellantriebe von der beschriebenen Steuer- und/oder Regeleinheit
ggf. unter Berücksichtigung von
Planheitsmessergebnissen angesteuert werden.
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Gegenstand
der Erfindung ist auch ein Verfahren zum Planieren eines Metallbandes
im Zuge des Walzens, Richtens und/oder Zugreckens. Ein derartiges Verfahren
wird mit einer Vorrichtung der beschriebenen Art durchgeführt, wobei
das unter Bandzug stehende Metallband zumindest bereichsweise plastisch
verformt wird. Dabei schlägt
die Erfindung vor, dass durch Verschwenken zumindest einer Spannrolle
in der Bandlaufebene und/oder senkrecht zur Bandlaufebene ein über die
Bandbreite variabler Planiergrad eingestellt wird. Im Falle des
Walzens (z. B. Dressierwalzens) oder Richtens (z. B. Streckbiegerichtens)
beeinflusst das Verschwenken die Zugspannungsverteilung über die
Bandbreite und damit den Planiergrad. Im Falle des Zugreckens beeinflusst das
Verschwenken direkt die plastische Bandverlängerung bzw. die plastische
Dehnungsverteilung. Die Spannrolle (bzw. deren Achse) kann dabei
zum Einstellen der Zugspannungsverteilung um einen Winkel von 0
bis 5°,
vorzugsweise 0 bis 3°,
verschwenkt werden. Dazu kann die Spannrolle im Bereich einer Lagerstelle
oder auch im Bereich beider Lagerstellen um einen Weg von 0 bis
2 mm, z. B. 0 bis 1 mm verstellt werden. Vorzugsweise wird (nach
dem Planieren des Bandes) die Planheit des Bandes ermittelt, z. B.
mit einer Planheitsmessrolle oder dergleichen und die Einstellung
der Spannrolle wird dann in Abhängigkeit
von der ermittelten Planheit gesteuert und/oder geregelt.
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Im
Folgenden wird die Erfindung anhand von lediglich Ausführungsbeispielen
darstellenden Zeichnungen näher
erläutert.
Es zeigen
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1 eine
erfindungsgemäße Vorrichtung zum
Planieren von Metallbändern
im Wege des Walzens in einer schematischen Seitenansicht,
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2 eine
vereinfachte Draufsicht mit angedeuteter Zugspannungsverteilung,
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3 eine
abgewandelte Ausführungsform des
Gegenstandes nach 1,
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4 die
Zugspannungsverteilung über
die Bandbreite b beim Gegenstand nach 3 und
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5 eine
erfindungsgemäße Vorrichtung zum
Planieren eines Metallbandes durch Zugrecken in einer schematischen
Seitenansicht.
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In
den Figuren ist in verschiedenen Ausführungsformen eine Vorrichtung
zum Planieren eines Metallbandes 1, insbesondere eines
dünnen
Metallbandes aus Aluminiumlegierungen dargestellt. Eine solche Vorrichtung
weist zumindest einen als Einlaufspannrollensatz ausgebildeten Spannrollensatz 2 und
zumindest einen als Auslaufspannrollensatz ausgebildeten Spannrollensatz 3 auf,
wobei der Einlaufspannrollensatz 2 dem Zugaufbau und der
Auslaufspannrollensatz 3 dem Zugabbau dient. Zwischen dem
Einlaufspannrollensatz 2 und dem Auslaufspannrollensatz 3 kann
eine Bandbehandlungseinrichtung, z. B. ein Walzgerüst 4 (1 bis 4) und/oder
eine Zugreckeinheit 5 (5) angeordnet sein.
Die Zugreckeinheit 5 gemäß 5 weist
einen weiteren Spannrollensatz 6 auf, der als Zugreckrollensatz
ausgebildet ist.
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Erfindungsgemäß ist nun
vorgesehen, dass zumindest eine der Spannrollen 7, 8 zumindest
eines Spannrollensatzes 2, 3, 6 in der
Bandlaufebene B und/oder quer zur Bandlaufebene B verschwenkbar ist.
Unter Berücksichtigung
der Tatsache, dass eine solche Spannrolle 8 beidseitig
in Lagerstellen 9 drehbar gelagert ist, ist vorgesehen,
dass die Position einer dieser Lagerstellen 9 oder auch
beider Lagerstellen 9 in der Bandlaufebene B und/oder quer
zur Bandlaufebene B einstellbar ist. Dazu können an die Lagerstellen 9 Positionsantriebe
bzw. Stellantriebe angeschlossen sein, die in den Figuren nicht
dargestellt sind.
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Im
Folgenden soll die Erfindung beispielhaft anhand des Walzens erläutert werden
(vgl. 1 bis 4). Zwischen dem Einlaufspannrollensatz 2 und dem
Auslaufspannrollensatz 3 ist gemäß 1 und 3 ein
Walzgerüst 4 angeordnet.
Gemäß 1 lässt sich
die dem Walzgerüst 4 unmittelbar
vor- oder nachgeordnete Spannrolle 8 eines Spannrollensatzes 2 innerhalb
der Bandlaufebene B verschwenken und folglich schiefstellen. Auf
diese Weise konzentriert sich der Bandzug auf eine Seite, d. h.
im Bereich einer Bandkante erhöht
sich die Bandzugspannung, während
sie sich an der anderen Bandkante verringert. Die Schrägstellung
der Rolle 8 innerhalb der Bandlaufebene B ist in 2 (stark überzeichnet) dargestellt.
Der Schwenkwinkel α in
der Bandlaufebene beträgt üblicherweise
lediglich 0 bis 2°,
vorzugsweise lediglich 0 bis 1°.
Die daraus resultierende Zugspannungsverteilung Z ist in 2 ebenfalls
angedeutet. Auf die dargestellte Weise lässt sich z. B. ein Bandsäbel korrigieren.
In dem dargestellten Ausführungsbeispiel
muss die betreffende Rolle 8 nicht angetrieben sein. Im
Rahmen der Erfindung werden jedoch stets sowohl (rotierend) angetriebene
als auch nicht angetriebene Spannrollen umfasst. Im Übrigen ist
in 1 erkennbar, dass es zweckmäßig ist, wenn der Umschlingungswinkel
ca. 180° oder
mehr beträgt.
Die Schiefstellung der Rolle 8 bzw. der Verstellwinkel α ist – wie erläutert – verhältnismäßig klein,
so dass eine Verschiebung einer Lagerstelle 9 von weniger
als einem Millimeter ausreichen kann. Überraschenderweise reichen
derart geringe Verstellungen aus, so dass zugleich Probleme mit
einem unzulässigen
Bandverlauf vermieden werden. Um den Gesamtplanheitsstellbereich
zu erweitern, besteht die Möglichkeit,
die dargestellte Rolle 8 mit den übrigen Planheitsstellgliedern
eines Walzwerkes 4 zu kombinieren.
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Während bei
dem Ausführungsbeispiel
nach 1 die Spannrolle 8 in der Bandlaufebene
B verschwenkt wird, zeigt 3 eine Ausführungsform, bei
welcher die dem Walzgerüst 4 direkt
vor- oder nachgeordnete Rolle 8 senkrecht zur Bandlaufebene B
verschwenkt wird. 4 macht deutlich, dass sich auf
diese Weise die Zugspannungen Z im Band 1 auf die Bandkanten
bzw. Ränder
konzentrieren, folglich liegt im Bereich der Bandkanten eine höhere Bandzugspannung
vor, als im Bereich der Bandmitte. Als Konsequenz erhöht sich
an den Rändern
die Walzreduktion bzw. bei Dressiergerüsten der Dressiergrad und es
entsteht eine Tendenz zu Randwelligkeiten, so dass sich durch geeignete
Verfahrensführung
Mittenwelligkeiten kompensieren lassen. Auch bei diesem Ausführungsbeispiel
ist es zweckmäßig, die
Einstellung der Schieflage mit den übrigen Planheitsstellgliedern
des Walzwerkes abzustimmen, um den Gesamtplanheitsstellbereich zu
erweitern.
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In ähnlicher
Weise wie bei dem Walzen gemäß 1 bis 4 lässt sich
der erfindungsgemäße Effekt
auch beim Streckbiegerichten erzielen. Eine solche Ausführungsform
ist in den Figuren nicht dargestellt. An der Stelle im Band, wo
eine höhere Zugspannung
als an den anderen Stellen herrscht, wird das Band stärker plastisch
gestreckt und folglich verlängert.
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5 zeigt
eine erfindungsgemäße Zugreckvorrichtung.
Diese weist ebenfalls einen Einlaufspannrollensatz 2 zum
Zugaufbau und einen Auslaufspannrollensatz 3 zum Zugabbau
auf. Zwischen dem Einlaufspannrollensatz und dem Auslaufspannrollensatz
ist ein weiterer Spannrollensatz 6 angeordnet, der als
Zugreckrollensatz mit zwei Zugreckrollen 7, 8 ausgebildet
ist. Zwischen diesen beiden Zugreckrollen 7, 8 wird
die Reckzone R gebildet, innerhalb der die plastische Verformung
zur Beeinflussung der Bandplanheit erfolgt. Erfindungsgemäß ist nun vorgesehen,
dass zumindest eine dieser Zugreckrollen 7, 8,
z. B. die auslaufseitige Zugreckrolle 8, in der Bandlaufebene
B und/oder quer zur Bandlaufebene B verschwenkbar ist. Bandlaufebene
B meint auch hier die Bandlaufebene B im Bereich der Verformungszone
und folglich im Bereich der Reckzone R. In der 5 ist
lediglich eine Verstellung quer bzw. senkrecht zur Bandlaufebene
B angedeutet. Beim Zugrecken liegt die Zugspannung in der Reckzone
in der Größenordnung
der Streckgrenze. Bei idealplastischen Bedingungen, bei denen keine
Kaltverfestigung auftritt, ist davon auszugehen, dass das Verschwenken
die Zugspannungsverteilung im Band in der Reckzone nicht beeinflusst.
Das Verschwenken beeinflusst jedoch unmittelbar den Planiergrad,
da das plastische Dehnungsverhalten des Bandes in der Reckzone von
der Winkelstellung der Rolle abhängt. Die
verstellbare Rolle 8 funktioniert gleichsam als weiteres
Planheitsstellglied.
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Stets
ist es zweckmäßig, wenn
in die beschriebenen Anlagen eine Planheitsmessvorrichtung 10 integriert
wird. Dabei kann es sich um eine Planheitsmessrolle 10 oder
auch um eine Planheitsmessvorrichtung anderer Art, z. B. eine berührungslose Planheitsmessvorrichtung,
handeln. In 5 ist angedeutet, dass es zweckmäßig ist,
diese Planheitsmessvorrichtung 10 hinter dem Auslaufspannrollensatz 3 anzuordnen.
Durch eine nachfolgende Messung der Zugspannungsverteilung im Band
nach dem Walzen oder Richten oder Zugrecken kann die Einstellung
der beschriebenen erfindungsgemäßen Spannrolle 8 gesteuert
und/oder geregelt werden. Ggf. kann ein geschlossener Planheitsregelkreis
eingerichtet werden. Die Erfindung lässt sich dabei auch mit anderen
Planheitsstellgliedern wie z. B. einer konturvariablen Rolle kombinieren.