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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Herstellung einer Metallfolie, insbesondere aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung, welche mindestens ein zur Dickenreduzierung eines Metallbands oder einer Metallfolie verwendetes Walzgerüst aufweist. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung einer Metallfolie, insbesondere aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung, bei dem ein Metallband oder eine Metallfolie gewalzt wird.
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Die Fertigung von Folien aus Metall, beispielsweise aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung, erfolgt üblicherweise dadurch, dass zunächst ein Walzbarren gegossen, der Walzbarren zu einem Warmband warmgewalzt und anschließend das Warmband mit oder ohne Zwischenglühungen auf Enddicke der Folie kaltgewalzt wird. Der Walzbarren kann dabei nach Wahl vor dem Warmwalzvorgang einer Wärmebehandlung bzw. einer Homogenisierung unterzogen werden. Ebenso ist es möglich, ein Band direkt zu gießen und anschließend mittels Walzen umzuformen. Nach dem Walzvorgang werden die Folienbahnen auf ein Coil gewickelt. Allerdings sind die maximale Geschwindigkeit, mit der eine Folienbahn aus einem Walzgerüst ausläuft, und die maximale Geschwindigkeit, mit der die Folienbahn zu einem Coil gewickelt werden kann, bislang nicht miteinander vereinbar. Denn bei einer Aufwicklung der Folienbahn unter hohen Folienbahngeschwindigkeiten, wie sie beispielsweise in einem Kaltwalzwerk und dementsprechend im Auslauf von Kaltwalzwerken möglich sind, kann es während des Aufwickelprozesses zu einer Reduzierung der Wickeldichte kommen. Dies bedeutet, dass sich zwischen den einzelnen Folienlagen Luftpolster mit erhöhter Dicke ausbilden. Hinzu kommt, dass es bei hohen Folienbahngeschwindigkeiten zu einem unerwünschten Teleskopieren, also zu einem seitlichen Verlaufen bzw. Versetzen, der einzelnen Folienlagen während des Aufwickelprozesses kommen kann. Das Teleskopieren ist im Wesentlichen von der Stärke des Lufteinzugs zwischen den einzelnen Folienlagen an den so genannten Nip- oder Zwickelstellen abhängig, also dort, wo die Folie zwischen zwei aneinander, gegebenenfalls druckbeaufschlagt anliegenden Rollen bzw. Walzen geführt wird. Um den Lufteinzug zu steuern und die aufzuwickelnde Folienbahn zu führen, werden üblicherweise Kontaktwalzen eingesetzt. Allerdings ist es bislang nicht möglich, den Kontaktdruck an einer solchen Zwickelstelle während des Aufwickelprozess, insbesondere bei hohen Folienbahngeschwindigkeiten, konstant zu halten und somit einen kontrollierten, insbesondere gleichmäßig geringen, Lufteinzug zwischen den einzelnen Folienlagen zu gewährleisten.
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Wird die Folienbahngeschwindigkeit für den Aufwickelprozess reduziert, um die zuvor genannten, nachteiligen Effekte zu vermeiden, ist die Fertigungsgeschwindigkeit des vorgeordneten Walzgerüsts an die Wickelgeschwindigkeit anzupassen, damit Rückstaus der Folienbahn vermieden werden. Dies stellt eine Beschränkung des Fertigungsprozesses dar, denn der mit den Walzgerüsten maximal mögliche Fertigungsumsatz pro Zeit kann nicht erreicht werden. Zwar kann die Folienbahn auch bei hohen Bahngeschwindigkeiten unter Inkaufnahme der zuvor genannten Nachteile aufgewickelt werden. Allerdings sind dann ein nachgeordneter Abwickelprozess und ein zweiter Aufwickelprozess bei geringerer Geschwindigkeit durchzuführen, um eine gewünschte saubere Ausrichtung der Folienlagen und eine hinreichende Wickeldichte auf dem Coil zu erzielen. Die für den zweiten Aufwickelprozess erforderlichen Maßnahmen und Vorrichtungen erhöhen jedoch den zeitlichen, apparativen sowie personellen Aufwand zur Herstellung gewickelter Folie aus Metall, beispielsweise aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung, deutlich.
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Die
JP 2001-150021 A beschreibt eine Aufwickelvorrichtung für ein metallisches Folienband. Dabei wird ein Einstellmechanismus für das Drehmoment einer Wickelrolle in Kombination mit einer Tastrolle verwendet, um eine hohe Wickelgeschwindigkeit zu ermöglichen.
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Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grunde, eine Vorrichtung und ein Verfahren anzugeben, mit welcher bzw. mit welchem sich die Fertigung und die anschließende Aufwicklung von Folienbahnen auch unter hohen Folienbahngeschwindigkeiten vereinbaren lassen.
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Gemäß einer ersten Lehre der vorliegenden Erfindung wird die Aufgabe mit einer Vorrichtung nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 dadurch gelöst, dass eine Aufwickelvorrichtung vorgesehen ist, welche eine Wickelrolle und wenigstens eine Kontaktwalze aufweist, wobei die Metallfolienbahn über eine Umschlingung der Kontaktwalze der Wickelrolle zuführbar ist.
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Auf diese Weise können maximale Folienbahngeschwindigkeiten am Auslauf eines Walzgerüsts, beispielsweise eines Kaltwalzwerks, eingestellt werden, denn die Folienbahn wird nach dem Austritt aus dem Walzgerüst wenigstens einer Kontaktwalze zugeführt, welche mit einer Wickelrolle eine definierte Zwickelstelle bildet, in welcher wiederum die Folienbahn von Zugspannung entlastet und der Lufteinzug zwischen den Folienlagen kontrolliert, insbesondere verringert, wird. Durch die Umschlingung der wenigstens einen Kontaktwalze, welche vorzugsweise mindestens den halben Umfang der Kontaktwalze umfasst, wird der Folienbahn eine definierte Auflaufstelle an der Wickelrolle vorgegeben, so dass vorteilhafte Rahmenbedingungen für den Aufwickelprozess der Folienbahn vorliegen. Damit kann der Lufteinzug zwischen den einzelnen Folienlagen auf dem Coil kontrolliert und insbesondere gering gehalten werden, was sich vorteilhaft auf die Wickeldichte der Folie auswirkt. Darüber hinaus kann die Gefahr eines Teleskopierens der Folienlagen wirksam reduziert werden. Somit wird es möglich, in einer Vorrichtung zum Fertigen einer Folie aus Metall, beispielsweise aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung, einem Walzgerüst, beispielsweise einem Kaltwalzwerk, eine Aufwickelvorrichtung unmittelbar nachzuordnen, ohne dass die mit dem Walzgerüst maximal mögliche Fertigungsgeschwindigkeit herabgesetzt werden muss, um den Fertigungsprozess und den Aufwickelprozess aneinander anzupassen.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Vorrichtung können die Kontaktwalze und/oder die Wickelrolle mit einem Schwingungsdämpfer versehen sein. Damit wird es möglich, Schwingungen der Wickelrolle und/oder der Kontaktwalze, welche beispielsweise durch eine gegebenenfalls nicht ideal zylinderförmige Außenumfangsfläche bzw. Exzentrizitäten verursacht werden, zu kompensieren. Die durch derartige Schwingungen gegebenenfalls bewirkten Variationen der Folienbahnspannung können somit gering gehalten oder sogar vermieden werden.
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Die Kontaktwalze und die Wickelrolle können zur Anpassung an die durch den Aufwickelprozess bewirkte Durchmesseränderung relativ zueinander bewegbar sein. Mit jeder auf dem Coil aufgewickelten Lage der Folie erhöht sich der Gesamtdurchmesser der Wickelrolle im Wesentlichen um die Dicke der Folie und um die Dicke des zwischen den Folienlagen eingeschlossenen Luftpolsters. Diese Durchmesseränderung kann beispielsweise durch eine daran angepasste Lageänderung der Wickelrolle und/oder der Kontaktwalze relativ zueinander in einfacher Weise berücksichtigt werden. In einer beispielhaften Variante ist es möglich, die Wickelrolle ortsfest und die Lage der Kontaktwalze an die durch den Aufwickelprozess bewirkte Durchmesseränderung anpassbar zu gestalten. Diese Vorgehensweise ist besonders bevorzugt, denn das Gewicht der Kontaktwalze bleibt während des Wickelprozesses weitgehend konstant, wohingegen das Gewicht der Wickelrolle mit jeder Wicklung im Wesentlichen um das Gewicht der entsprechenden Folienlage steigt. Insbesondere der apparative und räumliche Aufwand der Lageanpassung können auf diese Weise verringert werden.
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Vorzugsweise sind die Kontaktwalze und/oder die Wickelrolle zum Zweck der Anpassung über Linearführungen verfahrbar. Auf diese Weise kann eine weitgehend reibungsfreie und gleichzeitig richtungstreue Führung der Kontaktwalze bzw. der Wickelrolle gewährleistet werden. Damit wird insbesondere die Einhaltung der Lage des ersten Berührungspunktes der Folienbahn an der Wickelrolle, welche die vorteilhafte Kontrolle, insbesondere Reduzierung, des Lufteinzugs zwischen den Folienlagen begünstigt, erleichtert.
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Besonders bevorzugt ist es, dass die Aufwickelrichtung der Metallfolienbahn an der Wickelrolle im ersten Berührungspunkt und die Verfahrrichtung der Kontaktwalze und/oder der Wickelrolle senkrecht zueinander sind. Damit kann ein erster Berührungspunkt der Folienbahn an der Wickelrolle gewährleistet werden, welcher von dem Durchmesser der Wickelrolle während des Aufwickelprozesses unabhängig ist. Die Anpassung der Lage der Kontaktwalze und/oder der Wickelrolle und die Lage des ersten Berührungspunktes der Folienbahn an der Wickelrolle können damit entkoppelt werden. Dies erleichtert insbesondere die Prozessführung während des Aufwickelprozesses.
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Der Kontaktdruck zwischen der Wickelrolle und der Kontaktwalze kann mittels Hydraulik-, Pneumatik- und/oder Hydropneumatikzylindern, insbesondere während des Aufwickelprozesses, einstellbar sein. Vorzugsweise wird der Kontaktdruck während des Aufwickelprozesses konstant gehalten. Auf diese Weise können konstante Aufwickelbedingungen über den gesamten Wickelprozess sichergestellt werden. Insbesondere lässt sich damit das Ausmaß des Lufteinzugs zwischen einzelnen Folienlagen in verschiedenen Stadien des Aufwickelprozesses kontrollieren und vorzugsweise gering halten. Damit kann auch eine in radialer Richtung des Coils definierte, insbesondere konstant hohe Wickeldichte gewährleistet werden.
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Gemäß einer weiteren Lehre der vorliegenden Erfindung wird die Aufgabe mit einem Verfahren nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 7 dadurch gelöst, dass die Metallfolienbahn nach dem Walzen über die Umschlingung wenigstens einer Kontaktwalze einer Wickelrolle zugeführt wird.
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Durch die Führung der unter hohen Geschwindigkeiten aus einem Walzgerüst, beispielweise einem Kaltwalzwerk, auslaufenden Folienbahnen über die Umschlingung wenigstens einer Kontaktwalze kann die Folienbahn in definierter Weise der Zwickelstelle zwischen der Kontaktwalze und der Wickelrolle zugeführt werden. In der Zwickelstelle zwischen der Kontaktwalze und der Wickelrolle wird der Lufteinzug zwischen den einzelnen Folienlagen auf dem Coil kontrolliert und insbesondere verringert, was insbesondere einem Teleskopieren der Folienlagen entgegenwirkt. Darüber hinaus lässt sich mit dem erfindungsgemäßen Verfahren, insbesondere durch einen verringerten Lufteinzug, auch die Wickeldichte der Folie auf dem Coil erhöhen.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform des Verfahrens können gegebenenfalls auftretende Schwingungen der Folienbahnspannung mittels an der Kontaktwalze und/oder Wickelrolle angeordneten Schwingungsdämpfern kompensiert werden. Damit kann die Prozessführung der Fertigung bzw. des Aufwickelns der Folie verbessert werden, denn durch die Schwingungsdämpfung an der Kontaktwalze und/oder der Wickelrolle wird der Bedarf für weitere Maßnahmen zur Kompensation von Schwingungen der Folienbahnspannung, beispielsweise in Form von zusätzlichen Zwickelstellen im Folienbahnlauf zwischen dem Walzgerüst und der Aufwickelvorrichtung, gemindert.
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Vorzugsweise werden die Kontaktwalze und die Wickelrolle zur Anpassung an die durch den Aufwickelprozess bewirkte Durchmesseränderung relativ zueinander bewegt. In einer bevorzugten beispielhaften Variante verbleibt die Wickelrolle, deren Gewicht im Zuge des Aufwickelprozesses ansteigt, ortsfest, und die Lage der Kontaktwalze, deren Gewicht konstant bleibt, wird an die durch den Aufwickelprozess bewirkte Durchmesseränderung angepasst.
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Die Kontaktwalze und/oder die Wickelrolle können zum Zweck der Anpassung über Linearführungen verfahren werden. Auf diese Weise kann eine reibungsarme und gleichzeitig richtungstreue Anpassung der Lage der Kontaktwalze und/oder Wickelrolle gewährleistet werden.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des Verfahrens kann der Kontaktdruck zwischen der Wickelrolle und der Kontaktwalze mittels Hydraulik-, Pneumatik- und/oder Hydropneumatikzylindern, insbesondere während des Aufwickelprozesses, eingestellt werden. Vorzugsweise wird der Kontaktdruck während des Aufwickelprozesses konstant gehalten. Damit kann der Lufteinzug zwischen einzelnen Folienlagen auf dem Coil beeinflusst und insbesondere reduziert werden.
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Hinsichtlich weiterer Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens wird auf die Ausführungen zur erfindungsgemäßen Vorrichtung verwiesen.
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Es gibt nun vielfältige Möglichkeiten, die erfindungsgemäße Vorrichtung bzw. das erfindungsgemäße Verfahren auszugestalten und weiterzubilden. Hierzu wird einerseits auf die den unabhängigen Patentansprüchen nachgeordneten abhängigen Patentansprüche und andererseits auf die Beschreibung eines Ausführungsbeispiels in Verbindung mit der Zeichnung verwiesen. In der Zeichnung zeigt:
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1 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Fertigungslinie für Folien aus Metall mit Walzgerüst und nachgeordneter Aufwickelvorrichtung.
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1 zeigt in schematischer Darstellung eine Fertigungslinie für eine Folie aus Metall, beispielsweise aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung. Das Metallband 14 wird von einer Abwickelhaspel 13 von einem Coil abgewickelt und nach eventuellen weiteren Bearbeitungsschritten 15, wie bespeispielsweise einem Besäumen, einem Walzgerüst 12 zur Dickenreduzierung zugeführt. Das Metallband 14, welches zu einer Metallfolie verarbeitet wird, ist in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ein Aluminiumband.
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Nach dem Auslauf aus dem Walzgerüst 12 wird die Folienbahn 14 über eine Kontaktführungswalze 16 einer Aufwickelvorrichtung 18 zugeführt, wobei die Kontaktführungswalze 16 mit einer zweiten Kontaktwalze 20 auf einer definierten Linie der Umfangsflächen in Kontakt steht. Durch diese Kontaktlinie wird eine Zwickelstelle für die Folienbahn 14 gebildet, welche insbesondere die Führung der Folienbahn 14 erleichtert und eine Entlastung von der Bahnzugspannung bewirkt. Die Kontaktführungswalze 16 kann in einer alternativen Ausführungsform aber auch weggelassen werden. Nach der in diesem Beispiel gezeigten Führung über etwa ein Drittel des Umfangs der Kontaktführungswalze 16 umschlingt die Folienbahn 14 etwa 60% des Umfangs der zweiten Kontaktwalze 20, welche wiederum mit einer Wickelrolle 22 auf einer definierten Linie der Umfangsflächen in Kontakt steht. Es kann auch ein anderer Umschlingungsgrad gewahlt werden. Bevorzugt ist jedoch, wenn die Folienbahn 14 die zweite Kontaktwalze 20 um mindesten den halben Umfang umschlingt. Die zweite Kontaktwalze 20 kann – wie gezeigt – mit einem Schwingungsdämpfer 24 versehen sein, um gegebenenfalls auftretende Schwingungen der Folienbahnspannung zu kompensieren. Zusätzlich oder alternativ ist es möglich, die Wickelrolle 22 mit einem Schwingungsdämpfer 24 zu versehen.
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Über die Umschlingung der zweiten Kontaktwalze 20 wird die Folienbahn 14 dem ersten Berührungspunkt an der Wickelrolle 22 zugeführt. Die Wickelrolle 22 ist in zwei Stadien des Aufwickelprozesses veranschaulicht. Die durchgezogene Kontur kennzeichnet den Zeitpunkt zu Beginn des Aufwickelprozesses, wenn der Durchmesser der Wickelrolle 22 im Wesentlichen durch das Material der Wickelrolle 22 selbst bestimmt ist. Die gestrichelte Kontur zeigt die Wickelrolle 22, wenn bereits mehrere Lagen der Folienbahn 14 aufgewickelt sind. Der Durchmesser der Wickelrolle 22 ist dann entsprechend größer. Um die Aufwickelvorrichtung 18 an die während des Wickelprozesses auftretende Durchmesseränderung anzupassen, kann die Wickelrollenachse 26 von den beiden, in diesem Beispiel ortsfesten Kontaktwalzen 16, 20 fortbewegt werden (Pfeil 28). Die Bewegung kann beispielsweise mittels einer Linearführung (nicht gezeigt) vorgenommen werden. Es ist aber ebenso möglich, die Wickelrolle 22 ortsfest zu halten und die zweite Kontaktwalze 20, und ggfs. die Kontaktführungswalze 16, beweglich auszugestalten. Wesentlich ist nur, dass die Wickelrolle 22 und die zweite Kontaktwalze 20 zur Anpassung an die Durchmesseränderung relativ zueinander bewegbar sind.
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In dem gezeigten Ausführungsbeispiel ist die Aufwickelrichtung der Folienbahn 14 an der Wickelrolle 22 im ersten Berührungspunkt (mit anderen Worten, die Richtung der hinsichtlich der Wickelrollenoberfläche im ersten Berührungspunkt tangentialen Verlängerung der Folienbahn) senkrecht zu der Richtung, in welcher die Wickelrolle 22 in diesem Beispiel verfahrbar ist. Auf diese Weise kann der erste Berührungspunkt der Folienbahn 14 an der Wickelrolle 22 während des Wickelprozesses, und damit auch während der Durchmesseränderung der Wickelrolle 22, konstant gehalten werden. Um den Kontaktdruck zwischen der zweiten Kontaktwalze 20 und der Wickelrolle 22 kontrollieren und insbesondere konstant halten zu können, können Hydraulik-, Pneumatik- oder Hydropneumatikzylinder (nicht dargestellt) vorgesehen sein, über welche die Wickelrolle 22 und/oder die Kontaktwalze 20 hinsichtlich des Drucks betätigbar sind.
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Mittels der zuvor beschriebenen Vorrichtung bzw. dem zuvor beschriebenen Verfahren ist es möglich, eine aus einem Walzgerüst, beispielsweise einem Kaltwalzwerk 12, auslaufende Folienbahn 14 durch eine Aufwickelvorrichtung 18 zu einem Coil aufwickeln zu lassen, ohne die im Auslauf des Walzgerüsts maximal mögliche Folienbahngeschwindigkeit herabsetzen zu müssen. Durch die Ausgestaltung der Aufwickelvorrichtung 18 kann eine hohe Wickeldichte und eine geringe Neigung der Folienlagen zum Teleskopieren während des Aufwickelprozesses gewährleistet werden.
