DE102023105688B3

DE102023105688B3 - Roll for guiding tapes, method for producing a roll and corresponding use

Info

Publication number: DE102023105688B3
Application number: DE102023105688.3A
Authority: DE
Inventors: Pia Fork; Robert Leffers; Andreas Lewandowski
Original assignee: ThyssenKrupp Steel Europe AG
Current assignee: ThyssenKrupp Steel Europe AG
Priority date: 2023-03-08
Filing date: 2023-03-08
Publication date: 2024-06-06
Anticipated expiration: 2043-03-09

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Rolle (1) zur Führung von Bändern, ein Verfahren zum Herstellen einer Rolle (1) und eine entsprechende Verwendung.The invention relates to a roller (1) for guiding tapes, a method for producing a roller (1) and a corresponding use.

Description

Die Erfindung betrifft eine Rolle zur Führung von Bändern, insbesondere von Metallbändern, ein Verfahren zum Herstellen einer Rolle und eine entsprechende Verwendung.The invention relates to a roller for guiding strips, in particular metal strips, a method for producing a roller and a corresponding use.

Rollen mit einer Oberfläche zur Führung von Metallbändern in diversen Aggregaten der metallbandverarbeitenden Industrie sind Stand der Technik, wie zum Beispiel sogenannte Pottrollen zur Umlenkung von Metallbändern (Stahlbändern) im Schmelzenbad von Feuerbeschichtungsanlagen oder Bandspannrollen bzw. Bandzugrollen in kontinuierlich arbeitenden Prozessanlagen etc. Die Oberfläche derartiger Rollen sind meistens geschliffen und können zusätzlich eine Beschichtung aufweisen.Rollers with a surface for guiding metal strips in various units in the metal strip processing industry are state of the art, such as so-called pot rollers for deflecting metal strips (steel strips) in the melt bath of hot-dip coating systems or strip tensioning rollers or strip pulling rollers in continuously operating process systems, etc. The surface of such rollers is usually ground and can also have a coating.

Ferner ist bekannt, Oberflächen von Rollen respektive Walzen, welche vor allem in mindestens einem Walzgerüst gegenüberliegend angeordnet sind und zwischen sich ein Metallband zur Verformung und/oder zum Dressieren aufnehmen respektive durchführen, mit einer Textur zu versehen. Diese Texturen können unter anderem mit dem SBT-Verfahren (Shot Blasting Texturing), EDT-Verfahren (Electro Discharge Texturing), EBT-Verfahren (Electron-Beam-Texturing) oder aber auch mit dem TOPOCROM®-Verfahren (Reaktorbeschichtung) aufgebracht werden. Bei diesen genannten Verfahren handelt es sich um ein Aufbringen einer stochastischen Oberflächentopographie auf Walzen. Die EP 1 368 140 B1 offenbart für EDT ein entsprechendes Beispiel. Das EBT-Verfahren ermöglicht auch ein Aufbringen einer deterministischen Textur. Ein völlig anderes Verfahren für das Aufbringen von stochastischen wie auch geometrisch bestimmten, also deterministischen Oberflächentopographien, stellt das Laserstrahltexturierungsverfahren (LT) dar, insbesondere per Einzel- oder aber per Mehrfachschuss, welche zu einer Ablation an der Oberfläche des Walzenmaterials und damit zur Einstellung einer Oberflächentopographie führen, vgl. beispielsweise EP 0 184 568 B1 , JP S56- 119 687 A , JP H03- 267 319 A und DE 695 09 883 T2 . Je nach Anwendungsfall können die Walzen nach der Texturierung in einem Schleifprozess noch (fein-)geschliffen werden. Nach diesem Vorgang werden, je nach Anforderung an die Walzen, diese noch mit einer metallischen Schutzschicht ausgerüstet, bevor sie in den Walzgerüsten (wieder) eingesetzt werden. Des Weiteren sind Führungsrollen beispielhaft gezeigt in den Druckschriften JP H06 - 39 436 A , CN 1 05 478 500 A JP H09 - 155 434 A KR 10 1 485 682 B1 , DE 10 2017 104 550 A1 und CN 1 02 189 134 A.It is also known to provide surfaces of rollers or rolls, which are arranged opposite one another in at least one rolling stand and between them receive or guide a metal strip for deformation and/or skin-passing, with a texture. These textures can be applied using the SBT process (shot blasting texturing), EDT process (electro discharge texturing), EBT process (electron beam texturing) or the TOPOCROM® process (reactor coating). These processes involve applying a stochastic surface topography to rolls. The EP 1 368 140 B1 discloses a corresponding example for EDT. The EBT process also enables the application of a deterministic texture. A completely different process for the application of stochastic as well as geometrically determined, i.e. deterministic, surface topographies is the laser beam texturing process (LT), in particular by single or multiple shots, which lead to an ablation on the surface of the roller material and thus to the setting of a surface topography, cf. for example EP 0 184 568 B1 , JP S56-119 687 A , JP H03- 267 319 A and DE 695 09 883 T2 . Depending on the application, the rollers can be (finely) ground in a grinding process after texturing. After this process, depending on the requirements of the rollers, they are provided with a metallic protective layer before they are (re)used in the rolling stands. Furthermore, guide rollers are shown as examples in the publications JP H06 - 39 436 A , CN 1 05 478 500 A JP H09 - 155 434 A KR 10 1 485 682 B1 , EN 10 2017 104 550 A1 and CN1 02 189 134 A.

Ferner ist aus der deutschen Offenlegungsschrift DE 10 2020 202 896 A1 eine Walze in Form einer Schöpf- oder Auftragswalze mit einer deterministischen Oberflächentopographie für den Einsatz im Coil-Coating bekannt.Furthermore, the German disclosure document EN 10 2020 202 896 A1 a roller in the form of a scoop or application roller with a deterministic surface topography for use in coil coating is known.

Die Aufgabe der Erfindung ist daher, u. a. eine Rolle mit einer Oberfläche zur Führung von Bändern, insbesondere von Metallbändern anzugeben, welche verschleißbeständig ist, eine traktionsoptimierte und/oder abriebabführende Oberfläche aufweist.The object of the invention is therefore, among other things, to provide a roller with a surface for guiding belts, in particular metal belts, which is wear-resistant and has a traction-optimized and/or abrasion-dissipating surface.

Die Aufgabe in Bezug auf eine Rolle zur Führung von Bändern wird mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Die Aufgabe in Bezug auf ein Verfahren zum Herstellen einer Rolle zur Führung von Metallbändern wird mit den Merkmalen des Anspruchs 8 gelöst. Die Aufgabe in Bezug auf eine Verwendung wird mit den Merkmalen des Anspruchs 12 gelöst.The problem relating to a roller for guiding strips is solved with the features of claim 1. The problem relating to a method for producing a roller for guiding metal strips is solved with the features of claim 8. The problem relating to a use is solved with the features of claim 12.

Eine erste Lehre der Erfindung betrifft eine Rolle mit einer Oberfläche zur Führung von Bändern, wobei die Oberfläche eine Topographie mit mehreren in Umfangsrichtung der Rolle nebeneinander verlaufende Längsrillen aufweist.A first teaching of the invention relates to a roller with a surface for guiding belts, wherein the surface has a topography with several longitudinal grooves running next to one another in the circumferential direction of the roller.

Die erfindungsgemäße Topographie auf der Oberfläche der Rolle ist so ausgestaltet, dass sie traktionsoptimiert und/oder abriebabführend ausgebildet ist. Während der Führung eines Bandes ist es zudem förderlich, dass (Band-)Schmutz, Abrieb und/oder flüssiges Medium gezielt abgeführt werden. Durch Vorsehen einer Topographie auf der Oberfläche der Rolle mit mehreren in Umfangsrichtung der Rolle nebeneinander verlaufende Längsrillen kann hierauf positiv Einfluss genommen werden. Die Längsrillen in Umfangsrichtung und somit auch in Führungsrichtung der Rolle dienen dem Abtransport von Abrieb von der Rolle und/oder der Bandoberfläche.The topography according to the invention on the surface of the roller is designed in such a way that it is traction-optimized and/or designed to remove abrasion. During the guidance of a belt, it is also beneficial that (belt) dirt, abrasion and/or liquid medium are specifically removed. This can be positively influenced by providing a topography on the surface of the roller with several longitudinal grooves running next to each other in the circumferential direction of the roller. The longitudinal grooves in the circumferential direction and thus also in the guide direction of the roller serve to remove abrasion from the roller and/or the belt surface.

Die Ausführung der Längsrille(n) ist nicht auf eine Gerade respektive Linie beschränkt, sondern kann in ihrer Erstreckung auch sägezahn- oder wellenförmig ausgebildet sein.The design of the longitudinal groove(s) is not limited to a straight line, but can also be sawtooth or wavy in its extension.

Gleichzeitig zeigte sich, dass die erfindungsgemäße Topographie auf der Rolle eine vergleichbare Verschleißbeständigkeit zu den standardmäßigen Oberflächen aufweist, so dass das Aufbringen einer metallischen Schutzschicht im Wesentlichen nicht mehr erforderlich ist/wird. Somit kann die erfindungsgemäße Rolle als „schutzschichtfreie“ und an der Oberfläche blanke Rolle angesehen werden.At the same time, it was shown that the topography according to the invention on the roll has a comparable wear resistance to the standard surfaces, so that the application of a metallic protective layer is essentially no longer necessary. The roll according to the invention can therefore be regarded as a roll with no protective layer and a bare surface.

Rollen zur Führung von Bändern, insbesondere Metallbändern sind üblicherweise aus Metall hergestellt, beispielsweise werden sie geschmiedet oder gegossen. Es ist selbstredend, dass die Topographie in dem Maße axial auf der Oberfläche der Rolle vorgesehen ist, dass das zu führende Bandmaterial in seiner gesamten Breite in Führungsrichtung von der Topographie erfasst ist/wird.Rollers for guiding strips, especially metal strips, are usually made of metal, for example they are forged or cast. It goes without saying that the topography is provided axially on the surface of the roller to such an extent that the strip to be guided material is/will be covered by the topography in its entire width in the direction of travel.

Die hier in Rede stehenden Rollen erfüllen somit nicht die Aufgabe, über Krafteinwirkung eine Reduzierung der Dicke des Bandes und/oder eine Änderung der Oberfläche des Bandes durch beispielsweise Texturierung zu bewirken. Funktionsbedingt erfüllen erfindungsgemäße Rollen andere Anforderungen als zum Beispiel Arbeitswalzen in einem Kaltwalzprozess und zum Beispiel Walzen in Dressierprozessen, sogenannten Dressierwalzen, welche vorzugsweise bei Metallbändern zum Einsatz kommen.The rollers in question here therefore do not fulfill the task of reducing the thickness of the strip and/or changing the surface of the strip by applying force, for example by texturing. In terms of their function, rollers according to the invention fulfill different requirements than, for example, work rolls in a cold rolling process and, for example, rolls in skin-pass processes, so-called skin-pass rolls, which are preferably used for metal strips.

Das zu führende Bandmaterial kann vorzugsweise allgemein ein Stahlflachprodukt in Bandform (Stahlband) sein. Beispielsweise kann auch alternativ ein Aluminiumflachprodukt (Aluminiumband) mit der erfindungsgemäßen Rolle geführt werden. Des Weiteren kann das Bandmaterial auch aus Polymer(-folien), Papier oder NE-(nicht eisen)Material bestehen.The strip material to be fed can preferably generally be a flat steel product in strip form (steel strip). For example, an aluminum flat product (aluminum strip) can alternatively be fed with the roller according to the invention. Furthermore, the strip material can also consist of polymer (films), paper or non-ferrous (non-ferrous) material.

Gemäß einer Ausgestaltung der Rolle sind die Längsrillen in einem Winkel zwischen 2° und 45° zur Umfangsrichtung der Rolle angeordnet. In Draufsicht betrachtet, laufen somit viele Längsrillen nebeneinander angeordnet in Umfangsrichtung der Rolle. Bedingt durch die „winklige“ Anordnung der Längsrillen ist quasi (nur) eine durchgehende Längsrille spiralförmig über den Umfang der Rolle angeordnet. Der Winkel kann insbesondere mindestens 3°, 4°, 5° vorzugsweise mindestens 6°, 7°, 8° und insbesondere maximal 40°, 30°, vorzugsweise maximal 25°, 20° betragen.According to one design of the roller, the longitudinal grooves are arranged at an angle of between 2° and 45° to the circumferential direction of the roller. Viewed from above, many longitudinal grooves are arranged next to one another in the circumferential direction of the roller. Due to the "angular" arrangement of the longitudinal grooves, there is (only) one continuous longitudinal groove arranged spirally around the circumference of the roller. The angle can be at least 3°, 4°, 5°, preferably at least 6°, 7°, 8° and in particular a maximum of 40°, 30°, preferably a maximum of 25°, 20°.

Gemäß einer Ausgestaltung der Rolle sind mindestens zwei der in Umfangsrichtung der Arbeitswalze nebeneinander verlaufenden Längsrillen in einem Abstand zwischen 20 und 10000 µm zueinander angeordnet. Insbesondere sind alle Längsrillen in Umfangsrichtung verlaufend derart nebeneinander angeordnet, dass immer und damit konstant ein Abstand zwischen 20 und 10000 µm zwischen jeweils zwei benachbarten Längsrillen, insbesondere von einem Ende zum anderen Ende der Oberfläche der Rolle in Axialrichtung betrachtet, vorgesehen ist. Beispielsweise können auch unterschiedliche Abstände zwischen den Längsrillen, die aber, insbesondere von einem Ende zum anderen Ende der Oberfläche der Rolle in Axialrichtung betrachtet, wiederkehrend vorgesehen sind. Der Abstand zwischen zwei Längsrillen kann insbesondere mindestens 50 µm, 70 µm, 100 µm und insbesondere maximal 8000 µm, 5000 µm, vorzugsweise maximal 3000 µm, 2000 µm, 800 µm betragen.According to one embodiment of the roller, at least two of the longitudinal grooves running next to each other in the circumferential direction of the work roll are arranged at a distance of between 20 and 10,000 µm from each other. In particular, all longitudinal grooves running in the circumferential direction are arranged next to each other in such a way that a distance of between 20 and 10,000 µm is always and therefore constantly provided between two adjacent longitudinal grooves, in particular from one end to the other end of the surface of the roller as viewed in the axial direction. For example, different distances can also be provided between the longitudinal grooves, but these are recurring, in particular from one end to the other end of the surface of the roller as viewed in the axial direction. The distance between two longitudinal grooves can in particular be at least 50 µm, 70 µm, 100 µm and in particular a maximum of 8000 µm, 5000 µm, preferably a maximum of 3000 µm, 2000 µm, 800 µm.

Erfindungsgemäß ist von mindestens einer Längsrille mindestens eine abzweigende Querrille angeordnet. Die Querrille kann zum Sammeln des Abriebs dienen, um den Abrieb dann gezielt und über seine Anordnung in Richtung der Längsrille(n) zu transportieren. Insbesondere sind mehrere mindestens einseitig von der Längsrille abzweigende Querrillen angeordnet. Auch können beidseitig von der Längsrille abzweigende Querrillen angeordnet sein, wobei die beidseitigen Querrillen sich entweder in einem Punkt der Längsgrille abzweigen, somit quasi symmetrisch angeordnet sind, oder aber auch versetzt zueinander angeordnet sein können. Vorzugsweise sind mindestens zwei über den Umfang der Rolle nebeneinander verlaufende Querrillen in einem Abstand zwischen 20 und 10000 µm zueinander angeordnet. Der Abstand zwischen zwei Querrillen kann insbesondere mindestens 30 µm, 40 µm, 50 µm und insbesondere maximal 8000 µm, 5000 µm, vorzugsweise maximal 3000 µm, 1000 µm, 500 µm betragen.According to the invention, at least one branching transverse groove is arranged from at least one longitudinal groove. The transverse groove can be used to collect the abrasion in order to then transport the abrasion in a targeted manner and via its arrangement in the direction of the longitudinal groove(s). In particular, several transverse grooves are arranged that branch off from the longitudinal groove on at least one side. Transverse grooves can also be arranged on both sides of the longitudinal groove, whereby the transverse grooves on both sides either branch off at one point on the longitudinal groove, thus being arranged quasi symmetrically, or can also be arranged offset from one another. Preferably, at least two transverse grooves running next to one another over the circumference of the roll are arranged at a distance of between 20 and 10,000 µm from one another. The distance between two transverse grooves can in particular be at least 30 µm, 40 µm, 50 µm and in particular a maximum of 8000 µm, 5000 µm, preferably a maximum of 3000 µm, 1000 µm, 500 µm.

Gemäß einer Ausgestaltung der Rolle weisen die Längsrillen und die optionalen Querrillen eine Tiefe zwischen 2 und 40 µm auf. Die Tiefe kann mindestens 3 µm, 4 µm, 5 µm, vorzugsweise mindestens 7 µm, 8 µm, 9 µm betragen, um bei unvermeidbarer Abnutzung während der Führung des Bandes, insbesondere des Metallbandes die gezielt eingestellte Topographie und somit eine gewisse Standzeit der Rolle zu ermöglichen. Die Tiefe kann insbesondere auf maximal 35 µm, 30 µm, 25 µm beschränkt sein. Die Tiefe der optionalen Querrillen kann gleich, aber auch höher oder niedriger als die Tiefe der Längsrillen sein. Auch können die Tiefe(n) der optionalen Querrillen und/oder die Tiefe(n) der Längsrillen untereinander variieren.According to one design of the roller, the longitudinal grooves and the optional transverse grooves have a depth of between 2 and 40 µm. The depth can be at least 3 µm, 4 µm, 5 µm, preferably at least 7 µm, 8 µm, 9 µm, in order to enable the specifically adjusted topography and thus a certain service life of the roller in the event of unavoidable wear during the guidance of the strip, in particular the metal strip. The depth can in particular be limited to a maximum of 35 µm, 30 µm, 25 µm. The depth of the optional transverse grooves can be the same as, but also higher or lower than the depth of the longitudinal grooves. The depth(s) of the optional transverse grooves and/or the depth(s) of the longitudinal grooves can also vary from one another.

Gemäß einer Ausgestaltung der Rolle weisen die Längsrillen und die optionalen Querrillen eine Breite zwischen 10 und 10000 µm auf. Die Breite kann mindestens 13 µm, 15 µm, 19 µm, vorzugsweise mindestens 25 µm betragen, um in Verbindung mit der Tiefe ein ausreichendes Aufnahmevolumen für Abrieb und somit für den entsprechenden Abtransport während der Führung des Bandes, insbesondere des Metallbandes zu gewährleisten. Die Breite kann insbesondere auf maximal 1000 µm, 100 µm beschränkt sein, um insbesondere keine ungewollten Erhebungen und somit keine oberflächennahe Profilierung auf dem zu führenden Bandmaterial zu erzeugen. Die Breite der optionalen Querrillen kann gleich, aber auch höher oder niedriger als die Breite der Längsrillen sein. Auch können die Breite(n) der optionalen Querrillen und/oder die Breite(n) der Längsrillen untereinander variieren.According to one design of the roller, the longitudinal grooves and the optional transverse grooves have a width of between 10 and 10,000 µm. The width can be at least 13 µm, 15 µm, 19 µm, preferably at least 25 µm, in order to ensure, in conjunction with the depth, a sufficient absorption volume for abrasion and thus for the corresponding removal during the guidance of the strip, in particular the metal strip. The width can in particular be limited to a maximum of 1000 µm, 100 µm, in order in particular to avoid creating unwanted elevations and thus no profiling close to the surface on the strip material to be guided. The width of the optional transverse grooves can be the same as, but also higher or lower than the width of the longitudinal grooves. The width(s) of the optional transverse grooves and/or the width(s) of the longitudinal grooves can also vary from one another.

Die Rolle weist auf ihrer Oberfläche anhand ihrer Topographie einen Traganteil auf. Dieser entspricht dem Anteil der „beanspruchten“ zur Gesamt-Oberfläche und die Bestimmung des Traganteils ist Stand der Technik. Gemäß einer Ausgestaltung der Rolle verändert sich der Traganteil der Rolle entlang ihrer Achse. Insbesondere weist die Rolle an ihren Randabschnitten (Rollenseiten bzw. -enden) einen geringeren Traganteil, mit beispielsweise 10 bis 49 %, im Vergleich zur Rollenmitte, mit beispielsweise 50 bis 90 %, auf. Der Traganteil kann sukzessive oder schlagartig zur Mitte ansteigen. Dadurch kann die Haftreibung und auch eine Zentrierung des Bandes erreicht werden.The roller has a bearing portion on its surface based on its topography. This corresponds to the proportion of the “stressed” surface to the total surface and the determination of the bearing portion is State of the art. Depending on the design of the roller, the load-bearing portion of the roller changes along its axis. In particular, the roller has a lower load-bearing portion at its edge sections (roller sides or ends), for example 10 to 49%, compared to the middle of the roller, for example 50 to 90%. The load-bearing portion can increase gradually or suddenly towards the middle. This can achieve static friction and also centering of the belt.

Gemäß einer zweiten Lehre betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Herstellen einer Rolle mit einer Oberfläche zur Führung von Bändern, insbesondere von Metallbändern, wobei ein Rollenrohling bereitgestellt wird, wobei die Oberfläche des Rollenrohlings bearbeitet wird, dass auf der Oberfläche eine Topographie mit mehreren in Umfangsrichtung der Rolle nebeneinander verlaufende Längsrillen erzeugt wird.According to a second teaching, the invention relates to a method for producing a roll with a surface for guiding strips, in particular metal strips, wherein a roll blank is provided, wherein the surface of the roll blank is machined such that a topography with a plurality of longitudinal grooves running next to one another in the circumferential direction of the roll is produced on the surface.

Um Wiederholungen zu vermeiden, wird auf die vorgenannten Ausgestaltungen der Rolle verwiesen.To avoid repetition, reference is made to the aforementioned versions of the role.

Gemäß einer Ausführung des Verfahrens wird ein thermisches Verfahren zum Bearbeiten der Oberfläche verwendet, beispielweise mittels Laser. Vorrichtungen zur Durchführung des Laserbearbeitungsverfahrens sind Stand der Technik, vgl. auch EP 2 892 663 B1 auch die EP 3 172 006 B1 und die EP 3 877 112 A1 . Auf diese Weise ist eine definierte Erzeugung einer Topographie auf der Oberfläche der Rolle möglich, welche durch Laserbeschuss eine Ablation, d. h. im Bereich des auftreffenden Beschusses einen Materialabtrag, auf der Oberfläche bewirken. Durch gezielte Einstellung können sich die Laserschüsse überlappen oder einen derart großen Abstand aufweisen, dass zwischen den Laserschussbereichen ein nahezu Ausgangszustand verbleibt. Die nicht vom Laserbeschuss getroffenen Bereiche bilden somit die Plateaus auf der Oberfläche der Rolle.According to one embodiment of the method, a thermal process is used to process the surface, for example by means of a laser. Devices for carrying out the laser processing method are state of the art, see also EP 2 892 663 B1 also the EP 3 172 006 B1 and the EP 3 877 112 A1 In this way, a defined topography can be created on the surface of the roll, which causes ablation on the surface through laser bombardment, i.e. material removal in the area of the impact. By carefully adjusting the settings, the laser shots can overlap or be so far apart that an almost initial state remains between the laser shot areas. The areas not hit by the laser bombardment thus form the plateaus on the surface of the roll.

Gemäß einer alternativen Ausführung des Verfahrens wird ein mechanisches Verfahren zum Bearbeiten der Oberfläche verwendet, beispielsweise durch Gravieren. Auch Vorrichtungen zur Durchführung des Gravierens sind Stand der Technik.According to an alternative embodiment of the method, a mechanical method is used to process the surface, for example by engraving. Devices for carrying out the engraving are also state of the art.

Gemäß einer weiteren alternativen Ausführung des Verfahrens wird ein chemisches Verfahren zum Bearbeiten der Oberfläche verwendet, beispielsweise ein Ätzen. Auch Vorrichtungen zur Durchführung des Ätzens sind Stand der Technik.According to a further alternative embodiment of the method, a chemical method is used to treat the surface, for example etching. Devices for carrying out the etching are also state of the art.

Gemäß einer dritten Lehre betrifft die Erfindung eine Verwendung einer erfindungsgemäßen Rolle mit einer Oberfläche, insbesondere hergestellt nach dem erfindungsgemäßen Verfahren, zur Führung von Bändern, insbesondere von Metallbändern. Eine bevorzugte Verwendung ist, dass die erfindungsgemäße Rolle ausgeführt ist als Einfädel-Rolle, als Führungsrolle, als Treiberrolle, als Steuerrolle, als Top-Rolle, als Pottrolle, als Umlenkrolle, als Bandzugrolle oder als Teil davon.According to a third teaching, the invention relates to a use of a roller according to the invention with a surface, in particular produced according to the method according to the invention, for guiding strips, in particular metal strips. A preferred use is that the roller according to the invention is designed as a threading roller, as a guide roller, as a driver roller, as a control roller, as a top roller, as a pot roller, as a deflection roller, as a strip tension roller or as a part thereof.

Eine beispielhafte Ausführung einer erfindungsgemäßen Rolle (1) mit einer Oberfläche (2) und einer korrespondierenden Topographie (3) ist schematisch in der einzigen 1 dargestellt. Rechts oben sind eine Rolle (1) mit einer Oberfläche (2) und einer Achse (Z) sowie die Axialrichtung (A) und Umfangsrichtung (U) quer zur Axialrichtung (A) der Oberfläche (2) der Rolle (1) skizziert. Die Rolle (1) mit einer Oberfläche (2) zur Führung von hier nicht dargestellten Bändern, insbesondere Metallbändern, weist eine Topographie (3) mit mehreren in Umfangsrichtung (U) der Rolle (1) nebeneinander verlaufende Längsrillen (3.1) auf. Mindestens zwei der in Umfangsrichtung (U) der Rolle (1) nebeneinander verlaufende Längsrillen (3.1) sind in einem Abstand (Q) zwischen 20 und 10000 µm zueinander angeordnet. Vorzugsweise sind alle in Umfangsrichtung (U) der Rolle (1) nebeneinander verlaufende Längsrillen (3.1) in einem Abstand (Q) zwischen 20 und 10000 µm zueinander angeordnet. Besonders bevorzugt wird ein konstanter Abstand (Q) vorgesehen.An exemplary embodiment of a roller (1) according to the invention with a surface (2) and a corresponding topography (3) is shown schematically in the single 1 shown. A roller (1) with a surface (2) and an axis (Z) as well as the axial direction (A) and circumferential direction (U) transverse to the axial direction (A) of the surface (2) of the roller (1) are sketched at the top right. The roller (1) with a surface (2) for guiding strips not shown here, in particular metal strips, has a topography (3) with several longitudinal grooves (3.1) running next to each other in the circumferential direction (U) of the roller (1). At least two of the longitudinal grooves (3.1) running next to each other in the circumferential direction (U) of the roller (1) are arranged at a distance (Q) of between 20 and 10,000 µm from each other. Preferably, all longitudinal grooves (3.1) running next to each other in the circumferential direction (U) of the roller (1) are arranged at a distance (Q) of between 20 and 10,000 µm from each other. A constant distance (Q) is particularly preferably provided.

Aus dem kleinen Fenster ist eine Vergrößerung links in der 1 gezeigt, welche eine schematische Teilansicht in Draufsicht auf die Oberfläche (2) der Rolle (1) mit einer Topographie (3) schematisch darstellt. Von mindestens einer Längsrille (3.1) kann mindestens eine abzweigende Querrille (3.2) angeordnet sein. Bevorzugt können mehrere mindestens einseitig von der Längsrille (3.1) abzweigende Querrillen (3.2) angeordnet sein. Die Querrillen (3.2) können sich auch beidseitig von der Längsrille (3.1) abzweigen. Dabei können bei mindestens zwei über den Umfang der Rolle (1) nebeneinander verlaufende Rillen (3.2) in einem Abstand (L) zwischen 20 und 10000 µm zueinander angeordnet sein. Der Ausgestaltung respektive Formgebung der Erstreckung der Querrille (3.2) sind keine Grenzen gesetzt, wie beispielhaft in 1 gezeigt, sondern können individuell an die Verwendung angepasst werden. Somit kann die Querrille (3.2) Diagonal-, Quer- und/oder optional Längsanteile zur Umfangsrichtung (U) aufweisen.From the small window you can see an enlargement on the left 1 shown, which schematically represents a schematic partial view in plan view of the surface (2) of the roller (1) with a topography (3). At least one branching transverse groove (3.2) can be arranged from at least one longitudinal groove (3.1). Preferably, several transverse grooves (3.2) branching off from the longitudinal groove (3.1) on at least one side can be arranged. The transverse grooves (3.2) can also branch off from the longitudinal groove (3.1) on both sides. In this case, at least two grooves (3.2) running next to one another over the circumference of the roller (1) can be arranged at a distance (L) between 20 and 10000 µm from one another. There are no limits to the design or shape of the extension of the transverse groove (3.2), as shown for example in 1 shown, but can be individually adapted to the application. Thus, the transverse groove (3.2) can have diagonal, transverse and/or optionally longitudinal components to the circumferential direction (U).

Die Ausführung der Längsrille (3.1) kann in ihrer Erstreckung auch sägezahn- oder wellenförmig ausgebildet sein, wobei entsprechend und nicht dargestellt einseitig oder beidseitig Querrillen abzweigen können. Auch andere Formen sind möglich.The longitudinal groove (3.1) can also be designed in a sawtooth or wave-shaped manner, whereby transverse grooves can branch off on one or both sides accordingly and are not shown. Other shapes are also possible.

Die mittlere Darstellung unten in 1 zeigt einen schematischen Querschnitt durch eine Längsrille (3.1) respektive Querrille (3.2), um die Bestimmung der Tiefe (T), welche zwischen 2 und 40 µm betragen kann, und der Breite (B), welche zwischen 10 und 10000 µm betragen kann, zu verdeutlichen. Dabei wird die Tiefe (T) vom höchsten Punkt der die Längsrille (3.1) bzw. Querrille (3.2) umgebenden Erhebung auf der Oberfläche (2) der Rolle (1) und der tiefste Punkt in bzw. innerhalb der in der Rolle eingebrachten Längsrille (3.1) bzw. Querrille (3.2) ermittelt. Die Breite (B) wird an der Oberfläche (2) zwischen zwei gegenüberliegenden Punkten, an denen die Krümmung respektive Radius und somit der Ansatz der Vertiefung der Längsrille (3.1) bzw. Querrille (3.2) ansetzt, ermittelt.The middle image below in 1 shows a schematic cross-section through a longitudinal groove (3.1) or transverse groove (3.2) to illustrate the determination of the depth (T), which can be between 2 and 40 µm, and the width (B), which can be between 10 and 10,000 µm. The depth (T) is determined from the highest point of the elevation surrounding the longitudinal groove (3.1) or transverse groove (3.2) on the surface (2) of the roller (1) and the deepest point in or within the longitudinal groove (3.1) or transverse groove (3.2) in the roller. The width (B) is determined on the surface (2) between two opposite points at which the curvature or radius and thus the start of the depression of the longitudinal groove (3.1) or transverse groove (3.2) begins.

Die untere rechte Darstellung in 1 zeigt eine Alternative zur orthogonal zur Achse (Z) der Rolle (1) nebeneinander verlaufenden Längsrillen (3.1), wobei die Längsrillen (3.1) in einem Winkel (α) zwischen 2° und 45° zur Umfangsrichtung (U) der Rolle (1) angeordnet sein können.The lower right image in 1 shows an alternative to the longitudinal grooves (3.1) running side by side orthogonal to the axis (Z) of the roller (1), wherein the longitudinal grooves (3.1) can be arranged at an angle (α) between 2° and 45° to the circumferential direction (U) of the roller (1).

In Versuchen im Labormaßstab, insbesondere in Anlehnung an Produktionsbedingungen, wurden erfindungsgemäße Rollen (1) mit einer Oberfläche (2) bereitgestellt, welche Oberflächen (2) mit folgenden Topographien (3) aufwiesen:

a) mehrere in Umfangsrichtung (U) der Rolle (1) nebeneinander verlaufende Längsrillen (3.1) mit einem konstanten Abstand (Q) von 150 µm, einer konstanten Tiefe (T) von 10 µm und einer konstanten Breite (B) von 30 µm aufwies, wobei die Längsrillen (3.1) in einem Winkel (α) von 5° zur Umfangsrichtung (U) der Rolle (1) angeordnet waren und somit die Längsrillen (3.1) quasi als nur eine durchgehende Längsrille (3.1) spiralförmig über den Umfang der Rolle (1) angeordnet war. Eine derartige Ausgestaltung einer Rolle kann beispielsweise als Pottrolle in einer Schmelztauchbeschichtungsanlage zur Umlenkung und somit zur Führung eines Metallbandes in einem (schmelz)flüssigen Medium verwendet werden;
b) mehrere in Umfangsrichtung (U) der Rolle (1) nebeneinander verlaufende Längsrillen (3.1) mit einem konstanten Abstand (Q) von 250 µm, einer konstanten Tiefe (T) von 10 µm und einer konstanten Breite (B) von 40 µm aufwies, wobei jeweils beidseitig von jeder Längsrille (3.1) mehrere über den Umfang der Rolle (1) abzweigende und nebeneinander verlaufende Querrillen (3.2) mit einem konstanten Abstand (L) von 500 µm zueinander angeordnet waren. Eine derartige Ausgestaltung einer Rolle kann beispielsweise als Bandlaufrolle in einem Durchlaufofen in einer Schmelztauchbeschichtungsanlage zur Führung eines Metallbandes in einer heißen Atmosphäre verwendet werden;
c) mehrere in Umfangsrichtung (U) der Rolle (1) nebeneinander verlaufende Längsrillen (3.1) mit einem konstanten Abstand (Q) von 200 µm, einer konstanten Tiefe (T) von 12 µm und einer konstanten Breite (B) von 50 µm aufwies, wobei jeweils einseitig von jeder Längsrille (3.1) mehrere über den Umfang der Rolle (1) abzweigende und nebeneinander verlaufende Querrillen (3.2) mit einem konstanten Abstand (L) von 400 µm zueinander angeordnet waren. Eine derartige Ausgestaltung einer Rolle kann beispielsweise als Einfädelrolle in einem Warmwalzwerk verwendet werden;
d) mehrere in Umfangsrichtung (U) der Rolle (1) nebeneinander verlaufende Längsrillen (3.1) mit einem konstanten Abstand (Q) von 300 µm im Mittelabschnitt der Rolle (1) und einem konstanten Abstand (Q) von 100 µm in den Randabschnitten der Rolle (1), einer konstanten Tiefe (T) von 15 µm und einer konstanten Breite (B) von 35 µm aufwies, wobei die mittlere Rauheit und damit auch die Rautiefe im Mittelabschnitt geringer ausgeführt war im Vergleich zu den Randabschnitten der Rolle (1). Auch der Traganteil verändert sich somit entlang der Achse der Rolle, wobei dieser an den Randabschnitten geringer ist im Vergleich zum Mittelabschnitt. Eine derartige Ausgestaltung einer Rolle kann beispielsweise in einem Walzwerk als Treiberrolle am Haspel verwendet werden.

In laboratory-scale tests, in particular based on production conditions, rolls (1) according to the invention were provided with a surface (2) which had surfaces (2) with the following topographies (3):

a) had a plurality of longitudinal grooves (3.1) running next to one another in the circumferential direction (U) of the roll (1) with a constant spacing (Q) of 150 µm, a constant depth (T) of 10 µm and a constant width (B) of 30 µm, wherein the longitudinal grooves (3.1) were arranged at an angle (α) of 5° to the circumferential direction (U) of the roll (1) and thus the longitudinal grooves (3.1) were arranged as just one continuous longitudinal groove (3.1) in a spiral shape over the circumference of the roll (1). Such a design of a roll can be used, for example, as a pot roll in a hot-dip coating system for deflecting and thus guiding a metal strip in a (molten) liquid medium;
b) had a plurality of longitudinal grooves (3.1) running next to one another in the circumferential direction (U) of the roller (1) with a constant spacing (Q) of 250 µm, a constant depth (T) of 10 µm and a constant width (B) of 40 µm, with a plurality of transverse grooves (3.2) branching off over the circumference of the roller (1) and running next to one another with a constant spacing (L) of 500 µm being arranged on both sides of each longitudinal groove (3.1). Such a design of a roller can be used, for example, as a strip guide roller in a continuous furnace in a hot-dip coating system for guiding a metal strip in a hot atmosphere;
c) had a plurality of longitudinal grooves (3.1) running next to one another in the circumferential direction (U) of the roll (1) with a constant spacing (Q) of 200 µm, a constant depth (T) of 12 µm and a constant width (B) of 50 µm, with a plurality of transverse grooves (3.2) branching off over the circumference of the roll (1) and running next to one another with a constant spacing (L) of 400 µm being arranged on one side of each longitudinal groove (3.1). Such a design of a roll can be used, for example, as a threading roll in a hot rolling mill;
d) several longitudinal grooves (3.1) running next to one another in the circumferential direction (U) of the roller (1) with a constant spacing (Q) of 300 µm in the central section of the roller (1) and a constant spacing (Q) of 100 µm in the edge sections of the roller (1), a constant depth (T) of 15 µm and a constant width (B) of 35 µm, whereby the average roughness and thus also the roughness depth in the central section was lower than in the edge sections of the roller (1). The contact area also changes along the axis of the roller, whereby this is lower at the edge sections than in the central section. Such a roller design can be used, for example, in a rolling mill as a driver roller on the reel.

Durch die Erfindung kann der Verschleiß verringert respektive verhindert werden, dadurch, dass im Prozess entstehender Abrieb- und/oder Schmutzpartikel, u. a. auch in flüssigen Medien, durch die in der Oberfläche (2) der Rolle (1) eingebrachten und nebeneinander verlaufenden Längsrillen (3.1) von der Oberfläche (2) der Rolle (1) abgeleitet werden und somit zu weniger Verschleiß an den Rollen (1) führt.The invention makes it possible to reduce or prevent wear by diverting abrasion and/or dirt particles that arise during the process, including in liquid media, from the surface (2) of the roller (1) through the longitudinal grooves (3.1) that run alongside one another and are introduced into the surface (2) of the roller (1), thus leading to less wear on the rollers (1).

Durch die Topographie (3) im Versuch a) kann im Beschichtungsprozess ein verbesserter Schichtaufbau/Schichthaftung/Lackhaftung gewährleistet werden, da die Verteilung der Beschichtung durch die Ausführung der Längsrillen (3.1) optimiert werden kann. Die auch in der Schmelze erzeugten Schmutz-/Abrieb-Partikel können zu einer Lenkung und Abführung von im Beschichtungsprozess entstehenden Gasbläschen führen. Diese werden dann den Schichtaufbau nicht mehr behindern, sondern mit durch die Ausführung der Topographie (3) abgeführt, so dass unbeschichtete Stellen vermieden werden können.The topography (3) in test a) can ensure an improved layer structure/layer adhesion/paint adhesion in the coating process, as the distribution of the coating can be optimized by the design of the longitudinal grooves (3.1). The dirt/abrasion particles also generated in the melt can lead to the steering and removal of gas bubbles that arise in the coating process. These will then no longer hinder the layer structure, but will be removed by the design of the topography (3), so that uncoated areas can be avoided.

Durch die Topographie (3) in Versuch b) kann der Verschleiß verbessert werden dadurch, dass die Traktion der Rolle (1) am Band und damit die Bandführung stabilisiert. Auf eine zur Bandführung beispielsweise konventionell verwendete Bombierung kann zum Teil verzichtet werden, bzw. der Verschleiß der Bombierung führt nicht mehr zur Prozessinstabilität, da die Topographie (3) die Bandführung stabilisiert.The topography (3) in test b) can improve wear by increasing the Traction of the roller (1) on the belt and thus the belt guidance is stabilized. A crowning, for example conventionally used for belt guidance, can be partially dispensed with, or the wear of the crowning no longer leads to process instability, since the topography (3) stabilizes the belt guidance.

Durch die Topographie (3) in Versuch c) kann die Traktion verbessert werden dadurch, dass die Topographie (3) eine höhere Rautiefe (Rz-Wert) im Vergleich zu konventionell eingesetzten Rollen aufwies. Die Topographie (3) mit Längsrillen (3.1) und Querrillen (3.2) begünstigt nicht nur eine Erhöhung der Rautiefe, sondern auch eine verbesserte Traktion.The topography (3) in test c) can improve traction because the topography (3) has a higher roughness depth (Rz value) compared to conventionally used rollers. The topography (3) with longitudinal grooves (3.1) and transverse grooves (3.2) not only promotes an increase in the roughness depth, but also improved traction.

Durch die Topographie (3) in Versuch d) kann das Metallband stabilisiert werden und eine Zentrierung des Metallbandes zur Aufhaspeln erzwungen werden.The topography (3) in test d) can stabilize the metal strip and force a centering of the metal strip for winding.

Bei allen Verwendungsbeispielen konnte eine Standzeit unter Laborbedingungen erzielt werden, welche der Standzeit der konventionell eingesetzten Rollen entsprach. Beim Ausbau aus den jeweiligen Versuchen a) bis d) wurde festgestellt, dass die gezielt eingebrachte Topographie (3) im Wesentlichen noch ausreichend vorhanden war und somit der Einsatz hätte fortgeführt werden können.In all examples of use, a service life was achieved under laboratory conditions that corresponded to the service life of the conventionally used rollers. When removing the rollers from the respective tests a) to d), it was found that the topography (3) that had been deliberately introduced was essentially still sufficiently present and that use could therefore have continued.

Die Ausführung der Topographie (3) auf der Oberfläche (2) der Rolle (1) kann gezielt eingestellt werden und individuell ausgebildet sein. Neben der Rautiefe (Rz-Wert) kann auch die mittlere Rauheit (Ra-Wert)/Traganteil gezielt eingestellt werden, insbesondere in den Randabschnitten der Rolle (1) höher gewählt werden als im Mittelabschnitt, so dass es zu einer sicheren Stabilisierung des Bandlaufes kommen kann, da die u.a. die höhere mittlere Rauheit respektive höhere Rautiefe und/oder geringerer Traganteil in den Randabschnitten die Umlaufgeschwindigkeit im Außenbereich des Metallbandes verlangsamt und somit eine Zentrierung in die Mitte der Rolle (1) hin erzwingen kann.The design of the topography (3) on the surface (2) of the roll (1) can be specifically adjusted and individually designed. In addition to the roughness depth (Rz value), the average roughness (Ra value)/bearing ratio can also be specifically adjusted, in particular it can be selected to be higher in the edge sections of the roll (1) than in the middle section, so that the strip run can be reliably stabilized, since the higher average roughness or higher roughness depth and/or lower bearing ratio in the edge sections slows down the rotational speed in the outer area of the metal strip and can therefore force centering towards the middle of the roll (1).

Zur Bestimmung der Rautiefe und der mittleren Rauheit wird auf die DIN EN ISO 4288 Bezug genommen.To determine the surface roughness and the average roughness, reference is made to DIN EN ISO 4288.

Claims

Roller (1) with a surface (2) for guiding strips, in particular metal strips, wherein the surface (2) has a topography (3) with several longitudinal grooves (3.1) running next to one another in the circumferential direction (U) of the roller (1), characterized in that at least one branching transverse groove (3.2) is arranged from at least one longitudinal groove (3.1).

Role after Claim 1 , wherein the longitudinal grooves (3.1) are arranged at an angle (α) between 2° and 45° to the circumferential direction (U) of the roller (1).

Roller according to one of the preceding claims, wherein at least two of the longitudinal grooves (3.1) running next to one another in the circumferential direction (U) of the roller (1) are arranged at a distance (Q) between 20 and 10000 µm from one another.

Role after Claim 1 , wherein a plurality of transverse grooves (3.2) branching off from the longitudinal groove (3.1) on at least one side are arranged.

Role after Claim 4 , wherein at least two transverse grooves (3.2) running next to one another over the circumference of the roller (1) are arranged at a distance (L) between 20 and 10000 µm from one another.

Roller according to one of the preceding claims, wherein the longitudinal grooves (3.1) and the optional transverse grooves (3.2) have a depth (T) between 2 and 40 µm.

Roller according to one of the preceding claims, wherein the longitudinal grooves (3.1) and the optional transverse grooves (3.2) have a width (B) between 10 and 10000 µm.

Method for producing a roll (1) with a surface (2) for guiding strips, in particular metal strips, wherein a roll blank is provided, wherein the surface of the roll blank is machined such that a topography (3) with several longitudinal grooves (3.1) running next to one another in the circumferential direction (U) of the roll (1) is produced on the surface (2), characterized in that at least one branching transverse groove (3.2) is arranged from at least one longitudinal groove (3.1).

Procedure according to Claim 8 , using a thermal process to treat the surface.

Procedure according to Claim 8 , using a mechanical process to finish the surface.

Procedure according to Claim 8 , using a chemical process to treat the surface.

Use of a roller (1) with a surface (2) according to one of the Claims 1 until 7 , in particular produced according to a process according to one of the Claims 8 until 11 , for guiding strips, especially metal strips.

Use according to Claim 12 , wherein the roller (1) is designed as a threading roller, as a guide roller, as a driver roller, as a control roller, as a top roller, as a pot roller, as a deflection roller, as a tape tension roller or as a part thereof.