DE2705197C3

DE2705197C3 - Verfahren zur Wärmebehandlung von Streifen aus duktilem Metall

Info

Publication number: DE2705197C3
Application number: DE2705197A
Authority: DE
Inventors: Peter Karl Ferdinand Dr.-Ing. 3400 Goettingen Limbach
Original assignee: Alcan Research and Development Ltd
Current assignee: Alcan Research and Development Ltd
Priority date: 1976-12-29
Filing date: 1977-02-08
Publication date: 1979-08-09
Also published as: DE2705197A1; US4182635A; GB1593380A; DE2705197B2; IT1089742B; CA1090682A; FR2375924A1

Description

Die Erfindung betrifft die Behandlung von duktilen Metallstreifen, bei denen der Streifen einer Erhitzungsstufe unterworfen wird, während er durch eine Heizzone in Form einer Kettenlinie läuft. Ein typisches Beispiel eines Verfahrens, für welches die vorliegende Erfindung anwendbar ist, ist die Ofenhärtung von mit einem Farbfilm beschichteten Aluminiumstreifen. Normalerweise wird ein Farbfilm auf einen Aluminiumstreifen mittels einer gleichsinnig laufenden Walzenauftragsmaschine aufgetragen. Der Streifen wird von einer Spule abgezogen, läuft durch die Walzenauftragsvorrichtung, durch welche ein Farbfilm auf seine Oberfläche aufgetragen wird und durchläuft dann einen Heiztunnel, um den Farbfilm einzubrennen. Während des Durchgangs durch den Tunnel bildet der Streifen eine Kettenlinie, welche zwischen den, hinter den beiden Enden des Tunnels vorhandenen Walzen aufgehängt ist. Da es außerordentlich schwierig ist, ein einheitliches quer verlaufendes Temperaturprofil innerhalb des Heiztunnels aufrechtzuerhalten, findet man gewöhnlich beim Ofenhärten von angestrichenen Metallstreifen, daß die Temperatur, die auf die Kanten des Streifens einwirkt, niedriger ist, und zwar gewöhnlich 5 bis 20⁰C niedriger, als die die auf die Mitte des Streifens einwirkt.

In vielen Fällen sind mit einem Anstrich versehene Aluminiumstreifen, die in einem Heiztunnel ofengehärtet wurden, nicht so flach wie gewünscht und insbesondere neigen die Streifen dazu, wellig zu sein, entweder an den Kanten oder zur Mitte hin.

Bei der normalen Praxis der AJuminiumbeschichtung mittels einer Walzenauftragsmaschine wird das Metall vom oberen Ende einer Spule abgezogen, so daß der Farbfilm auf die Oberfläche aufgetragen wird, die in der Spule nach außen liegt Wird ein Metallstreifen zu einer Spule geformt so wird die äußere Oberfläche des

ίο Streifens im Verhältnis zu der Innenoberfläche etwas gedehnt Wird eine Länge des Streifens durch Zug von der Spule abgezogen, so führt die natürliche Elastizität des Streifens zu einem Spannungsunterschied zwischen der äußeren und der inneren Oberfläche. Wird die Spannung nachgelassen, so nimmt der Streifen wieder die Längskrümmung an. Läßt man eine Kraft einwirken, um den Streifen zu glätten, so findet eine Querkrümmung statt so daß in dem Fall, bei dem der Streifen als eine Kettenlinie gehalten wird, eine Krümmung erfolgt die sich sowohl längs wie auch in der Breite erstreckt Die Krümmung in der Breite ist konvex an der äußeren Oberfläche des Streifens.

Wird eine Länge des Streifens als eine Kettenlinie gehalten, nachdem er vom äußeren Ende der Spule abgezogen worden ist, so wird infolgedessen die konvexe transversale Krümmung an dessen äußerer Oberfläche sein und die Länge des Streifens zur Mitte hin ist geringer als zu den Kanten hin, wobei unterstellt wird, daß die Kettenlinie an beiden Enden flach zwischen den Ausführungswalzen gehalten wird.

Daraus folgt, daß, wenn die äußere Oberfläche in der Kettenlinie nach oben gerichtet ist, die Längsspannungskräfte in der Kettenlinie an den Kanten größer sind als in der Mitte, wegen der größeren Länge der Kanten. Wird der Streifen daher durch die Einwirkung von Wärme erweicht, insbesondere, wenn die Temperatur in der Mitte höher ist als an den Kanten, so besteht die Wahrscheinlichkeit, daß sich das Metall an den Kanten verformt um die Ungleichheit der Zugeinwirkung zu vermindern. Die Verformung an den Kanten des Streifens kann zu einer permanenten Dehnung an diesen Regionen führen, und wenn der Streifen abgekühlt wird und die Längsspannung auf ihn nachgelassen hat, ergibt sich ein welliges Aussehen der Streifenkanten.

Ist die Temperatur beim Ofenbrennen des Streifens an dessen Mittellinie größer als an den Kanten, so findet nach dem Brennen eine unterschiedliche Kontraktion statt. Diese unterschiedliche Kontraktion oder Zusammenziehung vergrößert die Wirkung der Kantenverformung und dadurch erhält der Streifen nach dem Abkühlen ein wellenförmiges Aussehen. Auch aus einem anderen Gesichtspunkt führt eine höhere Temperatur im Zentrum gegenüber der Temperatur an den Kanten

>5 zu einer Erhöhung des Verformungsunterschiedes zwischen den Kanten und der Mitte, wenn nämlich die transversale Krümmung, wegen der Verformung der Spule konvex an der Oberfläche des Streifens vorliegt. Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, diese

wi Neigung zur Welligkeit zu vermindern.

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt in der in den Patentansprüchen angegebenen Weise.
Durch die erfindungsgemäßen Maßnahmen wird die pannungsungleichheit in dem erwärmten Streifen

""' vermindert, so daß die Neigung zu lokalisierten Verformungen abnimmt.

Je enger die unterschiedliche Dehnung zwischen den Kanten und der Mitte der Kettenlinie in dem

Wärmetunnel der unterschiedlichen Zusammenziehung, die hinter dem Tunnel stattfindet, angeglichen wird, um so größer sind die Aussichten, Verformungen an den Kanten zu vermeiden, aber selbst bei einer nur teilweisen Anpassung, die sich dadurch ergibt, daß die transversale konvexe Wölbung sich an der Unterseite der Kettenlinie befindet, kann man eine bemerkenswerte Verbesserung hinsichtlich der Flachheit des Produktes erzielen.

Die einfachste Verfahrensweise, um die gewünschte transversale konvexe Wölbung an der Unterseite des Streifens in der Kettenlinie zu erzielen, besteht darin, daß man den Metallstreifen vom unteren Ende der Spule abzieht Der Grad der »Spulenverformung«, der dem Metallstreifen, während er als Spule vorlag, verliehen wurde, variiert beachtlich, je nach den Bedingungen, unter denen das Aufspulen stattfindet, und kann infolgedessen auch von Spule zu Spule verschieden sein. Diese Schwierigkeit kann man in einem gewissen Maße überwinden, indem man Jie Spule wärmebehandelt und damit die Spulenverformung stabilisiert Nach einer thermischen Behandlung nimmt die Spulenverformung allmählich in dem Maße zu, wie der Durchmesser der Spule abnimmt und es gibt kein Mittel, um diesen Unterschied zu kompensieren. Trotzdem wurde festgestellt daß man eine erhebliche Verbesserung der Flachheit erzielt, wenn man die Spule zunächst wärmebehandelt, um die Spulenverformung zu stabilisieren und dann den Streifen vom unteren Ende der Walzenbeschichtungsvorrichtung zuführt. Eine geeignete Wärmebehandlung zum Stabilisieren der Spulenverformung besteht darin, daß man die Spule 2 Stunden bei 180° C hält

Es ist jedoch bekannt, daß ein vorbestimmter Grad an Spulenverformung einen Metallstreifen mittels einer Planierwalze verliehen werden kann, einer Vorrichtung, die üblicherweise eingesetzt wird, um die Spulenverformung bei metallstreifenverarbeitenden Fertigungsstraßen zu unterbinden. Bei einer Planierwalze wird der Metallstreifen in entgegengesetzter Richtung beim Passieren einer Anzahl von Walzen, beispielsweise einer Reihe von 5 Walzen von 80 bis 160 rjim Durchmesser, gebogen. Eine solche Vorrichtung kann man anwenden, um jeden gewünschten Grad einer durch die Spulenverformung bedingten Krümmung zu erzielen. Dadurch hat man die Möglichkeit, die von der Spulenverformung ausgehende Krümmung ziemlich genau den Anforderungen anzupassen, die sich aus dem nicht gleichmäßigen Temperaturprofil in dem Heiztunnel ergeben.

Nach einer weiteren Ausführungsform kann die durch die Spulenverformung erzielte Krümmung, die durch Planierwalzen oder ähnliche Vorrichtungen verursacht wurde, automatisch ändern, entsprechend den erhaltenen Temperatursignalen aus dem Einbrenntun.iei, so daß den Änderungen des transversalen Temperaturprofils automatisch durch eine Änderung der transversalen Wölbung des Streifens in der Kettenlinie entsprochen werden kann.

Die Zeichnungen haben die folgende Bedeutung.

F i g. 1 zeigt im Diagramm einen Streifen der in Form einer Kettenlinie durch einen Heiztunnel geleitet wird;

F i g. 2 zeigt einen idealisierten Querschnitt, wie er gemäß der vorliegenden Erfindung erzielt wird;

F i g. 3 zeigt im Diagramm einen Querschnitt des Streifens in der Mitte der Kettenlinie, wenn der Streifen von der Spule von oben abgezogen wird;

Fig.4 ist ein Diagramm für eine Vorrichtung zum Beschichten eines Streifens gemäß der vorliegenden Erfindung;

F i g. 5 ist ein Diagramm für eine andere Vorrichtung.

In Fig. 1 wird ein Diagramm gezeigt bei dem ein

Streifen 1 durch einen Wärmetunnel 2 geführt wird. Der Streifen ist unter Spannung und wird durch die Walzen 3 außerhalb des Wärmetunnels gehalten. Fig.2 und 3 stellen stark übertriebene zeichnerische Darstellungen des Querschnittes des Streifens in der Mitte der Kettenlinie dar. Im Falle der Fig.3 kommt diese Form

ίο zustande, indem man das Metallband vom oberen Teil der Spule abzieht (also Abziehen des Materials vom oberen Teil der Spule, so daß die innere Oberfläche des Streifens an der Unterseite der Kettenlinie ist). Die Anordnung der F i g. 3 ist eine unerwünschte Anord-ηung, die zu einer permanenten Dehnung der Streifenkanten führen kann, wodurch im Endprodukt wellige Kanten vorkommen. F i g. 2 zeigt eine gewünschte Anordnung gemäß der vorliegenden Erfindung, die besonders geeignet ist um die Welligkeit der Kanten zu vermindern, wenn die Temperatur T₂ in der Mitte des Streifens größer ist als die Temperatur 71 an den Kanten.

Fig.4 zeigt eine typische Anordnung für eine kontinuierliche Herstellung von beschichteten Streifen.

Der Streifen 1 wird von der Vorratsspule 4 abgezogen, läuft über die Walze 5 und durchläuft eine oder mehrere Reinigungs- und Vorbehandlungsstufen, die zeichnerisch mit 6 bezeichnet werden. Der Streifen 1 wird dann mittels einer Walzenbeschichtungsanlage 7 beschichtet Diese kann in verschiedenen Formen vorliegen. Im dargestellten Beispiel besteht sie aus einer Aufnahmewalze 8, einer Dosierwalze 9 und einer Auftrügwalze 10, die sich alle im gleichen Sinne drehen, so daß ihre sich gegeneinander berührenden Oberflächen, in entgegengesetzten Richtungen drehen. Die Oberfläche der Auftragwalze 10 bewegt sich in entgegengesetzter Richtung zur Oberfläche des Streifens vom Berührungspunkt. Von der Walzenbeschichtungsvorrichtung 7 läuft der Streifen zu dem Heiztunnel 2, um die aufgetragene Beschichtung in der Wärme zu härten, so daß das Material nach dem Verlassen des Tunnels aufgespult werden kann.

Es ist leicht erkennbar, daß die äußere Seite des Streifens beschichtet wird, wenn der Streifen 1 in

·> > üblicher Weise von oben von der Spule abgezogen wird. Andererseits wird die innere Seite des Streifens beschichtet, wenn man den Streifen entlang der Linie la von der Unterseite der Spule abzieht und die transversale Wölbung, welche sich durch die Spulenver-

Ί» formung ergibt, ist an der Unterseite der Kettenlinie innerhalb des Tunnels 2.

In F i g. 5 wird ein System gezeigt das identisch ist mit dem in Fig.4, mit der Ausnahme, daß die für die Planierung verwendeten Walzen 11 so angeordnet sind,

η daß sie an den vorbehandelten Streifen vor dessen Beschichtung einwirken. Die Planierwalzenvorrichtung 11 besteht aus einer Anzahl von Walzen geringen Durchmessers, die so angeordnet sind, daß der Streifen bei jeder Berührung mit jeder Walzenoberfläche etwas

i,(i gebogen wird. In der Planierwalzenvorrichtung wird die Spulenverformung wirksam entfernt, bevor der Streifen die letzte Walze der Anordnung erreicht Die letzte Walze ist vertikal einstellbar, so daß man einen gewünschten Wert der Spulenverformung dem Streifen

■ ■ verleihen kann, während er um die Wabe, die mit 12 bezeichnet ist, gebogen wird. Wie bereits vorher erwähnt, kann die Stellung der WaWe automatisch eingestellt werden, entsprechend den Temperaturmes-

sungen, die in Abständen an quer verlaufenden Stellungen in dem Heiztunnel gemacht wurden. In diesem Falle ist es unwichtig, ob der Streifen von oben oder von unten von der Spule abgezogen wird, weil das Ausmaß der durch die Spulenverformung entstandenen Wölbung von der WiItx 12 bestimmt wird.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Wärmebehandlung von Streifen aus duktilem Metall, wie Aluminium, wobei die Metallstreifen in Form einer Kettenlinie durch einen Heiztunnel geführt werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallstreifen so geformt werden, daß sie eine transversale Wölbung aufweisen, die konvex an der Unterseite der Kettenlinie ist, so daß die Streifen entlang der Mittellinie länger sind als an den Kanten, wodurch der Einfluß des Temperaturgefälles von der Mitte zu den Seiten des Heiztunneis ausgeglichen wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die transversale Wölbung der Metallstreifen durch die Spulenverformung der Vorratsspulen der Metallstreifen aufgrund des Aufspuiens hervorgerufen wird, wobei die Streifen von der Spule so abgezogen werden, daß die äußere Oberfläche des aufgespulten Streifens an der Unterseite des Streifens in der Kettenlinie liegt

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet daß die Spulenverformung der Vorratsspulen durch eine Wärmebehandlung stabilisiert wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die transversale Wölbung der Metallstreifen durch eine Walzenplaniervorrichtung bewirkt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die transversale Wölbung der Metallstreifen durch Steuerung der Walzenplaniervorrichtung in bezug auf die Temperaturverhältnisse im Heiztunnel variiert wird.

6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die obere Oberfläche des Streifens vor dem Eintritt in den Heiztunnel einem Beschichtungsverfahren unterworfen wird.