EP0393301A2 - Verfahren und Vorrichtung zum kontinuierlichen Zugrecken von dünnen Bändern, insbesondere von metallischen Bändern - Google Patents

Abstract

Es handelt sich um ein Verfahren zum kontinuierlichen Zugrecken von metallischen Bändern (M), wonach das jeweilige Band einen Bremsrollensatz (A) und einen Zugrollensatz (B) durchläuft und zwischen beiden Rollensätzen im Zuge seiner Reckung im plastischen Bereich einem Streckzug unterworfen wird, welcher der Streckgrenze des Bandmaterials entspricht. Das Band wird in einem zwischen dem Bremsrollensatz (A) und dem Zugrollensatz (B) zwischengeschaltetetn Zugreckrollenpaar (C) lediglich dem zu seiner Reckung im plastischen Bereich erforderlichen Streckzug unterworfen. Dadurch wird die Querdehnung im Wege der plastischen Reckung minimiert, so daß nicht länger Mittenschüsseln oder im Falle der Bandlängsteilung ungleich lange Seitenkanten auftreten.

Description

• Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum kontinuierlichen Zugrecken von dünnen Bändern, insbesondere von metallischen Bändern aus Stahl, Aluminium od. dgl. Metallen mit einer Banddicke zwischen 0,05 mm und 0,5 mm, wonach das jeweilige Band einen Bremsrollensatz und einen Zugrollensatz durchläuft und zwischen beiden Rollensätzen im Zuge seiner Reckung im plastischen Bereich einem Streckzug unterworfen wird, welcher der Streckgrenze bzw. Fließgrenze des Bandmaterials ent­spricht oder diese Streckgrenze geringfügig übersteigt.
• Zum Planieren von dünnen metallischen Bändern werden Zugreck­anlagen mit einem Bremsrollensatz und einem Zugrollensatz eingesetzt. Beide Rollensätze weisen zwei oder mehr Rollen auf, die mit gestaffelten Drehmomenten und folglich Streck­zügen beaufschlagt werden, so daß schließlich der für die ge­wünschte Reckung erforderliche Streckzug zwischen dem Brems­rollensatz und dem Zugrollensatz erreicht wird. Im Zuge des Reckvorganges wird die plastische Längung des betreffenden Bandes aus der Reduzierung der Banddicke und Bandbreite be­zogen. Während die Banddickenreduzierung nicht behindert wird, wird die Bandbreitenreduzierung in Querrichtung durch die Reibung zwischen dem Band und den betreffenden Rollen so behindert, daß sich vom Bandrand zur Bandmitte hin wachsende Querspannungen aufbauen und folglich im mittleren Bandbereich größere plastische Verformungen als im Randbereich auftreten. Tatsächlich wird die Bandbreitenreduzierung in Querrichtung insbesondere deshalb behindert, weil man mit möglichst wenig Rollen hohe Streckzüge aufbauen will und folglich Rollen ein­setzt, deren Rollenmäntel mit einem Reibbelag aus Gummi, Kunststoff od. dgl. versehen sind. Hierbei hat die letzte Rolle des Bremsrollensatzes sowie die erste Rolle des Zugrol­lensatzes den maximalen Streckzug auf das Band gemäß einer Staffelung des Reibwertes e^µα zu übertragen. Jedenfalls wer­den die erzeugten Streckzüge so eingestellt, daß die jeweili­ge Streckgrenze bzw. Fließgrenze des betreffenden Bandes zwi­schen der letzten Bremsrolle und der ersten Zugrolle erreicht wird und eine beliebig einstellbare Bandlängung erfolgt. Die hierbei auftretenden Längsspannungen verursachen die erwähn­ten Querspannungen, welche vom Bandmaterial abhängig sind. Das Verhältnis von ε_Quer zu ε _Längs′ der sogenannte Pois­son'sche Beiwert µ, liegt für Metalle im Bereich zwischen 0,25 - 0,3. Wird einem Band eine Längsspannung aufgeprägt, so erfolgt eine Bandeinschnürung sowohl im elastischen als auch im plastischen Bereich. Da das Band am Quergleiten auf den Rollen gehindert wird, bauen sich die Querspannungen vom Rand zur Mitte hin ansteigend auf. In Verbindung mit den Längsspannungen entstehen hierdurch in der Bandmitte größere Längsformänderungen. Das gilt sowohl für die elastische als auch für die plastische Verformung, so daß im Zuge des Reck­vorganges mehr oder minder starke Mittenschüsseln auftreten, die insbesondere bei Bändern für lithographische Zwecke nicht tragbar sind. Außerdem treten bei der Reckung im plastischen Bereich Restspannungen in Längsrichtung auf, die ungleich­mäßig über die Bandbreite verteilt sind. Schneidet man ein solches Band für verschiedene Druckformate in Längsstreifen, so weisen die jeweils innenliegenden Kanten geringfügig län­gere Seiten als die außenliegenden Kanten auf, was ebenfalls stört. Dieser Effekt wird noch dadurch verstärkt, daß sich das Band in die elastische Beschichtung der Rollenmäntel ein­drücken kann, so daß sich die Bandkanten im Randbereich stär­ker als im mittleren Bandbereich in die Rollenmäntel einpres­sen.
• Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum kontinuierlichen Zugrecken von dünnen Bändern, insbesondere von metallischen Bändern, der eingangs beschriebenen Art anzugeben, wonach die bei plastischer Reckung auftretenden Bandqueränderungen auf ein Minimum redu­ziert und folglich die Bildung von Mittenschüsseln sowie von über die Bandbreite ungleichmäßig verteilten Restspannungen nahezu eliminiert werden.
• Diese Aufgabe löst die Erfindung bei einem gattungsgemäßen Verfahren dadurch, daß das Band in einem zwischen dem Brems­rollensatz und dem Zugrollensatz zwischengeschalteten Zug­reckrollenpaar lediglich dem zu seiner Reckung im plastischen Bereich erforderlichen Streckzug unterworfen wird. In diesem Zusammenhang lehrt die Erfindung mit selbständiger Bedeutung, daß mit dem Zugreckrollenpaar etwa 5 % - 25 % des maximalen Streckzuges für die plastische Reckung und mit dem Bremsrol­lensatz und Zugrollensatz 75 % - 95 % des maximalen Streckzu­ges für die elastische Reckung des Bandes erzeugt werden. - Im Rahmen der Erfindung wird, also nunmehr durch den Brems­rollensatz und den Zugrollensatz jener Streckzug erzeugt, welcher für die elastische Verformung des durchlaufenden Ban­des erforderlich ist. Den Rollen des Bremsrollensatzes und des Zugrollensatzes kommt also ein verhältnismäßig hoher Streckzuganteil zu. Das stört jedoch deshalb nicht, weil das Band im Zuge seiner elastischen Verformung keine bleibenden Queränderungen erfährt. Dagegen erfolgt die plastische Ver­formung des Bandes im Zuge des Reckvorganges lediglich im Be­reich des Zugreckrollenpaares, dem der restliche und verhält­nismäßig niedrige Streckzuganteil zukommt. Es wird also der für die gewünschte Reckung des Bandes erforderliche Streckzug auf einerseits den Bremsrollensatz und Zugrollensatz für die elastische Reckung und andererseits auf das Zugreckrollenpaar für die plastische Reckung des betreffenden Bandes aufge­teilt. In diesem Zusammenhang geht die Erfindung von der Er­kenntnis aus, daß für die Reckung im plastischen Bereich, also um die Streck- bzw. Fließgrenze des Bandmaterials zu er­reichen und ggf. geringfügig zu überschreiten, lediglich ein niedriger Spannungsanteil erforderlich ist. Daraus resultiert bei durch das Bandmaterial vorgegebenem Elastizitätsmodul ei­ne entsprechend geringe Querdehnung. Daraus wiederum resul­tiert eine verhältnismäßig gleichmäßige Spannungsverteilung über die Bandbreite, so daß die Mittenschüsseln praktisch nicht mehr auftreten und unterschiedlich lange Bandseiten nach Bandlängsteilung nicht mehr zu befürchten sind. Folglich steht ein einwandfreies Produkt selbst für lithographische Zwecke zur Verfügung.
• Gegenstand der Erfindung ist auch eine Zugreckanlage, welche zur Durchführung des beanspruchten Verfahrens besonders ge­eignet ist und in ihrem grundsätzlichen Aufbau einen Brems­rollensatz und einen Zugrollensatz aufweist. Diese Zugreckan­ lage ist dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Bremsrol­lensatz und dem Zugrollensatz ein Zugreckrollenpaar angeord­net ist. Die Verspannung von Bremsrollensatz, Zugreckrollen­paar und Zugrollensatz kann in bekannter Weise erfolgen. Um Bandqueränderungen im Zuge des plastischen Reckens und folg­lich im Bereich des Zugreckrollenpaares auch durch eine ge­eignete Rollenausbildung zu minimieren, sieht die Erfindung vor, daß die Zugreckrollen metallische Rollenmäntel aufwei­sen, deren Oberfläche gehärtet oder hart beschichtet und feinstbearbeitet ist. Dadurch wird die Reibung zwischen dem betreffenden Band und dem Zugreckrollenpaar so minimiert, daß sich nicht länger aufgrund von Reibungseinflüssen vom Band­rand zur Bandmitte hin wachsende Querspannungen aufbauen, sondern vielmehr eine im wesentlichen gleichmäßige Spannungs­verteilung über die Bandbreite erreicht wird. In diesem Zu­sammenhang sieht die Erfindung vor, daß die Rollenmäntel der Zugrollen aus einer Metallegierung mit niedrigem Reibungsko­effizienten wie z. B. aus austenitischem Gußeisen mit Lamel­len- oder Kugelgraphit, Bronze-Legierungen od. dgl. bestehen. Dadurch wird zugleich ein Gleiten ohne Freßneigung ermög­licht. Der Gleiteffekt läßt sich dadurch weiter optimieren, daß die Zugreckrollen vorzugsweise mit einem Gleitmittel, z. B. einer Öl-Emulsion beaufschlagbar sind, die zugleich das Anbacken loser Partikel verhindert. - Zweckmäßigerweise ist der Durchmesser der Zugreckrollen 1500 mal größer als die maximale Banddicke, damit die an der plastischen Zugreckung noch beteiligte Biegung auf den Zugreckrollen nur geringen Einfluß auf die Längskrümmung bzw. Planlage hat.
• Im folgenden wird die Erfindung anhand einer lediglich ein Ausführungsbeispiel darstellenden Zeichnung näher erläutert; es zeigen
• Fig. 1 eine erfindungsgemäße Zugreckanlage in schematischer Aufsicht mit einer hydraulischen Verspannung,
• Fig. 2 den Gegenstand nach Fig. 1 in Seitenansicht ohne die Verspannung,
• Fig. 3 einen Querschnitt durch ein Metallband auf einer Rolle mit elastischem Rollenmantel und daraus resultierendem Spannungsaufbau im Zuge des Reckvorganges,
• Fig. 4 einen Querschnitt durch ein Metallband auf einer er­findungsgemäßen Zugreckrolle mit gleitfreundlichem Rollenmantel und erfindungsgemäßem Spannungsaufbau im Zuge des Reckvorganges und
• Fig. 5 eine abgewandelte Ausführungsform des Gegenstandes nach Fig. 1.
• In den Figuren ist eine Zugreckanlage zum kontinuierlichen Zugrecken von dünnen Metallbändern M aus insbesondere Stahl, Aluminium od. dgl. mit einer Banddicke zwischen 0,05 mm und 0,5 mm dargestellt. Diese Zugreckanlage weist in ihrem grund­sätzlichen Aufbau einen Bremsrollensatz A mit Bremsrollen 1, 2, 3, 4 und einen Zugrollensatz B mit Zugrollen 7, 8, 9, 10 auf. Zwischen dem Bremsrollensatz A und dem Zugrollensatz B ist ein Zugreckrollenpaar C mit Zugreckrollen 5, 6 ange­ordnet. Zumindest die Zugreckrollen 5, 6 weisen metallische Rollenmäntel 11 auf, deren Oberfläche gehärtet oder hart be­schichtet und feinstbearbeitet ist. Im einzelnen kann es sich bei den Rollenmänteln 11 um eine Metallegierung mit niedrigem Reibungskoeffizienten wie z. B. aus austenitischem Gußeisen mit Lamellen- oder Kugelgraphit, Bronze-Legierungen od. dgl. handeln. Die Zugreckrollen 5, 6 können mit einem Gleitmittel beaufschlagbar sein. Der Durchmesser der Zugreckrollen 5, 6 ist 1500 mal größer als die maximale Banddicke gewählt. - Im Rahmen der Erfindung können der Bremsrollensatz A und der Zugrollensatz B grundsätzlich zwei oder mehr Brems- bzw. Zug­rollen aufweisen. Die Verspannung kann in bekannter Weise er­folgen.
Beispiel:
• Es sei angenommen, daß der für die gewünschte Zugreckung er­forderliche Streckzug 16 t beträgt. Ferner sei bei einem Streckzug von 16 t die Streckgrenze bzw. Fließgrenze des Bandmaterials erreicht, also
  16 t ≃ 100 % σs
  Es sei σs = 20 kp/mm² und der Elastizitätsmodul E = 6900 kp/­mm² für beispielsweise Al als Bandmaterial. Die Streckzugver­teilung bei einer herkömmlichen Zugreckanlage, also ohne Zwi­schenschaltung eines Zugreckrollenpaares C sei die folgende:

  Rolle	Sz	ΔSz
  1	- 2 t	1 t
  2	- 4 t	2 t
  3	- 8 t	4 t
  4	- 16 t	8 t
  5	+ 16 t	8 t
  6	+ 8 t	4 t
  7	+ 4 t	2 t
  8	+ 2 t	1 t

• In diesem Fall ergeben sich die folgenden Längs- und Querdeh­nungen:
  Rolle 4/5 ΔS_z = 8 t ≃ 50 % σS = 10 kp/mm²

  

  Querdehnung ε_q = 0,000435
  bei µ = 0,3
  Längenänderung/1000 mm ΔL = 1,45
  Breitenänderung/1000 mm ΔB = 0,435 mm
• Nach der Erfindung mit zwischengeschaltetem Zugreckrollen­paar C:

  Rolle	Sz	ΔSz
  1	2 t	1 t
  2	4 t	2 t
  3	8 t	4 t
  4	15,2 t	7,2 t
  5	16,0 t	0,8 t
  6	16,0 t	0,8 t
  7	15,2 t	7,2 t
  8	8 t	4 t
  9	4 t	2 t
  10	2 t	1 t

  Rollen 5/6 ΔS_z = 0,8 t = 5 % σ_s = 1 kp/mm²

  

  Querdehnung ε_q = 0,0000435
  bei µ = 0,3
  Längenänderung/1000 mm ΔL = 0,145 mm
  Breitenänderung/1000 mm ΔB = 0,0435 mm
• Dieses Beispiel macht unmittelbar deutlich, daß die Querdeh­nung pro 1000 mm Bandbreite bei der herkömmlichen Zugreckan­lage um den Faktor 10 größer als bei der erfindungsgemäßen Ausführungsform ist. Tatsächlich wird bei der erfindungsge­mäßen Ausführungsform die Querdehnung um den Faktor $\frac{\text{1}}{\text{10}}$

  

  redu­ziert, weil das Band in dem zwischen dem Bremsrollensatz A und dem Zugrollensatz B zwischengeschalteten Zugreckrollen­paar C lediglich dem zu seiner Reckung im plastischen Bereich erforderlichen Streckzug unterworfen wird, nämlich etwa 5 % - 25 % des maximalen Streckzuges für die plastische Reckung, während mit dem Bremsrollensatz und Zugrollensatz 75 % - 95 % des maximalen Streckzuges jedoch lediglich für die elastische Reckung des Bandes erzeugt werden.
• In Figur 5 ist eine Zugreckanlage dargestellt, welcher selb­ständige erfinderische Bedeutung zukommt. Bei dieser Zugreck­anlage arbeiten auf die Bremsrollen 1, 2, 3, 4 zuggeregelte Bremsantriebe 12 und auf die Zugrollen 7, 8, 9, 10 zuggere­gelte Zugantriebe 13 und auf die Zugreckrollen 5, 6 ein ge­schwindigkeitsgeregelter Reckantrieb 14, und zwar unter Zwi­schenschaltung eines Überlagerungsgetriebes 15. Auf eine der Zugrollen 7 arbeitet ein geschwindigkeitsgeregelter Hauptmo­tor 16 als Speedmaster für den Zugrollensatz B. Bei dieser Zugreckanlage sind also der Bremsrollensatz A und der Zug­rollensatz B zuggeregelt, während das Zugreckrollenpaar C über ein Differentialgetriebe verbunden ist und der Reckan­trieb 14 als Verspannungsmotor den jeweils gewünschten Reck­grad durch Geschwindigkeitsregelung erzeugt. Wenn der Reckan­trieb 14 arbeitet, erfolgt also plastische Reckung. Entspre­chend dem Rollendurchmesser und den Getriebeübersetzungen wird der Reckantrieb 14 mit dem prozentualen Anteil der Dreh­zahl des Hauptmotors 16 eingestellt, so daß der Reckantrieb 14 über den gesamten Geschwindigkeitsbereich eine gleichmäßi­ge Zugreckung bewirkt. Das Überlagerungsgetriebe 15 besteht im wesentlichen aus einem Planetengetriebe und einer Kegel­rad-Verbindungswelle, über welche sich die Zugreckrollen 5, 6 abstützen.

Claims (9)

1. Verfahren zum kontinuierlichen Zugrecken von dünnen Bän­dern, insbesondere von metallischen Bändern aus Stahl, Alumi­nium od. dgl. Metallen mit einer Banddicke zwischen 0,05 mm und 0,5 mm, wonach das jeweilige Band einen Bremsrollensatz und einen Zugrollensatz durchläuft und zwischen beiden Rol­lensätzen im Zuge seiner Reckung im plastischen Bereich einem Streckzug unterworfen wird, welcher der Streckgrenze des Bandmaterials entspricht oder diese Streckgrenze geringfügig übersteigt, dadurch gekennzeichnet, daß das Band in einem zwischen dem Bremsrollensatz und dem Zugrollensatz zwischengeschalteten Zugreckrollenpaar dem zu seiner Reckung im plastischen Bereich erforderlichen Streck­zug unterworfen wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mit dem Zugreckrollenpaar etwa 5 % - 25 % des Streckzuges für die plastische Reckung und mit dem Bremsrollensatz und Zugrollen­satz 75 % - 95 % des Streckzuges für die elastische Reckung des Bandes erzeugt werden.

3. Zugreckanlage zur Durchführung des Verfahrens nach An­spruch 1 oder 2, mit einem Bremsrollensatz und einem Zugrol­lensatz, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Bremsrol­lensatz (A) und dem Zugrollensatz (B) ein Zugreckrollenpaar (C) angeordnet ist.

4. Zugreckanlage nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Zugreckrollen (5, 6) metallische Rollenmäntel aufweisen, deren Oberfläche gehärtet oder hart beschichtet und feinstbe­arbeitet ist.

5. Zugreckanlage nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeich­net, daß die Rollenmäntel der Zugreckrollen (5, 6) aus einer Metallegierung mit niedrigem Reibungskoeffizienten wie z. B. aus austenitischem Gußeisen mit Lamellen- oder Kugelgraphit, Bronze-Legierungen od. dgl. bestehen.

6. Zugreckanlage nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Zugreckrollen (5, 6) mit einem Gleit­mittel, z. B. einer Öl-Emulsion, beaufschlagbar sind.

7. Zugreckanlage nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser der Zugreckrollen (5, 6) 1500 mal größer als die maximale Banddicke ist.

8. Zugreckanlage nach einem der Ansprüche 3 bis 7 und unab­hängig davon, dadurch gekennzeichnet, daß auf die Bremsrollen (1, 2, 3, 4) zuggeregelte Bremsantriebe (12) und auf die Zug­rollen (7, 8, 9, 10) zuggeregelte Zugantriebe (13) und auf die Zugreckrollen (5, 6) ein geschwindigkeitsgeregelter Reck­antrieb (14) unter Zwischenschaltung eines Überlagerungsge­triebes (15) arbeiten.

9. Zugreckanlage nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß auf eine der Zugrollen (7) ein geschwindigkeitsgeregelter Hauptmotor (16) als Speedmaster für den Zugrollensatz (B) ar­beitet.

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