EP0474625B1

EP0474625B1 - Verfahren zum Richten von, insbesondere endlosen, Bändern

Info

Publication number: EP0474625B1
Application number: EP91890196A
Authority: EP
Original assignee: Berndorf Band GmbH
Current assignee: Berndorf Band GmbH
Priority date: 1990-09-06
Filing date: 1991-09-02
Publication date: 1994-11-09
Anticipated expiration: 2011-09-02
Also published as: EP0474625A2; EP0474625A3; ATE113877T1; DE59103482D1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Richten von, insbesondere endlosen, metallischen Bändern für Produktionsanlagen, z. B. Bandpressen, Doppelbandpressen.
Metalle haben die Eigenschaften, daß sie sich unter Krafteinwirkung plastoelastisch verformen. Diese Eigenschaft wird für unterschiedlichste Formgebungsvorgänge eingesetzt. Ein weitverbreitetes Verfahren ist das sogenannte Tiefziehen, wobei ein Blech in einer schnellen Verformung von einem Stempel in eine Form eingezogen wird. Eine andere Formgebung besteht darin, daß beispielsweise die Kraft nicht mechanisch, sondern durch eine Detonation aufgebracht wird, und das Blech so in eine darunter angeordnete Form gedrückt wird.
Ein weiteres Verfahren besteht darin, daß z. B. ein Rohrstück durch Einwirkung einer Hydraulikflüssigkeit in einer Form gedehnt wird, so daß eine Erweiterung des Querschnittes an vorbestimmten Stellen durchgeführt wird.
Ein weiteres Verfahren zur Formgebung, das beispielsweise in der DE-29 06 509 A1 bzw. DE-32 13 896 A1 beschrieben ist, besteht darin, zu verformende Bereiche eines Bleches durch Kugelstrahlen zu formen, wobei in die Oberfläche des zu verformenden Bleches Druckeigenspannungen aufgebracht werden und eine Auswölbung des Bleches entgegen die Richtung des Kugelstrahlens eintritt. Derartige Verfahren können zur Freiformung von Blechen verwendet werden und eignen sich besonders zur Verformung von schwer formbaren Materialien, wie beispielsweise Titan.
Bei Gegenständen, die eine besonders hohe Präzision aufweisen müssen, ist die Präzision während der Fertigung nicht ausreichend, sondern es muß ein Richten erfolgen. Dieses Richten ist sowohl für stabförmige Produkte, wie beispielsweise Schwerstangen für die Erdölindustrie, aber auch flächige Gebilde, wie sie beispielsweise in endlosen Bändern bei Doppelbandpressen mit isochorem System zum Einsatz kommen. Bei metallischen Gegenständen werden, wenn diese einer plastisch elastischen Formung unterliegen, insbesondere bei Kaltumformungen Spannungen eingebracht. Diese Spannungen können durch eine längere Wärmebehandlung beseitigt werden, wonach ein Richten der Gegenstände erfolgen kann. Die mechanischen Eigenschaften entsprechen allerdings sodann nicht dem erwünschten Eigenschaftsniveau, so daß eine metallurgische Nachbehandlung, wie beispielsweise Härten und Anlassen, durchgeführt werden muß, wodurch erneut Deformationen bedingt sind. Diese Deformationen müssen sodann auf mechanischem Wege durch Aufbringen von Kräften ausgerichtet werden. Diese Richtarbeiten erfordern trotz hoher Automatisierung, wie sie beispielsweise in der DE-24 52 435 beschrieben, eine besonders hohe Erfahrung. Eine stufenweise Ermittlung der Deformation mit anschließender stufenweiser Aufbringung von Kräften bedingt eine wesentliche Vereinfachung, jedoch muß bei sämtlichen Richtarbeiten von plastoelastischem Material berücksichtigt werden, daß mit Aufbringung der Kräfte eine plastische und eine elastische Verformung eintritt. Während der Kraftbeaufschlagung ist lediglich die Summe der plastischen und elastischen Verformung meßbar, wobei mit Nachlassen der Kraft erst die plastische Verformung bestimmt werden kann und sodann erneut festgestellt werden muß, ob die erwünschte plastische Verformung eingetreten ist. Dieses plastoelastische Verhalten gilt besonders für Materialien, die keine hohe Duktilität aufweisen, wie beispielsweise Stahllegierungen, auch rostfreie Edelstähle, hochfeste Legierungen u. dgl.
Das Richten von Blechen, insbesondere endlosen Bändern, die eine hohe Genauigkeit aufweisen sollen, gestaltet sich außerordentlich schwierig, da durch die Kraftaufbringung an einem Bereich in das Blech zusätzliche Spannungen eingebracht werden, so daß gegebenenfalls mit dem Richten in einem Bereich eine Deformation in einem anderen Bereich auftritt. Eine hohe Präzision von Blechbändern ist insbesondere bei den Bandpressen, insbesondere Doppelbandpressen, erwunscht, da in diesen Blechen Produkte mit hoher gleichförmiger Dicke erzeugt werden. Unterschiedliche Dicken der Erzeugnisse bedingen nicht nur einen höheren Materialverbrauch, sondern führen in vielen Fällen zur Unbrauchbarkeit des Produktes. Als Beispiel sei hiefür nur die fertigung für Filme genannt.
Auch im Laufe des Produktionsverfahrens, z. B. bei der Produktion von Spanplatten, Laminate, treten bei den Bändern von Bandpressen Deformationen auf, die auf unterschiedliche mechanische und thermische Belastung der Bänder bezüglich des Mitten- und Seitenbereiches zurückzuführen sind. Es kommt zu einer Längenerstreckung der Seitenbereiche, wodurch eine Wölbung der Fläche in Querrichtung eintritt. In Produktionsbetrieben ist es nun bekannt, daß derartig gewölbte Bleche gewendet werden, womit durch den Zug der Rollen, insbesondere der Endrollen, einer Bandanlage Kräfte auf das Band ausgeübt werden, die zum Richten von dem Band durch kontinuierliche Krafteinwirkung führt.
Die vorliegende Erfindung hat sich zum Ziel gesetzt, ein Verfahren zum Richten von, insbesondere endlosen, metallischen Bändern für Produktionsanlagen od. dgl. zu schaffen, das eine gezielte Krafteinwirkung mit einer geringsten elastischen Deformation bedingt, ein Richten des Bleches ohne aufwendige Widerlager unterhalb desselben ermöglicht und die Zugkräfte, insbesondere in den Oberflächenschichten, so gering wie möglich hält.
Das erfindungsgemäße Verfahren zum Richten von, insbesondere endlosen, metallischen Bändern für Produktionsanlagen od. dgl., z. B. Bandpressen, Doppelbandpressen, wobei die zu richtenden Bereiche bestimmt und diese über eine Einrichtung mit Kräften beaufschlagt werden, wobei zwischen dem Band und der die Kraft ausübenden Einrichtung eine Relativbewegung durchgeführt wird, besteht im wesentlichen darin, daß die Kräfte in Form einer Vielzahl von Impulsen, insbesondere zumindest 1 bis 10 Impulse pro mm²m an der Oberfläche angreifen und in der beaufschlagten Oberfläche Druckeigenspannungen und damit Verformungen der beaufschlagten Bandbereiche entgegen der Richtung der Krafteinwirkung bedingt werden. Durch die an sich bekannte Relativbewegung zwischen dem zu richtenden Band und der die Kräfte ausübenden Vorrichtung kann insbesondere bei gleichmäßigem Verzug von Bändern auf besonders einfache Art und Weise die in Längsrichtung durchlaufende Kraftausübung durchgeführt werden. Dadurch, daß die Kräfte in Form einer Vielzahl von Impulsen an der Oberfläche des Bandes angreifen, kann während des Richtens die elastische Verformung besonders gering gehalten werden, wobei durch die aufgebrachten Druckeigenspannungen in der Oberflächenschichte ein Kräfteausgleich innerhalb des Bleches erreicht werden kann und gleichzeitig der Vorteil erreicht wird, daß beispielsweise das Korrosionsverhalten, insbesondere das Spannungsrißkorrosionsverhalten, wesentlich verbessert wird. Entgegen der sonst üblichen Vorgangsweise ist bei dem Einbringen von Druckeigenspannungen über eine Vielzahl von Impulsen die Deformation des Bleches entgegen die Richtung der Krafteinwirkung.
Werden die Impulse auf die Oberfläche über einen Fluidstrom mit festen, insbesondere runden, Teilchen, z. B. Glas- oder Stahlkugeln, beispielsweise mit einem Durchmesser von 200 µm bis 400 µm, aufgebracht, so kann ein herkömmliches Verfahren verwendet werden, wobei mit einem Gasstrom das sogenannte Kugelstrahlen vorliegt, wohingegen beispielsweise bei einem Flüssigkeitsstrom oder einem dampfförmigen Medium zusätzliche Behandlungen der Oberfläche des Bleches möglich sind. Ein derartiger Fluidstrom läßt sich besonders einfach durch Ändern der Austrittsöffnung in seiner Auftrefffläche variabel gestalten, wodurch eine Anpassung an die Größe des Bleches und an die üblicherweise auftretenden Deformationen besonders einfach durchgeführt werden kann.
Werden die Impulse auf die Oberfläche über stille elektrische Entladungen aufgebracht, so kommt ein anderes in der Technik bekanntes Verfahren zur Einbringung von Druckeigenspannungen zum Einsatz, wobei dieses Verfahren besonders für geringe Veränderungen in der Oberfläche bei höher schmelzenden Legierungen vorteilhaft sind. Die Größe des Impulses kann hiebei sowohl über die Stromstärke als auch über die Spannung und gegebenenfalls über die Ausbildung der Elektrode variabel gehalten werden.
Werden die Impulse auf die Oberfläche mechanisch, z. B. über einen von einem Schlagwerk betätigten Hammer, aufgebracht, so tritt nur eine geringe wärmemäßige Belastung der Oberfläche auf, wobei gleichzeitig keine festen Teilchen, die anschließend gesammelt werden müssen, bedingt sind, so daß ein besonders staub- und teilchenfreies Verfahren gegeben ist, das insbesondere zum Einsatz bei extremen Bedingungen, beispielsweise in staubfreien Räumen od. dgl., geeignet ist.
Werden die festen Teilchen, gegebenenfalls mit dem Fluid, von der Oberfläche, insbesondere während der Beaufschlagung, abgesaugt, so kann auch ein Kugelstrahlen selbst in Räumen mit erhöhtem Reinheitsanforderungen durchgeführt werden, wobei eine Steuerung der Impulse auch im Zusammenwirken zwischen Druck des Fluides, das die Teilchen transportiert und dem Saugdruck ermöglicht ist.
Werden die Teilchen im wesentlichen ringförmig um die mit den Teilchen beaufschlagten Stelle abgesaugt, so ist eine exakte Positionierung der Teilchen auf der Oberfläche möglich, wobei die reflektierten Teilchen, die gleichzeitig vom Fluid abgelenkt werden, rings um den Strahl gelangen, besonders einfach und wirksam abgesaugt werden können.
Wird die Anzahl der Impulse durch die Verweilzeit der Vorrichtung über die zu richtenden Bereiche des Bandes gesteuert, so können die Parameter der Vorrichtung zur Ausübung der Impulse konstant gehalten werden, und es ist lediglich erforderlich, entweder die Vorrichtung oder das Band in der Geschwindigkeit der Relativbewegung zueinander zu ändern.
Wird das endlose Band in einer Produktionsanlage, z. B. Bandpresse, bewegt, wobei die Umlaufgeschwindigkeit und die Bandspannung den Betriebsbedingungen während der Erzeugung von Produkten mit der Produktionsanlage entspricht, so kann entweder ein Ausrichten der Bänder unter Produktionsbedingungen erfolgen, oder was auch von besonders hoher Bedeutung ist, kann das Richten der Bänder während des normalen Produktionsvorganges durchgeführt werden, so daß keine Stillstandszeiten, wie sie beispielsweise beim Wenden der endlosen Bänder bedingt sind, verursacht werden.
Wird die Vorrichtung zur Beaufschlagung mit Impulsen, insbesondere nach einem oder mehreren ganzen Durchlauf(-läufen), quer zur Umlaufrichtung bewegt, so wird beim Richten des Bandes der im wesentlichen gleichmäßigen Deformation in einer Längsrichtung besonders einfach Rechnung getragen, so daß ein kontinuierlicher Spannungsausgleich, wie er gerade bei Richtarbeiten von besonderem Vorteil ist, einfach und betriebssicher durchführbar ist.
Wird die Beaufschlagung mit Impulsen, beginnend an den Randbereichen des Bandes, durchgeführt, so werden die Bereiche der größten Deformation bei einem Band, wie sie nach Produktionseinsatz vorliegen, zuerst ausgerichtet, so daß ein Spannungsausgleich von außen nach innen durchgeführt wird.
Wird das endlose Band während des Rücklaufes in den Erzeugungsbereich, z. B. der Formgebung von Bahnen, mit Impulsen beaufschlagt, so ist die geringste Störung während der Produktion gegeben, wobei gleichzeitig keine konstruktiven Änderungen der Presse, z. B. Doppelbandpresse, wie anderer Einlauf- oder Auslaufbereich, erforderlich wird.
Im folgenden wird die Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert.
Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Längsansicht einer Doppelbandpresse mit Kugelstrahlanlage,
Fig. 2 eine Queransicht der Vorrichtung gemäß Fig. 1,
Fig. 3 eine Halterung für den Strahlkopf der Vorrichtung gemäß Fig. 1 und
Fig. 4a gemäß Linie IV - IV von Fig. 1 das Band vor dem Richten bzw.
Fig. 4b gemäß Linie IV - IV von Fig. 1 das Band nach dem Richten.

Die Doppelbandpresse für die Erzeugung von Spanplatten gemäß den Fig. 1 und 2 weist ein Maschinenbett 1 auf, in welchem ein oberes endloses Band 2 durch die Umlenkwalzen 6 bzw. 6′ und ein unteres endloses Band 3 durch die Umlenkwalzen 7 und 7′ gespannt und in gleichem Sinne im Umlauf gehalten werden. Das Band weist eine Breite von 2,5 m und eine Länge von 45 m auf. Die Umlaufgeschwindigkeit beträgt 6,0 m/min. Die auf die Bänder ausgeübte Zugspannung beträgt 10 N/mm². Die Bänder bestehen aus einer Edelstahllegierung folgender Zusammensetzung:
Wie aus Fig. 1 und 2 ersichtlich, wird sowohl das obere Band 2 als auch das untere Band 3 in der Produktionsposition durch Rollen 25 und in der Rücklaufposition durch Rollen 26 gestützt. Im Bereich des Rücklaufes sind Kugelstrahlanlagen 4 und 5 angeordnet. An der Unterseite der Doppelbandpresse ist im Maschinentunnel 8 des Fundamentes 9 eine Lagerung 10 auf L-förmigen Trägern 23 angeordnet, an welcher eine Lineareinheit 11 befestigt ist. Diese trägt einen Träger 12, an welchem zwei Strahlköpfe 13 schwenk- und querverschiebbar zur Längsrichtung der Doppelbandpresse angeordnet sind. Wie deutlich ersichtlich, ist die untere Kugelstrahlanlage im unmittelbaren Anschluß an die Umlenkwalze 7 angeordnet. Die obere Kugelstrahlanlage 4 ist von der Umlenkwalze 6 weiter entfernt und zwischen zwei Rollen 26 angeordnet. Der Strahlkopf 13 ist über die Aufnahme 16 mit der Lineareinheit 15 befestigt, die ihrerseits über C-förmige Träger 14 mit dem Maschinenbett 1 verbunden sind. Der Strahlkopf oberhalb des oberen Bandes 2 weist dieselbe Beweglichkeit, wie der des unteren Bandes auf. Wie besonders deutlich Fig. 2 entnehmbar, werden die Strahlköpfe 13 über Versorgungsleitungen 21 vom Strahlgerät 18 mit den festen Teilchen als auch mit dem Trägergas versorgt. Als feste Teilchen dienen Glaskugeln mit einem Durchmesser von 300 µm, und es werden die Glaskugeln durch das Fluid mit einer Geschwindigkeit von 150 m/sek gegen die Oberfläche des Stahlbandes geschleudert. Die Auftrefffläche des Strahles auf den Bändern, die kreisförmig ist, weist einen Durchmesser von 12 mm auf, und der Strahlkopf ist als Saugstrahlkopf ausgebildet und weist eine ringförmige Absaugung auf, durch welche mit einem Unterdruck gegenüber dem Atmosphärendruck von 0,1 bar abgesaugt wird, wobei in der Leitung 21 eine entsprechende Saugleitung mit einem größeren Volumen als die der Versorgungsleitung vorgesehen ist. Die Querbewegung der Strahlköpfe kann durch Servomotoren 24 erfolgen.
Wie der Fig. 3 besonders deutlich entnehmbar, in welcher die Strahlanlage 5 für das untere Band 3 dargestellt ist. Am Träger 20 ist ein C-förmiger Träger 19 befestigt, der die Lineareinheit 11 trägt. Der Schlitten 22 weist einen Träger 12 auf, der den Strahlkopf 13 trägt, welcher sowohl in Richtung a höhenverstellbar und in Richtung b seitenverstellbar ist. Der Strahlkopf ist weiters drehund schwenkbar angeordnet. Die Bewegung des Strahlkopfes quer zur Längserstreckung des Bandes erfolgt mit dem Servomotor 24.
In Bewegungsrichtung des Bandes vor dem Strahlkopf ist ein im Querschnitt H-förmiges Lineal angeordnet, mit welchem die Abweichung von der Linearität bestimmt wird. Die Bestimmung der Linearität kann sowohl mechanisch als auch auf optischem Wege, z. B. über Interferenzen, je nach dem welche Genauigkeit bei der Messung erforderlich ist, erfolgen.
In Fig. 4a ist ein Band 3 im Querschnitt dargestellt, das bereits stark verformt ist und im Mittelbereich nicht mehr auf den Rollen zum Anliegen kommt.
Bei dem in Fig. 4b dargestellten Band ist eine Wölbung in die Gegenrichtung durchgeführt worden, um eine längere Einsatzzeit des Bandes bis zur zulässigen Gegenwölbung zu erreichen.
Durch das Kugelstrahlen werden in den Oberflächenbereichen Druckeigenspannungen eingebracht, die eine Wölbung des Bandes in Gegenrichtung zur Strahlrichtung bedingen.
Ein Band mit der umseitig angegebenen Länge, Breite, chemischer Zusammensetzung und Umlaufgeschwindigkeit sowie einer Dicke von 1,2 mm und einer Maximalverformung ohne Zugbelastung des Bandes in der Mitte desselben von 1.050 mm gegen einen geraden Querschnitt bei parabolischer Verformung, wurde unter bereits angeführten Bedingungen wie folgt dem Richtvorgang unterworfen. Die einzelnen Bahnen der Beaufschlagung durch die Teilchen beim Kugelstrahlen waren nebeneinander angeordnet.
Beim ersten Richtvorgang wurden Bahn neben Bahn mit 10 Impulsen pro mm², u. zw. über die gesamte Breite des Bandes, beaufschlagt.
Bei einem zweiten Durchgang, welcher sich lediglich auf die beiden Randbereiche bis 600 mm zum Inneren erstreckte, wurde ebenfalls Bahn neben Bahn gelegt, mit 10 Impulsen pro mm².
Bei dem dritten Durchgang wurden ebenfalls Bahn neben Bahn gelegt, wobei lediglich ein Randbereich von 400 mm mit 10 Impulsen pro mm² beaufschlagt wurde und
in einem vierten Durchgang wurde lediglich ein Randbereich von jeweils 250 mm mit 10 Impulsen pro mm² beaufschlagt.
Durch die so in die Oberfläche eingebrachten Druckeigenspannungen konnte eine plane Ausrichtung des endlosen Bandes erreicht werden.
Ein Richten von anderen ebenen Flächen durch Strahlen, wobei die Anomaliestellen nicht unbedingt längsgestreckt, sondern auch kreisförmig geformt sein können, ist ebenfalls durch Aufbringen von Druckeigenspannungen möglich.
Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich besonders für Werkstoffe, die durch Kaltumformung zum Aufbau von Druckeigenspannungen neigen, wie beispielsweise Stahllegierungen, Duraluminiumlegierungen u. dgl. Obwohl ein Kugelstrahlen ein besonders einfaches und gut eingeführtes Verfahren darstellt, können die Impulse auch beispielsweise durch pneumatisch oder mechanisch betätigte Hämmer ausgeführt werden, wobei auch hier die Masse des Hammers, die Geschwindigkeit sowie die Größe der Auftrefffläche für den Impuls maßgebend ist.
Werden die Impulse nicht mechanisch, sondern beispielsweise durch stille elektrische Entladungen bedingt, so kann durch Spannungs- und Stromstärkenwahl sowie Größe der Elektrodenspitze die Größe der Impulse festgelegt werden.

Claims

Verfahren zum Richten von, insbesondere endlosen, metallischen Bändern (2, 3) für Produktionsanlagen od. dgl., z. B. Bandpressen, Doppelbandpressen, wobei die zu richtenden Bereiche bestimmt werden, und diese über eine Einrichtung (4, 5) mit Kräften beaufschlagt werden, wobei zwischen dem Band (2, 3) und der die Kraft ausübenden Einrichtung eine Relativbewegung durchgeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Kräfte in Form einer Vielzahl von Impulsen, insbesondere zumindest 1 bis 10 Impulse pro mm² an der Oberfläche des Bandes angreifen und in der beaufschlagten Oberfläche Druckeigenspannungen und damit Verformungen der beaufschlagten Bandbereiche entgegen der Richtung der Krafteinwirkung bedingt werden.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Impulse auf die Oberfläche über einen Fluidstrom mit festen, insbesondere runden, Teilchen, z. B. Glas- oder Stahlkugeln mit einem Durchmesser von 200 µm bis 300 µm, aufgebracht werden.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Impulse auf die Oberfläche über stille elektrische Entladungen aufgebracht werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Impulse auf die Oberfläche mechanisch, z. B. über einen von einem Schlagwerk betätigten Hammer, aufgebracht werden.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die festen Teilchen, gegebenenfalls mit dem Fluid von der Oberfläche, insbesondere während der Beaufschlagung, abgesaugt werden.
Verfahren nach Anspruch 2 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß um die mit den Teilchen beaufschlagten Stelle im wesentlichen ringförmig die Teilchen abgesaugt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzahl der Impulse über die Verweilzeit der Vorrichtung über die zu richtenden Bereiche gesteuert wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das endlose Band in Produktionsanlagen, z. B. Bandpressen, bewegt wird, wobei die Umlaufgeschwindigkeit und die Bandspannung den Betriebsbedingungen während der Erzeugung von Produkten mit der Produktionsanlage entspricht.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Beaufschlagung mit Impulsen, insbesondere nach einem oder mehreren ganzen Durchlauf(-läufen) des Bandes quer zur Umlaufrichtung bewegt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Beaufschlagung mit Impulsen, beginnend an den Randbereichen des Bandes, durchgeführt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß das endlose Band während des Rücklaufes in den Erzeugungsbereich, z. B. der Formgebung von Bahnen, mit Impulsen beautschlagt wird.