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WO2016124447A1 - Verfahren und vorrichtung zum prägewalzen eines bandes - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zum prägewalzen eines bandes Download PDF

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WO2016124447A1
WO2016124447A1 PCT/EP2016/051556 EP2016051556W WO2016124447A1 WO 2016124447 A1 WO2016124447 A1 WO 2016124447A1 EP 2016051556 W EP2016051556 W EP 2016051556W WO 2016124447 A1 WO2016124447 A1 WO 2016124447A1
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WO
WIPO (PCT)
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rolling
roll
strip
control roller
angle
Prior art date
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Ceased
Application number
PCT/EP2016/051556
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English (en)
French (fr)
Inventor
Kai-Friedrich Karhausen
Gernot NITZSCHE
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Speira GmbH
Original Assignee
Hydro Aluminium Rolled Products GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
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First worldwide family litigation filed litigation Critical https://patents.darts-ip.com/?family=55229715&utm_source=google_patent&utm_medium=platform_link&utm_campaign=public_patent_search&patent=WO2016124447(A1) "Global patent litigation dataset” by Darts-ip is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.
Application filed by Hydro Aluminium Rolled Products GmbH filed Critical Hydro Aluminium Rolled Products GmbH
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Priority to EP16701520.5A priority patent/EP3253505B1/de
Priority to KR1020177024848A priority patent/KR102046588B1/ko
Priority to JP2017540702A priority patent/JP6452212B2/ja
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    • B21B45/0245—Lubricating devices
    • B21B45/0248—Lubricating devices using liquid lubricants, e.g. for sections, for tubes
    • B21B45/0251—Lubricating devices using liquid lubricants, e.g. for sections, for tubes for strips, sheets, or plates

Definitions

  • the invention relates to a method for embossing a strip with a roll stand comprising a first work roll and a second work roll, wherein between the first work roll and the second work roll, a roll gap is defined with a pass line. Furthermore, the invention relates to a device for
  • Embossing rolls of a strip in particular for carrying out a method according to the invention, having a rolling stand comprising a first work roll and a second work roll, wherein a roll gap with a pass line is defined between the first work roll and the second work roll.
  • Rolld strips and sheets can be provided with a certain surface structure during the production in a final rolling pass, in particular a last cold-rolled pass.
  • a roll stand is used, wherein at least one of the work rolls of the roll stand has a defined surface structure, which is introduced by the rolling pass in the surface of the strip or sheet.
  • Such a surface structure can prepare the tape or the sheet for a certain further processing.
  • Such a surface structure can prepare the tape or the sheet for a certain further processing.
  • aircraft or rail vehicle construction plates are required, which have a very good forming behavior and allow high degrees of deformation.
  • body and chassis parts In visible, painted components, such as externally visible body panels, is added that the forming of the
  • the embossing stitch also advantageously influences the forming behavior of the strip with the specific surface structure introduced by the embossing roll stitch, ie the roll pattern produced by the embossing roll. If the strip or a sheet metal produced from the strip is converted in further processing, the surface structure of the strip introduced during rolling down, for example, the friction between the sheet metal and the forming tool. In particular, the
  • the surface structure preferably formed so that the sheet can be better wetted with lubricants during forming.
  • the surface may have depressions in the form of lubrication pockets, which can absorb lubricants.
  • the work rolls of the roll stand are subject to wear and thus have a surface structure which changes over time during operation.
  • the surface structure of the work rolls over time can absorb material of the belt or impurities and thereby over time
  • the band which is fed to the rolling stand is usually subject to fluctuations, which makes it difficult to achieve a uniform rolling pattern.
  • the supplied tape may for example vary in dimensions such as the thickness, the width or the curvature or the profile or in the strength, which in turn can vary the rolling pattern during rolling.
  • a control of the surface structure can be made only over the width of the tape.
  • EP 0 908 248 A2 describes a device and a method for rolling a strip, in which the upper side and lower side of the strip and the respective work rolls are provided with separately controllable spraying devices
  • Lubricant be supplied.
  • the dosage of the lubricant can be used to reduce any differences in the roll pattern from the top and bottom of the belt.
  • This device or this method is in particular in relation to the process reliability in need of improvement. Therefore, the technical problem underlying the present invention is to specify a method and a device for rolling in which the
  • a control roller is arranged in the rolling direction in front of the nip of the work rolls, the tape is guided over the control roller at an entry angle ß relative to the pass line in the nip of the mill and the surface structure of the tape through the choice of the entry angle ⁇ is controlled as a function of the positioning of the control roller relative to the pass line.
  • the rolling mill used in the method according to the invention comprises a first work roll and a second work roll.
  • the work rolls contact the belt during performance of the process, for example, the first work roll is in contact with the top of the belt and the second work roll is in contact with the bottom of the belt.
  • At least one of the work rolls has a structured surface.
  • a cold roll pass is made with the roll stand.
  • a lubricant is used in rolling in the roll stand.
  • Rotary axes are then parallel to one another and together with perpendicular to the axes of rotation arranged connecting lines between the axes of rotation of the outlet plane of the roll gap.
  • the entry angle ⁇ has values not equal to zero. According to the invention, the tape is fed via a control roller into the nip of
  • Run-in angle ß the roll pass with respect to the desired surface structure can be adjusted without the rolling stand is changed or that other devices located in front of the rolling stand, such as drain rollers, especially for a change in the inlet angle ß need to be adjusted.
  • other devices located in front of the rolling stand such as drain rollers, especially for a change in the inlet angle ß need to be adjusted.
  • Einlaufwinkels ß are uniformly held on the tax role. Also, simple work rolls without a bending device can be used to change the rolled section. In particular, two work rolls with unequal surface roughness can be used to make a tape with the same
  • a positionable control roller can be retrofitted into an existing rolling mill and thus the range of application of the existing rolling train can be easily expanded.
  • the technical effect of the positioning of the control roller or the change of the inlet angle ß is based in particular on a control of the lubricant inlet into the roll gap.
  • the lubricant intake is essentially determined by three contributions. These are the intake by surface-active substances which actively bind lubricant on the surface of the work rolls and / or the strip,
  • Lubricant feeder This is dependent on the contact angle between the surface of the respective work roll with the surface of the belt.
  • inventive method is therefore an inlet angle ß greater than
  • Gripping angle ⁇ arccos [1 - [Ah / Dw]] of a work roll, where Ah is the difference between the thickness of the strip before rolling and the thickness of the strip after rolling in mm (reduction in diameter) and Dw the diameter of the work roll in mm is.
  • Ah the difference between the thickness of the strip before rolling and the thickness of the strip after rolling in mm (reduction in diameter) and Dw the diameter of the work roll in mm is.
  • Ah the difference between the thickness of the strip before rolling and the thickness of the strip after rolling in mm (reduction in diameter) and Dw the diameter of the work roll in mm is.
  • Ah the difference between the thickness of the strip before rolling and the thickness of the strip after rolling in mm (reduction in diameter)
  • Dw the diameter of the work roll in mm is.
  • the gripping angle ⁇ is correspondingly small.
  • Variation of the insertion angle ß the rolling pattern of the second side of the band are set practically independent of the first page. Consequently, in this embodiment, in particular, a uniform rolling pattern can be provided on both sides of the belt with a simplified control.
  • the entry angle ⁇ is changed in 0.1 ° increments, particularly preferably in 0.05 ° increments, so that a very precise influencing of the surface roughness of the top and bottom of the band can take place.
  • the surface topography of rolled strips is mainly dependent on the
  • the properties of a surface topography can be determined by different characteristics.
  • a common characteristic is the mean roughness R a according to DIN EN ISO 4287 and DIN EN ISO 4288. This characteristic value is defined by the following equation:
  • Z (x) is a profile of the surface, i. a one-dimensional section through the function Z (x, y).
  • L is the length of the integration interval.
  • the value for S a results from a two-dimensional measurement of the surface, ie the topography Z (x, y).
  • the calculation of the value S a is based on the following equation, where A is the size of the integration surface:
  • the roughness R a or S a of the surfaces of the work rolls for example, in the range of at least 0.1 ⁇ to 10.0 ⁇ maximum, preferably at least 0.4 ⁇ to a maximum of 4.0 ⁇ , more preferably at least 0.6 ⁇ to maximum 3.0 ⁇ lie.
  • Work rolls can be more than 0.1 ⁇ ⁇ in particular in connection with an inlet angle ß, in particular more than 0.3 ⁇ . It is also conceivable that a structured surface is introduced only in one of the work rolls.
  • the entry angle ß can be adjusted so that the contact angle between the less rough work roll and the tape above the gripping angle ⁇ is and thus this side of the tape with one of the further change of Einlaufwinkels ß practically independent Walzsent experiences.
  • the rolling pattern of the side of the belt, which is in contact with the rougher work roll can be controlled.
  • at least one discharge roller is used, which passes through the belt in front of the control roller.
  • a drainage roller or an arrangement of a plurality of drainage rollers serves to guide the belt and to regulate the belt tension, wherein the belt in particular passes through a plurality of drain rollers and is alternately bent between them.
  • At least one discharge roller offers the possibility of presetting the entry angle ⁇ , so that the entry angle ⁇ can be set in very small angular steps via the control roller and at the same time the at least one discharge roller ensures that the tax role is met
  • the at least one discharge roller is positioned such that an inlet angle ⁇ is set via the at least one discharge roller when the control roller does not touch the belt and an entry angle ⁇ is set by the positioning of the control roller, the difference between the entry angles ß and ßß is at least 0.5 °, preferably 1.0 °.
  • an approximately horizontal pass line is assumed below, where a negative entry angle ⁇ is an entry of the strip from a position above the pass line and a positive entry angle ⁇ is an entry of the strip
  • Inlet angle ßß is set.
  • a control roller is above the tape, ie, the control roller is then positioned to contact the top of the tape. It can now be set with the control roller, which is located between the drain roller and the rolling stand, an inlet angle ß become. If the difference between the entry angles ⁇ and ⁇ ß is at least 0.5 °, preferably 1.0 °, the control roller has enough traction on the belt to prevent slippage between the belt and the control roller. Thus, unwanted grinding or scratching effects are avoided by the control roller on the surface of the belt.
  • a duo rolling stand is used as the rolling stand.
  • Duo rolling stands are simple in construction and correspondingly economical.
  • the rolling pattern on the belt can be controlled sufficiently well by the control roller despite the low gripping angle. It can therefore be dispensed with more complicated, maintenance-intensive and more expensive quarto and six-high rolling stands.
  • a rolling stand with two identical work rolls is used.
  • the work rolls can be designed the same in terms of diameter and length, but not necessarily have the same structured surface, for example, profiles with the same roughness. As a result, the work rolls are easily replaceable since only one type of work roll needs to be provided.
  • inventive method be compensated by a change in the inlet angle ß. This can also be compensated for quality variations in the preparation of the surfaces of the top and bottom rollers.
  • the inventive method be compensated by a change in the inlet angle ß. This can also be compensated for quality variations in the preparation of the surfaces of the top and bottom rollers.
  • Lead-in angle ß and thus the rolling image via a positioning of the control roller influence is determined by further process parameters, in particular measured values.
  • a measurement of the surface roughness of the incoming and / or outgoing band takes place, more preferably at the top and bottom of the band.
  • a uniform rolling pattern can thus be adjusted further via a change in the entry angle ⁇ .
  • the rolling stand and the control roller can be arranged inline or within a rolling mill with upstream cold and hot rolling stands.
  • the control roller allows flexible adaptation of the embossing stitch to the
  • an embossing roll pass with a relative change in the thickness of the strip (degree of reduction) of less than 10%, preferably 1 to 6%, is carried out.
  • the refgewalzstich is performed with work rolls having a diameter of at least 200 mm to a maximum of 1200 mm.
  • a further embodiment of the method according to the invention can on at least one surface of the belt via a positioning of the control roller and the setting of the inlet angle b a range for the surface roughness R a or S a of at least 0.1 ⁇ to 10.0 ⁇ maximum, preferably at least 0.4 ⁇ to maximally 4.0 ⁇ , particularly preferably at least 0.5 ⁇ be set to a maximum of 2.0 ⁇ .
  • the above-mentioned ranges for the roughness R a and S a are advantageous for the forming behavior of a sheet produced from the strip.
  • a structure with the same roughness is applied to both sides of the strip, ie with approximately the same values for R a or S a .
  • the roughness values of the belt can be monitored in particular during rolling by a measuring device. In this case, an optical measuring device is preferably used which allows non-contact measurement and has sufficient accuracy for the above-mentioned roughness values.
  • At least one work roll has an EDT surface structure or an EBT surface structure.
  • An electrical dishing texture (EDT) surface structure allows for a high number of peaks in the surface profile, and Electron Beam Texturing (EBT) provides controlled surface coverage.
  • Chromium layer as a surface structure or a laser textured surface.
  • a band consisting of aluminum or an aluminum alloy is used.
  • an aluminum alloy of the type AA5xxx or AA6xxx is used.
  • Other preferred types of aluminum alloys are AA6014, AA6016, AA6022, AA6111 or AA6060 and AA5005, AA5005A, AA5754 or AA5182.
  • the alloys mentioned are well suited for applications with high deformation requirements and high strength at the same time.
  • the forming properties of the strips produced from the alloys can be further improved by the method according to the invention.
  • a device for rolling a strip in particular for carrying out the method according to the invention, in that a control roll is arranged in the strip running direction in front of the nip of the rolling stand and means for positioning the control roller relative to the pass line of the belt.
  • the entry angle ⁇ can be changed and thus the embossing of the surface structure on the belt can be controlled.
  • a change in the entry angle ⁇ via means for positioning the control roller is a simple and reliable way to control the surface structure of a strip in a recupergewalzstich.
  • the embossing stitch can be adjusted with respect to the desired surface structure via a change in the entry angle ⁇ without the mill stand being changed, in particular without the work rolls having to be exchanged.
  • the rolling pattern can be kept uniform by changing the entrance angle ⁇ via the control roller.
  • simple work rolls without a bending device can be used to change the rolled section.
  • At least one drainage roller is provided in the strip running direction in front of the control roller.
  • at least one feed roller offers more possibilities and variability of the tape run for changing the entry angle ⁇ .
  • the at least one discharge roller can also be positioned largely independently of the desired entry angle ⁇ , since the entry angle ⁇ can be set decisively by the means for positioning the control roller.
  • Changing the pass line may be provided, which further increases the variability of the device with respect to the tape run and the entry angle ß.
  • the means for positioning the control roller allow an entry angle ⁇ between +/- 10 °, +/- 5 °, +/- 3 ° or preferably at most between +/- 2a.
  • the control roller in 0.1 "increments, more preferably in 0.05" increments of the entry angle ß be changed in position, so that a very precise influence on the
  • Roll stand a duo rolling mill provided, in particular a duo rolling stand with two work rolls of the same diameter. Due to the control roller in front of the duo rolling stand, the rolling pattern on the belt can be controlled primarily by the means for adjusting the control roller even at small gripping angles. More complicated, more maintenance-intensive and more expensive four-high and six-high stands can be dispensed with.
  • At least one measuring device is provided for measuring the surface roughness of at least one surface of the strip.
  • this is an optical
  • Measuring device for use which allows a non-contact measurement and has sufficient accuracy for the above-mentioned roughness values.
  • Measuring device may be arranged in particular in the strip running direction after the mill stand to measure the rolling pattern of refgewalzstichs.
  • at least one control means is provided, via which the positioning of the control roller, optionally the positioning of the at least one discharge roller, can be regulated as a function of the measurement of the surface roughness of the at least one surface of the belt.
  • the control agent can evaluate the measured surface roughness and the inlet angle ß over a
  • measured average roughness values S a as a function of the inlet angle
  • Fig. La shows a first schematic view of the geometry during rolling. Between a first (upper) work roll 2 and a second (lower) work roll 4, a nip is formed through which a pass line 6 is given.
  • the pass line 6 passes through the neutral phase of the belt and is perpendicular to the connection plane of the axes of rotation of the rollers 2 and 4.
  • a belt 8 which is deformed over the work rolls 2, 4 to a band 8 'of lesser thickness. It is Ah, the difference between the thickness of the belt 8 before rolling and the thickness of the belt 8 'after rolling in mm (reduction in stitching).
  • the work rolls 2, 4 are under a gripping angle in contact with the tape.
  • the gripping angle is the angle between the line connecting the two axes of the work rolls 2, 4 to the line connecting an axis to the point of contact with the surface of the strip.
  • the diameters Dw of the work rolls 2, 4 are identical and thus have the same gripping angle.
  • Fig. Lb shows a second schematic view of the geometry during rolling, wherein there is an entry angle ß t 0 ° between the course of the belt 8 and the pass line. This is drawn in Fig. Lb between the pass line 6 and the center line 10 of the belt 8.
  • the entrance angle ⁇ * 0 ° has the effect that the contact angle between the surface of the belt 8 and the tangent of the surface of the
  • Work rolls 2, 4 and thus the hydrodynamic lubricant intake are changed.
  • FIG. 2 a shows a first schematic view of the method according to the invention or the device according to the invention.
  • a rolling stand is shown here in simplified form by the work rolls 2, 4, wherein at least one of the work rolls 2, 4 has a structured surface.
  • a control roller 12 is arranged with means for positioning relative to the pass line 6. Further in front in the tape running direction at least one Abiaufrolle 14 is provided.
  • Fig. 2a the control roller 12 is positioned so that the control roller 12 does not touch the belt 8.
  • control roller 12 is positioned on the means for positioning so that the control roller 12, the belt 8 touches, deflects and thus sets an entry angle ß t 0 ° between the belt 8 and the pass line 6.
  • FIG. 2 c shows in a further schematic view a further embodiment of the method according to the invention or the device according to the invention.
  • means for positioning the at least one Abiaufrolle 14 are provided relative to the pass line 6.
  • the at least one discharge roller 14 is positioned so that without an engagement of the control roller 12 with the belt 8 an entry angle ßß would be set.
  • an inlet angle ß is set, wherein the difference between the inlet angles ß and ß B is at least 0.5 °, preferably 1.0 °.
  • control roller 12 has enough traction on the belt 8 to prevent slippage between the belt 8 and the control roller 12. Consequently, undesirable grinding or scratching effects by the control roller 12 on the surface of the belt 8 are avoided.
  • FIG. 2d shows in a further schematic view a further embodiment of the method according to the invention or of the device according to the invention.
  • a measuring device 16 for measuring the surface roughness of at least one surface of the belt 8 ' is provided.
  • the measuring device 16 can pass the measured values to a control means 18.
  • the control means 18 takes on this
  • control means 18 can be used to control the surface roughness of the belt 8 'during rolling.
  • control means 18 may also control the means for positioning the at least one run roller 14.
  • FIG. 3 shows measured average roughness values S a as a function of the entry angle ⁇ from a test series.
  • an aluminum alloy strip of the alloy type AA6016 having a thickness of 2.4 mm was rolled in a rolling stand.
  • the gripping angle ⁇ of the embossing stand was about 1.3 ° in the experiments.
  • Mean roughness S a from the entry angle ⁇ It has been found that by means of the positioning of the control roller, a wide range of different roughnesses at the top side of the belt can be achieved via the change of the entry angle ⁇ and the respective center roughness values S a can be set in a targeted manner. It is the
  • control roller can be used to reliably set the same roughness on both sides of the belt. Also on a change or wear of the work rolls can be reacted with the tax role.
  • the inlet angle ⁇ 1.74 ° was again set.
  • a uniform change in the rolling pattern can again be effected in a simple manner by renewing the entry angle ⁇ , without the work rolls having to be overhauled or exchanged.

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Abstract

Die Erfindung betrifft Verfahren zum Walzen eines Bandes mit einem Walzgerüst aufweisend eine erste Arbeitswalze (2) und eine zweite Arbeitswalze (4), wobei zwischen erster Arbeitswalze (2) und zweiter Arbeitswalze (4) ein Walzspalt mit einer Passlinie definiert wird. Das technische Problem, ein Verfahren zum Walzen anzugeben, bei welchem die Oberflächenstruktur eines Bandes prozesssicher gesteuert werden kann und die Nachteile aus dem Stand der Technik vermieden werden können, wird durch das erfindungsgemäße Verfahren dadurch gelöst, dass eine Steuerrolle (12) in Walzrichtung vor dem Walzspalt der Arbeitswalzen angeordnet ist, das Band (8) über die Steuerrolle (12) unter einem Einlaufwinkel (ß) relativ zur Passlinie (6) in den Walzspalt des Walzgerüsts geführt wird und die Oberflächenstruktur des Bandes (8') durch die Wahl des Einlaufwinkels (ß) abhängig von der Positionierung der Steuerrolle (12) relativ zur Passlinie (6) gesteuert wird. Weiter betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zum Walzen eines Bandes, insbesondere zur Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens, mit einem Walzgerüst aufweisend eine erste Arbeitswalze (2) und eine zweite Arbeitswalze (4), wobei zwischen erster Arbeitswalze (2) und zweiter Arbeitswalze (4) ein Walzspalt mit einer Passlinie (6) definiert ist.

Description

Verfahren und Vorrichtung zum Prägewalzen eines Bandes
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Prägewalzen eines Bandes mit einem Walzgerüst aufweisend eine erste Arbeitswalze und eine zweite Arbeitswalze, wobei zwischen erster Arbeitswalze und zweiter Arbeitswalze ein Walzspalt mit einer Passlinie definiert wird. Weiter betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zum
Prägewalzen eines Bandes, insbesondere zur Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens, mit einem Walzgerüst aufweisend eine erste Arbeitswalze und eine zweite Arbeitswalze, wobei zwischen erster Arbeitswalze und zweiter Arbeitswalze ein Walzspalt mit einer Passlinie definiert ist.
Gewalzte Bänder und Bleche können bei der Herstellung in einem letzten Walzstich, insbesondere einem letzten Kaltwalzstich, mit einer bestimmten Oberflächenstruktur versehen werden. Dabei wird ein Walzgerüst verwendet, wobei mindestens eine der Arbeitswalzen des Walzgerüsts eine definierte Oberflächenstruktur aufweist, welche durch den Walzstich in die Oberfläche des Bandes oder Blechs eingebracht wird.
Eine solche Oberflächenstruktur kann das Band bzw. das Blech für eine bestimmte Weiterverarbeitung vorbereiten. Vor allem im Kraftfahrzeugbau aber auch in anderen Anwendungsgebieten, beispielsweise dem Flugzeugbau oder Schienenfahrzeugbau werden Bleche benötigt, welche ein sehr gutes Umformverhalten aufweisen und hohe Umformgrade ermöglichen. Im Kraftfahrzeugbau sind typische Anwendungsgebiete die Karosserie und Fahrwerkteile. Bei sichtbaren, lackierten Bauteilen, beispielsweise außen sichtbaren Karosserieblechen, kommt hinzu, dass das Umformen der
Werkstoffe so erfolgen muss, dass die Oberfläche nach der Lackierung nicht durch Fehler wie Fließfiguren oder Zugrilligkeit (Roping) beeinträchtigt ist. Dies ist beispielsweise für die Verwendung von Blechen zur Herstellung von Motorhauben und anderen Karosseriebauteilen eines Kraftfahrzeuges besonders wichtig. Bei einem Prägewalzstich werden nur geringe Stichabnahmen durchgeführt. Durch den Prägestich wird auch das Umformverhalten des Bandes mit der durch den Prägewalzstich eingebrachten spezifischen Oberflächenstruktur, d.h. dem durch das Prägewalzen entstehenden Walzbild, vorteilhaft beeinflusst. Wird das Band bzw. ein aus dem Band hergestelltes Blech in der Weiterverarbeitung umgeformt, setzt die beim Walzen eingebrachte Oberflächenstruktur des Bandes beispielsweise die Reibung zwischen Blech und Umformwerkzeug herab. Insbesondere wird die
Oberflächenstruktur vorzugsweise so ausgebildet, dass das Blech beim Umformen besser mit Schmierstoffen benetzt werden kann. Die Oberfläche kann Vertiefungen in Form von Schmiertaschen aufweisen, welche Schmierstoffe aufnehmen können.
Dadurch werden die Reibungskräfte beim Umformen weiter gemindert und höhere Umformgrade sind möglich.
Dafür muss jedoch eine Möglichkeit bestehen, die Oberflächenstruktur des Bandes bzw. das Walzbild einzustellen. Beim Walzen, vor allem beim Prägewalzen mit geringen Stichabnahmen ist es insbesondere schwierig, eine durchgängig
gleichförmige Abprägung der Oberflächenstruktur der Arbeitswalzen, insbesondere auf beiden Seiten des Bandes, zu gewährleisten. Problematisch ist einerseits, dass die Arbeitswalzen des Walzgerüstes einem Verschleiß unterliegen und damit bei laufendem Betrieb eine über die Zeit veränderliche Oberflächenstruktur aufweisen. Zudem kann die Oberflächenstruktur der Arbeitswalzen über die Zeit Material des Bandes oder Verunreinigungen aufnehmen und dadurch ein über die Zeit
veränderliches Walzbild erzeugen. Andererseits unterliegt auch das Band, welches dem Walzgerüst zugeführt wird, üblicherweise Schwankungen, womit ein Erreichen eines einheitlichen Walzbildes erschwert wird. Dabei kann das zugeführte Band beispielsweise in den Abmessungen wie der Dicke, der Breite oder auch der Wölbung oder dem Profil oder auch in der Festigkeit variieren, was wiederum das Walzbild beim Walzen schwanken lässt. Des Weiteren ist es für eine gleichförmige Oberflächenstruktur des Bandes auf beiden Seiten abhängig von den Walzbedingungen und dem Gerüstdesign in einer Walzstraße in der Praxis oft notwendig, verschiedene Arbeitswalzen für die Oberseite und Unterseite einzusetzen, insbesondere Arbeitswalzen mit verschiedenen
Oberflächentopographien. Damit wird die Bereitstellung entsprechender
Arbeitswalzen für das Walzgerüst kompliziert.
Daher wurde in der DE 44 24 613 B4 ein Walzgerüst vorgeschlagen, welches in Bezug auf die Oberflächenrauigkeit des hergestellten Bandes regelbar ist. Diese Regelung wird über Biegeeinrichtungen an den Arbeitswalzen bewirkt, welche die Biegung der Arbeitswalzen und damit die Oberflächenstruktur über die Breite im Band steuern können. Nachteilig hieran ist jedoch, dass entsprechende Walzgerüste mit
Biegeeinrichtungen kompliziert aufgebaut und damit weniger wirtschaftlich sind. Zudem kann eine Steuerung der Oberflächenstruktur nur über die Breite des Bandes erfolgen. Eine Einstellung der Oberflächenstruktur auf Ober- und Unterseite des Bandes, beispielsweise um unterschiedliche Abnutzungen oder Schliffe der
Arbeitswalzen zu berücksichtigen, ist nicht möglich.
Weiter wird in der EP 0 908 248 A2 eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Walzen eines Bandes beschrieben, bei welchem die Oberseite und Unterseite des Bandes und die jeweiligen Arbeitswalzen über separat regelbare Sprüheinrichtungen mit
Schmierstoff versorgt werden. Über die Dosierung des Schmierstoffes können eventuelle Unterschiede des Walzbildes von Oberseite und Unterseite des Bandes vermindert werden. Diese Vorrichtung bzw. dieses Verfahren ist insbesondere in Bezug auf die Prozesssicherheit verbesserungswürdig. Daher liegt der vorliegenden Erfindung das technische Problem zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Walzen anzugeben, bei welchem die
Oberflächenstruktur eines Bandes auf der Ober- und Unterseite prozesssicher gesteuert werden kann und die Nachteile aus dem Stand der Technik vermieden werden können. Dieses technische Problem wird gemäß einer ersten technischen Lehre der
vorliegenden Erfindung durch ein Verfahren zum Walzen eines Bandes dadurch gelöst, dass eine Steuerrolle in Walzrichtung vor dem Walzspalt der Arbeitswalzen angeordnet ist, das Band über die Steuerrolle unter einem Einlaufwinkel ß relativ zur Passlinie in den Walzspalt des Walzgerüsts geführt wird und die Oberflächenstruktur des Bandes durch die Wahl des Einlaufwinkels ß abhängig von der Positionierung der Steuerrolle relativ zur Passlinie gesteuert wird.
Das bei dem erfindungsgemäßen Verfahren verwendete Walzgerüst weist eine erste Arbeitswalze und eine zweite Arbeitswalze auf. Die Arbeitswalzen treten während der Durchführung des Verfahrens mit dem Band in Kontakt, beispielsweise steht die erste Arbeitswalze in Kontakt mit der Oberseite des Bandes und die zweite Arbeitswalze steht in Kontakt mit der Unterseite des Bandes. Dabei weist mindestens eine der Arbeitswalzen eine strukturierte Oberfläche auf. Mit einem Durchführen des Bandes durch den Walzspalt zwischen den Arbeitswalzen wird die Dicke des Bandes reduziert und durch die mindestens eine Arbeitswalze mit einer strukturierten Oberfläche ein entsprechendes strukturiertes Walzbild auf der Oberfläche des Bandes eingebracht. Bevorzugt wird mit dem Walzgerüst ein Kaltwalzstich vorgenommen. Üblicherweise wird beim Walzen im Walzgerüst ein Schmierstoff verwendet.
Üblicherweise werden die beiden Arbeitswalzen achsparallel eingesetzt. Die
Drehachsen liegen dann parallel übereinander und bilden zusammen mit senkrecht zu den Drehachsen angeordneten Verbindungslinien zwischen den Drehachsen die Auslaufebene des Walzspaltes.
Die Flächennormale der Auslaufebene der Arbeitswalzen in der neutralen Fläche des zu walzenden Bandes wird als Passlinie bezeichnet. Wird das Band senkrecht zu dieser Auslaufebene in den Walzspalt eingeführt, nimmt es einen Einlaufwinkel ß = 0 ° zur Passlinie ein. Der Einlaufwinkel ß wird also zur Flächennormalen der
Auslaufebene bestimmt. Wird der Bandeinzug gegenüber der Flächennormalen der Auslaufebene verkippt, hat der Einlaufwinkel ß Werte ungleich Null. Erfindungsgemäß wird das Band über eine Steuerrolle in den Walzspalt des
Walzgerüsts geführt. Über eine Positionierung der Steuerrolle relativ zur Passlinie wird dabei der Einlaufwinkel ß verändert und damit die Abprägung der
Oberflächenstruktur auf das Band gesteuert. Es wurde erkannt, dass eine
Veränderung des Einlaufwinkels ß über die Positionierung einer Steuerrolle eine einfache und prozesssichere Möglichkeit ist, die Oberflächenstruktur des Bandes in einem Prägewalzstich zu steuern. Dabei kann über eine Veränderung des
Einlaufwinkels ß der Walzstich in Bezug auf die gewünschte Oberflächenstruktur angepasst werden, ohne dass das Walzgerüst verändert wird oder dass sonstige vor dem Walzgerüst befindliche Vorrichtungen, wie beispielsweise Ablaufrollen, speziell für eine Veränderung des Einlaufwinkels ß angepasst werden müssen. Insbesondere kann oft auch auf einen Austausch der Arbeitswalzen bei einem gewissen Grad von Verschleiß verzichtet werden, da unter bestimmten Voraussetzungen auch die
Beeinflussung der Abprägung nur auf einer Seite des Bandes möglich ist. Trotz einem Arbeitswalzenverschleiß kann das Walzbild durch eine Regulierung des
Einlaufwinkels ß über die Steuerrolle einheitlich gehalten werden. Auch können einfache Arbeitswalzen ohne eine Biegeeinrichtung zum Verändern des Walzprofils verwendet werden. Insbesondere können auch zwei Arbeitswalzen mit ungleichen Oberflächenrauigkeiten dazu verwendet werden, ein Band mit gleichen
Oberflächenrauigkeiten auf beiden Seiten herzustellen. Ebenso kann in eine bestehende Walzstraße eine positionierbare Steuerrolle nachgerüstet und damit der Einsatzbereich der bestehenden Walzstraße auf einfache Weise erweitert werden.
Die technische Wirkung der Positionierung der Steuerrolle bzw. der Veränderung des Einlaufwinkels ß beruht insbesondere auf einer Kontrolle des Schmierstoffeinzugs in den Walzspalt. Der Schmierstoffeinzug wird im Wesentlichen durch drei Beiträge bestimmt. Diese sind der Einzug durch oberflächenaktive Substanzen, welche Schmierstoff auf der Oberfläche der Arbeitswalzen und/oder dem Band aktiv binden,
der Einzug durch geometrische Bedingungen an der Oberfläche der
Arbeitswalzen und des Bandes, insbesondere die durch die
Oberflächenrauigkeit und dadurch entstehende Schmiertaschen sowie der hydrodynamische Einzug.
Dabei ist der hydrodynamische Einzug der dominante Beitrag zum
Schmierstoffeinzug. Dieser ist von dem Kontaktwinkel zwischen der Oberfläche der jeweiligen Arbeitswalze mit der Oberfläche des Bandes abhängig. Durch eine
Veränderung des Einlaufwinkels ß kann der Kontaktwinkel der Arbeitswalze und damit der hydrodynamische Schmierstoffeinzug verändert werden. Insbesondere kann durch eine Veränderung des Einlaufwinkels Einfluss auf das Walzbild von Oberseite und Unterseite des Bandes genommen werden, beispielsweise um auf beiden Seiten ein einheitliches Walzbild zu erreichen und um auf unterschiedliche
Oberflächenstrukturen und unterschiedlichen Verschleiß der Oberflächenstruktur der beiden Arbeitswalzen zu reagieren.
Somit kann über eine entsprechende Positionierung der Steuerrolle relativ zur Passlinie der Schmierstoffeinzug im Walzgerüst auf der Oberseite und der Unterseite des Bandes und damit auch das Walzbild direkt beeinflusst werden.
Vorzugsweise wird gemäß einer ersten Ausführungsform ein Einlaufwinkel α in einem Stellbereich von +/- 2a eingestellt wird, wobei a der Greifwinkel einer Arbeitswalze [2, 4) in einem gegebenen Walzstich ist, für den gilt: = arccos [1 - [Ah / DW)], wobei Äh die Differenz zwischen der Dicke des Bandes vor dem Walzen und der Dicke des Bandes nach dem Walzen in mm (Stichabnahme) und DW der Durchmesser der Arbeitswalze (2, 4) in mm ist. Durch die Verwendung eines entsprechend begrenzten Einstellbereichs für den Winkel ß wird einerseits der relevante Winkelbereich abgedeckt und andererseits ermöglicht eine sehr feine Winkeleinstellung in dem Bereich zu realisieren. Bei einem Einlaufwinkel ß oberhalb dieses Greifwinkels liegt das Band beim Einzug an der Oberfläche der jeweiligen Arbeitswalze bereits tangential an, bevor das Band im Walzspalt verformt wird. In einer bevorzugten Ausführungsform des
erfindungsgemäßen Verfahrens wird daher ein Einlaufwinkel ß größer dem
Greifwinkel α = arccos [1 - [Ah / Dw)] einer Arbeitswalze eingestellt, wobei Ah die Differenz zwischen der Dicke des Bandes vor dem Walzen und der Dicke des Bandes nach dem Walzen in mm (Stichabnahme) und Dw der Durchmesser der Arbeitswalze in mm ist. Besonders beim Prägewalzen sind üblicherweise kleinere Stichabnahmen Ah vorgesehen, womit der Greifwinkel α entsprechend klein wird. Wird eine Arbeitswalze mit einem Einlaufwinkel ß größer dem Greifwinkel α betrieben, so ändert sich das Walzbild beim Ändern des Einlaufwinkels ß nur auf einer ersten Seite des Bandes, da die andere Seite mit einem Kontaktwinkel oberhalb des Greifwinkels in Kontakt mit der Arbeitswalze steht. Damit kann über eine
Veränderung des Einzugswinkels ß das Walzbild der zweiten Seite des Bandes praktisch unabhängig von der ersten Seite eingestellt werden. Folglich kann in dieser Ausgestaltung insbesondere ein einheitliches Walzbild auf beiden Seiten des Bandes mit einer vereinfachten Steuerung zur Verfügung gestellt werden. Vorzugsweise wird in 0,1 °-Schritten, besonders bevorzugt in 0,05 °-Schritten der Einlaufwinkel ß verändert, so dass eine sehr präzise Beeinflussung der Oberflächenrauigkeit der Ober- und Unterseite des Bandes erfolgen kann.
Die Oberflächentopographie gewalzter Bänder ist vor allem abhängig von den
Oberflächen der Arbeitswalzen. Allerdings kann die Oberflächenrauigkeit der beiden Arbeitswalzen unterschiedlich sein. Die Eigenschaften einer Oberflächentopografie lassen sich durch verschiedene Kennwerte bestimmen. Ein üblicher Kennwert ist die mittlere Rauheit Ra nach DIN EN ISO 4287 und DIN EN ISO 4288. Dieser Kennwert ist über die folgende Gleichung definiert:
Figure imgf000010_0001
Z(x) ist ein Profil der Oberfläche, d.h. ein eindimensionaler Schnitt durch die Funktion Z(x,y). L ist die Länge des Integrationsintervalls. Zur Bestimmung der Oberflächengüte einer Fläche werden in der Praxis an verschiedenen Stellen der Oberfläche
eindimensionale Profile Z(x) durch lineare Abtastung gemessen und der
entsprechende Wert Ra ermittelt.
Der Wert für Sa ergibt sich aus einer zweidimensionalen Vermessung der Oberfläche, also der Topographie Z(x,y). Die Berechnung des Werts Sa erfolgt anhand der nachfolgenden Gleichung, wobei A die Größe der Integrationsfläche ist:
Figure imgf000010_0002
Die Rauigkeit Ra bzw. Sader Oberflächen der Arbeitswalzen kann beispielsweise im Bereich von mindestens 0,1 μπι bis maximal 10,0 μπι, bevorzugt mindestens 0,4 μιτι bis maximal 4,0 μιη, insbesondere bevorzugt mindestens 0,6 μηι bis maximal 3,0 μηι liegen. Der Unterschied in der Rauigkeit Ra bzw. Sa der Oberflächen der
Arbeitswalzen kann insbesondere im Zusammenhang mit einem Einlaufwinkel ß mehr als 0,1 μιη betragen, insbesondere mehr als 0,3 μπι. Es ist auch denkbar, dass eine strukturierte Oberfläche nur in eine der Arbeitswalzen eingebracht ist.
Mit zwei unterschiedlichen Rauigkeiten der Oberfläche der Arbeitswalzen kann beispielsweise der Einlaufwinkel ß so eingestellt werden, dass der Kontaktwinkel zwischen der weniger rauen Arbeitswalze und dem Band oberhalb des Greifwinkels α liegt und damit diese Seite des Bandes mit einer von der weiteren Veränderung des Einlaufwinkels ß praktisch unabhängiges Walzbild erfährt. Über den Einlaufwinkel ß kann dann das Walzbild der Seite des Bandes, welche in Kontakt zu der raueren Arbeitswalze steht, gesteuert werden. In einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird mindestens eine Ablaufrolle verwendet, welche das Band vor der Steuerrolle durchläuft. Eine Ablaufrolle oder eine Anordnung mehrerer Ablaufrollen dient zur Führung des Bandes und zur Regulierung der Bandspannung, wobei das Band insbesondere mehrere Ablaufrollen durchläuft und zwischen diesen wechselweise gebogen wird. In Kombination mit der Steuerrolle bietet mindestens eine Ablaufrolle die Möglichkeit, den Einlaufwinkel ß voreinzustellen, so dass über die Steuerrolle der Einlaufwinkel ß in sehr kleinen Winkelschritten einstellbar ist und gleichzeitig über die mindestens eine Ablaufrolle gewährleistet ist, dass die Steuerrolle eine
ausreichende Traktion aufweist und Oberflächenschäden am Band vermieden werden können.
In einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die mindestens eine Ablaufrolle so positioniert, dass über die mindestens eine Ablaufrolle ein Einlaufwinkel ßß eingestellt wird wenn die Steuerrolle das Band nicht berührt und durch die Positionierung der Steuerrolle ein Einlaufwinkel ß eingestellt, wobei die Differenz zwischen den Einlaufwinkeln ß und ßß mindestens 0,5°, bevorzugt 1,0° beträgt. Ohne beschränkend zu wirken, wird im Folgenden zum besseren Verständnis beispielhaft von einer näherungsweise horizontalen Passlinie ausgegangen, wobei ein negativer Einlaufwinkel ß einen Einlauf des Bandes von einer Position oberhalb der Passlinie und ein positiver Einlaufwinkel ß einen Einlauf des Bandes von einer
Position unterhalb der Passlinie darstellt. Zunächst wird, ohne dass die Steuerrolle das Band berührt, die mindestens eine Ablaufrolle so positioniert, dass ein
Einlaufwinkel ßß eingestellt wird. In diesem Beispiel befindet sich eine Steuerrolle oberhalb des Bandlaufs, d.h. die Steuerrolle wird anschließend so positioniert, dass diese die Oberseite des Bandes berührt. Es kann nun mit der Steuerrolle, welche sich zwischen der Ablaufrolle und dem Walzgerüst befindet, ein Einlaufwinkel ß eingestellt werden. Beträgt die Differenz zwischen den Einlaufwinkeln ß und ßß mindestens 0,5°, bevorzugt 1,0°, hat die Steuerrolle genügend Traktion auf dem Band um ein Durchrutschen zwischen dem Band und der Steuerrolle zu vermeiden. Somit werden unerwünschte Schleif- oder Kratzeffekte durch die Steuerrolle auf der Oberfläche des Bandes vermieden.
In einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird als Walzgerüst ein Duo-Walzgerüst verwendet. Duo-Walzgerüste sind einfach aufgebaut und entsprechend wirtschaftlich. Durch die Verwendung einer Steuerrolle vor dem Duo-Walzgerüst kann das Walzbild auf dem Band über die Steuerrolle trotz der geringen Greifwinkel ausreichend gut kontrolliert werden. Auf kompliziertere, wartungsintensivere und teurere Quarto- und Sexto-Walzgerüste kann damit verzichtet werden. Insbesondere wird ein Walzgerüst mit zwei gleichen Arbeitswalzen verwendet. Dabei können die Arbeitswalzen in Bezug auf Durchmesser und Länge gleich gestaltet sein, aber nicht notwendigerweise auch die gleiche strukturierte Oberfläche aufweisen, beispielsweise Profile mit gleicher Rauigkeit. Dadurch sind die Arbeitswalzen leicht austauschbar, da nur ein Typ einer Arbeitswalze bereitgestellt werden muss.
Eventuelle Ungleichheiten in der Abprägung auf dem Band können mit dem
erfindungsgemäßen Verfahren über eine Veränderung des Einlaufwinkels ß ausgeglichen werden. Damit können auch Qualitätsschwankungen bei der Präparation der Oberflächen der Ober- und Unterwalzen ausgeglichen werden. In einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die
Oberflächenrauigkeit zumindest einer Oberfläche des Bandes über die Einstellung des Einlaufwinkels ß durch die Positionierung der Steuerrolle während des Walzens in Verbindung mit einer Messung der Oberflächenrauigkeit des Bandes geregelt. Da der Einlaufwinkel ß über die Positionierung der Steuerrolle verändert werden kann, ergibt sich die Möglichkeit, auch während des laufenden Walzbetriebs den
Einlaufwinkel ß und damit das Walzbild über eine Positionierung der Steuerrolle zu beeinflussen. Insbesondere wird die Veränderung des Einlaufwinkels ß während des Walzens durch weitere Prozessparameter bestimmt, insbesondere Messwerte.
Bevorzugt findet eine Messung der Oberflächenrauigkeit des einlaufenden und/oder auslaufenden Bandes statt, weiter bevorzugt an Ober- und Unterseite des Bandes. Bei gemessenen Veränderungen bzw. Abweichungen in der Oberflächenrauigkeit des Bandes von einem Sollwert kann somit über eine Veränderung des Einlaufwinkels ß weiter ein einheitliches Walzbild eingeregelt werden.
Das Walzgerüst und die Steuerrolle können inline bzw. innerhalb einer Walzstraße mit vorgelagerten Kalt- und Warmwalzgerüsten angeordnet werden. Die Steuerrolle ermöglicht hierbei eine flexible Anpassung des Prägewalzstichs an die
Prozessparameter der Walzstraße bzw. der vorhergehenden Walzstiche.
In einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird ein Prägewalzstich mit einer relativen Dickenänderung des Bandes (Abwalzgrad) von weniger als 10 %, bevorzugt 1 bis 6 % durchgeführt. Durch die geringen
Abwalzgrade wird das Abprägen der Oberflächenstruktur der Walze verbessert, weil die Streckung gering gehalten wird. Gleichzeitig können Verfestigungen begrenzt und damit die mechanischen Eigenschaften des Bandes vorteilhaft beeinflusst werden. Vorzugsweise wird der Prägewalzstich mit Arbeitswalzen mit einem Durchmesser von mindestens 200 mm bis maximal 1200 mm durchgeführt.
In einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens kann auf mindestens einer Oberfläche des Bandes über eine Positionierung der Steuerrolle und die Einstellung des Einlaufwinkels b ein Bereich für die Oberflächenrauigkeit Ra bzw. Sa von mindestens 0,1 μιη bis maximal 10,0 μιτι, bevorzugt mindestens 0,4 μηι bis maximal 4,0 μηι, insbesondere bevorzugt mindestens 0,5 μηπ bis maximal 2,0 μπι eingestellt werden. Es hat sich herausgestellt, dass die oben genannten Bereiche für die Rauigkeit Ra bzw. Sa vorteilhaft für das Umformverhalten eines aus dem Band hergestellten Blechs sind. Bevorzugt wird auf beiden Bandseiten eine Struktur mit einer gleichen Rauigkeit aufgebracht, also mit näherungsweise gleichen Werten für Ra oder Sa. Die Rauigkeitswerte des Bandes können insbesondere während des Walzens durch eine Messvorrichtung überwacht werden. Bevorzugt kommt hierbei eine optische Messvorrichtung zum Einsatz, welche eine berührungsfreie Messung erlaubt und für die oben genannten Rauigkeitswerte genügende Genauigkeit aufweist.
In einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens weist mindestens eine Arbeitswalze eine EDT- Oberflächenstruktur oder eine EBT- Oberflächenstruktur auf. Eine über„Electrical Discharge Texturing" (EDT) hergestellte Oberflächenstruktur erlaubt eine hohe Anzahl von Spitzen im Oberflächenprofil. Mit „Electron Beam Texturing" (EBT) können kontrolliert verteilte Vertiefungen in der Oberfläche bereitgestellt werden. Durch beide Verfahren hergestellte
Oberflächenstrukturen in den Arbeitswalzen sind gut zum Prägewalzen geeignet. Darüber hinaus ist es auch möglich,„Shot Blasting Texturing" (SBT) zur
Oberflächenstrukturierung zu verwenden. Auch denkbar ist eine strukturierte
Chromschicht als Oberflächenstruktur oder eine mittels Laser texturierte Oberfläche.
In einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird ein Band bestehend aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung verwendet. Insbesondere kommt dabei eine Aluminiumlegierung des Typs AA5xxx oder AA6xxx zum Einsatz. Weiter bevorzugte Typen von Aluminiumlegierungen sind dabei AA6014, AA6016, AA6022, AA6111 oder AA6060 sowie AA5005, AA5005A, AA5754 oder AA5182. Die genannten Legierungen sind gut für Anwendungen mit hohen Umformanforderungen bei gleichzeitig hoher Festigkeit geeignet. Die Umformeigenschaften der aus den Legierungen hergestellten Bänder können durch das erfindungsgemäße Verfahren weiter verbessert werden.
Gemäß einer zweiten Lehre der vorliegenden Erfindung wird das oben genannte technische Problem durch eine Vorrichtung zum Walzen eines Bandes, insbesondere zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, dadurch gelöst, dass eine Steuerrolle in Bandlaufrichtung vor dem Walzspalt des Walzgerüsts angeordnet ist und Mittel zur Positionierung der Steuerrolle relativ zur Passlinie des Bandes vorgesehen sind.
Über die Mittel zur Positionierung der Steuerrolle relativ zur Passlinie kann dabei der Einlaufwinkel ß verändert und damit die Abprägung der Oberflächenstruktur auf das Band gesteuert werden. Eine Veränderung des Einlaufwinkels ß über Mittel zur Positionierung der Steuerrolle ist eine einfache und prozesssichere Möglichkeit, die Oberflächenstruktur eines Bandes in einem Prägewalzstich zu steuern. Dabei kann über eine Veränderung des Einlaufwinkels ß der Prägewalzstich in Bezug auf die gewünschte Oberflächenstruktur angepasst werden, ohne dass das Walzgerüst verändert wird, insbesondere ohne dass die Arbeitswalzen ausgetauscht werden müssen. Insbesondere kann trotz einem Arbeitswalzenverschleiß das Walzbild durch eine Veränderung des Einlaufwinkels ß über die Steuerrolle einheitlich gehalten werden. Auch können einfache Arbeitswalzen ohne eine Biegeeinrichtung zum Verändern des Walzprofils verwendet werden.
In einer Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist in Bandlaufrichtung vor der Steuerrolle mindestens eine Ablaufrolle vorgesehen. In Kombination mit der Steuerrolle bietet mindestens eine Ablaufrolle mehr Möglichkeiten und Variabilität des Bandlaufs zur Veränderung des Einlaufwinkels ß.
Insbesondere sind Mittel zur Positionierung der mindestens einen Ablaufrolle relativ zur Passlinie vorgesehen. Damit kann die mindestens eine Ablaufrolle auch weitgehend unabhängig vom gewünschten Einlaufwinkel ß positioniert werden, da der Einlaufwinkel ß durch die Mittel zum Positionierung der Steuerrolle maßgeblich eingestellt werden kann.
Weiter können auch Mittel zur Positionierung der Arbeitswalzen bzw. zur
Veränderung der Passlinie vorgesehen sein, was die Variabilität der Vorrichtung in Bezug auf den Bandlauf und den Einlaufwinkel ß weiter erhöht. In einer weiteren Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung erlauben die Mittel zur Positionierung der Steuerrolle einen Einlaufwinkel ß zwischen +/- 10°, +/- 5°, +/- 3° oder bevorzugt maximal zwischen +/- 2a. Vorzugsweise kann die Steuerrolle in 0,1 "-Schritten, besonders bevorzugt in 0,05 "-Schritten des Einlaufwinkels ß in ihrer Position verändert werden, so dass eine sehr präzise Beeinflussung der
Oberflächenrauigkeit der Ober- und Unterseite des Bandes erfolgen kann. Dies hat sich insbesondere in Verbindung mit lediglich kleine Greifwinkel bereitstellenden Duowalzgerüsten als vorteilhaft erwiesen. Der genannte Winkelbereich +/- 10 °, +/- 5° oder +/- 3° für den Einlaufwinkel ß ermöglicht einen ausreichenden
Einstellbereich zur Beeinflussung der Oberflächenstruktur des Bandes. Bei
Begrenzung auf einen Winkelbereich von +/- 5°, +/- 3° oder +/- 2a ist es möglich besonders kleine Schrittweiten für die Winkeleinstellung auf einfache Weise zu realisieren. In einer weiteren Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist als
Walzgerüst ein Duo-Walzgerüst vorgesehen, insbesondere ein Duo-Walzgerüst mit zwei Arbeitswalzen mit gleichem Durchmesser. Durch die Steuerrolle vor dem Duo- Walzgerüst kann das Walzbild auf dem Band vorrangig über die Mittel zum Verstellen der Steuerrolle auch bei kleinen Greifwinkeln kontrolliert werden. Auf kompliziertere, wartungsintensivere und teurere Quarto- und Sexto-Walzgerüste kann verzichtet werden.
In einer weiteren Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist mindestens eine Messvorrichtung zur Messung der Oberflächenrauigkeit mindestens einer Oberfläche des Bandes vorgesehen. Bevorzugt kommt hierbei eine optische
Messvorrichtung zum Einsatz, welche eine berührungsfreie Messung erlaubt und für die oben genannten Rauigkeitswerte genügende Genauigkeit aufweist. Die
Messvorrichtung kann insbesondere in Bandlaufrichtung nach dem Walzgerüst angeordnet sein, um das Walzbild des Prägewalzstichs zu messen. Insbesondere ist mindestens ein Regelungsmittel vorgesehen, über welches die Positionierung der Steuerrolle, optional die Positionierung der mindestens einen Ablaufrolle, in Abhängigkeit der Messung der Oberflächenrauigkeit der mindestens einen Oberfläche des Bandes regelbar ist. Das Regelungsmittel kann dabei die gemessene Oberflächenrauigkeit auswerten und den Einlaufwinkel ß über eine
Positionierung der Steuerrolle verändern. Dadurch kann während des Walzbetriebs das Walzbild überwacht und geregelt werden.
Für weitere Ausgestaltungen und Vorteile der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird auf die obigen Ausführungen sowie auf die Unteransprüche des erfindungsgemäßen Verfahrens verwiesen sowie auf die Zeichnung. In der Zeichnung zeigen
Fig. la und lb schematische Ansichten der Geometrie beim Walzen,
Fig. 2a bis 2d schematische Ansichten des erfindungsgemäßen Verfahrens bzw.
der erfindungsgemäßen Vorrichtung, gemessene Mittenrauwerte Sa in Abhängigkeit des Einlaufwinkels und
Oberflächentopographien der Oberseite und Unterseite erfindungsgemäß gewalzter Bänder in Abhängigkeit des
Einlaufwinkels. Fig. la zeigt eine erste schematische Ansicht der Geometrie beim Walzen. Zwischen einer ersten (oberen) Arbeitswalze 2 und einer zweiten (unteren) Arbeitswalze 4 ist ein Walzspalt gebildet, durch den eine Passlinie 6 gegeben ist. Die Passlinie 6 verläuft durch die neutrale Phase des Bandes und steht senkrecht zur Verbindungsebene der Drehachsen der Walzen 2 und 4. Durch den Walzspalt läuft ein Band 8, welches über die Arbeitswalzen 2, 4 zu einem Band 8' mit geringerer Dicke verformt wird. Dabei ist Ah die Differenz zwischen der Dicke des Bandes 8 vor dem Walzen und der Dicke des Bandes 8' nach dem Walzen in mm (Stichabnahme).
Die Arbeitswalzen 2, 4 stehen unter einem Greifwinkel in Kontakt zum Band. Wie in Fig. la angedeutet, ist der Greifwinkel der Winkel zwischen der Verbindungslinie der beiden Achsen der Arbeitswalzen 2, 4 zu der Verbindungslinie einer Achse zum Kontaktpunkt zur Oberfläche des Bandes. Der Greifwinkel ist durch α = arccos [1 - (Äh / Dw)] gegeben, wobei Dw der Durchmesser einer Arbeitswalze 2, 4 in mm ist. In dem in Fig. la gezeigten Beispiel sind die Durchmesser Dw der Arbeitswalzen 2, 4 identisch und weisen somit den gleichen Greifwinkel auf. Weiter verläuft das Band 8 in Fig. la innerhalb und parallel zur Passlinie 6, womit der Einlaufwinkel ß = 0° beträgt. Damit ist der Kontaktwinkel zwischen der Oberfläche des Bandes 8 und der Tangente der Oberfläche beider Arbeitswalzen 2, 4 gleich dem Greifwinkel . Fig. lb zeigt eine zweite schematische Ansicht der Geometrie beim Walzen, wobei zwischen dem Verlauf des Bandes 8 und der Passlinie ein Einlaufwinkel ß t 0° besteht. Dieser ist in Fig. lb zwischen der Passlinie 6 und der Mittellinie 10 des Bandes 8 eingezeichnet. Der Einlaufwinkel ß * 0° hat den Effekt, dass der Kontaktwinkel zwischen der Oberfläche des Bandes 8 und der Tangente der Oberfläche der
Arbeitswalzen 2, 4 für beide Seiten unterschiedlich ist. In Fig. lb hat die obere
Arbeitswalze 2 einen Kontaktwinkel von α + ß und die untere Arbeitswalze 4 einen Kontaktwinkel von α - ß.
Bei einer Verwendung eines Schmierstoffes ist dabei der Schmierstoffeinzug in den Walzspalt von dem Kontaktwinkel + ß bzw. α - ß zwischen der Tangente der Oberfläche der jeweiligen Arbeitswalze 2, 4 mit der Oberfläche des Bandes 8 abhängig. Durch eine Verstellung des Einlaufwinkels ß können die Kontaktwinkel der
Arbeitswalzen 2, 4 und damit der hydrodynamische Schmierstoffeinzug verändert werden. Insbesondere kann durch eine Verstellung des Einlaufwinkels ß Einfluss auf das Walzbild von Oberseite und Unterseite des Bandes 8' genommen werden.
Überschreitet der Einlaufwinkel ß den Greifwinkel a, so liegt das Band tangential an der Arbeitswalze 4 an. Eine weitere Vergrößerung des Einlaufwinkels ß bewirkt dann keine wesentliche Veränderung des Schmierstoffeinzugs an der Arbeitswalze 4 mehr.
Fig. 2a zeigt eine erste schematische Ansicht des erfindungsgemäßen Verfahrens bzw. der erfindungsgemäßen Vorrichtung. Ein Walzgerüst ist hier vereinfacht durch die Arbeitswalzen 2, 4 dargestellt, wobei mindestens eine der Arbeitswalzen 2, 4 eine strukturierte Oberfläche aufweist. In Bandlaufrichtung vor den Arbeitswalzen 2, 4 ist eine Steuerrolle 12 mit Mittel zur Positionierung relativ zur Passlinie 6 angeordnet. Weiter davor in Bandlaufrichtung ist mindestens eine Abiaufrolle 14 vorgesehen.
In Fig. 2a ist die Steuerrolle 12 so positioniert, dass die Steuerrolle 12 das Band 8 nicht berührt. Das Band 8 verläuft damit innerhalb und parallel zur Passlinie 6 und der Einlaufwinkel ist ß = 0°. Dies stellt eine Situation analog zu Fig. la dar, bei welcher beide Kontaktwinkel der Arbeitswalzen 2, 4 zur Oberfläche des Bandes 8 gleich dem Greifwinkel sind.
Dagegen ist in Fig. 2b die Steuerrolle 12 über die Mittel zur Positionierung so positioniert, dass die Steuerrolle 12 das Band 8 berührt, umlenkt und damit einen Einlaufwinkel ß t 0° zwischen dem Band 8 und der Passlinie 6 einstellt. Diese
Situation ist mit der in Fig. lb vergleichbar.
Durch eine Veränderung des Einlaufwinkels ß können die Kontaktwinkel der
Arbeitswalzen 2, 4 und damit insbesondere der hydrodynamische Schmierstoffeinzug der jeweiligen Arbeitswalze 2, 4 verändert werden. Durch eine Veränderung des Einlaufwinkels ß über die Mittel zur Positionierung der Steuerrolle 12 kann damit das Walzbild von Oberseite und Unterseite des Bandes 8' bzw. die Oberflächenstruktur des gewalzten Bandes 8' gesteuert werden. Fig. 2c zeigt in einer weiteren schematischen Ansicht eine weitere Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens bzw. der erfindungsgemäßen Vorrichtung. Hierbei sind auch Mittel zur Positionierung der mindestens einen Abiaufrolle 14 relativ zur Passlinie 6 vorgesehen. Die mindestens eine Ablaufrolle 14 ist dabei so positioniert, dass ohne eine Berührung der Steuerrolle 12 mit dem Band 8 ein Einlaufwinkel ßß eingestellt wäre. Durch die Positionierung der Steuerrolle 12 wird ein Einlaufwinkel ß eingestellt, wobei die Differenz zwischen den Einlaufwinkeln ß und ßB mindestens 0,5°, bevorzugt 1,0° beträgt.
Mit einer solchen Positionierung von Steuerrolle 12 und Ablaufrolle 14 ist
sichergestellt, dass die Steuerrolle 12 genügend Traktion auf dem Band 8 hat, um ein Durchrutschen zwischen dem Band 8 und der Steuerrolle 12 zu vermeiden. Folglich werden unerwünschte Schleif- oder Kratzeffekte durch die Steuerrolle 12 auf der Oberfläche des Bandes 8 vermieden.
Fig. 2d zeigt in einer weiteren schematischen Ansicht eine weitere Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens bzw. der erfindungsgemäßen Vorrichtung. Hierbei ist eine Messvorrichtung 16 zur Messung der Oberflächenrauigkeit mindestens einer Oberfläche des Bandes 8' vorgesehen. Durch die Messvorrichtung 16 kann das Walzbild überwacht werden. Die Messvorrichtung 16 kann die Messwerte an ein Regelungsmittel 18 weitergeben. Das Regelungsmittel 18 nimmt hierbei auf
Grundlage der Messwerte der Messvorrichtung 16 Einfluss auf die Mittel zur
Positionierung der Steuerrolle 12. Damit kann das Regelungsmittel 18 zur Regelung der Oberflächenrauigkeit des Bandes 8' während des Walzens benutzt werden. Optional kann das Regelungsmittel 18 auch die Mittel zur Positionierung der mindestens einer Ablaufrolle 14 steuern.
Fig. 3 zeigt gemessene Mittenrauwerte Sa in Abhängigkeit des Einlaufwinkels ß aus einer Versuchsreihe. Dabei wurde ein Aluminiumlegierungsband des Legierungstyps AA6016 mit einer Dicke von 2,4 mm in einem Walzgerüst gewalzt. Der Greifwinkel α des Prägegerüst betrug etwa 1,3 ° bei den Versuchen.
Die Bänder wurden mit verschiedenen Einlaufwinkeln ß, welche über die Steuerrolle eingestellt wurden, gewalzt. Für Einlaufwinkel ß > = 1,3° wurde der Greifwinkel α der unteren Arbeitswalze überschritten. Daher zeigte sich im Mittenrauwert Sa für die Unterseite des Bandes keine große Variation. Das Band legte sich vielmehr an der Unterseite tangential an die Oberfläche der unteren Arbeitswalze, womit praktisch unabhängig vom Einlaufwinkel ß ein konstantes Walzbild erzeugt wurde. Für die Oberseite zeigte sich jedoch eine überraschend starke Abhängigkeit des
Mittenrauwerts Sa vom Einlaufwinkel ß. Es wurde festgestellt, dass über die Änderung des Einlaufwinkels ß durch die Positionierung der Steuerrolle ein breiter Bereich an verschiedenen Rauigkeiten an der Oberseite des Bandes zu erreichen ist und die jeweiligen Mittenrauwerte Sa gezielt eingestellt werden können. Dabei ist die
Abhängigkeit des Mittenrauwerts Sa vom Einlaufwinkel ß in dem gemessenen Bereich in guter Näherung linear.
Fig. 4 zeigt Oberflächentopographien der Oberseite und Unterseite erfindungsgemäß gewalzter Bänder in Abhängigkeit des Einlaufwinkels ß aus der gleichen
Versuchsreihe wie in Fig. 3 gezeigt. Auch hier ist ersichtlich, dass während die Topographie der Unterseite aufgrund der Überschreitung des Greifwinkels α nur wenig mit dem Einlaufwinkel α variiert, die Topographie der Oberseite über die Einstellung des Einlaufwinkels ß durch die Steuerrolle sehr gut zu steuern ist.
Beispielsweise kann die Steuerrolle genutzt werden, prozesssicher auf beiden Seiten des Bandes die gleiche Rauigkeit einzustellen. Auch auf eine Veränderung bzw. einen Verschleiß der Arbeitswalzen kann mit der Steuerrolle reagiert werden. In der vorliegenden Versuchsreihe wurde nach einer Steigerung des Einlaufwinkels ß von 0,97° bis 2,20° erneut der Einlaufwinkel ß = 1,74° eingestellt. Dabei zeigte sich, wie in Fig. 3 und 4 ersichtlich, eine leicht veränderte Topographie bzw. eine leicht veränderte Rauigkeit im Vergleich zu dem vorigen Versuch bei ß = 1,74°. Dies kam wahrscheinlich durch eine Materialaufnahme oder eine Verunreinigung der Arbeitswalzen zustande. In einem solchen Fall kann jedoch durch eine erneute Änderung des Einlaufwinkels ß wieder auf einfache Weise ein einheitliches Walzbild bewirkt werden, ohne dass die Arbeitswalzen überholt oder ausgetauscht werden müssen.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum Prägewalzen eines Bandes
mit einem Walzgerüst aufweisend eine erste Arbeitswalze [2] und eine zweite Arbeitswalze (4), wobei zwischen erster Arbeitswalze (2) und zweiter
Arbeitswalze (4) ein Walzspalt mit einer Passlinie definiert wird,
dadurch gekennzeichnet, dass
eine Steuerrolle (12) in Walzrichtung vor dem Walzspalt der Arbeitswalzen angeordnet ist,
das Band (8) über die Steuerrolle (12) unter einem Einlaufwinkel ß relativ zur Passlinie (6) in den Walzspalt des Walzgerüsts geführt wird und
die Abprägung der Oberflächenstruktur der Arbeitswalze auf dem Band (8') durch die Wahl des Einlaufwinkels ß abhängig von der Positionierung der Steuerrolle (12) relativ zur Passlinie (6) gesteuert wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass
ein Einlaufwinkel ß in einem Stellbereich von +/- 2a eingestellt wird, wobei a der Greifwinkel einer Arbeitswalze (2, 4) in einem gegebenen Walzstich ist, für den gilt: α = arccos [1 - (Ah / Dw)], wobei Ah die Differenz zwischen der Dicke des Bandes vor dem Walzen und der Dicke des Bandes nach dem Walzen in mm (Stichabnahme) und Dw der
Durchmesser der Arbeitswalze (2, 4) in mm ist. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, dass
mindestens eine Ablaufrolle (14) verwendet wird, welche das Band (8) vor der Steuerrolle (12) durchläuft.
Verfahren nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet, dass
die mindestens eine Ablaufrolle (14) so positioniert wird, dass über die mindestens eine Ablaufrolle (14) ein Einlaufwinkel ßß eingestellt wird wenn die Steuerrolle (12) das Band (8) nicht berührt und
durch die Positionierung der Steuerrolle (12) ein Einlaufwinkel ß eingestellt wird, so dass die Differenz zwischen den Einlaufwinkeln ß und ßß mindestens 0,5°, bevorzugt mindestens 1,0° beträgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet, dass
als Walzgerüst ein Duo- Walzgerüst verwendet wird, insbesondere ein Duo- Walzgerüst mit zwei gleichen Arbeitswalzen (2, 4).
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Oberflächenrauigkeit zumindest einer Oberfläche des Bandes (8') über die Positionierung der Steuerrolle (12) während des Walzens in Verbindung mit einer Messung der Oberflächenrauigkeit des Bandes (8') geregelt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
dadurch gekennzeichnet, dass
beim Walzstich eine relative Dickenänderung des Bandes (8, 8') (Abwalzgrad) von weniger als 10 %, bevorzugt 1 - 6 % erfolgt. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7,
dadurch gekennzeichnet, dass
auf mindestens einer Oberfläche des Bandes (8') über eine Positionierung der Steuerrolle (12) ein Bereich für die Oberflächenrauigkeit Ra bzw. Sa von mindestens 0,1 μηι bis maximal 10,0 μιτι, bevorzugt mindestens 0,4 μπι bis maximal 4,0 μηι, insbesondere bevorzugt mindestens 0,5 μπι bis maximal 2,0 μηι eingestellt werden kann.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8,
dadurch gekennzeichnet, dass
mindestens eine Arbeitswalze (2, 4) eine EDT- Oberflächenstruktur, eine EBT- Oberflächenstruktur, eine strukturierte Chromschicht oder eine durch Laser texturierte Oberfläche aufweist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9,
dadurch gekennzeichnet, dass
ein Band (8) bestehend aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung verwendet wird, insbesondere eine Aluminiumlegierung des Typs AA5xxx oder AA6xxx.
11. Vorrichtung zum Walzen eines Bandes, insbesondere zur Durchführung eines Verfahrens gemäß einem der Ansprüche 1 bis 10,
mit einem Walzgerüst aufweisend eine erste Arbeitswalze (2) und eine zweite Arbeitswalze (4), wobei zwischen erster Arbeitswalze (2) und zweiter
Arbeitswalze (4) ein Walzspalt mit einer Passlinie (6) definiert ist,
dadurch gekennzeichnet, dass
eine Steuerrolle (12) in Bandlaufrichtung vor dem Walzspalt des Walzgerüsts angeordnet ist,
- Mittel zur Positionierung der Steuerrolle (12) relativ zur Passlinie (6) vorgesehen sind und die Mittel zur Positionierung der Steuerrolle (12) eine Einstellung des
Einlaufwinkels ß in einem Bereich zwischen +/- 10 ° oder +/- 5°, bevorzugt zwischen +/- 3° erlauben, wobei vorzugsweise die Steuerrolle in 0,1 °-Schritten, besonders bevorzugt in 0,05 °-Schritten des Einlaufwinkels ß in ihrer Position verändert werden kann.
12. Vorrichtung nach Anspruch 11,
dadurch gekennzeichnet, dass
in Bandlaufrichtung vor der Steuerrolle (12) mindestens eine Ablaufrolle (14) vorgesehen ist.
13. Vorrichtung nach Anspruch 12,
dadurch gekennzeichnet, dass
Mittel zur Positionierung der mindestens einen Abiaufrolle (14) relativ zur Passlinie vorgesehen sind.
14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 13,
dadurch gekennzeichnet, dass
als Walzgerüst ein Duo-Walzgerüst vorgesehen ist, insbesondere ein Walzgerüst mit zwei gleichen Arbeitswalzen (2, 4).
15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 14,
dadurch gekennzeichnet, dass
mindestens eine Messvorrichtung zur Messung der Oberflächenrauigkeit mindestens einer Oberfläche des Bandes (8') vorgesehen ist.
16. Vorrichtung nach Anspruch 15,
dadurch gekennzeichnet, dass
mindestens ein Regelungsmittel vorgesehen ist, über welches die Positionierung der Steuerrolle (12), optional die Positionierung der mindestens einen Abiaufrolle (14), in Abhängigkeit der Messung der Oberflächenrauigkeit der mindestens einen Oberfläche des Bandes (8') regelbar ist.
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