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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zum kontinuierlichen Zugrecken
eines Metallbandes, insbesondere dünnen Metallbandes aus Aluminiumlegierung,
wobei das Metallband in einer oder in mehreren Reckzonen unter einer
Zugspannung im Bereich oder oberhalb der Streckgrenze plastisch
verformt wird.
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Dünnes Metallband
meint insbesondere Metallband mit einer Dicke von 0,05 bis 1 mm,
vorzugsweise 0,1 bis 0,5 mm.
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Reckzone
meint üblicherweise
eine Bandstrecke innerhalb einer Bandbehandlungsanlage zwischen
zwei angetriebenen Rollen, in denen das Band plastisch verlängert wird
und unter einer Zugspannung in der Größenordnung der Streckgrenze
steht.
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Die
Erfindung betrifft auch eine Vorrichtung zum kontinuierlichen Zugrecken
eines Metallbandes, insbesondere dünnen Metallbandes aus Aluminiumlegierung
zur Durchführung
des genannten Verfahrens.
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Es
ist bekannt, dünne
Metallbänder
im Wege des kontinuierlichen Zugreckens zu planieren. Das Band durchläuft einen
Bremsrollensatz und einen Zugrollensatz und wird zwischen den beiden
Rollensätzen
im Zuge einer Reckung im plastischen Bereich einem Streckzug unterworfen.
Dabei kann das Band zwischen den beiden Rollensätzen mehrere Reckzonen durchlaufen
und in diesen Reckzonen im plastischen Bereich und/oder elastischen
Bereich gereckt werden (vgl.
DE 103 23 811 A1 ).
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Neben
dem Zugrecken kann das Planieren von Metallbändern auch durch Walzen, zum
Beispiel Dressierwalzen und/oder Richten erfolgen. Mit den bekannten
Verfahren zum Planieren von Metallbändern durch Walzen, Richten
und/oder Zugrecken lassen sich insbesondere Welligkeiten oder Bandsäbel kaum
vollständig
beseitigen, so dass eine ideale Planlage nur selten erreicht wird.
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Aus
diesem Grunde ist insbesondere beim Walzen vorgeschlagen worden,
in dem Metallband durch zonenweises Erwärmen oder Abkühlen ein über die
Bandbreite und gegebenenfalls vorgegebene Bandlänge veränderbares Temperaturprofil
zur Beeinflussung der Zugspannungsverteilung zu erzeugen. Der Planiergrad
wird dabei folglich durch Veränderung
der Zugspannungsverteilung eingestellt (vgl.
DE 199 33 610 A1 ).
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren bzw. eine Vorrichtung
der eingangs beschriebenen Art derart weiterzubilden, dass sich
die Planheit des Metallbandes auf einfache und zugleich kostengünstige Weise
im Wege des Zugreckens verbessern lässt.
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Zur
Lösung
dieser Aufgabe lehrt die Erfindung bei einem eingangs genannten
Verfahren zum kontinuierlichen Zugrecken eines Metallbandes, dass das
Metallband innerhalb zumindest einer Reckzone zur Einstellung einer über die
Bandbreite inhomogenen Temperaturverteilung über die Bandbreite bereichsweise
erwärmt
und/oder gekühlt
wird. – Die
Erfindung geht dabei von der Erkenntnis aus, dass sich der Zugreckprozess
besonders empfindlich beeinflussen lässt, wenn innerhalb einer oder
auch innerhalb mehrerer Reckzonen während der plastischen Verformung
das Band zonenweise erwärmt
wird. Das Band wird folglich nicht bereits vor dem Einlaufen in die
Zugreckzone erwärmt,
wo sich die Dehnung noch unterhalb der Streckgrenze befindet, sondern
erst, wenn es sich tatsächlich
in der Reckzone befindet. Das Band steht folglich bereits vor Beginn
der Erwärmung
unter einer Zugspannung mit dem Betrag der Streckgrenze σS.
Von besonderer Bedeutung ist dabei die Tatsache, dass sich durch
zum Beispiel die Erwärmung
eines Bandstreifens die Zugspannungsverteilung im Band bei Annahme
idealplastischen Materialverhaltens nicht ändert. Idealplastisches Material
meint im Rahmen der Erfindung ein Material, bei welchem im Zuge
einer plastischen Verformung keine oder lediglich eine vernachlässigbar
geringe Kaltverfestigung eintritt. Doch auch bei geringer Kaltverfestigung
kann davon ausgegangen werden, dass sich die Zugspannungsverteilung
lediglich unwesentlich ändert,
wenn ein Bandstreifen innerhalb einer Reckzone, in der das Band
unter einer Zugspannung im Bereich der Streckgrenze steht, erwärmt wird. Dennoch
lässt sich
durch eine Erwärmung
eines solchen Bandstreifens innerhalb der Zugreckzone der Zugreckprozess
lokal beeinflussen, denn der Unterschied in der plastischen Längung zwischen
den einzelnen Bandstreifen unterschiedlicher Temperatur ergibt sich
direkt durch die thermische Dehnung des erwärmten Bandstreifens (und nicht
etwa durch unterschiedliche Zugspannungsverteilung).
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Für einen
nicht erwärmten
bzw. kalten Streifen gilt: εges = σS/E
+ εp,kalt
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Demgegenüber gilt
für einen
erwärmten Streifen: εges = σS/E + εp,warm + α·ΔT
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εges meint
die Gesamtdehnung. σS ist die Streckgrenze. E ist der Elastizitätsmodul. α ist der Wärmeausdehnungskoeffizient. ΔT ist die
(relative) Erwärmung
des erwärmten
Bandstreifens in °C. εp,warm bzw. εp,kalt sind
die plastischen Dehnungen des warmen bzw. kalten Streifens. Da die
Gesamtdehnung εges für
einerseits den kalten Streifen, andererseits den warmen Streifen
innerhalb der Zugreckzone identisch ist, ergibt sich aus den oben
erläuterten Zusammenhängen unmittelbar,
dass die Verteilung der plastischen Längung über die Bandbreite direkt von
dem Temperaturunterschied ΔT
abhängt Δεp = εp,kalt – εp,warm = α·ΔT
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Die
Verteilung der plastischen Längung über der
Bandbreite lässt
sich also direkt über
die eingeleiteten Temperaturunterschiede beeinflussen. Die Einstellung
der Temperaturverteilung bildet gleichsam ein weiteres Planheitsstellglied
für den
Zugreckprozess. Im Ergebnis lassen sich im Zuge des erfindungs gemäßen Verfahrens
Metallbänder
mit besonders hoher Planheit erzeugen. Zudem zeichnet sich das erfindungsgemäße Verfahren
durch hohe Flexibilität
aus. Von besonderer Bedeutung ist ferner die Tatsache, dass die
Temperaturbeaufschlagung des Bandes innerhalb der Zugreckzone und
folglich nach der jeweiligen ersten Zugrolle des Zugreckrollenpaares
erfolgt. Es ist folglich eine Beeinflussung der Temperatur der Zugreckrolle
ausgeschlossen, welche den Zugreckprozess anderenfalls in unerwünschter Weise
beeinflussen könnte.
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In
diesem Zusammenhang schlägt
die Erfindung in besonders vorteilhafter Ausgestaltung vor, dass
das Metallband anschließend
in derselben Reckzone zur Einstellung einer über die Bandbreite homogenen
Temperaturverteilung über
die Bandbreite (zumindest) bereichsweise erwärmt und/oder gekühlt wird.
Dabei geht die Erfindung von der Erkenntnis aus, dass es besonders
vorteilhaft ist, noch in derselben Reckzone das zunächst inhomogene
Temperaturprofil wieder auszugleichen und folglich die Temperaturunterschiede
im Band wieder zu beseitigen. Damit weist das Band nach dem Recken
wieder eine konstante Temperatur über die Bandbreite auf. Besonders
vorteilhaft ist es dabei, diesen Temperaturausgleich noch innerhalb
der gleichen Reckzone durchzuführen,
da auf diese Weise eine inhomogene Temperaturbeeinflussung sowohl
der ersten Zugreckrolle als auch der zweiten Zugreckrolle eines Zugreckrollenpaares
zuverlässig
vermieden wird. Dieses ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn in
ein und derselben Anlage nacheinander verschiedene Bänder bzw.
Coils behandelt werden, die eine unterschiedliche Temperaturverteilung
zum Planieren erfordern. Denn auf diese Weise wird zuverlässig vermieden,
dass nach Behandlung eines ersten Coils mit einer bestimmten Temperaturverteilung
sich diese Temperaturverteilung auf eine oder mehrere Rollen der
Zugreckanlage überträgt. Folglich
wird verhindert, dass bei der anschließenden Behandlung eines weiteren
Coils eine Beeinflussung durch die zuvor erwärmte Rolle in Kauf genommen
werden muss.
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Zur
Vergleichmäßigung des
Temperaturprofils besteht im Rahmen der Erfindung die Möglichkeit, dass
das Band in zunächst
erwärmten
(oder gekühlten)
Bereichen anschließend
umgekehrt temperiert wird und folglich erwärmte Bereiche gekühlt und/oder gekühlte Bereiche
erwärmt
werden. Es besteht jedoch auch die Möglichkeit, dass nicht die zuvor
erwärmten
Bereiche anschließend
gekühlt
werden, sondern dass gerade die Bereiche erwärmt werden, die zuvor nicht
erwärmt
wurden. Auch auf diese Weise lässt
sich das Temperaturprofil vergleichmäßigen, und zwar ohne dass Kühlelemente
erforderlich sind.
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Ferner
schlägt
die Erfindung vor, dass die Temperaturverteilung innerhalb der Reckzone und/oder
hinter der Reckzone gemessen wird und dass die Einstellung des Temperaturprofils
in Abhängigkeit
von diesen Messergebnissen gesteuert und/oder geregelt wird. Durch
Ermittlung der Temperaturverteilung lässt sich der Prozess einwandfrei überwachen,
so dass insbesondere auch ändernde Bandgeschwindigkeiten
nachgefahren werden können.
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Außerdem besteht
die Möglichkeit,
dass die Planheit des Bandes in der Reckzone und/oder hinter der
Reckzone gemessen wird und dass die Einstellung des Temperaturprofils
in Abhängigkeit
von der Messung gesteuert und/oder geregelt wird.
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Gegenstand
der Erfindung ist auch eine Vorrichtung zum Zugrecken eines Metallbandes,
insbesondere dünnen
Metallbandes, nach einem Verfahren der beschriebenen Art. Eine solche
Zugreckvorrichtung weist zumindest ein Zugreckrollenpaar auf, welches
zwischen einer ersten Zugreckrolle und einer zweiten Zugreckrolle
eine Reckzone bildet. Vorzugsweise weist eine solche Zugreckvorrichtung
zumindest einen Einlaufspannrollensatz, zum Beispiel Bremsrollensatz,
und zumindest einen Auslaufspannrollensatz, zum Beispiel Zugrollensatz,
auf, wobei zwischen dem Einlaufspannrollensatz und dem Auslaufspannrollensatz
zumindest ein Zugreckrollenpaar angeordnet ist. Die Erfindung umfasst
jedoch auch Ausführungsformen
mit mehreren Reckzonen und insbesondere mit mehreren Zugreckrollenpaaren.
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Erfindungsgemäß ist in
der Reckzone bzw. in den Reckzonen oder zumindest einer der Reckzonen zumindest
eine erste Temperiervorrichtung mit einem oder mehreren Heizelementen
und/oder Kühlelementen
für die
Einstellung eines über
die Bandbreite inhomogenen Temperaturprofils angeordnet. Ferner ist
es besonders vorteilhaft, wenn in derselben Reckzone dieser ersten
Temperiervorrichtung eine zweite Temperiervorrichtung mit vorgegebenem
Abstand nachgeordnet ist, welche ebenfalls ein oder mehrere Heizelemente
und/oder Kühlelemente
für die
Einstellung eines über
die Bandbreite homogenen Temperaturprofils aufweist. Während mit
der ersten Temperiereinrichtung folglich das zur Beeinflussung des Zugreckprozesses
erforderliche inhomogene Temperaturprofil eingestellt wird, dient
die nachgeordnete Temperiervorrichtung der Vergleichmäßigung des
zunächst
eingestellten Temperaturprofils.
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Eine
solche Temperiervorrichtung kann mehrere über die Bandbreite verteilte
(separate) Heizelemente und/oder Kühlelemente aufweisen. Es liegt
jedoch auch im Rahmen der Erfindung, dass eine solche Temperiervorrichtung
ein oder mehrere über
die Bandbreite verfahrbare bzw. traversierende Heizelemente und/oder
Kühlelemente
aufweist. Bei den Heizelementen kann es sich um thermische Strahler, zum
Beispiel Infrarot-Strahler, handeln. Alternativ oder ergänzend können als
Heizelemente auch Induktionsheizelemente oder Heizelemente anderer Art
eingesetzt werden. Kühlelemente
können
beispielsweise als Blasluftelemente für eine Kühlluftbeaufschlagung ausgebildet
sein.
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In
bevorzugter Ausführungsform
ist die erste Temperiervorrichtung, mit der ein inhomogenes Temperaturprofil über die
Bandbreite eingestellt wird, unmittelbar hinter der ersten Zugreckrolle
angeordnet, das heißt,
die Temperierung erfolgt zu Beginn der Zugreckzone. Ferner ist es
zweckmäßig, wenn
die zweite Temperiervorrichtung, mit der das inhomogene Temperaturprofil
wieder ausgeglichen wird, unmittelbar vor bzw. kurz vor der zweiten
Zugreckrolle bzw. im Bereich des Endes der Zugreckzone angeordnet ist.
In diesem Zusammenhang ist es beispielsweise zweckmäßig, wenn
der Abstand zwischen der ersten Temperiervorrichtung und der zweiten
Temperiervorrichtung zumindest der Hälfte der Länge der Reckzone bzw. der Hälfte des
Abstandes zwischen den Zugreckrollen eines Zugreckrollenpaares beträgt.
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In
weiterer Ausgestaltung schlägt
die Erfindung vor, dass in der Reckzone und/oder hinter der Reckzone
zumindest eine Temperaturmessvorrichtung angeordnet ist, welche
mit einer Steuer- und/oder Regeleinrichtung verbunden sein kann,
die wiederum an die eine oder die mehreren Temperiereinrichtungen
angeschlossen ist. Ferner kann es zweckmäßig sein, wenn in der Reckzone
und/oder hinter der Reckzone eine Planheitsmessvorrichtung angeordnet
ist, welche ebenfalls mit einer Steuer- und/oder Regelvorrichtung
verbunden sein kann, die wiederum auf die Temperiereinrichtungen
arbeitet.
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Im
Folgenden wird die Erfindung anhand einer lediglich ein Ausführungsbeispiel
darstellenden Zeichnung näher
erläutert.
Die einzige Zeichnung zeigt in einer schematischen und stark vereinfachten Seitenansicht
eine Zugreckanlage zur Durchführung des
erfindungsgemäßen Verfahrens.
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Eine
solche Zugreckanlage weist in ihrem grundsätzlichen Aufbau einen als Bremsrollensatz 1 ausgebildeten
Einlaufspannrollensatz und einen als Zugrollensatz 2 ausgebildeten
Auslaufspannrollensatz auf. Zwischen dem Bremsrollensatz 1 und
dem Zugrollensatz 2 ist im Ausführungsbeispiel ein Zugreckrollenpaar 3 angeordnet,
welches zwischen einer ersten Zugreckrolle 4 und einer
zweiten Zugreckrolle 5 eine Reckzone R bildet. Bremsrollensatz 1 und Zugrollensatz 2 weisen
jeweils mehrere Rollen auf, die mit gestaffelten Drehmomenten/Drehzahlen
und folglich Streckzügen
beaufschlagt werden, um den gewünschten
Streckzug zwischen dem Bremsrollensatz 1 und dem Zugrollensatz 2 einzustellen.
Auch die Zugreckrollen 4, 5 des Zugreckrollenpaares 3 sind
entsprechend angetrieben, so dass das Band innerhalb der Reckzone
R unter einer Zugspannung in der Größenordnung der Streckgrenze
steht und das Band B plastisch verformt bzw. verlängert wird.
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Erfindungsgemäß ist nun
innerhalb dieser Reckzone R eine erste Temperiervorrichtung 6 vorgesehen,
welche ein oder mehrere Heizelemente und/oder Kühlelemente aufweist. Mit Hilfe
dieser ersten Temperiervorrichtung 6 wird unmittelbar nach
der ersten Zugreckrolle 4 und folglich während der
plastischen Verformung des Metallbandes B ein über die Bandbreite inhomogenes
Temperaturprofil erzeugt. Das Band B wird in einem oder in mehreren
ausgewählten
Bandstreifen lokal erwärmt.
Diese lokale Erwärmung
beziehungsweise die eingeleiteten Temperaturunterschiede beeinflussen
unmittelbar die plastische Längung,
so dass der Zugreckprozess empfindlich beeinflusst werden kann.
Kalte Bereiche werden stärker
gelängt
als entsprechend erwärmte
Bereiche. Die erste Temperiervorrichtung 6 ist dabei unmittelbar
hinter der ersten Rolle 4 des Zugreckrollenpaares 3 angeordnet.
Das Band wird folglich lokal temperiert, unmittelbar nachdem es
die erste Rolle 4 verlässt.
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Ferner
ist in der Figur angedeutet, dass innerhalb derselben Reckzone R
eine zweite Temperiereinrichtung 7 vorgesehen ist, welche
der ersten Temperiereinrichtung 6 mit Abstand a nachgeordnet ist.
Auch diese Temperiereinrichtung 7 weist ein oder mehrere
Heizelemente und/oder Kühlelemente
auf, mit denen sich das zuvor inhomogen eingestellte Temperaturprofil
anschließend
wieder vergleichmäßigen lässt. Das
Band B verlässt
die Reckzone R folglich mit über
die Bandbreite konstanter Temperatur. Im Rahmen der Erfindung wird
folglich keine der beteiligten Rollen mit einem inhomogen temperierten Band
beaufschlagt, so dass keine Gefahr besteht, dass eine beteiligte
Rolle sich lokal erwärmt
und/oder abkühlt.
Dieses gewährleistet,
dass der erfindungsgemäße Prozess
besonders zuverlässig
durchgeführt
werden kann.
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Der
Abstand A zwischen den beiden Zugreckrollen 4, 5 bzw.
die Länge
der Reckzone R beträgt üblicherweise
bis zu 5 m, zum Beispiel 2 bis 3 m. In der Figur ist angedeutet,
dass die erste Temperiereinrichtung 6 unmittelbar hinter
der Zugreckrolle 4 angeordnet ist, so dass das Band B lokal
temperiert wird, unmittelbar nachdem es die erste Rolle 4 verlässt. Unmittelbar
hinter der ersten Zugreckrolle meint in der ersten Hälfte der
Reckzone, vorzugsweise im ersten Drittel der Reckzone, zum Beispiel
im ersten Viertel der Reckzone. Der Abstand x der Temperiervorrichtung
von der Zugreckrolle 4 beträgt vorzugsweise weniger als
1 m, zum Beispiel weniger als 0,5 m. Ferner ist in der Figur angedeutet,
dass die zweite Temperiervorrichtung 7 unmittelbar vor
der zweiten Zugreckrolle 5 angeordnet ist. Unmittelbar vor
der zweiten Zugreckrolle meint in der zweiten Hälfte der Reckzone, vorzugsweise
im letzten Drittel der Reckzone, zum Beispiel im letzten Viertel
der Reckzone. Der Abstand y zwischen der zweiten Temperiervorrichtung 7 und
der zweiten Zugreckrolle 5 beträgt beispielsweise weniger als
1 m, vorzugsweise weniger als 0,5 m. Insofern ist es zweckmäßig, wenn
der Abstand a zwischen den beiden Temperiervorrichtungen 6, 7 bezogen
auf den Abstand A zwischen den Zugreckrollen 4, 5 möglichst
groß ist.
Der Abstand a beträgt
dabei vorzugsweise zumindest die Hälfte des Abstandes A zwischen
den Zugreckrollen 4, 5. Abstand meint im Rahmen
der Erfindung den Abstand bzw. die Entfernung entlang des Bandes, zum
Beispiel den Abstand der Temperiervorrichtung bzw. des korrespondierenden
temperierten Bandbereiches zu dem Bereich, in dem das Band die Rolle verlässt bzw.
in dem das Band mit der Rolle in Berührung kommt.
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In
der Figur ist ferner angedeutet, dass in der Zugreckanlage, zum
Beispiel hinter dem Zugreckrollenpaar 3 und gegebenenfalls
auch hinter dem Zugrollensatz 2 eine Planheitsmessvorrichtung 8,
zum Beispiel eine Planheitsmessrolle oder auch eine berührungslose
Planheitsmessvorrichtung angeordnet sein kann. Die im Wege des Zugreckens
erreichte Planheit des Bandes B kann folglich unmittelbar gemessen
bzw. überprüft werden.
Das Messergebnis kann einer Steuer- und/oder Regelvorrichtung zugeführt werden,
welche mit den einzelnen Komponenten der Zugreckanlage und insbesondere
auch mit der oder den Temperiereinrichtungen 6, 7 verbunden ist.
Dieses ist in der Figur nicht dargestellt.