EP2477764B1 - Verfahren und vorrichtung zum kontinuierlichen streckbiegerichten von metallbändern - Google Patents

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EP2477764B1
EP2477764B1 EP10752802.8A EP10752802A EP2477764B1 EP 2477764 B1 EP2477764 B1 EP 2477764B1 EP 10752802 A EP10752802 A EP 10752802A EP 2477764 B1 EP2477764 B1 EP 2477764B1
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EP
European Patent Office
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strip
straightening rollers
straightening
rollers
roller
Prior art date
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EP10752802.8A
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English (en)
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EP2477764A1 (de
Inventor
Andreas Noé
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.)
BWG Bergwerk und Walzwerk Maschinenbau GmbH
Original Assignee
BWG Bergwerk und Walzwerk Maschinenbau GmbH
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21D—WORKING OR PROCESSING OF SHEET METAL OR METAL TUBES, RODS OR PROFILES WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21D1/00—Straightening, restoring form or removing local distortions of sheet metal or specific articles made therefrom; Stretching sheet metal combined with rolling
    • B21D1/05—Stretching combined with rolling

Definitions

  • the invention relates to a method according to the preamble of claim 1 and an apparatus according to the preamble of claim 18 for stretch bending of metal strips, wherein a standing under a tensile stress below the elastic limit or yield strength band to at least four straightening rollers in the plastic or elastic-plastic area alternately is bent and undergoes a plastic stretching.
  • the plastically or elastically-plastically acting straightening rollers are also referred to as stretch rollers.
  • the extent to which the tape is stretched plastically (in total) and thus elongated is called the degree of stretching.
  • Such a method, or such a device are eg in the JP-A-622 38022 disclosed.
  • Unplanarity means, for example, waviness and / or banding due to length differences of the band fibers in the band plane.
  • unevenness also means strip curvatures in the longitudinal and / or transverse direction, which arise as a result of bending moments in the strip, for example if the strip has been elastically plastically bent around deflection rollers or by elastic-plastic deformations during winding of the strip. Longitudinal curvatures are also referred to as coil set, transverse curvatures as crossbow.
  • multiroll levelers which are also referred to as multi-roll straightening devices.
  • multi-roll straightening the belt is subjected to a variety of bends around small diameter rollers. By using many rolls, the tape can be produced with little residual curvature.
  • the disadvantage here is the fact that the large number of roles associated with a high maintenance and spare parts.
  • the lower and upper rollers are each frictionally connected to each other via the support rollers or intermediate rollers and support rollers such as a 1: 1 gear. Since the belt is elongated plastically during the passage through the multi-roller stand, the belt speed also increases to the same extent. Thus, the tape is synchronized only in one roll, slip occurs between the other rolls and the tape.
  • the describes DE 27 50 752 a method for directing and improving the quality properties of metal strips, in particular electrical strips, in which the metal strip to be treated is bent counter-pressure-free and subjected to a plastic alternating bending.
  • the metal band is bent while maintaining its plastic bending state in plan position, which are made to the last bend deflections of the metal strip exclusively in the elastic or nearly elastic range.
  • Preferably, only two counter-pressure roller-free bending rollers are realized with the interposition or downstream of one or more deflection rollers. It can also be provided several bending rollers. It always matters that the last bend is made with the highest possible plastic bending deformation and the metal strip is subsequently bent only elastically or predominantly elastically.
  • the technical problem underlying a stretch bending method to provide optimal low flatness results in flatness results and in particular insensitive to fluctuations in the process parameters (tensile stress, strip strength and strip thickness).
  • a device is to be specified, which is characterized by a simple and inexpensive construction and yet provides the desired results.
  • the invention proposes in particular that the bending radii of each of the last four roles based on the tape running direction individually and independently set be made by preferably at least the last four roles individually position-controlled.
  • the positions of the straightening rollers are then adjusted with an accuracy and control accuracy which corresponds to an accuracy in relation to the wrap angle of the belt around the straightening rollers of ⁇ 0.05 ° or less, preferably ⁇ 0.02 ° or less.
  • the wrap angle of the band around one or more straightening rollers, preferably around all straightening rollers can be 0.5 ° to 60 °, preferably 1 ° to 35 °.
  • the (total) degree of stretching is, for example, 0.1% to 1.5%, preferably 0.2% to 0.6%.
  • the band tension is preferably from 10% to 90%, preferably from 30% to 60%, of the elastic limit of the band or band material.
  • the invention proposes in particular that the distance between at least two (immediately) successively arranged straightening rollers (based on the strip running direction) is at least 50% of the (maximum) bandwidth. It may be expedient if the above distances in all four straightening rollers between two pairs (immediately) arranged successively straightening rollers. Thus, the distances between two such straightening rollers are at least 300 mm.
  • the model-based investigations have here led to the surprising result that can be minimized or eliminated by the favorable choice of the distances between the elastically-plastically acting straightening rollers, the process-related degree of stretch differences over the bandwidth. It has been found that generally larger horizontal distances have a favorable effect.
  • the stretch bending stand Given the maximum length of the stretch bending stand, it is favorable to carry out at least a distance between elastically-plastically acting rolls with at least 30% of the maximum width, but at least 500 mm.
  • the decisive factor is the distance between the straightening rollers along the direction of belt travel. This corresponds to a stretch bending scaffold in horizontal construction the horizontal distance. In principle, however, a distance in an oblique or vertical direction may be meant, depending on the direction in which the tape is guided.
  • roller spacings are optimal, so that a further improvement of the straightening results with regard to waviness can be achieved if these distances are variable or adjustable. Consequently, it is provided according to a further proposal of the invention, the independent significance, provided that the distance in the direction of tape travel between at least two straightening rollers is set variably or can be. The optimum distances can then be specified model-based for a specific band.
  • the invention also proposes that the setpoint values for the position of the straightening rollers and / or the setpoint values for the belt wrap around the straightening rollers be determined using a mathematical model which takes into account at least stresses in the longitudinal and transverse directions, as calculation parameter the strip thickness, the modulus of elasticity , the transverse contraction number, the cyclic strength behavior of the belt, the belt tension, the roller radii and the geometry of the belt run around the rollers, for the set values of the strip thickness and the strength, for example the yield strength, are calculated so that the residual longitudinal and lateral curvature becomes zero or at least negligible. Ideally, therefore, bands are produced with vanishingly small residual curvatures.
  • the desired values with the mathematical model with the proviso that, although a negligible or negligible residual cross-curvature value is achieved, the residual longitudinal curvatures assume a defined value.
  • the invention is based on the recognition that there are definitely applications in which although residual transverse curvatures must be completely avoided, but where certain RestlHarskurümmungen are tolerable, provided that they are exclusively in a certain direction and consequently have only a specific sign.
  • the invention optionally proposes that after or behind one or more straightening rollers, for example after the last straightening roller, particularly preferably after each straightening roller, the transverse curvature of the belt is measured across the belt width.
  • These measured transverse curvatures can then be incorporated into a regulation which, on the basis of the measured values, corrects the wrap angles or roll positions such that a strip with sufficiently small residual longitudinal and residual transverse curvature is produced.
  • the invention thus comprises, first of all, such embodiments in which the set values for the bending radii and consequently for the roll position and / or the wrap angles are determined by means of a mathematical model, the system then being operated with these values. Simulations have shown that such a procedure leads to excellent results even with certain variations of the process parameters.
  • This regulation can also be based on a mathematical model which takes into account at least stresses in longitudinal and transverse directions, as calculation parameters the strip thickness, the modulus of elasticity, the transverse contraction number, the cyclic strength behavior of the strip, the strip tension, the roller radii and the geometry of the strip run around the Rolls processed, and a particular transverse curvature a Bandrestlteils- resp. transverse curvature is assigned.
  • the computational models described can be based on a finite element method, which is able to take into account stresses and strains across the bandwidth.
  • the optimum degree of stretching and / or the optimal horizontal distances of the elastically-plastically acting rollers can be calculated by the finite element method, which give the minimum residual unevenness, in particular ripples and band saber ,
  • the invention is also a device according to the features of claim 18.
  • the individual straightening rollers may each be provided with one or more finely adjustable actuators, preferably Spindelhub instituten.
  • the diameter of one or more or preferably all four straightening rollers is for example 15 mm to 150 mm, preferably 25 mm to 80 mm. It has already been explained that it is particularly preferred to work with relatively large distances between the individual straightening rollers.
  • the device is designed so that these distances adjustable are, for example, by the position of at least one straightening roller along the strip running direction is variably adjustable.
  • the invention therefore proposes in an optional further development that at least one elastically-plastically acting straightening roller is preceded by an adjacent deflection roller and / or an adjacent deflection roller is disposed downstream, such an adjacent deflection roller preferably having at least three times the diameter, more preferably at least ten times the diameter of the straightening roller , In this way, the Anstellwege and thus the non-directional tape sections are considerably shortened.
  • the deflection rollers have such a large diameter that only a purely elastic band deformation occurs for at least part of the band thickness spectrum to be straightened.
  • at least the last two rollers should be performed without intermediate deflection rollers in order to achieve the highest possible accuracy in the adjustment of the wrap angle.
  • At least one of the adjacent deflection rollers has a concave or convex roller contour.
  • one of the two adjacent pulleys or both adjacent pulleys can be equipped with a Rollenverbiegung in the horizontal and / or vertical direction.
  • the first elastic-plastic straightening roller may be preceded by a contour variable tension roller or deflection roller wound around at least 120 °.
  • the elastically-plastically acting straightening rollers can be supported against deflection by support rollers.
  • segmented support rollers can be used.
  • the elastically-plastically acting rollers can be supported against deflections by two rows of segmented support rollers or two intermediate rollers and three rows of segmented support rollers.
  • an apparatus for continuous stretch bending of metal strips 1 is shown.
  • the device has four straightening rollers 2 around which a band 1 under a tensile stress below the elastic limit is bent alternately in the plastic or elastic-plastic region.
  • Each of the straightening rollers 2 is in supported by known manner of at least two support rollers 3.
  • the band 1 is under a tensile stress below the elastic limit.
  • tension rollers not shown, for example, a brake roller set on the inlet side and a Switzerlandrollensatz provided on the outlet side.
  • the bending radii are adjustable individually or independently of each other on all four straightening rollers.
  • all four straightening rollers 2 with a control device, not shown, and, for example, Spindelhubelmenten, positionally adjustable adjustable, in a direction of tape R vertical direction V.
  • This is indicated in the figures by the dot-dashed functional positions of the rollers 2.
  • the parameters and in particular the roller radii and the belt tension are matched to one another in such a way that the belt does not (yet) follow the roller radius on all four straightening rollers. Consequently, by controlling the setting depth and consequently by regulating the position and the associated setting of the wrap angle, the respective bending radius can be varied.
  • FIG. 2 shows Fig. 2 a modified embodiment in which each straightening roller 2 each upstream of a deflection roller 4a and a deflection roller 4b are arranged downstream. Also in this embodiment, however, all four straightening rollers 2 are positionally variable in their position perpendicular to the strip running direction R.
  • the embodiment according to Fig. 1 is to be preferred in principle, since they except the inlet and outlet side elastically acting passport rolls Without further (purely elastically acting) roles can be optional, the embodiment according to Fig. 2 be beneficial. Combinations of the two versions are possible.
  • the purely elastic deflection pulleys it should be noted that they only have a purely elastic effect on thin and / or higher-strength belts, for example in the case of aluminum in the band thickness range below one millimeter. In addition, they also have a slight elastic-plastic effect and can influence the straightening result with regard to residual curvatures. If a stretch bending scaffold is to cover a larger band thickness range, it is particularly preferable to dispense with the deflection rollers.
  • the exact nominal positions of all four straightening rollers 2 are now determined using a mathematical model.
  • a mathematical model which takes into account at least stresses in longitudinal and transverse directions, as calculation parameters the strip thickness, the modulus of elasticity, the transverse contraction number, the cyclic strength behavior of the strip, the strip tensile stress, the roller radii and the
  • the strip geometry is processed around the rolls for which the strip thickness and strength set points, for example the yield strength, are calculated so that the residual and residual cross curves become zero or nearly zero. In this way, the positions of the straightening rollers 2 can be set exactly. It is then possible, depending on experimental results "off-line" make a correction of these positions.
  • the once exactly specified setting ensures that the residual curvature behavior are extremely insensitive to fluctuations in the process parameters such as in particular the tensile stress and the strength values and the strip thickness of the strip.
  • the process parameters such as in particular the tensile stress and the strength values and the strip thickness of the strip.
  • a band of a coil usually certain Subject to changes in strength and thickness and also the tensile stress can not always be maintained exactly constant, the residual curvatures obtained were also subject to considerable fluctuations with the hitherto known methods. This is avoided in the invention.
  • the inventive method shows a particularly good-natured residual curvature behavior. This will be based on a comparative analysis of the Fig. 3 and 4 directed.
  • Fig. 3 shows the residual longitudinal curvature kL (in 1 / m) for an aluminum strip as a function of the degree of stretching S (in%), which with a device according to Fig. 1 was directed.
  • kL in 1 / m
  • S degree of stretching S
  • a yield strength of 250 MPa was assumed with variations of ⁇ 10 MPa and a strip thickness of 0.28 mm with variations of ⁇ 0.05 mm.
  • the limit values of the residual longitudinal curvature of ⁇ 0.5 m -1 which are considered permissible, are also shown. It can be seen that the residual longitudinal curvature in the given tolerance window in a fairly large degree of stretch range from 0.31 to 0.59%.
  • the residual longitudinal curvature fluctuates only by ⁇ 0.15 m -1 in a stretch-degree window of ⁇ 0.05%.
  • the residual transverse curvatures (not shown here) are always smaller than the residual longitudinal curvatures.
  • the residual longitudinal curvatures are also within a draft window of 0.36 to 0.52% defined in the negative range with very little variation.
  • the residual transverse curvature of the amount is significantly smaller than the residual longitudinal curvature for suitably selected angles of wrap.
  • the residual longitudinal curvature of a panel cut out after straightening then corresponds approximately to a transverse curvature of the band measured in the stretch-bending machine under strip tension.
  • a simple method is to vary the angle of wrap in the last elastically-plastically acting roller and thereby the in Fig. 3 Move shown residual curvature upward or downward.
  • a closed loop conceivable.
  • corresponding measuring devices can be provided, which are connected to a control and regulating device. In the figures, this is not shown.
  • theoretically optimum transverse curvature can be predicted after each roll. Then the rollers can be set so that the measured and the calculated match as well as possible. Then one can assume that the actual straightening process differs only slightly from the theoretically calculated and therefore also the straightening result agrees well.
  • the position-controlled adjustment of the straightening rollers preferably takes place by means of finely adjustable spindle lifting elements.
  • a fine adjustment usually works with a setting speed of 2 to 3 mm / sec ..
  • For passing a joint of two coils, such as a punched connection or a weld it may be appropriate to open the stretch bending stand, that is, the roles are turned off , If the paths to be traveled are large, this process takes a relatively long time with the finely adjustable Spindelhub instituten.
  • the upstream deflection rollers 4a and 4b provided the downstream pulleys. In this way, the Anstellwege be shortened considerably.
  • a quick adjustment in addition to the fine adjustment (via spindle lifting elements, for example).
  • This possibility is particularly recommended in the embodiment according to Fig. 1 , in principle, but also in the embodiment according to Fig. 2 be provided.
  • the straightening rollers are then additionally provided with a quick adjustment, for example with hydraulic or pneumatic cylinder actuators. It may be appropriate to provide a common Schnellangnagna for several straightening rollers. So it may, for example, in the embodiment according to Fig. 1 be appropriate to arrange the first straightening roller and the third straightening roller on a common upper frame, which can be adjusted with one or more cylinder actuators.
  • the second straightening roller and the fourth straightening roller can be arranged on a subframe, which is likewise adjustable with one or more cylinder actuators.
  • the quick setting can be done, for example, between two end stops for driving on and driving the Streckbie subgerüstes. These possibilities are not shown in the figures.

Landscapes

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  • Mechanical Engineering (AREA)
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  • Shaping Of Tube Ends By Bending Or Straightening (AREA)

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie eine Vorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 18 zum Streckbiegerichten von Metallbändern, wobei ein unter einer Zugspannung unterhalb der Elastizitätsgrenze bzw. Streckgrenze stehendes Band um zumindest vier Richtrollen im plastischen oder elastisch-plastischen Bereich wechselseitig gebogen wird und dabei eine plastische Streckung erfährt. Die plastisch bzw. elastisch-plastisch wirkenden Richtrollen werden auch als Streckrollen bezeichnet. Das Maß, um welches das Band (insgesamt) plastisch gestreckt und folglich gelängt wird, wird als Streckgrad bezeichnet. Solch ein Verfahren, bzw. solch eine Vorrichtung sind z.B. in der JP-A-622 38022 offenbart. Mit einem solchen Streckbiegerichtverfahren lassen sich unplane Metallbänder richten und folglich Unplanheiten beseitigen. Unplanheit meint zum Beispiel Bandwelligkeit und/oder Bandsäbeligkeit, welche sich aufgrund von Längenunterschieden der Bandfasern in der Bandebene ergeben. Unplanheiten meint aber auch Bandkrümmungen in Längs- und/oder Querrichtung, welche durch Biegemomente im Band entstehen, zum Beispiel wenn das Band elastisch-plastisch um Umlenkrollen gebogen wurde oder durch elastisch-plastische Verformungen beim Aufwickeln des Bandes. Längskrümmungen werden auch als Coilset, Querkrümmungen als Crossbow bezeichnet. Im Zuge des Streckbiegerichtens wird das unplane Band unter einer Zugspannung, welche unterhalb der Elastizitätsgrenze RE bzw. der technischen Elastizitätsgrenze Rp0,01 des Bandmaterials liegt, um Rollen hinreichend kleinen Durchmessers (wechselseitig) gebogen wird, so dass durch die Überlagerung der Zugspannung mit der Biegung eine elastisch/plastische Verformung im Band erzeugt wird. Das Band wird plastisch gelängt, wobei die Höhe der plastischen Längung als Streckgrad bezeichnet wird. Bei der plastischen Längung werden die ursprünglich kurzen Bandfasern relativ stärker gelängt. Im Idealfall haben nach dem Richten alle Bandfasern die gleiche Länge, so dass grundsätzlich ein ideal gerichtetes Band frei von Welligkeiten oder Bandsäbel entstehen soll.
  • Bei den aus der Praxis bekannten Streckbiegerichtverfahren können grundsätzlich durch die wechselseitige Biegung im elastisch-plastischen Bereich nach dem Richten Restbiegemomente im Band verbleiben, die in der Bandbehandlungslinie als Querwölbung sichtbar werden können und bei einer herausgeschnittenen Tafel zu einer plastischen Restkrümmung in Längs- und/oder Querrichtung führen können. Die Restbiegemomente entstehen dann, wenn die einzelnen Biegungen in ihren Intensitäten nicht optimal aufeinander abgestimmt sind. Die Biegeradien hängen ab von den Banddaten (Dicke, Elastizitätsmodul, zyklisches Festigkeitsverhalten, Querkontraktionszahl), der Bandzugspannung, den Rollendurchmessern sowie der Geometrie des Bandlaufes um die Rollen. In erster Näherung kann letztere durch den Umschlingungswinkel des Bandes um die Rollen beschrieben werden. Bei genügend großem Umschlingungswinkel oder ausreichender Zugspannung nimmt das Band den Radius der Rolle an. Dann erreicht die Bandkrümmung ihr Maximum und bleibt bei weiterwachsendem Umschlingungswinkel oder wachsender Zugspannung konstant. In der Regel sind aber die Umschlingungswinkel so eingestellt, dass das Band dem Rollenradius zumindest bei den letzten Rollen im Streckbiegerichtgerüst nicht mehr folgt. Selbst bei einer optimalen Einstellung eines vorgegebenen Streckbiegerichtgerüstes ergeben sich Restbiegemomente durch Schwankungen der Prozessparameter. Denn in der Praxis sind sowohl die Zugspannung und folglich der Streckgrad als auch die Festigkeitswerte und die Banddicke des Bandes grundsätzlich gewissen Schwankungen unterworfen. Die aus der Praxis bekannten Streckbiegerichtverfahren reagieren mehr oder weniger empfindlich auf derartige Schwankungen. Das bedeutet, dass sich bei den herkömmlichen Streckbiegerichtverfahren derartige Schwankungen mehr oder weniger stark auf die verbleibenden oder erzeugten Restkrümmungen auswirken. Dieses gilt auch bei Streckbiegerichtverfahren, bei welchen das Band um vier Richtrollen elastisch-plastisch verformt wird.
  • Bei derartigen Streckbiegerichtgerüsten mit vier Richtrollen ist es bekannt, zur Erzielung möglichst guter Richtergebnisse die Geometrie des Streckbiegerichtgerüstes einzustellen. So kennt man zum Beispiel aus der DE 696 08 937 T2 (bzw. EP 0 767 014 B1 ) ein Streckbiegerichtgerüst mit vier Richtrollen, bei welchem sowohl die oberen Richtrollen als auch die unteren Richtrollen hinsichtlich ihrer Position verändert werden können. Während die unteren Richtrollen über mechanische Spindeltriebe zur Verbesserung des Richtergebnisses mit einer gewissen Genauigkeit angestellt werden können, werden die oberen Richtrollen hydraulisch betätigt. Auf diese Weise soll sich eine gewünschte Überlappung der Rollen einstellen lassen.
  • Vergleichbares gilt für die aus der DE 695 14 010 T2 (bzw. EP 0 665 069 B1 ) und der DE 38 85 019 T2 (bzw. EP 0 298 852 B1 ) bekannten Streckbiegerichtgerüste.
  • In ähnlicher Weise beschreibt der Fachartikel "Benefits of a new leveller technology for packaging steels: Multi-Roller Tension Leveller" (Emmanuel Dechassey, Irsid, Arcelor group, METEC Congress June 2003) eine Streckbiegerichtvorrichtung mit vier Richtrollen. Dabei sind die Überlappung der ersten Richteinheit (erste und zweite Rolle) und die Überlappung der zweiten Richteinheit (dritte und vierte Rolle) einstellbar.
  • Auch die DE 691 01 995 T2 (bzw. EP 0 446 130 B1 ) erwähnt die Möglichkeit, die Position aller vier Richtrollen zu verändern. Dieses dient jedoch in erster Linie dem Wechsel zwischen einer Warteposition und einer Arbeitsposition. Denn bei einem Streckbiegegerüst ist es in der Regel erforderlich, zum Zweck des Durchlaufs einer Verbindungsstelle zwischen zwei Coils bzw. Bändern, das Gerüst zu öffnen und anschließend wieder zu schließen. Jedenfalls hat sich in der Praxis gezeigt, dass die bekannten Streckbiegegerüste bzw. Streckbiegerichtverfahren verhältnismäßig empfindlich auf Schwankungen der Prozessparameter reagieren, so dass die Restkrümmungen nicht in der gewünschten Weise minimiert werden können.
  • Grundsätzlich weniger empfindlich auf die Prozessparameter reagieren sogenannte Multiroll-Leveller, die auch als Vielrollen-Richteinrichtungen bezeichnet werden. Beim Vielrollen-Richten wird das Band einer Vielzahl von Biegungen um Rollen mit kleinem Durchmesser unterzogen. Durch die Verwendung vieler Rollen kann das Band mit geringen Restkrümmungen produziert werden. Nachteilig ist dabei die Tatsache, dass die Vielzahl der Rollen mit einem hohen Wartungs- und Ersatzteilaufwand verbunden sind. Außerdem sind die unteren und oberen Rollen jeweils über die Stützrollen bzw. Zwischenwalzen und Stützrollen wie ein 1:1 Getriebe reibschlüssig miteinander verbunden. Da das Band während des Durchlaufens durch das Vielrollengerüst plastisch gelängt wird, erhöht sich auch in gleichem Maße die Bandgeschwindigkeit. Das Band läuft also nur bei einer Rolle synchron, zwischen den anderen Rollen und dem Band tritt ein Schlupf auf. Die Rollen laufen oft in Hochgeschwindigkeits-Bandbehandlungslinie mit hoher Umdrehungszahl. Dieser Schlupf kann die Rollen zu Vibrationen anregen, die auf der Bandoberfläche Rattermarken erzeugen. Dieses ist in der Praxis für eine Vielzahl von Anwendungen nicht akzeptabel. Aus diesen Gründen wurden auch herkömmliche Streckbiegerichtgerüste mit Vielrollen-Richteinheiten kombiniert (vgl. EP 0 665 069 B1 bzw. DE 695 14 010 T2 ).
  • Im Übrigen beschreibt die DE 27 50 752 ein Verfahren zum Richten und zur Verbesserung der Qualitätseigenschaften von Metallbändern, insbesondere Elektrobändern, bei dem das zu behandelnde Metallband gegendruckfrei gebogen und einer plastischen Wechselbiegung unterzogen wird. Das Metallband wird dabei unter Beibehaltung seines plastischen Biegezustandes in Planlage gebogen, wobei die sich an die letzte Biegung anschließenden Umlenkungen des Metallbandes ausschließlich im elastischen oder nahezu elastischen Bereich vorgenommen werden. Bevorzugt sind dabei lediglich zwei gegendruckrollenfreie Biegerollen unter Zwischenschaltung bzw. Nachschaltung einer oder mehrerer Umlenkrollen verwirklicht. Es können auch mehrere Biegerollen vorgesehen werden. Stets kommt es darauf an, dass die letzte Biegung mit einer möglichst hohen plastischen Biegeverformung durchgeführt wird und das Metallband anschließend nur noch elastisch oder überwiegend elastisch gebogen wird.
  • Ausgehend von dem vorbekannten Stand der Technik liegt der Erfindung das technische Problem zugrunde, ein Streckbiegerichtverfahren zu schaffen, welches bei geringem anlagentechnischen Aufwand optimale Planheitsergebnisse liefert und insbesondere unempfindlich auf Schwankungen der Prozessparameter (Zugspannung, Bandfestigkeit und Banddicke) reagiert. Außerdem soll eine Vorrichtung angegeben werden, welche sich durch einen einfachen und kostengünstigen Aufbau auszeichnet und dennoch die gewünschten Ergebnisse liefert.
  • Diese Aufgabe wird gelöst mit einem Verfahren gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs 1. Sofern das Band um mehr als vier Richtrollen wechselseitig gebogen wird, schlägt die Erfindung insbesondere vor, dass die Biegeradien zumindest der letzten vier Rollen bezogen auf die Bandlaufrichtung jeweils einzeln und unabhängig voneinander eingestellt werden, indem vorzugsweise zumindest die letzten vier Rollen einzeln positionsgeregelt angestellt werden.
  • Untersuchungen mittels eines Rechenmodells, welches Spannungen in Längs- und Querrichtung berücksichtigt, als Rechenparameter die Banddicke, den Elastizitätsmodul, die Querkontraktionszahl, das zyklische Festigkeitsverhalten des Bandes, die Bandzugspannung, die Rollenradien und die Geometrie des Bandlaufes um die Rollen berücksichtigt, haben überraschenderweise ergeben, dass dieses Verfahren hervorragende Restkrümmungsergebnisse liefert und insbesondere verhältnismäßig unempfindlich auf Schwankungen der Prozessparameter reagiert. Von besonderer Bedeutung ist dabei, dass die vier elastisch-plastisch wirkenden Biegungen unabhängig voneinander mit ausreichender Genauigkeit positionsgeregelt einstellbar sind bzw. eingestellt werden. Die Positionen der Richtrollen werden dann mit einer Genauigkeit, sowie Regelgenauigkeit eingestellt, welche einer Genauigkeit bezogen auf die Umschlingungswinkel des Bandes um die Richtrollen von ± 0,05° oder weniger, vorzugsweise ± 0,02° oder weniger entspricht. Die Umschlingungswinkel des Bandes um eine oder mehrere Richtrollen, vorzugsweise um alle Richtrollen können 0,5° bis 60°, vorzugsweise 1° bis 35° betragen. Der (Gesamt-)Streckgrad beträgt zum Beispiel 0,1 % bis 1,5 %, vorzugsweise 0,2 % bis 0,6%. Die Bandzugspannung liegt vorzugsweise bei 10 % bis 90%, vorzugsweise bei 30 % bis 60 % der Elastizitätsgrenze des Bandes bzw. des Bandmaterials.
  • Die Simulationsrechnungen haben gezeigt, dass eine Zwei-Rollen-Konfiguration beim Streckbiegerichten in der Regel nicht zum Ziel führt, da die Längs- und Querbiegemomentenverläufe als Funktion der Bandkrümmungen sich nicht wie beim reinen Biegen negativ spiegelbildlich zueinander verhalten, sondern aufgrund der Zugspannung gegeneinander verschoben sind. Zur Korrektur der an der ersten Rolle erzeugten plastischen Bandkrümmungen in Längs- und Querrichtung reicht daher nur eine weitere Rolle nicht aus, weil damit nur entweder die Längs- oder die Querbiegemomente ins Gleichgewicht gebracht werden können. Die minimale Anzahl von Rollen zur Erzeugung eines ideal restkrümmungsfreien Bandes bei gegebenen Prozessparametern ist folglich drei. Die Berechnungen haben jedoch ergeben, dass die erzielten Restbiegemomente bzw. die Eliminierung solcher Restbiegemomente bei einem Streckbiegegerüst mit drei Rollen verhältnismäßig empfindlich auf Schwankungen der Prozessparameter reagiert. Gleiches gilt für ein Vier-Rollen-Gerüst, bei dem die einzelnen Rollen nicht mit der erforderlichen Genauigkeit einzeln und unabhängig voneinander anstellbar sind. Abhilfe schafft hier das erfindungsgemäße Verfahren, bei welchem die vier Rollen einzeln und unabhängig voneinander positionsgeregelt angestellt werden.
  • Ferner schlägt die Erfindung insbesondere vor, dass der Abstand zwischen zumindest zwei (unmittelbar) hintereinander angeordneten Richtrollen (bezogen auf die Bandlaufrichtung) zumindest 50 % der (maximalen) Bandbreite beträgt. Dabei kann es zweckmäßig sein, wenn die genannten Abstände bei allen vier Richtrollen zwischen zwei jeweils paarweise (unmittelbar) hintereinander angeordneten Richtrollen vorliegen. So betragen die Abstände zwischen zwei derartigen Richtrollen zumindest 300 mm. Die modellbasierten Untersuchungen haben hier zu dem überraschenden Ergebnis geführt, dass sich auch durch günstige Wahl der Abstände zwischen den elastisch-plastisch wirkenden Richtrollen die prozessbedingten Streckgradunterschiede über die Bandbreite minimieren bzw. aufheben lassen. Es hat sich herausgestellt, dass sich generell größere horizontale Abstände günstig auswirken. Bei gegebener maximaler Baulänge des Streckbiegegerüstes ist es günstig, mindestens einen Abstand zwischen elastisch-plastisch wirkenden Rollen mit mindestens 30 % der maximalen Bandbreite, jedoch mindestens 500 mm auszuführen. Entscheidend ist dabei der Abstand der Richtrollen entlang der Bandlaufrichtung. Dieses entspricht bei einem Streckbiegerichtgerüst in Horizontalbauweise dem horizontalen Abstand. Grundsätzlich kann aber auch ein Abstand in einer schrägen oder vertikalen Richtung gemeint sein, je nachdem in welcher Richtung das Band geführt wird.
  • Abhängig vom Anwendungsspektrum der zu richtenden Produkte sind verschiedene Rollenabstände optimal, so dass eine weitere Verbesserung der Richtergebnisse in Bezug auf Welligkeit erreicht werden kann, wenn diese Abstände variabel bzw. verstellbar ausgeführt sind. Folglich ist nach einem weiteren Vorschlag der Erfindung, dem selbstständige Bedeutung zukommt, vorgesehen, dass der Abstand in Bandlaufrichtung zwischen zumindest zwei Richtrollen variabel eingestellt wird bzw. werden kann. Die optimalen Abstände können dann modellbasiert für ein bestimmtes Band vorgegeben werden.
  • Die Erfindung schlägt ferner vor, dass die Sollwerte für die Position der Richtrollen und/oder die Sollwerte für die Umschlingungswinkel des Bandes um die Richtrollen mit einem Rechenmodell bestimmt werden, welches zumindest Spannungen in Längs- und Querrichtung berücksichtigt, als Rechenparameter die Banddicke, den Elastizitätsmodul, die Querkontraktionszahl, das zyklische Festigkeitsverhalten des Bandes, die Bandzugspannung, die Rollenradien und die Geometrie des Bandlaufes um die Rollen verarbeitet, für die Sollwerte der Banddicke und der Festigkeit, zum Beispiel der Streckgrenze so berechnet werden, dass die Restlängs- und Restquerkrümmung Null wird oder zumindest vernachlässigbar wird. Im Idealfall werden folglich Bänder mit verschwindend geringen Restkrümmungen erzeugt. Optional besteht jedoch auch die Möglichkeit, die Sollwerte mit dem Rechenmodell mit der Maßgabe zu bestimmen, dass zwar ein verschwindend bzw. vernachlässigbar geringer Restquerkrümmungswert erzielt wird, dass die Restlängskrümmungen jedoch einen definierten Wert annehmen. Dabei geht die Erfindung von der Erkenntnis aus, dass es durchaus Anwendungsfälle gibt, bei denen zwar Restquerkrümmungen vollständig vermieden werden müssen, bei denen jedoch gewisse Restlängskrümmungen tolerierbar sind, sofern sie ausschließlich in einer bestimmten Richtung vorliegen und folglich ausschließlich ein bestimmtes Vorzeichen aufweisen.
  • Ferner schlägt die Erfindung optional vor, dass nach bzw. hinter einer oder mehreren Richtrollen, zum Beispiel nach der letzten Richtrolle, besonders bevorzugt nach jeder Richtrolle, die Querwölbung des Bandes über die Bandbreite gemessen wird. Diese gemessenen Querwölbungen können dann in eine Regelung einfließen, welche anhand der Messwerte die Umschlingungswinkel bzw. Rollenpositionen so korrigiert, dass ein Band mit hinreichend kleiner Restlängs- und Restquerkrümmung erzeugt wird.
  • Die Erfindung umfasst folglich zunächst einmal solche Ausführungsformen, bei welchen die Sollwerte für die Biegeradien und folglich für die Rollenposition und/oder die Umschlingungswinkel, mit Hilfe eines mathematischen Modells bestimmt werden, wobei die Anlage dann mit diesen Werten betrieben wird. Simulationen haben ergeben, dass eine solche Vorgehensweise selbst bei gewissen Schwankungen der Prozessparameter zu hervorragenden Ergebnissen führt. Optional besteht die Möglichkeit, die Sollwerte im Zuge der Inbetriebnahme der Anlage oder gegebenenfalls auch während des Betriebes zu korrigieren, und zwar auf der Grundlage von experimentell erzielten Ergebnissen. Eine solche Korrektur kann "Off-Line" durchgeführt werden. Wie beschrieben besteht jedoch optional auch die Möglichkeit, eine Korrektur "On-Line" unter Berücksichtigung der Messwerte im Sinne einer Steuerung oder Regelung vorzunehmen. Auch diese Regelung kann auf einem Rechenmodell basieren, welches zumindest Spannungen in Längs- und Querrichtungen berücksichtigt, als Rechenparameter die Banddicke, den Elastizitätsmodul, die Querkontraktionszahl, das zyklische Festigkeitsverhalten des Bandes, die Bandzugspannung, die Rollenradien und die Geometrie des Bandlaufes um die Rollen verarbeitet, und einer bestimmten Querwölbung eine Bandrestlängs-bzw. -querkrümmung zugeordnet wird.
  • Die beschriebenen Rechenmodelle können auf einer Finite-Elemente-Methode basieren, welche in der Lage sind, Spannungen und Dehnungen auch über die Bandbreite zu berücksichtigen. Anhand der maximal zu erwartenden oder vor dem Richten gemessenen Bandunplanheit kann der optimale Streckgrad und/oder die optimalen horizontalen Abstände der elastisch-plastisch wirkenden Rollen nach der Finite-Elemente-Methode berechnet werden, welche die minimalen Restunplanheiten, hier insbesondere Welligkeiten und Bandsäbel, ergeben.
  • Gegenstand der Erfindung ist auch eine Vorrichtung gemäß den Merkmalen des Patentanspruch 18. Die einzelnen Richtrollen können jeweils mit einem oder mehreren fein einstellbaren Stellantrieben versehen sein, vorzugsweise Spindelhubelementen. Der Durchmesser einer oder mehrerer oder vorzugsweise aller vier Richtrollen beträgt zum Beispiel 15 mm bis 150 mm, vorzugsweise 25 mm bis 80 mm. Es wurde bereits erläutert, dass besonders bevorzugt mit verhältnismäßig großen Abständen zwischen den einzelnen Richtrollen gearbeitet wird. Besonders bevorzugt ist die Vorrichtung so ausgebildet, dass diese Abstände einstellbar sind, indem beispielsweise die Position zumindest einer Richtrolle entlang der Bandlaufrichtung variabel einstellbar ist.
  • Eine weitere Anforderung an einen Richtprozess ist neben der Restkrümmungsfreiheit die Minimierung von Welligkeit/Bandsäbel. Die vor dem Richten im Band vorhandenen Welligkeiten sind zu beseitigen, und der Richtprozess sollte selbst keinen neuen erzeugen. Beim Streckbiegerichten ergibt sich hier die Problematik, dass das Band an der Rolle sich elastisch-plastisch verformt und dabei plastisch gelängt wird. Mit der plastischen Längsdehnung geht einher eine plastische Reduktion der Bandbreite. Also ist der Bandabschnitt direkt vor der Rolle breiter als der direkt nach der Rolle. Da das Band aber nicht sprunghaft die Breite ändern kann, bilden sich in Folge Schubspannungen in der Bandebene aus, die über die Bandbreite und Bandlänge gesehen variieren. Die Schubspannungen wiederum führen zu einer insgesamt ungleichmäßigen plastischen Bandverformung über die Bandbreite, damit unterschiedlicher plastischer Längsdehnung über die Bandbreite und damit zu durch den Richtprozess hervorgerufenen Welligkeiten. Diese sind in der Regel Mittenwelligkeiten, die mit steigendem Streckgrad stärker werden. Die modellbasierten Untersuchungen haben hier zu dem überraschenden Ergebnis geführt, dass diese prozessbedingten Streckgradunterschiede bei der Bandbreite sich durch günstige Wahl der Abstände zwischen der elastisch-plastisch wirkenden Rollen minimieren bzw. aufheben lassen. Es hat sich herausgestellt, dass sich generell größere horizontale Abstände günstig auswirken. Abhängig vom Anwendungsspektrum der zu richtenden Produkte sind verschiedene Rollenabstände optimal, so dass eine weitere Verbesserung des Richtergebnisses in Bezug auf die Welligkeit erfolgt, wenn mindestens eine Richtrolle horizontal verstellbar ausgeführt ist.
  • Bei großen horizontalen Abständen der elastisch-plastisch wirkenden Richtrollen werden die Eintauchtiefen der Rollen bei gegebenen Umschlingungswinkeln relativ groß. Zum Durchlauf einer Verbindungsstelle von zwei Coils, etwa einer Stanzverbindung oder Schweißnaht, muss in der Regel das Streckbiegegerüst geöffnet werden, das heißt die Rollen werden abgestellt. Wenn die dabei zurückzulegenden Wege groß sind, dauert dieser Vorgang lange. Wenn das Band während dieser Zeit im Falle einer Konti-Linie weiter läuft, werden in Konsequenz die ungerichteten Bandlängen um die Verbindungsstelle groß. Dieses ist grundsätzlich unerwünscht. Die Erfindung schlägt daher in optionaler Weiterbildung vor, dass zumindest einer elastisch-plastisch wirkenden Richtrolle eine benachbarte Umlenkrolle vorgelagert und/oder eine benachbarte Umlenkrolle nachgelagert ist, wobei eine solche benachbarte Umlenkrolle vorzugsweise zumindest den dreifachen Durchmesser, besonders bevorzugt zumindest den zehnfachen Durchmesser der Richtrolle aufweist. Auf diese Weise werden die Anstellwege und somit die ungerichteten Bandabschnitte erheblich verkürzt. Die Umlenkrollen weisen dabei einen so großen Durchmesser auf, dass für zumindest einen Teil des zu richtenden Banddickenspektrums nur eine rein elastische Bandverformung auftritt. Bevorzugt sollten zumindest die letzen beiden Rollen ohne Zwischen-Umlenkrollen ausgeführt werden, um eine möglichst hohe Genauigkeit in der Einstellung des Umschlingungswinkels zu erzielen.
  • Weiterhin ist es möglich, dass zumindest eine der benachbarten Umlenkrollen eine konkave oder konvexe Rollenkontur aufweist. Ferner kann eine der beiden benachbarte Umlenkrollen oder auch beide benachbarten Umlenkrollen mit einer Rollenverbiegung in horizontaler und/oder vertikaler Richtung ausgerüstet sein. Der ersten elastisch-plastischen wirkenden Richtrolle kann eine mindestens um 120° umschlungene konturvariable Spannrolle oder Umlenkrolle vorgelagert sein. Durch diese Maßnahmen wird erreicht, dass an mindestens einer elastisch-plastisch wirkenden Richtrolle eine bestimmte Zugspannungsverteilung über die Bandbreite eingestellt wird, um die Streckgradverteilung über die Bandbreite so beeinflussen zu können, dass nach dem Richten ein Band mit möglichst geringer Restwelligkeit vorliegt. Speziell würde eine Erhöhung der Zugspannung an den Bandrändern einer Mittenwelligkeit entgegenwirken.
  • Im Übrigen können die elastisch-plastisch wirkenden Richtrollen gegen Durchbiegung durch Stützrollen abgestützt sein. Es können zum Beispiel segmentierte Stützrollen verwendet werden. So können die elastisch-plastisch wirkenden Rollen gegen Durchbiegungen durch zwei Reihen segmentierte Stützrollen bzw. zwei Zwischenwalzen und drei Reihen segmentierte Stütztrollen abgestützt sein.
  • Im Folgenden wird die Erfindung anhand einer lediglich ein Ausführungsbeispiel darstellenden Zeichnung näher erläutert. Es zeigen
    • Fig. 1
    eine erfindungsgmäße Vorrichtung zum Streckbiegrichten in einer vereinfachten, schematischen Darstellung,
    Fig. 2
    den Gegenstand nach Fig. 1 in abgewandelter Ausführungsform,
    Fig. 3
    berechnete Restlängskrümmungen für ein Metallband, welches mit einer Vorrichtung gemäß Fig. 1 gerichtet wurde und
    Fig. 4
    die Restlängskrümmung, welche mit einem herkömmlichen Drei-Rollen-Gerüst mit Einzelanstellung erreicht wird.
  • In den Figuren ist eine Vorrichtung zum kontinuierlichen Streckbiegerichten von Metallbändern 1 dargestellt. In den Ausführungsbeispielen weist die Vorrichtung vier Richtrollen 2 auf, um welche ein unter einer Zugspannung unterhalb der Elastizitätsgrenze stehendes Band 1 im plastischen oder elastisch-plastischen Bereich wechselseitig gebogen wird. Jede der Richtrollen 2 wird dabei in an sich bekannter Weise von zumindest zwei Stützrollen 3 abgestützt. Das Band 1 steht unter einer Zugspannung unterhalb der Elastizitätsgrenze. Dazu sind nicht dargestellte Spannrollen, zum Beispiel einlaufseitig ein Bremsrollensatz und auslaufseitig ein Zugrollensatz vorgesehen.
  • Erfindungsgemäß sind die Biegeradien an allen vier Richtrollen jeweils einzeln oder unabhängig voneinander einstellbar. Dazu sind alle vier Richtrollen 2 mit einer nicht dargestellten Regelvorrichtung und mit nicht dargestellten Stellantrieben, zum Beispiel Spindelhubelmenten, positionsgeregelt anstellbar, und zwar in einer zur Bandlaufrichtung R vertikalen Richtung V. Dieses ist in den Figuren durch die strichpunktiert dargestellten Funktionsstellungen der Rollen 2 angedeutet. Die Parameter und insbesondere die Rollenradien und die Bandzugspannung sind dabei so aufeinander abgestimmt, dass das Band an allen vier Richtrollen (noch) nicht dem Rollenradius folgt. Folglich kann durch Regelung der Anstelltiefe und Folglich durch Regelung der Position und der damit verbundenen Einstellung des Umschlingungswinkels der jeweilige Biegeradius variiert werden.
  • In dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 sind zwischen den vier Richtrollen 2 keine weiteren Rollen angeordnet. Lediglich vor und hinter der gesamten Richtrollenanordnung sind Umlenkrollen 4 vorgesehen.
  • Demgegenüber zeigt Fig. 2 eine abgewandelte Ausführungsform, bei welcher jeder Richtrolle 2 jeweils eine Umlenkrolle 4a vorgeordnet und eine Umlenkrolle 4b nachgeordnet sind. Auch bei dieser Ausführungsform sind jedoch alle vier Richtrollen 2 in ihrer Position senkrecht zur Bandlaufrichtung R positionsgeregelt variierbar.
  • Auch wenn die Ausführungsform nach Fig. 1 grundsätzlich zu bevorzugen ist, da sie außer den ein- und auslaufseitigen elastisch wirkenden Passlinerollen ohne weitere (rein elastisch wirkende) Rollen auskommt, kann optional die Ausführungsform nach Fig. 2 vorteilhaft sein. Auch Kombinationen der beiden Ausführungen sind möglich. Zu den rein elastisch wirkenden Umlenkrollen ist zu bemerken, dass diese nur bei dünnen und/oder höherfesten Bändern rein elastisch wirken, zum Beispiel bei Aluminium im Banddickenbereich unterhalb von einem Millimeter. Darüber haben auch sie eine wenn auch geringe elastisch-plastische Wirkung und können das Richtergebnis in Bezug auf Restkrümmungen beeinflussen. Soll ein Streckbiegerichtgerüst einen größeren Banddickenbereich abdecken, wird besonders bevorzugt auf die Umlenkrollen verzichtet.
  • Für die Inbetriebnahme einer solchen Anlage werden nun die exakten Sollpositionen aller vier Richtrollen 2 mit Hilfe eines mathematischen Modells bestimmt. Dabei ist es möglich, zunächst die Soll-Umschlingungswinkel mit einem Rechenmodell zu bestimmen, welches zumindest Spannungen in Längs- und Querrichtungen berücksichtigt, als Rechenparameter die Banddicke, den Elastizitätsmodul, die Querkontraktionszahl, das zyklische Festigkeitsverhalten des Bandes, die Bandzugspannung, die Rollenradien und die Geometrie des Bandlaufes um die Rollen verarbeitet, für die Sollwerte der Banddicke und der Festigkeit, zum Beispiel der Streckgrenze so berechnet werden, dass die Restlängs- und Restquerkrümmungen Null oder nahezu Null werden. Auf diese Weise lassen sich die Positionen der Richtrollen 2 exakt einstellen. Es besteht dann die Möglichkeit, in Abhängigkeit von experimentellen Ergebnissen "Off-Line" eine Korrektur dieser Positionen vorzunehmen.
  • Von besonderer Bedeutung ist dabei die Tatsache, dass die einmal exakt vorgegebene Einstellung gewährleistet, dass das Restkrümmungsverhalten extrem unempfindlich von Schwankungen der Prozessparameter wie insbesondere der Zugspannung und der Festigkeitswerte und der Banddicke des Bandes sind. Da in der Praxis ein Band eines Coils in der Regel gewissen Festigkeits- und Dickenschwankungen unterliegt und auch die Zugspannung nicht stets exakt konstant aufrecht erhalten werden kann, waren mit den bislang bekannten Verfahren auch die erzielten Restkrümmungen erheblichen Schwankungen unterworfen. Dieses wird im Rahmen der Erfindung vermieden. Das erfindungsgemäße Verfahren zeigt ein besonders gutmütiges Restkrümmungsverhalten. Dazu wird auf eine vergleichende Betrachtung der Fig. 3 und 4 verwiesen.
  • Fig. 3 zeigt die Restlängskrümmung k-L (in 1/m) für ein Aluminiumband als Funktion des Streckgrades S (in %), welches mit einer Vorrichtung gemäß Fig. 1 gerichtet wurde. Es handelt sich um berechnete Werte, die mit einem mathematischen Modell erzeugt wurden. Im Ausführungsbeispiel wurde eine Fließgrenze von 250 MPa mit Schwankungen von ± 10 MPa angenommen und eine Banddicke von 0,28 mm mit Schwankungen von ± 0,05 mm. In der Figur sind die für zulässig erachteten Grenzwerte der Restlängskrümmung von ± 0,5 m-1 ebenfalls dargestellt. Es ist erkennbar, dass die Restlängskrümmung in dem vorgegebenen Toleranzfenster in einem recht großen Streckgradbereich von 0,31 bis 0,59 % liegen. Bemerkenswert ist darüber hinaus die Tatsache, dass die Restlängskrümmung in einem Streckgradfenster von ± 0,05 % lediglich um ± 0,15 m-1 schwankt. Die hier nicht gezeigten Restquerkrümmungen sind stets geringer als die Restlängskrümmungen. Die Restlängskrümmungen liegen außerdem innerhalb eines Streckgradfensters von 0,36 bis 0,52 % definiert im negativen Bereich mit sehr geringen Schwankungen. Durch Anpassung des Umschlingungswinkels an der letzten Rolle lässt sich der Restkrümmungsverlauf im Diagramm nach oben oder unten verschieben. So ist auch eine definierte positive Längsrestkrümmung einstellbar.
  • Demgegenüber zeigt Fig. 4 eine entsprechende Simulation mit einem Dreirollen-Gerüst, wobei die einzelnen Rollen ebenfalls positionsgeregelt anstellbar sind. Es ist erkennbar, dass die Restlängskrümmung bei Schwankungen des Streckgrades in einem erheblich größeren Bereich schwankt. Der Grenzwert wird lediglich in einem Bereich für den Streckgrad von 0,33 bis 0,36 % eingehalten. Dieses ist in der Praxis, zum Beispiel in Beschleunigungs- und Verzögerungsphasen, kaum zu gewährleisten.
  • Bemerkenswert ist insgesamt im Übrigen die Tatsache, dass die beschriebenen Ergebnisse mit verhältnismäßig wenig Richtrollen erreicht werden, so dass sich die Anlage insgesamt durch einfache und kostengünstige Konstruktion auszeichnet.
  • Wird in einer Variante mit mehr als vier Richtrollen gearbeitet, so sind zumindest die letzten vier Richtrollen erfindungsgemäß einzeln in ihren Umschlingungswinkeln einstellbar, damit ein ähnlich gutmütiges Restkrümmungsverhalten erzielt wird. Beim erfindungsgemäßen Verfahren ist bei günstig gewählten Umschlingungswinkeln die Restquerkrümmung vom Betrag deutlich kleiner als die Restlängskrümmung. Der Restlängskrümmung einer nach dem Richten herausgeschnittenen Tafel entspricht dann näherungsweise eine in der Streckbiegerichtmaschine unter Bandzug gemessene Querwölbung des Bandes. Daher wird optional vorgeschlagen, zumindest auslaufseitig die Querwölbung zu messen, aus dem Messwert auf die Restlängskrümmung zu schließen und bei Abweichung vom gewünschten Wert die Einstellung der Umschlingungswinkel und damit auch der Positionen zu verändern, bis die der gewünschten Restlängskrümmung entsprechende Querwölbung sich einstellt.
  • Eine einfache Methode ist, den Umschlingungswinkel in der letzten elastisch-plastisch wirkenden Rolle zu variieren und dadurch den in Fig. 3 gezeigten Restkrümmungsverlauf nach oben oder unten zu verschieben. Hier ist auch ein geschlossener Regelkreis denkbar. Weiterhin kann es dann sinnvoll sein, nach jeder elastisch-plastischen Biegung die Querwölbung zu messen, um die Einstellung aller Umschlingungswinkel zu optimiere und mit dem Rechenmodell abgleichen zu können. Dazu können entsprechende Messvorrichtungen vorgesehen sein, die mit einer Steuer- und Regeleinrichtung verbunden sind. In den Figuren ist dieses nicht dargestellt. Mit einem Finite-Elemente-Modell kann zum Beispiel theoretisch optimale Querwölbung nach jeder Rolle vorausberechnet werden. Dann können die Rollen so eingestellt werden, dass die gemessenen mit den berechneten möglichst gut übereinstimmen. Dann kann man davon ausgehen, dass der tatsächliche Richtprozess nur gering vom theoretisch berechneten abweicht und mithin auch das Richtergebnis gut übereinstimmt.
  • Wie bereits erläutert, erfolgt die positionsgeregelte Anstellung der Richtrollen (quer zur Bandlaufrichtung) vorzugsweise mittels fein einstellbarer Spindelhubelemente. Eine solche Feineinstellung arbeitet in der Regel mit einer Einstellgeschwindigkeit von 2 bis 3 mm/sec.. Zum Durchlauf einer Verbindungsstelle von zwei Coils, etwa einer Stanzverbindung oder einer Schweißnaht, ist es gegebenenfalls zweckmäßig, das Streckbiegegerüst zu öffnen, das heißt die Rollen werden abgestellt. Wenn die dabei zurückzulegenden Wege groß sind, dauert dieser Vorgang mit den fein einstellbaren Spindelhubelementen verhältnismäßig lange. Aus diesem Grunde sind bei der in Fig. 2 dargestellten Ausführungsform die vorgelagerten Umlenkrollen 4a und die nachgelagerten Umlenkrollen 4b vorgesehen. Auf diese Weise werden die Anstellwege erheblich verkürzt.
  • Alternativ oder ergänzend besteht die Möglichkeit, zusätzlich zu der Feineinstellung (über zum Beispiel Spindelhubelemente) eine Schnellanstellung vorzusehen. Diese Möglichkeit empfiehlt sich insbesondere bei der Ausführungsform nach Fig. 1, kann grundsätzlich aber auch bei der Ausführungsform nach Fig. 2 vorgesehen sein. Die Richtrollen sind dann zusätzlich mit einer Schnellanstellung versehen, zum Beispiel mit hydraulischen oder pneumatischen Zylinderstelltrieben. Dabei kann es zweckmäßig sein, für mehrere Richtrollen eine gemeinsame Schnellanstellung vorzusehen. So kann es beispielsweise bei der Ausführungsform nach Fig. 1 zweckmäßig sein, die erste Richtrolle und die dritte Richtrolle an einem gemeinsamen Oberrahmen anzuordnen, welcher mit einem oder mehreren Zylinderstelltrieben anstellbar ist. Entsprechend können die zweite Richtrolle und die vierte Richtrolle an einem Unterrahmen angeordnet sein, welcher ebenfalls mit einem oder mehreren Zylinderstelltrieben verstellbar ist. Die Schnellanstellung kann zum Beispiel zwischen zwei Endanschlägen zum Auffahren und Zufahren des Streckbiegerichtgerüstes erfolgen. Diese Möglichkeiten sind in den Figuren nicht dargestellt.

Claims (29)

  1. Verfahren zum kontinuierlichen Streckbiegerichten von Metallbändern,
    wobei ein unter einer Zugspannung unterhalb der Elastizitätsgrenze stehendes Band (1) um zumindest vier Richtrollen (2) im plastischen oder elastisch-plastischen Bereich wechselseitig gebogen wird und dabei eine plastische Streckung erfährt,
    wobei die Biegeradien an allen vier Richtrollen (2) jeweils einzeln und unabhängig voneinander eingestellt werden, dadurch gekennzeichnet, dass alle vier Richtrollen (2) zur Einstellung der Biegeradien positionsgeregelt angestellt werden,
    wobei die Positionen der Richtrollen (2) mit einer Regelgenauigkeit eingestellt werden, welche einer Genauigkeit bezogen auf die Umschlingungswinkel des Bandes um die Richtrollen von ± 0,05° oder weniger entspricht,
    wobei der Abstand zwischen jeweils zwei unmittelbar hintereinander angeordneten Richtrollen bei allen vier Richtrollen bezogen auf die Bandlaufrichtung zumindest 30 % der Bandbreite und zumindest 300 mm beträgt.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Band um mehr als vier Richtrollen (2) gebogen wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Biegeradien zumindest an den letzten vier Richtrollen (bezogen auf die Bandlaufrichtung) jeweils einzeln und unabhängig voneinander eingestellt werden, indem vorzugsweise zumindest die letzten vier Richtrollen (2) einzeln positionsgeregelt angestellt werden.
  3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Positionen der Richtrollen (2) mit einer Regelgenauigkeit eingestellt werden, welche einer Genauigkeit bezogen auf die Umschlingungswinkel des Bandes um die Richtrollen von ± 0,02° oder weniger entspricht.
  4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Umschlingungswinkel des Bandes um eine oder mehrere, vorzugsweise um alle vier Richtrollen (2) 0,5° bis 60°, vorzugsweise 1° bis 35° betragen.
  5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Streckgrad 0,1 % bis 1,5 %, zum Beispiel 0,2 % bis 0,6 % beträgt.
  6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Bandzugspannung 10 % bis 90 %, vorzugsweise 30 % bis 60 % der Elastizitätsgrenze des Bandes bzw. des Bandmaterials beträgt.
  7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand zwischen zwei unmittelbar hintereinander angeordneten Richtrollen (2) bezogen auf die Bandlaufrichtung zumindest 50 % der Bandbreite beträgt.
  8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand zwischen zwei unmittelbar hintereinander angeordneten Richtrollen (2) zumindest 500 mm beträgt.
  9. Verfahren nach Anspruch 7 und 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand zwischen jeweils zwei unmittelbar hintereinander angeordneten Richtrollen (2) bei allen vier Richtrollen vorgesehen ist.
  10. Verfahren zum kontinuierlichen Streckbiegerichten von Metallbändern nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand in Bandlaufrichtung zwischen zumindest zwei Richtrollen (2) variabel eingestellt wird.
  11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Sollwerte für die Positionen der Richtrollen (2) und/oder die Sollwerte für die Umschlingungswinkel des Bandes um die Richtrollen mit einem Rechenmodell bestimmt werden, welches zumindest Spannungen in Längs- und Querrichtungen berücksichtigt, als Rechenparameter die Banddicke, den Elastizitätsmodul, die Querkontraktionszahl, das zyklische Festigkeitsverhalten des Bandes, die Bandzugspannung, die Rollenradien und/oder die Geometrie des Bandlaufes um die Rollen und/oder die Sollwerte der Banddicke und/oder der Festigkeit, zum Beispiel der Streckgrenze, verarbeitet.
  12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Sollwerte mit dem Rechenmodell mit der Maßgabe bestimmt werden, dass die Restlängskrümmung und die Restquerkrümmung (in etwa) Null wird.
  13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Sollwerte mit dem Rechenmodell mit der Maßgabe bestimmt werden, dass die Restquerkrümmung (in etwa) Null wird und die Restlängskrümmung einen definierten Wert annimmt.
  14. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass nach einer oder mehreren Richtrollen (2), zum Beispiel nach der letzten Richtrolle, bevorzugt nach jeder Richtrolle, die Querwölbung des Bandes über die Bandbreite gemessen wird.
  15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Regelung der Position bzw. Umschlingungswinkel unter Berücksichtigung der erhaltenen Messwerte für die Querwölbung erfolgt.
  16. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Regelung auf einem Rechenmodell basiert, welches zumindest Spannungen in Längs- und Querrichtung berücksichtigt, als Rechenparameter die Banddicke, den Elastizitätsmodul, die Querkontraktionszahl, das zyklische Festigkeitsverhalten des Bandes, die Bandzugspannung, die Rollenradien und die Geometrie des Bandlaufes um die Rollen (2) verarbeitet, und einer bestimmten Querwölbung eine Bandrestlängskrümmung bzw. Bandlängsquerkrümmung zugeordnet wird.
  17. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass das Rechenmodell oder die Rechenmodelle auf der Finite-Elemente-Methode basiert/basieren, wobei vorzugsweise anhand der maximal zu erwartenden oder vor dem Richten gemessen Bandunplanheit der optimale Streckgrad und/oder die optimalen horizontale Abstände der elastisch/plastisch wirkenden Richtrollen (2) nach der Finite-Elemente-Methode berechnet werden, welche die minimalen Restunplanheiten ergeben.
  18. Vorrichtung zum kontinuierlichen Streckbiegerichten von Metallbändern (1) nach einem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 17, mit zumindest vier Richtrollen (2), um welche ein unter einer Zugspannung unterhalb der Elastizitätsgrenze stehendes Band (1) im plastischen oder elastisch-plastischen Bereich wechselseitig gebogen wird, und
    mit zumindest einer Steuer- und/oder Regelvorrichtung, dadurch gekennzeichnet,
    dass die Biegeradien an allen vier Richtrollen (2) jeweils einzeln und unabhängig voneinander einstellbar sind und dass dazu alle vier Richtrollen (2) mit einer Regelvorrichtung verbunden und positionsgeregelt anstellbar sind,
    wobei die Positionen der Richtrollen mit einer Regelgenauigkeit einstellbar sind, welche einer Genauigkeit bezogen auf die Umschlingungswinkel des Bandes um die Richtrollen von 0,05° oder weniger entspricht,
    wobei der Abstand zwischen jeweils zwei unmittelbar hintereinander angeordneten Richtrollen bei allen vier Richtrollen bezogen auf die Bandlaufrichtung zumindest 30 % der Bandbreite und zumindest 300 mm beträgt.
  19. Vorrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Durchmesser einer oder mehrerer und vorzugsweise aller vier Richtrollen (2) 15 mm bis 150 mm, zum Beispiel 25 mm bis 80 mm betragen.
  20. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 18 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass von den vier Richtrollen (2) zumindest die letzten beiden Richtrollen (2), vorzugsweise die letzten drei Richtrollen (2) unmittelbar hintereinander ohne Zwischenschaltung weiterer Rollen angeordnet sind.
  21. Vorrichtung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass die vier Richtrollen (2) unmittelbar hintereinander ohne Zwischenschaltung weiterer Rollen angeordnet sind.
  22. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 18 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand zwischen zumindest zwei Richtrollen (2) in der Bandlaufrichtung (R) variabel einstellbar ist.
  23. Vorrichtung nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass die Position zumindest einer Richtrolle (2), vorzugsweise aller Richtrollen (2) entlang der Bandlaufrichtung (R) einstellbar ist.
  24. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 18 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest einer Richtrolle (2) eine benachbarte Umlenkrolle (4, 4a, 4b) vorgelagert und/oder nachgelagert ist, wobei die Umlenkrolle oder die Umlenkrollen (4, 4a, 4b) vorzugsweise zumindest den dreifachen Durchmesser, besonders bevorzugt den zumindest zehnfachen Durchmesser der Richtrolle aufweisen.
  25. Vorrichtung nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, dass die vorgelagerte Umlenkrolle (4, 4a) und/oder die nachgelagerte Umlenkrolle (4, 4b) eine konkave oder konvexe Rollenkontur aufweist.
  26. Vorrichtung nach Anspruch 24 oder 25, dadurch gekennzeichnet, dass die vorgelagerte Umlenkrolle (4, 4a) und/oder die nachgelagerte Umlenkrolle (4, 4b) mit einer Rollenverbiegung in horizontaler und/oder vertikaler Richtung ausgerüstet ist.
  27. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 18 bis 26, dadurch gekennzeichnet, dass der ersten Richtrolle (2) eine Spannrolle oder Umlenkrolle, vorzugsweise eine konturvariable Spannrolle oder Umlenkrolle vorgelagert ist, welche von dem Metallband zum Beispiel um zumindest 120° umschlungen ist.
  28. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 18 bis 27, dadurch gekennzeichnet, dass die Richtrollen (2) mittels Stellantrieben, zum Beispiel Spindelhubelementen, anstellbar sind.
  29. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 18 bis 28, dadurch gekennzeichnet, dass einzelne positionsanstellbare Richtrollen (2) oder mehrere jeweils positionsanstellbare Richtrollen (2) gemeinsam zusätzlich mit einer Schnellanstellung versehen sind.
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