[0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Walzanlage zum Herstellen von über
die Breite ein beliebiges Dickenprofil aufweisenden bandförmigem Walzgut durch Längswalzen
eines Ausgangsmaterials, insbesondere eines Metallbandes oder einer Platine.
[0002] Die Forderung, vor allem der Automobilindustrie, nach leichten, hochbelastbaren Bauteilen
führte zur Entwicklung von halbzeugähnlichen Vorprodukten mit Querschnitten, die örtlich
so weit wie möglich der Belastung des gewünschten Bauteils angepaßt sind. Diese "Taylored
Blanks" genannten Vorprodukte werden vornehmlich durch Verschweißen von Blechen unterschiedlicher
Dicke und/oder Breite und Festigkeit hergestellt.
[0003] Zur Vermeidung des Aufwandes des Verschweißens ist es bekanntgeworden, das dem Belastungsfall
angepaßte Querschnittsprofil (Dickenprofil) durch Längswalzen von Band mit schneller
periodischer Veränderung des Walzspaltes zu erzeugen. Bei diesem mit dem Begriff "flexibles
Walzen" bezeichneten Verfahren wird das Walzgut durch Querteilen in "Taylored Blanks"
aufgeteilt. Hierbei hat sich allerdings als sehr nachteilig gezeigt, daß die Länge
des bei Dickenänderungen entstehenden Übergangsprofils von der Anstellgeschwindigkeit
und der Steifigkeit des Walzwerkes sowie von der Walzgeschwindigkeit abhängig ist.
Bedingt durch die allenfalls möglichen, begrenzten Anstellgeschwindigkeiten und Steifigkeiten
lassen sich kurze Übergangsstücke daher nur dann erreichen, wenn extrem langsam gewalzt
wird.
[0004] Unter dem Begriff "Profilwalzen" sind schließlich Walzverfahren zur Herstellung von
Halbzeug mit unterschiedlicher Dicke über die Walzgutbreite seit langem bekannt. Dabei
wird mit entsprechend kalibrierten Walzen in mehreren Walzvorgängen (Stichen) der
gewünschte Querschnitt erzeugt. Diese Art der Herstellung ist aber beschränkt auf
Walzgut mit kleinem Breiten-/Dickenverhältnis. Es ist wenig flexibel, da für jeden
Querschnitt fast immer entsprechend kalibrierte Walzensätze benötigt werden.
[0005] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Walzanlage der eingangs
genannten Art zu schaffen, mit denen sich die genannten Nachteile vermeiden und beliebige
Profilierungen ohne zusätzlichen Aufwand variabel und flexibel herstellen lassen.
[0006] Diese Aufgabe wird mit einem Verfahren erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Ausgangsmaterial
mit mehreren in Walzrichtung versetzt angeordneten, über die Walzgutbreite verschieden
tief in das Ausgangsmaterial eindringenden Walzen in Breitenrichtung verformt wird.
Die erfindungsgemäß in Walzrichtung versetzt hintereinander angeordneten, nahezu nur
in Breitenrichtung verformend auf das Ausgangsmaterial einwirkenden Walzen ermöglichen
eine entsprechend der gewünschten Profilierung örtlich gezielte Verformung, wobei
die Eindringtiefe von der jeweiligen Anstellung der einzelnen schmalen Walzen bzw.
Rollen abhängt. Hierbei ist es gleich, ob es sich bei dem Ausgangsmaterial um Eisenwerkstoffe
oder NE-Metalle sowie um eine Warm- oder Kaltverformung handelt und bei einer Kaltverformung
das Ausgangsmaterial ein Warm- oder Kaltband ist.
[0007] Nach einem Vorschlag der Erfindung kann das Ausgangsmaterial im Einwegbetrieb oder
reversierend verformt werden, wobei eine Ausgestaltung vorsieht, daß das Ausgangsmaterial
unter den Walzen hin- und herbewegt wird. Die jeweilige Betriebsweise richtet sich
hierbei nach der vorzunehmenden Profilierung und/oder dem erforderlichen sowie mit
einem Stich möglichen Grad der Verformung.
[0008] Eine zweckmäßige Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, daß Drückwalzen mit einer
hinsichtlich ihrer Auslegung von
- Rollenradius
- Arbeitswinkel
- Glättungswinkel
- Arbeitsradius
- Kontaktlänge
zum Verformen des Ausgangsmaterials in Breitenrichtung bestimmten Geometrie eingesetzt
werden. Die Konturgebung der für die Profilierung wirksamen Mantelfläche der Drückwalzen
unterstützt den Materialfluß gezielt in Breitenrichtung, ohne wesentliche Längung
des zu profilierenden Walzgutes.
[0009] Wenn das mittels der Drückwalzen profilierte Walzgut einem abschließenden Glättstich
unterzogen wird, läßt sich eine aufgrund der zum Einsatz kommenden einzelnen Drückwalzen
auftretende Stufung beseitigen und damit die gewünschte Endqualität der Profilierung
erreichen.
[0010] Gemäß einem Vorschlag der Erfindung ist es aber auch möglich, daß mit den Drückwalzen
eine Modifikation der Stufung der in Breitenrichtung profilierten Walzgut-Oberfläche
vorgenommen wird. Diese somit gezielte bzw. bewußt beibehaltene Stufung läßt sich
zur Erhöhung der Steifigkeit des Walzgutes in Längsrichtung benutzen. Da bereits geringe
"Steghöhen" einen hohen Versteifungseffekt haben, kann durch die Anpassung der Drückwalzengeometrie,
der Eindringtiefe und des Abstandes der Drückwalzen voneinander gewissermaßen eine
Steifigkeit eingestellt werden.
[0011] Bei einer Walzanlage, insbesondere zum Durchführen des Verfahrens beim Herstellen
von über die Breite ein beliebiges Dickenprofil aufweisenden bandförmigem Walzgut
durch Längswalzen eines Ausgangsmaterials, sind erfindungsgemäß einer das Walzgut
aufnehmenden Stützauflage obere, in Walzrichtung versetzt angeordnete, unterschiedlich
angestellte Drückwalzen zugeordnet. Die Stützauflage, bei der es sich um einen hin-
und herbeweglichen Tisch, alternativ um eine einen großen Durchmesser aufweisende
Unterwalze handeln kann, übt keine Verformungskräfte auf das Ausgangsmaterial aus
und dient dem Grunde nach ausschließlich als Tragelement für das Walzgut und Gegenhalter
für die Drückwalzen. Diese können vorteilhaft als Vollwalzen ausgebildet sein.
[0012] Eine alternative Ausführung der Erfindung sieht mehrteilige, aus einem Grundkörper
und einem Profilring bestehende Drückwalzen vor. Die Mehrteiligkeit bietet gegenüber
Vollwalzen den Vorteil des wiederholt einzusetzenden Grundkörpers (Achse, Welle),
auf den in der Walzen-Werkstatt ein verschlissener Profil- bzw. Drückring einfach
gegen einen neuen ausgetauscht werden kann. Wenn der Profilring vorteilhaft axial
verschiebbar auf dem Grundkörper angeordnet ist, läßt sich der Ort der Einwirkung
auf das Ausgangsmaterial zu dessen Verformung in Breitenrichtung gezielt verlagern.
Gleiches gilt natürlich für axial verschiebbar gelagerte Vollwalzen.
[0013] Nach einer Ausführung der Erfindung läßt sich die Stützauflage über ihre Breite mit
einer unterschiedlichen Oberflächenbeschaffenheit ausbilden. Dies kann durch voneinander
abweichende Rauhigkeiten bzw. eine unterschiedliche oder bereichsweise Schmierung
zum Ziele einer erleichterten Verformung in Breitenrichtung geschehen.
[0014] Zur Erleichterung der Verformung können auch den Drückwalzen zugeordnete Heizeinrichtungen
beitragen. Hierzu läßt sich z.B. vor jeder Drückwalze ein Laser oder eine Induktionsheizung
vorsehen.
[0015] Es empfiehlt sich, daß der Profilwalzeinheit ein Glättgerüst nachgeschaltet ist,
so daß sich durch einen Glättstich eine von den Drückwalzen erzeugte Stufenstruktur
beseitigen läßt.
[0016] Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Patentansprüchen
und der nachfolgenden Beschreibung, in der Ausführungsbeispiele des Gegenstandes der
Erfindung näher erläutert sind. Es zeigen:
- Fig. 1
- in der Draufsicht eine Walzeinheit zum Herstellen eines über die Breite profilierten
Walzgutes mit einem nachgeschalteten Glättgerüst, schematisch dargestellt;
- Fig. 2
- als Einzelheit der Fig. 1 die Seitenansicht der Profil-Walzeinheit;
- Fig. 3
- die Profil-Walzeinheit gemäß Fig. 2 in der Vorder- bzw. Längsansicht;
- Fig. 4
- als Einzelheit eine Platine als Ausgangsmaterial für das zu profilierende Walzgut
und - darunter gezeigt - ein Beispiel für ein daraus gewalztes Querprofil;
- Fig. 5
- als Einzelheit eine symmetrische Teilansicht einer Drückwalze;
- Fig. 6
- schematisch die in Walzrichtung versetzt angeordneten und unterschiedlich tief angestellten
Drückwalzen des hier abweichend von Fig. 1 auf einem hin- und herbeweglichen Tisch
aufliegenden Ausgangsmaterials und - darunter gezeichnet - als Einzelheit die damit
erreichte, in Stufenstruktur vorliegende Profilierung;
- Fig. 7
- in schematischer Darstellung eine zwischen einer Ablauf- und einer Wickelhaspel angeodnete
Profil-Walzeinheit mit einer einzeln gezeigten mehrteiligen Drückwalze; und
- Fig. 8
- eine der Fig. 6 entsprechende Darstellung mit verschiedenen zur Erhöhung der Steifigkeit
bewußt vorgenommenen Profilierungen des Walzgutes.
[0017] Zum Herstellen eines über die Breite ein beliebiges Dickenprofil aufweisenden bandförmigem
Walzgutes aus einem Ausgangsmaterial, wie eine in Fig. 4 gezeigte Platine 1 oder ein
in den Fig. 1 und 7 gezeigtes Metallband 2, zu einem profilierten Fertigprodukt 3,
z.B. das in Fig. 4 unterhalb der Ausgangsplatine 1 mit einer Rille 4 erzeugte Querprofil,
wird das gewünschte Dickenprofil über die Walzgutbreite b
0 (vgl. Fig. 1) eingestellt. Hierzu sind für einen Längswalzvorgang mehrere Drückwalzen
5 einer außerdem eine Stützauflage in Form einer einen großen Durchmesser aufweisenden
Unterwalze 6 (Fig. 1 bis 3 sowie 7) oder eines in Walzrichtung 7 (vgl. den Pfeil in
Fig. 1) hin- und herbeweglichen, in Fig. 6 schematisch angedeuteten Tisches 8 umfassenden
Walzeinheit 9 bzw. 10 in Walzrichtung 7 versetzt angeordnet und über die Walzgutbreite
unterschiedlich tief angestellt. Die Verformung des bandförmigen Walzgutes (Platine
1 bzw. Metallband 2) mittels der Drückwalzen 5 geschieht ohne wesentliche Längung
nahezu nur in Breitenrichtung 11 (vgl. in Fig. 6 den bzw. in Fig. 4 die Pfeile), wozu
die in Fig. 5 für eine einzelne Drückwalze 5 gezeigte Geometrie mit den bestimmenden
Größen Rollenradius r
R, Arbeitswinkel α, Glättungswinkel β, Arbeitsradius ρ und Kontaktlänge l
B beiträgt.
[0018] Durch die Anordnung von mehreren dieser Drückwalzen 5 in Längs- bzw. Walzrichtung
7 versetzt über die Walzgutbreite und unterschiedlich tief angestellt, wie in Fig.
6 schematisch gezeigt, wird im Einweg- oder Reversierbetrieb das Ausgangsmaterial
1 bzw. 2 gemäß der Schemazeichnung nach Fig. 6 stufenförmig, mit einer beliebigen
Dickenverteilung in Breitenrichtung 11 verformt. Aus einer Platine 1 oder einem Metallband
2 mit der Breite b
0 (Ausgangsabmessung) wird z.B. ein Querprofil der Breite b
1 (vgl. Fig. 1) mit einer Rille 4 (vgl. Fig. 4) in der Mitte. Durch die im Durchmesser
große Unterwalze 6 oder den Tisch 8 wird eine großflächige Abstützung bei der Verformung
des Ausgangsmaterials (Platine 1, Metallband 2) erreicht. Zur Erleichterung der Verformung
in Breitenrichtung 11 können Unterwalze 6 oder Tisch 8 über ihre Breite von unterschiedlicher
Oberflächenbeschaffenheit oder unterschiedlich geschmiert sein. Die Wirkung der Drückwalzen
5 zur Verformung des Ausgangsmaterials bzw. Walzgutes in Breitenrichtung 11 kann weiterhin
dadurch begünstigt werden, daß vor den Drückwalzen 5 je eine Heizung 12 angeordnet
wird, wie in Fig. 6 sehr schematisch angedeutet. Ein der Walzeinheit 9 (bzw Walzeinheit
10) in Walzrichtung 7 nachgeschaltetes, für das Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 schematisch
eingezeichnetes Glättgerüst 13 beseitigt durch einen Glättstich die Stufenstruktur
(vgl. Fig. 6), die in der vorgeschalteten Profilierwalzanlage bzw. Walzeinheit 9 oder
10 aufgrund der in das Walzgut verschieden tief eindringenden Drückwalzen 5 entsteht.
[0019] Bei der in Fig. 7 gezeigten Ausführung einer Profilwalzanlage bzw. Walzeinheit 10
verläuft der Walzvorgang nur in einer Richtung, d.h. der gemäß Walzrichtungspfeil
7. Das zu profilierende Metallband 2 läuft dort von einer Ablaufhaspel 14 ab und wird
nach dem Profilieren durch die Drückwalzen 105 - von denen hier nur eine dargestellt
ist - von einer Wickelhaspel 15 wieder zu einem Bund aufgewickelt. Die Drückwalzen
105 sind gegenüber den Vollwalzen der vorbeschriebenen Drückwalzen 5 mehrteilig ausgebildet
und bestehen aus einem Grundkörper 16 und einem darauf aufgezogenen Profil- bzw. Drückring
17, der mit der in Fig. 5 gezeigten Geometrie versehen ist und axial verschiebbar
sein kann.
[0020] Beim Einsatz von mehreren in Querrichtung angeordneten Drückwalzen 5 bzw. 105, die
in Walzrichtung 7 versetzt sind und unterschiedlich tief in das Walzgut eindringen,
wird unabhängig von der Art des Ausgangsmaterials (Platine 1, Metallband 2) oder dessen
Werkstoff eine beliebige Dickenverteilung über die Breite und damit eine gewünschte
Profilierung durch Verformung des bandförmigen Walzgutes in Breitenrichtung erreicht.
Wenn diese Profilierung nicht durch ein Glättgerüst beseitigt, sondern bewußt zur
Erhöhung der Steifigkeit des Walzgutes in Längsrichtung benutzt wird, können mittels
Modifikation der in Fig. 8 beispielsweise gezeigten Steghöhen 18a, 18b, 18c die gewünschten
Steifigkeiten quasi eingestellt werden.
1. Verfahren zum Herstellen von über die Breite ein beliebiges Dickenprofil aufweisenden
bandförmigem Walzgut durch Längswalzen eines Ausgangsmaterials, insbesondere eines
Metallbandes (2) oder einer Platine (1), dadurch gekennzeichnet,
daß daß Ausgangsmaterial mit mehreren in Walzrichtung (7) versetzt angeordneten, über
die Walzgutbreite verschieden tief in das Ausgangsmaterial (1; 2) eindringenden Walzen
(5; 105) in Breitenrichtung (11) verformt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Ausgangsmaterial (1; 2) im Einwegbetrieb oder reversierend verformt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Ausgangsmaterial (1; 2) unter den Walzen (5; 105) hin- und herbewegt wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet,
daß Drückwalzen (5; 105) mit einer hinsichtlich ihrer Auslegung von
- Rollenradius rR
- Arbeitswinkel α
- Glättungswinkel β
- Arbeitsradius ρ
- Kontaktlänge lB
zum Verformen des Ausgangsmaterials in Breitenrichtung (11) bestimmten Geometrie eingesetzt
werden.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet,
daß das profilierte Walzgut einem abschließenden Glättstich unterzogen wird.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet,
daß mit den Drückwalzen eine Modifikation der Stufung der in Breitenrichtung profilierten
Walzgut-Oberfläche vorgenommen wird.
7. Walzanlage zum Herstellen von über die Breite ein beliebiges Dickenprofil aufweisenden
bandförmigem Walzgut durch Längswalzen eines Ausgangsmaterials (1; 2), insbesondere
eines Metallbandes (2) oder einer Platine (1), insbesondere zum Durchführen des Verfahrens
nach Anspruch 1, umfassend mindestens eine Walzeinheit (9; 10), die profilgebende,
anstellbare Walzen aufweist,
dadurch gekennzeichnet,
daß einer das Walzgut (1; 2) aufnehmenden Stützauflage (6; 8) obere, in Walzrichtung
(7) versetzt angeordnete, unterschiedlich angestellte Drückwalzen (5; 105) zugeordnet
sind.
8. Walzanlage nach Anspruch 7,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Drückwalzen (5) als Vollwalzen ausgebildet sind.
9. Walzanlage nach Anspruch 7,
gekennzeichnet durch
mehrteilige, aus einem Grundkörper (16) und einem Profilring (17) bestehende Drückwalzen
(105).
10. Walzanlage nach Anspruch 9,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Profilring (17) axial verschiebbar ist.
11. Walzanlage nach einem der Ansprüche 7 bis 10,
gekennzeichnet durch
eine einen großen Durchmesser aufweisende Unterwalze (6) als Stützauflage.
12. Walzanlage nach einem der Ansprüche 7 bis 10,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Ausgangsmaterial (1; 2) auf einem hin- und herbeweglichen Tisch (8) abgestützt
ist.
13. Walzanlage nach Anspruch 11 oder 12,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Stützauflage (6; 8) über ihre Breite mit einer unterschiedlichen Oberflächenbeschaffenheit
ausgebildet ist.
14. Walzanlage nach einem der Ansprüche 7 bis 13,
dadurch gekennzeichnet,
daß den Drückwalzen (5; 105) Heizeinrichtungen (12) zugeordnet sind.
15. Walzanlage nach einem der Ansprüche 7 bis 14,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Profilwalzeinheit (9; 10) ein Glättgrüst (13) nachgeschaltet ist.