Die Erfindung betrifft ein Walzgerüst zum stufenförmigen Walzen eines Metallbandes, insbesondere aus Stahl, Aluminium, Kupfer oder eine Kupferlegierung. Die Erfindung betrifft darüber hinaus eine Walzstraße mit mindestens einem derartigen Walzgerüst sowie ein entsprechendes Verfahren.

Walzgerüste und Verfahren zum Herstellen von stufenförmigen Dickenprofilen über der Breite eines bandförmigen Metallbandes sind im Stand der Technik, z.B. aus der deutschen Offenlegungsschrift DE 198 31 882 A1 oder der deutschen Patentschrift DE 101 13 610 C2 grundsätzlich bekannt. Zum Herstellen des gewünschten Dickenprofils, z.B. Stufenprofils empfehlen die beiden Druckschriften, das Metallband, welches ursprünglich typischerweise einen rechteckförmigen Querschnitt aufweist, mit mehreren in Walzrichtung versetzt angeordneten Drückwalzen längs zu walzen. Dabei drücken die in Transportrichtung des Metallbandes versetzt bzw. nebeneinander angeordneten Drückwalzen jeweils in das durch eine Stützeinrichtung abgestützte Metallband und verformen es auf diese Weise wie gewünscht in Breitenrichtung.

Die in den besagten Druckschriften zur Verwendung vorgeschlagenen Drückwalzen ermöglichen jeweils nur eine lokal sehr begrenzte Bearbeitung des Metallbandes in einem schmalen Bereich in Breitenrichtung; es sind deshalb, wie gesagt, eine Vielzahl derartiger Drückwalzen in versetzter Anordnung erforderlich, um z.B. breitere Stufen in das Metallband zu walzen. Aufgrund der Vielzahl der erforderlichen Drückwalzen und deren versetzter Anordnung ist der Aufbau derartiger bekannter Walzgerüste zum Realisieren von Stufenprofilen in Metallbändern recht aufwendig.

Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein stufenförmig vorprofiliertes Metallband in der Höhe seiner Stufen durch Walzen zu reduzieren, ohne dass sich dabei Wellen auf dem Metallband in dessen Längsrichtung ausbilden.

Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand des Patentanspruchs 1 gelöst. Dieser Gegenstand ist dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens zwei benachbarten Teilwalzen jeweils zylinderförmig ausgebildet sind und zusammen mit der Stützeinrichtung jeweils benachbarte Teilwalzspalte mit unterschiedlichen Größen h_i, h_i+1 mit h_i ≠ h_i+1 und i = 1, 2, ..., I aufspannen, wobei die benachbarten Teilwalzspalte zusammen den Gesamtwalzspaltquerschnitt definieren, welcher stufenförmig ausgebildet ist und dass die Größen von jeweils benachbarten Teilwalzspalten individuell so gewählt sind, dass sie im Hinblick auf das in den Gesamtwalzspalt einlaufende Metallband, welches vor dem Walzen zwar geometrisch ähnlich dem Gesamtwalzspaltquerschnitt stufenförmig vorprofiliert ist, aber jeweils größere Stufenhöhen von h_i + &Dgr;h_i und h_i+1 + &Dgr;h_i+1 mit h_i + &Dgr;h_i ≠ h_i+1 + &Dgr;h_i+1 und &Dgr;h_i > 0 und &Dgr;h_i+1 > 0 als die Teilwalzspalte (i) aufweist, folgender Gesetzmäßigkeit genügen: &Dgr;h_i/h_i = &Dgr;h_i+1/h_i+1 = &egr; = konstant.

Bei einer Dickenreduktion des stufenförmig vorprofilierten Metallbandes gemäß der beanspruchten Gesetzmäßigkeit wird das aus der Höhe des Metallbandes abgewalzte Material bzw. der daraus resultierende Stofffluss gleichmäßig in Längsrichtung des Metallbandes verteilt und zwar vorteilhafterweise ohne Wellenbildung.

Das erfindungsgemäß dafür benötigte Walzgerüst ist konstruktiv einfach und platzsparend aufgebaut, weil es lediglich quer zur Laufrichtung des Metallbandes nebeneinander angeordnete Teilwalzen, nicht jedoch eine Vielzahl von in Laufrichtung versetzt angeordnete Teilwalzen aufweist.

Der Begriff, dass die Teilwalzen „auf gleicher Höhe" nebeneinander angeordnet sind, meint, dass die nebeneinander angeordneten Teilwalzen auf einer Seite des Metallbandes nicht in Transportrichtung des Metallbandes versetzt zueinander angeordnet sind.

Die beanspruchte stufenförmige Vorprofilierung des Metallbandes in Annäherung an den stufenförmigen Gesamtwalzspaltquerschnitt des erfindungsgemäßen Walzgerüstes ist zwingend notwendig, weil ansonsten keine unterschiedlich großen Stufenhöhen quer zur Transportrichtung bei dem einlaufenden Metallband unterschieden werden könnten und das Metallband dann quer zu seiner Transportrichtung lediglich eine einheitliche Dicke mit h_i = h_i+1 = konstant aufweisen würde. Gemäß der beanspruchten Gesetzmäßigkeit müsste dann gelten &Dgr;h_i = &Dgr;h_i+1; dies wäre dann der Fall einer einheitlichen Dickenreduktion über die gesamte Breite des Metallbandes, die jedoch nicht Gegenstand der Erfindung ist. Demgegenüber betrifft die Erfindung lediglich die Dickenreduktion von vorprofilierten Stufenprofilen, wobei der vorteilhafte Effekt, dass das resultierende Metallband wellenfrei ist, lediglich dann eintritt, wenn die Dickenreduktionen für die einzelnen Stufen quer zur Transportrichtung des Metallbandes unter Beachtung der beanspruchten Gesetzmäßigkeit individuell berechnet und durchgeführt werden.

Gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel ist es vorteilhaft, wenn das Einstellen der Größen der Teilwalzspalte automatisch mit Hilfe einer Anstelleinrichtung in Kenntnis der Stufenhöhen des einlaufenden stufenförmig vorprofilierten Metallbandes erfolgt. Bei einer Änderung der Stufenhöhen des einlaufenden Metallbandes kann dann sehr schnell eine Anpassung der Größen der Teilwalzspalte mit Hilfe der Anstelleinrichtung erfolgen.

Vorteilhafte Ausgestaltungen des Walzgerüstes sind in den Unteransprüchen angegeben.

Vorteilhafterweise ist das Walzgerüst ausgebildet zum Warmwalzen oder zum Kaltwalzen des Metallbandes.

Die oben genannte Aufgabe der Erfindung wird weiterhin durch eine Walzstraße, insbesondere eine Tandem-Anlage gelöst. Diese Walzstraße umfasst dann ein erstes Walzgerüst mit Profil- oder Kaliberwalzen zum stufenförmigen Vorprofilieren des Metallbandes. Dem ersten Walzgerüst bzw. Vorgerüst ist in Laufrichtung des Metallbandes dann mindestens ein zweites Walzgerüst nachgeschaltet, wobei dieses zweite Walzgerüst gemäß der Erfindung ausgebildet ist. In dem mindestens einen nachgeschalteten Walzgerüst erfolgt dann eine Dickenreduktion des stufenförmigen Metallbandes, wobei die Höhen der einzelnen benachbarten Stufen individuell gemäß der beanspruchten Gesetzmäßigkeit reduziert werden. Dem zweiten Walzgerüst können weitere erfindungsgemäße Walzgerüste nachgeschaltet sein. Die jeweils erfindungsgemäß ausgebildeten vorgeschalteten Walzgerüste übernehmen dann für die jeweils nachgeschalteten erfindungsgemäßen Walzgerüste das notwendige Bereitstellen einer stufenförmigen Vorprofilierung des Metallbandes. Eine Mehrzahl von hintereinander angeordneten erfindungsgemäßen Walzgerüsten ist insbesondere dann erforderlich, wenn das Metallband sehr stark in seiner Dicke reduziert werden soll. Alternativ kann eine starke Dickenreduktion auch durch ein einzelnes Reversiergerüst realisiert werden, welches erfindungsgemäß ausgebildet ist.

Die oben genannte Aufgabe wird weiterhin durch ein Verfahren zum Walzen eines Walzbandes gelöst. Die Vorteile von sowohl der beanspruchten Walzstraße wie auch von dem beanspruchten Verfahren entsprechen den oben mit Bezug auf das Walzgerüst beschriebenen Vorteilen.

Der Erfindung sind insgesamt 6 Figuren beigefügt, wobei

1 ein erstes Ausführungsbeispiel für das erfindungsgemäße Walzgerüst;

2 einen Querschnitt für das erste Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Walzgerüstes gemäß 1;

3a einen Querschnitt des Metallbandes nach Verlassen des erfindungsgemäßen Walzgerüstes gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel;

3b einen alternativen Querschnitt des Metallbandes nach Verlassen des Walzgerüstes;

4 ein zweites Ausführungsbeispiel für das erfindungsgemäße Walzgerüst;

5 einen Querschnitt des erfindungsgemäßen Walzgerüstes gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel; und

6 einen Querschnitt durch das Metallband nach Verlassen des erfindungsgemäßen Walzgerüstes gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel

zeigt.

Die Erfindung wird nachfolgend in Form von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die genannten Figuren detailliert beschrieben. In allen Figuren sind gleiche Bauelemente mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet.

1 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel für das erfindungsgemäße Walzgerüst 100. Das Walzgerüst 100 umfasst hier beispielhaft drei quer zur Transportrichtung (senkrecht zur Papierebene) des Metallbandes 200 angeordnete Teilwalzen 110-i mit i = 1, 2 und 3. Die Teilwalzen sind auf gleicher Höhe nebeneinander angeordnet, d.h. sie sind nicht in Transportrichtung des Metallbandes versetzt. Die drei Teilwalzen 110-i spannen zusammen mit einer gegenüberliegend angeordneten Stützeinrichtung 120, z.B. in Form einer Stützwalze, jeweils benachbarte Teilwalzenspalte i = 1, i = 2 und i = 3 mit den Größen h_i mit i = 1, 2 und 3 auf. Dabei ist es wichtig, dass zumindest zwei jeweils benachbarte Teilwalzspalte i, i + 1 jeweils unterschiedliche Größen h_i, h_i+1 mit h_i ungleich h_i+1 aufweisen. Die beiden äußeren Teilwalzen 110-1, 110-3 sind in 1 beispielhaft auf einer gemeinsamen Achse A gelagert und werden deshalb gegebenenfalls auch jeweils in gleicher Weise und in gleichem Maße gegenüber der Stützeinrichtung 120 angestellt. Die Anstellung der einzelnen Teilwalzen 110-i gegenüber der Stützeinrichtung 120 erfolgt vorteilhafterweise automatisch mit Hilfe einer Anstelleinrichtung 130, allerdings immer unter Beachtung der beanspruchten Gesetzmäßigkeit: &Dgr;h_i/h_i = &Dgr;h_i+1/h_i+1 = &egr; = konstant, mit i = 1, 2 ... I(1) wobei

&Dgr;h_i:

die Dickenreduktion des Metallbandes durch das erfindungsgemäße Walzgerüst im Bereich der i'ten Teilwalze bzw. Stufe; und

h_i:

die Größe des i'ten Teilwalzspaltes bzw. die Dicke des aus dem erfindungsgemäßen Walzgerüst auslaufenden Metallbandes im Bereich der i'ten Stufe.

2 zeigt eine Seitenansicht des in 1 gezeigten ersten Ausführungsbeispiels für das erfindungsgemäße Walzgerüst 100. Wie bereits in 1 zu erkennen war, ist die mittlere Teilwalze 110-2 nicht an der Achse 112-5 gelagert. Stattdessen ist sie, wie in 2 gezeigt, in einem separaten Rollenkäfig 112 drehbar gelagert. Außerdem ist sie mit Hilfe der Anstelleinrichtung 130 auch individuell gegenüber der Stützeinrichtung 120 unabhängig von den beiden äußeren Teilwalzen 110-1 und 110-3 anstellbar. In 2 ist die Transportrichtung des Metallbandes mit einem Pfeil nach rechts angedeutet und außerdem ist die resultierende Dickenreduktion, insbesondere im Bereich der mittleren Teilwalze 110-2, deutlich erkennbar.

Die 3a und 3b zeigen mögliche Profile des Metallbandes 200 nach Verlassen des erfindungsgemäßen Walzgerüstes 100. Diese Profile entsprechen jeweils dem durch die benachbarten Teilwalzspalte i = 1, 2, 3 gebildeten Gesamtwalzspaltquerschnitt des Walzgerüstes 100.

4 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel für das erfindungsgemäße Walzgerüst 100. Es unterscheidet sich von dem ersten Ausführungsbeispiel lediglich dadurch, dass die Stützeinrichtung 120 nicht mehr in Form eines einheitlichen Zylinders, sondern spiegelbildlich zu den Teilwalzen auf der gegenüberliegenden Seite des Metallbandes ausgebildet ist. Die Teilwalzen 120-1, 120-2 und 120-3 haben jeweils dieselbe Ballenlänge wie die ihnen spiegelbildlich gegenüberliegenden Teilwalzen 110-1, 110-2 und 110-3. Auch die Teilwalzen 120-i mit i = 1, 2 ... I sind vorzugsweise alle individuell gegenüber dem Metallband 200 anstellbar. Lediglich beispielhaft werden die beiden äußeren Teilwalzen 120-1 und 120-3 über eine gemeinsame Achse 120-5 gegenüber dem Metallband 200 bzw. gegenüber den gegenüberliegenden Metallwalzen angestellt. Die aus der gegenüberliegenden Anordnung der Teilwalzen 110-1, 120-1; 110-2, 120-2; 110-3, 120-3 resultierenden Teilwalzspalte haben Höhen von h₁, h₂ und h₃.

5 zeigt die Lagerung der beiden mittleren Teilrollen 110-2 und 120-2 jeweils in geeigneten Rollenkäfigen 112.

6 zeigt schließlich das aus dem Walzgerüst gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel auslaufende Metallband 200 in einer Querschnittsansicht.

Nachfolgend wird das erfindungsgemäße Verfahren zum Walzen eines Metallbandes mit Hilfe der vorstehend beschriebenen Walzgerüste beschrieben:

Gemäß diesem Verfahren wird in einem ersten Schritt das ursprünglich typischerweise rechteckförmig ausgebildete, nicht profilierte Metallband zunächst in einem Vorgerüst stufenförmig vorprofiliert. Diese Vorprofilierung erfolgt in geometrischer Annäherung an den Gesamtwalzquerschnitt des nachgeschalteten erfindungsgemäßen Walzgerüstes 100. Insbesondere erfolgt die Ausbildung der Stufen in dem Metallband 200 mit einer Stufenbreite, welche zumindest näherungsweise der Ballenlänge der einzelnen Teilwalzen 110-1, 110-2 und 110-3 des nachgeschalteten Walzgerüstes entspricht. Allerdings sind die Höhen h_i + &Dgr;h_i mit i = 1, 2, 3 ... der Stufen des Metallbandes nach der Vorprofilierung noch größer als die Größen h_i, h_i+1 der benachbarten Teilwalzspalte i, i + 1 in dem nachgeschalteten Walzgerüst 100. Das so stufenförmig vorprofilierte Metallband läuft dann in das erfindungsgemäße Walzgerüst 100 ein und wird dort im Bereich jeder einzelnen Teilwalze 110-i entsprechend der Gleichung (1) in seiner Dicke reduziert. Die Dickenreduktion unter Beachtung der Gleichung (1) bietet den Vorteil, dass das Metallband nach dem Auslaufen aus dem erfindungsgemäßen Walzgerüst keine Wellen in Längsrichtung aufweist.

Die Anwendung der erfindungsgemäßen Formel wird nachfolgend an einem Beispiel veranschaulicht: Es sei angenommen, dass das Metallband ein erfindungsgemäßes Walzgerüst gemäß 1 durchlaufen soll und dementsprechend quer zu seiner Transportrichtung drei Stufen aufweist. Die Höhen der einzelnen Stufen des Metallbandes nach Verlassen der Vorprofilierung seien vorgegeben mit H1 = &Dgr;h₁ + h₁ = 10mm für den Bereich der ersten äußeren Teilwalze 110-1, mit H2 = &Dgr;h₂ + h₂ = 7mm für Bereich der mittleren Teilwalze 110-2 und mit H3 = &Dgr;h₃ + h₃ = 10mm für den Bereich der zweiten äußeren Teilwalze 110-3.

Für die Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird nun vorausgesetzt, dass die gewünschte Dicke h₁ des Metallbandes 200 für den Bereich einer Teilwalze 110-i bzw. einer Stufe nach Durchlaufen des erfindungsgemäßen Walzgerüstes fest vorgegeben ist. Beispielhaft sei hier angenommen, dass die Dicke des Metallbandes im Bereich der ersten äußeren Teilwalze 110-1 nach Durchlaufen des erfindungsgemäßen Walzgerüstes nur noch h₁ = 7mm betragen soll. In Kenntnis der Stufenhöhe von H1 = 10mm des einlaufenden Metallbandes in diesem Bereich erfolgt daraus zwangsläufig durch einfache Differenzbildung die erforderliche Dickenreduktion in der Größe von &Dgr;h₁ = H1-h₁ = 10 – 7 = 3mm.

Die Kenntnis von &Dgr;h₁ und h₁ ermöglicht die Berechnung der Größe &egr; gemäß der Formel (1) zu: &egr; = &Dgr;h₁/h₁ = 3/7.

Die Dickenreduktion &Dgr;h₂ bei dem benachbarten Teilwalzspalt i = 2 bzw. im Bereich der benachbarten Teilwalze 110-2 ist nun erfindungsgemäß keineswegs beliebig, sondern gemäß der besagten Formel (1) genau festgelegt. Konkret steht für die Berechnung der erforderlichen Dickenreduktion &Dgr;h₂ in diesem Bereich bzw. für die zwangsläufig resultierende Stufenhöhe h₂ des Metallbandes 200 in diesem Bereich das folgende Gleichungssystem mit den Gleichungen (3) und (4) zur Verfügung: H2 = &Dgr;h₂ + h₂(3) &Lgr; &Dgr;h₂/h₂ = &egr;(4)

Ein Auflösen dieses Gleichungssystems führt zu dem Ergebnis: h₂ = H2/(&egr; +1)(5) und &Dgr;h₂ = H2 – h₂(6)

Bei Einsetzen des für das obige Beispiel vorgegebenen Wertes H2 = 7 und des als Zwischenergebnis berechneten Wertes &egr; = 3/7 in Gleichung (5) ergibt sich: h₂ = 7/(3/7 + 1) = 4,9mm und bei Einsetzen von h₂ in Gleichung (6) ergibt sich: &Dgr;h₂ = 7 – 4,9 = 2,1 mm.

Damit das Metallband 200 das erfindungsgemäße Walzgerüst 100 wellenfrei verlässt, ist es demnach erforderlich, dass das Metallband im Bereich der mittleren Teilwalze 110-2 gegenüber seiner vorprofilierten Ausgangsdicke von H2 = 7mm um 2,1 mm auf 4,9mm in seiner Dicke reduziert wird, wenn es im Bereich der ersten Teilwalze 110-1 von H1 = 10mm auf h₁ = 7mm reduziert werden soll.

Bei einer Mehrzahl von nebeneinander angeordneten Teilwalzen quer zur Transportrichtung des Metallbandes ist diese soeben durchgeführte beispielhafte Berechnung der relativen Walzspaltgrößen für jedes Paar von benachbarten Teilwalzspalten getrennt durchzuführen.

Die Erfindung findet eine besonders vorteilhafte Anwendung bei dünnen Metallbändern mit einer ursprünglichen Dicke von weniger als 10mm. Das erfindungsgemäße Verfahren kann sowohl beim Warmwalzen wie auch beim Kaltwalzen von Metallbändern Anwendung finden. Besonders vorteilhaft ist die Anwendung dieses erfindungsgemäßen Verfahrens jedoch beim Warmwalzen, weil dann bereits in einem sehr frühen Produktionsstadium eine wellenfreie Stufenprofilierung des Metallbandes realisiert werden kann. Ein Anwendungsgebiet ist z.B. die Herstellung von Motorgrundrahmen für die Automobilindustrie. Beim Kaltwalzen können Bandgeometrien realisiert werden, welche das flexible Bandwalzen in der heutigen bekannten Form bei geringen Produktionskosten ersetzen kann. Ein beispielhafter Anwendungsbereich ist auch hier die Automobilindustrie, speziell die Herstellung von Unterbodenblechen für Automobile.