Die Erfindung betrifft eine lasertexturierte Arbeitswalze für den Einsatz im Kaltwalzwerk, ein Verfahren zum Herstellen einer lasertexturierten Arbeitswalze für den Einsatz im Kaltwalzwerk und ein Kaltwalzwerk.

Arbeitswalzen in Walzgerüsten, insbesondere in Kaltwalzwerken einer Stahlflachproduktion, werden üblicherweise vor dem Einsatz mechanisch bearbeitet. Die Bearbeitung von konventionellen Arbeitswalzen erfolgt gewöhnlich mit einem Schleifverfahren, mit welchem die Oberflächen der Arbeitswalzen durch den Schleifprozess mit einer definierten Rauheit beaufschlagt werden. Anschließend werden die Arbeitswalzen je nach Anwendungsfall mit unterschiedlichen Texturen ausgestattet.

Diese Texturen können unter anderem mit dem SBT-Verfahren (Shot Blasting Texturing), EDT- Verfahren (Electro Discharge Texturing), EBT-Verfahren (Electron-Beam-Texturing), Schleifstrukturen oder aber auch mit dem TOPOCROMO-Verfahren (Reaktorbeschichtung) aufgebracht werden. Bei diesen genannten Verfahren handelt es sich um ein Aufbringen einer stochastischen Oberflächentopographie auf Arbeitswalzen. Die EP 1 368 140 Bl offenbart für EDT ein entsprechendes Beispiel. Das EBT-Verfahren ermöglicht auch ein Aufbringen einer deterministischen Textur. Ein völlig anderes Verfahren für das Aufbringen von stochastischen wie auch geometrisch bestimmten, also deterministischen Oberflächentopographien, stellt das Laserstrahltexturierungsverfahren (LT) dar, insbesondere per Einzel- oder aber per Mehrfachschuss, welche zu einer Ablation an der Oberfläche des Walzenmaterials und damit zur Einstellung einer Oberflächentopographie führen, vgl. beispielsweise EP 0 184 568 Bl, JP 56-119 687 A, JP 03-267 319 A und DE 695 09 883 T2. Je nach Anwendungsfall können die Walzen nach der Texturierung in einem Schleifprozess noch feingeschliffen werden. Nach diesem Vorgang werden, je nach Anforderung an die Arbeitswalzen, diese noch mit einer metallischen Schutzschicht ausgerüstet, bevor sie in den Walzgerüsten (wieder) eingesetzt werden.

Hintergrund der konventionellen Oberflächenveredelung von Arbeitswalzen ist, dass die Oberflächen der Arbeitswalzen durch das Ausrüsten mit einer metallischen Schutzschicht einen verbesserten Verschleißschutz in Bezug auf Standzeiten, sowie einen positiven Einfluss auf die entsprechend geforderte (Band-)Sauberkeit bieten. Diese zusätzlichen Arbeitsschritte sollen mit dem neuen Verfahren obsolet werden.

Die Aufgabe der Erfindung ist daher, u. a. eine lasertexturierte Arbeitswalze für den Einsatz im Kaltwalzwerk anzugeben, welche eine verschleißbeständige Oberfläche aufweist, insbesondere ohne eine metallische Schutzschicht zu verwenden.

Die Aufgabe in Bezug auf eine lasertexturierte Arbeitswalze für den Einsatz im Kaltwalzwerk wird mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Die Aufgabe in Bezug auf ein Verfahren zum Herstellen einer lasertexturierten Arbeitswalze für den Einsatz im Kaltwalzwerk wird mit den Merkmalen des Anspruchs 10 gelöst. Die Aufgabe in Bezug auf ein Kaltwalzwerk wird mit den Merkmalen des Anspruchs 11 gelöst.

Eine erste Lehre der Erfindung betrifft eine lasertexturierte Arbeitswalze mit einer Oberfläche, wobei die Oberfläche eine Topografie mit mehreren in Umfangsrichtung der Arbeitswalze nebeneinander verlaufende Längsrillen aufweist, wobei zwischen jeweils zwei nebeneinander verlaufenden Längsrillen mehrere über den Umfang der Arbeitswalze nebeneinander verlaufende Rillen verteilt sind, welche jeweils die zwei nebeneinander verlaufenden Längsrillen verbinden und schief zwischen den zwei nebeneinander verlaufenden Längsrillen angeordnet sind.

Die erfindungsgemäße Topografie auf der Oberfläche der Arbeitswalze ist so ausgestaltet, dass die Walzbarkeit bei der Verwendung der Topographie gewährleistet ist. Während des Kaltwalzprozesses ist es förderlich, dass (Band-)Schmutz, Walzenabrieb und/oder Walzemulsion gezielt abgeführt werden. Durch die Anordnung der Längsrillen und Rillen zwischen den Längsrillen kann hierauf positiv Einfluss genommen werden. Die Längsrillen in Umfangsrichtung und somit auch in Walzrichtung der Arbeitswalze dienen dem Abtransport des Abriebs von der Arbeitswalze und/oder der Bandoberfläche. Die Rillen zwischen den Längsrillen dienen zum Sammeln des Abriebs, um diesen dann gezielt und bedingt durch die schiefe Anordnung in Richtung der Längsrille(n) in Umfangs-/ Walzrichtung zu transportieren, da jede Rille mit mindestens einer Längsrille in Verbindung steht bzw. jede Rille zwei nebeneinander angeordnete Längsrillen verbindet. „Schief“ bedeutet in diesem Zusammenhang, dass der Verlauf der Rille respektive der Rillen zur jeweiligen Längsrille, mit der sie in Verbindung steht bzw. stehen, in einem Winkel, der nicht 90° oder 180° ist, ausgerichtet ist bzw. sind. Gleichzeitig zeigte sich, dass die erfindungsgemäße Topografie auf der Arbeitswalze eine vergleichbare Verschleißbeständigkeit zu den standardmäßigen Oberflächen aufweist. Somit kann die erfindungsgemäße Arbeitswalze als „schutzschichtfreie“ und an der Oberfläche blanke Arbeitswalze angesehen werden.

Arbeitswalzen für Kaltwalzprozesse sind üblicherweise aus Metall hergestellt, beispielsweise werden sie geschmiedet oder gegossen. Es ist selbstredend, dass die Topografie in dem Maße axial auf der Oberfläche der Arbeitswalze vorgesehen ist, dass das zu walzende Flachmaterial in seiner gesamten Breite in Walzrichtung von der Topografie erfasst wird.

Das kalt zu walzende Flachmaterial ist vorzugsweise allgemein ein Stahlflachprodukt in Bandform (Stahlband). Beispielsweise kann auch alternativ ein Aluminiumflachprodukt (Aluminiumband) mit der erfindungsgemäßen Arbeitswalze kalt gewalzt werden.

Funktionsbedingt muss die Arbeitswalze in einem Kaltwalzprozess andere Anforderungen erfüllen im Vergleich zu Walzen in Dressierprozessen, sogenannten Dressierwalzen, so dass neben den vorgenannten Aufgaben des Abtransports von Abrieb und Standzeit auch ein im Wesentlichen schlupffreier Kaltwalzprozess sichergestellt werden kann. Die Topografie auf der Oberfläche von Arbeitswalzen für den Kaltwalzprozess ist dadurch gezielt einzustellen und nicht vergleichbar mit Topografien auf Oberflächen von Dressierwalzen.

Gemäß einer Ausgestaltung der Arbeitswalze sind die Rillen zwischen zwei nebeneinander verlaufenden Längsrillen in einem Winkel a, ß zwischen 5° und 85° angeordnet. Die „schiefe“ Anordnung der Rillen zu den Längsrillen ermöglicht den in den Rillen angesammelten Abrieb in Richtung der Längsrillen zu transportieren. Der Winkel kann insbesondere mindestens 10°, 15° vorzugsweise mindestens 20°, 25° und insbesondere maximal 80°, 75°, vorzugsweise maximal 60°, 65° betragen. Bevorzugt ist ein Winkel zwischen 30° und 60° vorgesehen.

Gemäß einer Ausgestaltung der Arbeitswalze sind mindestens zwei der in Umfangsrichtung der Arbeitswalze nebeneinander verlaufende Längsrillen in einem Abstand zwischen 20 und 2000 pm zueinander angeordnet. Insbesondere sind alle Längsrillen in Umfangsrichtung verlaufend derart nebeneinander angeordnet, dass immer ein Abstand zwischen 20 und 2000 pm zwischen jeweils zwei benachbarten Längsrillen, insbesondere von einem Ende zum anderen Ende der Oberfläche der Arbeitswalze in Axialrichtung betrachtet, vorgesehen ist. Beispielsweise können auch unterschiedliche Abstände zwischen den Längsrillen, die aber, insbesondere von ei- nem Ende zum anderen Ende der Oberfläche der Arbeitswalze in Axialrichtung betrachtet, wiederkehrend vorgesehen sind. Der Abstand zwischen zwei Längsrillen kann insbesondere mindestens 50 |jm, 70 |jm, 100 pm und insbesondere maximal 1800 pm, 1500 pm, vorzugsweise maximal 1200 pm, 1000 pm, 800 pm betragen. Bevorzugt bilden jeweils zwei, drei, vier, fünf, sechs oder mehr als sechs Längsrillen eine Einheit mit einem definierten, insbesondere identischen Abstand zwischen den die Einheit bildenden Längsrillen, wobei in Axialrichtung der Arbeitswalze betrachtet, die Einheit wiederholend und jeweils getrennt durch mindestens eine separate Längsrille entlang der Axialrichtung angeordnet ist. Der Abstand zwischen der mindestens einen separaten Längsrille zu der einen Einheit bzw. zu den beiden Einheiten ist definiert, wobei dieser Abstand bevorzugt größer sein kann als der Abstand bzw. die Abstände, wenn diese innerhalb der Einheit unterschiedlich sein sollten, zwischen den die Einheit bildenden Längsrillen.

Gemäß einer Ausgestaltung der Arbeitswalze sind mindestens zwei über den Umfang der Arbeitswalze nebeneinander verlaufende Rillen in einem Abstand zwischen 20 und 1000 pm zueinander angeordnet. Jede Rille ist zwischen zwei Längsrillen angeordnet und verbindet diese, so dass ein Abtransport von Abrieb möglich ist. Der Abstand zwischen zwei Rillen kann insbesondere mindestens 30 pm, 40 pm, 50 pm und insbesondere maximal 800 pm, 500 pm, vorzugsweise maximal 400 pm, 300 pm, 200 pm betragen. Bevorzugt bilden jeweils zwei, drei, vier, fünf, sechs oder mehr als sechs Rillen eine Einheit mit einem definierten, insbesondere identischen Abstand zwischen den die Einheit bildenden Rillen, wobei in Umfangsrichtung der Arbeitswalze betrachtet, die Einheit wiederholend und jeweils getrennt durch mindestens eine separate Rille entlang der Umfangsrichtung angeordnet ist. Der Abstand zwischen der mindestens einen separaten Rille zu der einen Einheit bzw. zu den beiden Einheiten ist definiert, wobei dieser Abstand bevorzugt größer sein kann als der Abstand bzw. die Abstände, wenn diese innerhalb der Einheit unterschiedlich sein sollten, zwischen den die Einheit bildenden Rillen.

Gemäß einer Ausgestaltung der Arbeitswalze weisen die Längsrillen und die Rillen eine Tiefe zwischen 2 und 40 pm auf. Die Tiefe kann mindestens 3 pm, 4 pm, 5 pm, vorzugsweise mindestens 7 pm, 8 pm, 9 pm betragen, um bei unvermeidbarer Abnutzung während des Kaltwalzens die gezielt eingestellte Topografie und somit eine gewisse Standzeit der Arbeitswalze zu ermöglichen. Die Tiefe kann insbesondere auf maximal 35 pm, 30 pm, 25 pm beschränkt sein. Die Tiefe der Rillen kann gleich, aber auch höher oder niedriger als die Tiefe der Längsrillen sein. Auch können die Tiefe(n) der Rillen und/oder die Tiefe(n) der Längsrillen untereinander variieren. Gemäß einer Ausgestaltung der Arbeitswalze weisen die Längsrillen und die Rillen eine Breite zwischen 10 und 50 pm auf. Die Breite kann mindestens 13 pm, 15 pm, 19 pm, vorzugsweise mindestens 25 pm betragen, um in Verbindung mit der Tiefe ein ausreichendes Aufnahmevolumen für Abrieb und somit für den entsprechenden Abtransport während des Kaltwalzens zu gewährleisten. Die Breite kann insbesondere auf maximal 47 pm, 42 pm beschränkt sein, um insbesondere in Walzrichtung keine ungewollten Erhebungen und somit keine oberflächennahe Profilierung auf dem zu walzenden Flachmaterial zu erzeugen. Die Breite der Rillen kann gleich, aber auch höher oder niedriger als die Breite der Längsrillen sein. Auch können die Breite(n) der Rillen und/oder die Breite(n) der Längsrillen untereinander variieren.

Gemäß einer Ausgestaltung der Arbeitswalze können die Rillen alternativ zu einer Geraden auch als Kurve ausgeführt sein.

Gemäß einer zweiten Lehre betrifft die Erfindung zum Herstellen einer lasertexturierten Arbeitswalze für den Einsatz im Kaltwalzwerk, wobei eine zu texturierende Arbeitswalze bereitgestellt wird, wobei die Oberfläche der Arbeitswalze mit einem Laser bearbeitet wird, um eine Topografie insbesondere mittels Ablation auf der Oberfläche der Arbeitswalze zu erzeugen, wobei auf der Oberfläche eine Topographie mit mehreren in Umfangsrichtung der Arbeitswalze nebeneinander verlaufende Längsrillen eingebracht wird, wobei zwischen jeweils zwei nebeneinander verlaufenden Längsrillen mehrere über den Umfang der Arbeitswalze nebeneinander verlaufende Rillen verteilt vorgesehen werden, welche jeweils die zwei nebeneinander verlaufenden Längsrillen verbinden und schief zwischen den zwei nebeneinander verlaufenden Längsrillen angeordnet sind.

Vorrichtungen zur Durchführung des Laserstrukturierungsverfahrens sind Stand der Technik, vgl. auch EP 2 892 663 Bl auch die EP 3 172 006 Bl und die EP 3 877 112 Al . Auf diese Weise ist die Erzeugung einer Topografie auf der Oberfläche der Arbeitswalze möglich, welche durch Laserbeschuss eine Ablation, d. h. im Bereich des auftreffenden Beschüsses einen Materialabtrag, auf der Oberfläche bewirken. Durch gezielte Einstellung können sich die Laserschüsse überlappen oder einen derart großen Abstand aufweisen, dass zwischen den Laserschussbereichen ein nahezu Ausgangszustand verbleibt. Die nicht vom Laserbeschuss getroffenen Bereiche bilden somit die Erhebungen auf der Oberfläche der Arbeitswalze. Um Wiederholungen zu vermeiden, wird auf die vorgenannten Ausgestaltungen der Arbeitswalze verwiesen.

Gemäß einer dritten Lehre betrifft die Erfindung ein Kaltwalzwerk mit mindestens drei, insbesondere mindestens vier und höchstens neun, insbesondere höchstens sieben, vorzugsweise höchstens fünf Walzgerüsten, wobei mindestens ein Walzgerüst zwei erfindungsgemäße Arbeitswalzen aufweist. Insbesondere in Prozessrichtung betrachtet sind zwei erfindungsgemäße Arbeitswalzen mindestens im zweiten und im dritten Walzgerüst vorgesehen. Vorzugsweise ist das Kaltwalzwerk eine Tandem-Kaltwalzstraße oder ein Teil davon. U. a. können auch weitere Anlagen dem Kaltwalzwerk in Prozessrichtung vor- und/oder nachgeschaltet sein, wie beispielsweise eine kontinuierliche Beize im Vorlauf des Kaltwalzwerks. Die Anordnung von Arbeitswalzen in einem Walzgerüst eines Kaltwalzwerks und auch der Aufbau und die Funktionsweise eines Kaltwalzwerkes respektive einer Tandem-Kaltwalzstraße sind Stand der Technik.

Eine beispielhafte Ausführung der einer erfindungsgemäßen Arbeitswalze (1) und der korrespondierenden Topografie (3) ist in der einzigen Figur 1 dargestellt. Rechts oben sind eine Arbeitswalze (1) mit einer Oberfläche (2) und einer Achse (Z) sowie die Axialrichtung (A) und Umfangsrichtung (U) guer zur Axialrichtung (A) der Oberfläche (2) der Arbeitswalze (1) skizziert. Aus dem kleinen Fenster ist eine Vergrößerung links in der Figur 1 gezeigt, welche eine Teilansicht in Draufsicht auf die Oberfläche (2) der Arbeitswalze (1) mit einer Topografie (3) schematisch darstellt. Die mittlere Darstellung unten in Figur 1 zeigt einen Teilschnitt durch eine Längsrille (3.1) respektive Rille (3.2), um die Bestimmung der Tiefe (T), welche zwischen 2 und 30 pm betragen kann, und der Breite (B), welche zwischen 10 und 50 pm betragen kann, zu verdeutlichen. Dabei wird die Tiefe (T) vom höchsten Punkt der die Längsrille (3.1) bzw. Rille (3.2) umgebenden Erhebung auf der Oberfläche (2) der Arbeitswalze (1) und der tiefste Punkt in bzw. innerhalb der in der Arbeitswalte eingebrachten Längsrille (3.1) bzw. Rille (3.2) ermittelt. Die Breite (B) wird an der Oberfläche (2) zwischen zwei gegenüberliegenden Punkten, an denen die Krümmung respektive Radius und somit der Ansatz der Vertiefung der Längsrille (3.1) bzw. Rille (3.2) ansetzt, ermittelt. Die untere rechte Darstellung in Figur 1 zeigt eine Alternative zu geraden Rillen (3.2), wobei die Rillen (3.2) als Kurve ausgeführt sein können.

Die lasertexturierte Arbeitswalze (1) für den Einsatz im Kaltwalzwerk mit einer Oberfläche (2) weist eine Topographie (3) mit mehreren in Umfangsrichtung (U) der Arbeitswalze (1) nebeneinander verlaufende Längsrillen (3.1) auf, wobei zwischen jeweils zwei nebeneinander verlaufenden Längsrillen (3.1) mehrere über den Umfang der Arbeitswalze (1) nebeneinander verlau- fende Rillen (3.2) verteilt sind, welche jeweils die zwei nebeneinander verlaufenden Längsrillen (3.1) verbinden und schief zwischen den zwei nebeneinander verlaufenden Längsrillen (3.1) angeordnet sind. Die Rillen (3.2) sind zwischen zwei nebeneinander verlaufenden Längsrillen (3.1) in einem Winkel (a, ß) zwischen 5° und 85° angeordnet. Der Winkel (a, ß) wird im Verbindungspunkt Längsrille (3.1) und Rille (3.2) ermittelt, indem eine Hilfsgerade (ZI, Z2), welche parallel zur Achse (Z) verläuft, den Verbindungspunkt schneidet von diesem der Winkel (a, ß) zwischen Hilfsgerade (ZI, Z2) und Rille (3.2) bestimmt wird. Alternativ könnte auch der Winkel zwischen Längsrille (3.1) und Rille (3.2) bestimmt werden. Mindestens zwei der in Umfangsrichtung (U) der Arbeitswalze (1) nebeneinander verlaufende Längsrillen (3.1) sind in einem Abstand (Q) zwischen 20 und 2000 pm zueinander angeordnet. Jeweils zwei, drei, vier, fünf, sechs oder mehr als sechs Längsrillen (3.1) können eine Einheit (Y) mit einem definierten, insbesondere identischen Abstand (LI) zwischen den die Einheit (Y) bildenden Längsrillen (3.1) bilden, wobei in Axialrichtung (A) der Arbeitswalze (1) betrachtet, die Einheit (Y) wiederholend und jeweils getrennt durch mindestens eine separate Längsrille (3.1) entlang der Axialrichtung (A) angeordnet ist. Mindestens zwei über den Umfang der Arbeitswalze (1) nebeneinander verlaufende Rillen (3.2) sind in einem Abstand (L) zwischen 20 und 1000 pm zueinander angeordnet. Jeweils zwei, drei, vier, fünf, sechs oder mehr als sechs Rillen (3.2) können eine Einheit (X) mit einem definierten, insbesondere identischen Abstand (Ql) zwischen den die Einheit (X) bildenden Rillen (3.2) bilden, wobei in Umfangsrichtung (U) der Arbeitswalze (1) betrachtet, die Einheit (X) wiederholend und jeweils getrennt durch mindestens eine separate Rille (3.2) entlang der Umfangsrichtung (U) angeordnet ist.

In praktischen Versuchen wurden zwei erfindungsgemäße Arbeitswalzen (1) mit gleicher Topografie (3) in einem Walzgerüst einer Tandem-Kaltwalzstraße eingesetzt, um die Standzeit und die Effektivität insbesondere im Vergleich zu Standard-Arbeitswalzen zu ermitteln. Als weitere Referenz kamen auch zwei Arbeitswalzen mit einer deterministischen Topografie „Doppel-I“ zum Einsatz, erstellt gemäß der Ausführung in EP 2 892 663 Bl. Sowohl die erfindungsgemäßen Arbeitswalzen (1) wie auch die mit „Doppel-I“ lasertexturierten Arbeitswalzen waren nicht mit einer metallischen Schutzschicht versehen, somit schutzschichtfrei.

Bei der eingesetzten, erfindungsgemäßen Arbeitswalze (1) bildeten drei Längsrillen (3.1) eine Einheit (Y) mit einem identischen Abstand (LI) zwischen den die Einheit (Y) bildenden Längsrillen (3.1), wobei in Axialrichtung (A) der Arbeitswalze (1) betrachtet, die Einheit (Y) wiederholend und jeweils getrennt durch mindestens eine separate Längsrille (3.1) entlang der Axialrichtung (A) angeordnet war, welche mit einem Abstand (L2) jeweils zu den benachbarten Einheiten (Y) angeordnet war. Zwei Rillen (3.2) bildeten eine Einheit (X) mit einem identischen Abstand (Ql) zwischen den die Einheit (X) bildenden Rillen (3.2), wobei in Umfangsrichtung (U) der Arbeitswalze (1) betrachtet, die Einheit (X) wiederholend und jeweils getrennt durch mindestens eine separate Rille (3.2) entlang der Umfangsrichtung (U) angeordnet war, welche mit einem Abstand (Q2) jeweils zu den benachbarten Einheiten (X) angeordnet war. Die Breite (B) und die Tiefe (T) der Längsrillen (3.1) und Rillen betrugen 40 pm und 15 pm. Die Tiefe (T) und Breite (B) wurden bei allen Längsrillen (3.1) und Rillen (3.2) gleich eingestellt. Die Abstände (LI) und (L2) sowie die Abstände (Ql) und (Q2) betrugen 75 pm und 150 pm sowie 200 pm und 300 pm. Der Abstand (L, LI, L2, Q, Ql, Q2) wird insbesondere von Mitte einer Längsrille (3.1) bzw. Rille (3.2) zur Mitte der benachbarten Längsrille (3.1) bzw. Rille (3.2) bestimmt. Die Winkel (a) und (ß) betrugen 30° und 45°. Die an den jeweiligen separaten Längsrillen (3.1) mündenden Rillen (3.2) standen in einem rechten Winkel (90°) zueinander. Mit (W) ist die Walzrichtung der Arbeitswalze (1) angezeigt.

Es wurden Stahlflachprodukte in Form von Stahlbändern (Coils) kalt gewalzt. Je höher die Standzeit (Durchsatz Coils), um so wirtschaftlicher ist der Einsatz der Arbeitswalzen. Überraschend mussten nach nur 45 durchgesetzten Coils die Arbeitswalzen mit der deterministischen Topografie „Doppel-I“ ausgetauscht werden, da sich die Textur vollständig durch die Beanspruchung und verschleißbedingt aufgelöst hatte, insbesondere da der Abrieb in der Walzemulsion auch sehr hoch war. Die Standard-Arbeitswalzen und die erfindungsgemäßen Arbeitswalzen (1) wurden nach 100 durchgesetzten Coils aus dem Walzgerüst entnommen und es wurde festgestellt, dass durch eine gezielt gewählte Topografie (3) die Arbeitswalzen- und Bandoberflächeneigenschaften annähernd den Eigenschaften entsprechen, die die Walzeigenschaften und den Bandoberflächeneigenschaften mit einer standardmäßigen Walzenoberfläche mit sich bringen. Die Topografie (3) war noch ausreichend vorhanden.