Metallbändern

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Temperaturänderung eines Metallbands, insbesondere eines Metallbands aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung, mit Mitteln zur Temperaturänderung des Metallbandes durch Erwärmen oder Kühlen, bei welcher unter Verwendung von Mitteln zum Befördern des Metallbandes das

Metallband relativ zu den Mitteln zur Temperaturänderung des Metallbandes in Bandrichtung bewegt wird. Darüber hinaus betrifft die Erfindung eine Verwendung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur kontinuierlichen Bearbeitung von

Metallbändern, insbesondere Aluminium-oder Aluminiumlegierungsbändern. Weiter betrifft die Erfindung ein Verfahren zur kontinuierlichen Temperaturänderung eines Metallbands, vorzugsweise eines Aluminium-oder Aluminiumlegierungsbandes einer erfindungsgemäßen Vorrichtung. Metallbänder, beispielsweise Stahlbänder aber auch Aluminium- oder

Aluminiumlegierungsbänder werden üblicherweise Wärmebehandlungen unterzogen, um spezifische Eigenschaften des Metallbandes bereitzustellen. Stahlbänder aber auch Aluminiumlegierungsbänder werden hierzu unter Verwendung von Temperiermitteln erwärmt und/oder sehr schnell abgekühlt. Die Temperaturbereiche, in welchen Stahlbänder und Aluminiumlegierungsbänder bei Wärmebehandlungen erwärmt werden, unterscheiden sich jedoch deutlich. Das Erwärmen von Stahlbändern zur Erreichung einer Rekristallisation liegt im Bereich von 950 °C und mehr, wohingegen Aluminiumlegierungsbänder bereits bei Temperaturen um 300 °C rekristallisieren. Bei einigen Aluminiumlegierungen müssen aber beispielsweise zur späteren

Ausscheidungshärtung Legierungselemente in Lösung gebracht werden, wobei Temperaturen um 580 °C erreicht werden müssen. Um die Legierungselemente anschließend in einem übersättigten Zustand in der Matrix halten zu können, ist ein schnelles Abschrecken von dieser Temperatur erforderlich. Oftmals sind auch hohe Aufheiz- und Abkühlraten aus anderen metallurgischen Gründen notwendig [z.B. zur Kornfeinung). Aufgrund der Notwendigkeit zu hohen Aufheiz- oder Abkühlgeschwindigkeiten können derartige Wärmebehandlungen nicht am aufgewickelten Coil durchgeführt werden, sondern müssen am laufenden Band in sogenannten Durchlauföfen und Kühlstrecken stattfinden. Das schnelle Aufheizen oder Abkühlen verursacht thermische Spannungen, die insbesondere bei dünnen Bändern zu Verwerfungen führen, welche sowohl im laufenden Prozess einen stabilen Bandlauf behindern als auch im fertigen Produkt Planheitsfehler verursachen können. Ziel einer Wärmebehandlung am laufenden Band ist es, homogen auf der gesamten Bandbreite das Temperaturniveau in kurzer Zeit zu ändern, um auf der gesamten Bandbreite gleichförmig die Eigenschaften in gewünschter Weise zu verändern. Bei einer linienförmig quer zum Band erfolgenden gleichmäßigen

Temperaturveränderung treten aber immer thermisch induzierte Querspannungen auf, die die Ursache von Verwerfungen sind. Das liegt darin begründet, dass zentrumsnahe Bandfasern unter thermischer Belastung von den Nachbarfasern im Querfluss behindert werden, wohingegen die Bandkanten frei ausdehnen bzw.

kontrahieren können. Aus dem Stand der Technik sind sowohl für das Abkühlen von Metallbändern aus Stahl als auch für das Abkühlen von Aluminiumbändern Vorrichtungen zur

Temperaturänderung des Metallbands mit Mitteln zur Kühlung des Metallbandes und Mitteln zum Befördern des Metallbandes relativ zu den Mitteln zur

Temperaturänderung bekannt, mit welchen ein Metallband beispielsweise

kontinuierlich gekühlt werden kann. Ein solches Verfahren, bei welchem sowohl eine Temperaturmessung als auch eine Planheitsmessung an einem dicken Stahlband erfolgt, ist in der europäischen Patentanmeldung EP 1 634 657 1 offenbart. Auch die Internationale Patentanmeldung WO 2009/024644 AI betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Planheitskontrolle von Stahlbändern, welche in festen Abständen angeordnete und einzeln ansteuerbare Temperiermittel aufweist, um ein spezifisches Abkühlen des Stahlbandes zu bewirken. Eine feste Anordnung der Kühlmittel zum - -

Kühlen eines Metallbandes aus einer Aluminiumlegierung offenbart die

US Patentanmeldung US 2014/0250963 AI. Trotz der Steuerung der Kühlleistungen der einzelnen Temperiermittel abhängig von der Planheit des Metallbandes nach dem Kühlen bzw. abhängig von Temperaturmessungen des Metallbandes nach dem Abkühlen sind die vorhandenen Konzepte zur Temperaturänderung eines

Metallbandes, also die Konzepte zur Erwärmung von Metallbändern zur

Wärmebehandlung als auch die Konzepte zur Kühlung von Metallbändern nach einer Wärmebehandlung verbesserungswürdig, da weiterhin Probleme mit

Planheitsfehlern in der Produktion bestehen.

Die Erfindung hat sich daher zur Aufgabe gemacht, eine Vorrichtung zur

Temperaturänderung von Metallbändern zur Verfügung zu stellen, welche insbesondere bei Temperaturänderungen von Aluminiumbändern eine verbesserte Prozesskontrolle und eine höhere Genauigkeit in Bezug auf die Planheit des behandelten Metallbandes ermöglicht. Darüber hinaus soll eine bevorzugte

Verwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung sowie ein Verfahren zur

Temperaturänderung eines Metallbandes unter Verwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung vorgeschlagen werden. Die aufgezeigte Aufgabe wird gemäß einer ersten Lehre der vorliegenden Erfindung mit einer Vorrichtung dadurch gelöst, dass Mittel zur Temperaturänderung des Metallbandes eine Mehrzahl an einzelnen Temperiermitteln aufweisen, welche das Metallband jeweils nur bereichsweise erwärmen oder kühlen und dass mindestens eine Mehrzahl der Temperiermittel in ihrer Position relativ zum Metallband translatorisch und/oder rotatorisch veränderlich positionierbar ist.

Es hat sich herausgestellt, dass insbesondere bei einer Temperaturänderung von Aluminiumbändern oder Bändern aus einer Aluminiumlegierung eine optimale Erwärmung oder Kühlung der Metallbänder durch eine planheitsadaptive Änderung der Position einzelner Temperiermittel, welche das Metallband bereichsweise erwärmen oder kühlen, ermöglicht wird, damit die im Metallband aufgrund der Temperaturänderung beim Erwärmen oder Kühlen entstehenden Spannungen minimiert werden können. Hierdurch kann ein besonders präzises Temperaturprofil während des Beförderns des Metallbandes relativ zu den Mitteln zur

Temperaturänderung des Metallbandes in das Metallband eingebracht werden.

Wie bereits zuvor ausgeführt, können die einzelnen Temperiermittel die Temperatur des Metallbandes nur bereichsweise anheben oder senken. Durch eine translatorische und/oder rotatorische Positionsänderung der Temperiermittel können die Bereiche, die vom Temperiermittel in ihrer Temperatur verändert werden, sehr genau auf dem Metallband relativ zueinander verschoben werden. Im Ergebnis können die zu kühlenden und erwärmenden Bereiche des Metallbandes exakt auf die Vermeidung von Spannungen im Metallband abgestimmt werden. Im Gegensatz zu einer starren Anordnung an Temperiermitteln, wie sie aus den Dokumenten aus dem Stand der Technik bekannt ist, lässt sich so ein deutlich feineres Temperaturänderungsprofil im Metallband erzeugen. Das Ergebnis ist eine deutlich verbesserte Planheit des

Metallbandes sowohl beim Erwärmen der Metallbänder, als auch beim Abkühlen eines wärmebehandelten Metallbandes. Mit den zuvor erläuterten Maßnahmen kann insbesondere bei Aluminiumlegierungsbändern dem Umstand Rechnung getragen werden, dass bei großen Temperaturänderungen, insbesondere bei einer Erwärmung oberhalb von 250 °C starke Entfestigungsvorgänge in bereits stark erwärmten

Metallbandbereichen auftreten, welche zu plastischen Verformungen des

Aluminiumlegierungsbandes führen. Beim Abkühlen führen diese plastischen

Verformungen zu Planheitsfehlern, die mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung effektiv unterdrückt werden können. Gemäß einer ersten Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist

mindestens ein Temperiermittel einzeln in Längsrichtung des Metallbandes, in Querrichtung des Metallbandes und/oder im Abstand zum Metallband translatorisch veränderlich positionierbar. Mit anderen Worten mindestens ein Temperiermittel, vorzugsweise eine Mehrzahl an Temperiermitteln kann eine translatorische

Positionsänderung erfahren, um die Planheit des Metallbandes beim Erwärmen des Metallbandes oder beim Abkühlen des Metallbandes zu verbessern. Bevorzugt sind die Temperiermittel ein- oder beidseitig des Metallbandes angeordnet. Eine einseitige Anordnung erfordert geringeren Aufwand zur Installation und

Regelung der Positionen der einzelnen Temperiermittel. Eine beidseitige Anordnung erlaubt schnelle Temperaturänderungen auch bei größeren Metallbanddicken und die Realisierung von großen Temperaturgradienten.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung ist mindestens ein Temperiermittel,

vorzugsweise auch eine Mehrzahl an Temperiermitteln einzeln um eine Drehachse drehbar angeordnet, sodass durch Rotation das Temperiermittel in seinem Winkel zur Metallbandoberfläche veränderlich positionierbar ist. Die Änderung des Winkels des Temperiermittels zur Metallbandoberfläche ermöglicht es, nicht nur die Position des Wirkungsbereichs eines einzelnen Temperiermittels zu verschieben, sondern auch das Wärme-oder Kälteübertragungsprofil auf dem Metallband eines jeden einzelnen Temperiermittels zu verändern. Vorzugsweise werden die Temperiermittel hierzu um eine Drehachse, welche parallel zur Querrichtung der Bandoberfläche verläuft, gedreht. Diese Rotation ergibt eine in Bandrichtung sich verändernde Position des Wirkungsbereichs eines einzelnen Temperiermittels. Eine besonders flexible Einstellung eines Temperaturgradienten auf der

Metallbandoberfiäche lässt sich gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Vorrichtung dadurch erreichen, dass mindestens ein Temperiermittel oder eine Mehrzahl an Temperiermitteln bezüglich aller translatorischen und rotatorischen Freiheitsgrade veränderlich positionierbar ist.

Vorzugsweise sind die einzelnen Temperiermittel gemäß einer weiteren

Ausgestaltung hinsichtlich ihrer Kühl- oder Heizleistung getrennt voneinander einstellbar. Die unabhängige Einstellung der Heiz-oder Kühlleistung eines einzelnen Temperiermittels kann ausgenutzt werden, um als zusätzlicher Freiheitsgrad zur Variation der Position des Temperiermittels sowohl bei der Erwärmung des Metallbandes bei der Wärmebehandlung als auch beim Abkühlen des Metallbandes nach der Wärmebehandlung eine sehr gute Planheit des Metallbandes zu erzielen.

In einer weiteren Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind hierzu Mittel zur Planheitsmessung des Metallbandes sowie mindestens eine Steuereinheit vorgesehen, welche die geometrische Position, die geometrische Ausrichtung und/oder die Kühl- oder Heizleistung mindestens eines Temperiermittels

vorzugsweise einer Mehrzahl an Temperiermitteln abhängig von der ermittelten Planheit des Metallbandes steuert oder regelt. Bei der Steuerung wird vorzugsweise gemäß einem vorgegebenen Profil die Position, Ausrichtung und/oder Heiz- oder Kühlleistung der einzelnen Temperiermittel fest vorgegeben. Eine Regelung erlaubt darüber hinaus eine Rückkopplung der gemessenen Planheitswerte zur erneuten Änderung der Position, Ausrichtung und/oder der Heiz- oder Kühlleistung der einzelnen oder einer Mehrzahl an Temperiermitteln.

Als Temperiermittel können gemäß einer weiteren Ausgestaltung hierzu

Temperiermittel verwendet werden, welche radiativ, konduktiv, konvektiv und/oder induktiv Wärme auf das Metallband übertragen oder dem Metallband entziehen. Wärmestrahler sind beispielsweise typische radiative Temperiermittel. Deren elektromagnetische Wärmestrahlung wird auf dem Metallband absorbiert. Bei konduktiven Temperiermitteln werden Medien auf das Metallband appliziert, welche das Metallband direkt erwärmen oder abkühlen. Konvektive Temperiermittel können Metallbänder über Heißluftgebläse, also durch die Verwendung von heißen Gasen beispielsweise erwärmen. Induktiv können Metallbänder ebenfalls erwärmt werden, indem die Temperiermittel Wirbelströme im Metallband erzeugen.

Schließlich weisen gemäß einer weiteren Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung die Temperiermittel in Bezug auf die Querrichtung des Metallbandes eine bogenförmige Position auf, wobei die im Bereich der Mitte des Metallbandes angeordneten Temperiermittel voreilend oder nacheilend zur Bandlaufrichtung angeordnet sind. Durch die zur Bandlaufrichtung des Metallbandes voreilend oder nacheilend angeordneten Temperiermittel wird das Metallband beispielsweise im mittleren Bereich zeitlich früher oder später erwärmt oder abgekühlt als im

Randbereich. In Breitenrichtung des Bandes kann jeder Faser die gleiche

Energiemenge zugeführt werden, so dass ein gleichförmiges Temperaturniveau erreicht wird. Diese Energiezufuhr wird über der Breite zeitlich versetzt eingebracht, so dass der Aufbau von Querspannungen unterbunden und damit ein stabiler Bandlauf gewährleistet wird. Welligkeiten des Metallbandes also Planheitsfehler werden daher deutlich reduziert. Gemäß einer weiteren Lehre der vorliegenden Erfindung wird die oben aufgezeigte Aufgabe durch die Verwendung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur kontinuierlichen Bearbeitung von Metallbändern, insbesondere Aluminium oder Aluminiumlegierungsbändern gelöst. Die kontinuierliche Bearbeitung von

beispielsweise Aluminium oder Aluminiumlegierungsbändern erfolgt in sogenannten Glühlinien, Walzstraßen aber auch Lackier-, Kaschier- oder anderen

Beschichtungsanlagen, welche die Oberfläche des Metallbandes oder das Metallband selbst kontinuierlich bearbeiten. In all diesen Vorrichtungen führt die Verwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Temperaturänderung zu verbesserten Planheitsergebnissen, da eine sehr flexible und sehr präzise Möglichkeit gegeben wird, Spannungen im Metallband, insbesondere im Aluminiumlegierungsband prozessspezifisch vorzubeugen.

Gemäß einer dritten Lehre der vorliegenden Erfindung wird die oben aufgezeigte Aufgabe durch ein Verfahren zur kontinuierlichen Temperaturänderung eines Metallbandes, vorzugsweise eines Aluminium- oder Aluminiumlegierungsbandes mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung dadurch gelöst, dass die Temperaturänderung des Metallbandes in einer Wärmebehandlungsanlage, in einer Beschichtungsanlage oder in einem Walzwerk von Metallbändern, vorzugsweise Aluminium-oder

Aluminiumlegierungsbändern durchgeführt wird. Wie bereits zuvor ausgeführt, wird die Temperaturänderung des Metallbandes unter Verwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung in einem entsprechenden

Verfahren derart durchgeführt, dass es zu sehr geringen Planheitsänderungen des Metallbandes kommt. Alle nachgelagerten Produktionsschritte können daher mit sehr hoher Präzision durchgeführt werden.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die Position mindestens eines veränderlich positionierbaren Temperiermittels, vorzugsweise einer Mehrzahl an veränderlich positionierbaren Temperiermitteln relativ zum Metallband derart verändert, dass die Spannungen im Metallband aufgrund der Temperaturänderung des Metallbandes verringert werden. Durch diese Maßnahme wird erreicht, dass wiederum die Planheit des Metallbandes weiter zunimmt und Welligkeiten verhindert werden. Erfolgt gemäß einer weiteren Ausgestaltung des Verfahrens eine

Temperaturänderung des Metallbandes mit relativ zur Querrichtung des Metallbandes bogenförmig zur Bandlaufrichtung vor- oder nacheilend angeordneten, einzelnen Temperiermitteln wird, wie bereits ausgeführt, ein vorteilhaftes Temperaturprofil, insbesondere beim Erwärmen des Metallbandes bevorzugtes Temperaturprofil in das Metallband eingebracht, welches besonders geringe Planheitsfehler im Metallband hinterlässt.

Schließlich wird das erfindungsgemäße Verfahren gemäß einer weiteren

Ausgestaltung dadurch weiter verbessert, dass über Mittel zur Planheitsmessung die Planheit des Metallbandes vor und/oder nach der Temperaturänderung erfasst wird und abhängig von der Planheitsmessung unter Verwendung von Steuermitteln die Position der einzelnen Temperiermittel relativ zum Metallband geändert wird.

Hierdurch kann eine Anpassung des Temperaturprofils an Umgebungsbedingungen, an Produktionsgeschwindigkeiten des Metallbandes bzw. auch an Metallbanddicken oder Legierungen angepasst werden, um die Planheitsfehler zu minimieren. Neben einer translatorischen und/oder rotatorischen Änderung der Position der Temperiermittel kommt selbstverständlich auch eine Änderung der Heiz- oder Kühlleistung der einzelnen Temperiermittel infrage, um Planheitsfehler zu verringern.

Im Weiteren soll die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit der Zeichnung näher erläutert werden. In der Zeichnung zeigt in perspektivischer Ansicht eine konventionelle Vorrichtung zur Temperaturänderung eines Metallbandes, in einer perspektivischen Darstellung ein erstes

Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung, in einer schematischen Seitenansicht ein weiteres

Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung, eine schematische Draufsicht eines weiteren

Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Vorrichtung eine schematische Draufsicht auf verschiedene Anordnungen von Temperiermitteln zum Erwärmen eines Aluminiumbandes einer erfindungsgemäßen Vorrichtung und eine schematische Draufsicht auf verschiedene Anordnungen von Temperiermitteln zum Kühlen eines Aluminiumbandes einer erfindungsgemäßen Vorrichtung.

In Fig. 1 ist zunächst eine Vorrichtung zur Temperaturänderung eines Metallbandes, wie sie aus dem Stand der Technik bekannt ist, in perspektivischer Darstellung gezeigt. Die Vorrichtung zur Temperaturänderung 1 besteht aus einem sogenannten „Temperierbalken", welcher eine Mehrzahl über die Breite und teilweise auch über die Tiefe des Balkens, also in Bandlaufrichtung, angeordnete Temperiermittel aufweist. Wie in Fig. 1 zu erkennen ist, kann die aus dem Stand der Technik bekannte Vorrichtung, einen Temperierbalken sowohl oberhalb als auch unterhalb des

Metallbandes 2, welches vorzugsweise ein Aluminium-oder

Aluminiumlegierungsband ist, aufweisen. Als Mittel zum Befördern des Metallbandes relativ zu den Mitteln zur Temperaturänderung des Metallbandes ist in Fig. 1 eine Aufwickelhaspel 3 dargestellt.

Sowohl beim Abkühlen des Metallbandes als auch beim Erwärmen des Metallbandes kann mit den aus dem Stand der Technik bekannten Mitteln zur Temperaturänderung des Metallbandes nur begrenzt, beispielsweise durch eine quer zur

Metallbandrichtung geänderten Verteilung der Temperierleistung, eine individuelle Temperierung des Metallbandes zur Verringerung von Planheitsfehlern erreicht werden. Insbesondere bei der Wärmebehandlung von Aluminiumbändern ist eine präzise Temperaturführung und Einbringung eines präzisen Temperaturprofils unter Verwendung dieser Temperiermittel nicht möglich. Die begrenzten Möglichkeiten zur Erzeugung eines Temperaturprofils auf dem Metallband führen dazu, dass aufgrund der Temperaturänderung des Metallbandes, vorzugsweise

Aluminiumlegierungsbandes, Spannungen im Metallband verbleiben, welche zu Planheitsfehlern nach der Temperaturänderung führen.

In Fig. 2 ist nun ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 4 zur Temperaturänderung eines Metallbandes dargestellt, welche erfindungsgemäß als Mittel zur Temperaturänderung des Metallbandes eine Mehrzahl an einzelnen Temperiermitteln 5 aufweist, welche das Metallband 2 jeweils nur bereichsweise erwärmen oder kühlen. Mindestens eine Mehrzahl an Temperiermitteln sind einzeln in ihrer Position relativ zum Metallband veränderlich positionierbar. Dies ist durch den Doppelpfeil sowie durch die unterschiedliche Anordnung der einzelnen

Temperiermittel 5 in Fig. 2 angedeutet. Die Position der einzelnen Temperiermittel 5 können in Abhängigkeit von der Planheit des Metallbandes 2 nach der

Wärmebehandlung oder vor der Wärmebehandlung eingestellt bzw. deren Position verändert werden. Vorzugsweise werden die Temperiermittel 5 hierzu einzeln in Längsrichtung des Metallbandes, in Querrichtung des Metallbandes und/oder im Abstand zum

Metallbandes translatorisch in ihrer Position verändert, sodass ein ganz individuelles Temperaturprofil in ein kontinuierlich die Temperatur änderndes Metallband eingebracht werden kann.

Vorzugsweise können die Temperiermittel 5 in ihrer Heiz-oder Kühlleistung einzeln und unabhängig voneinander eingestellt werden, sodass ein weiterer Parameter zur Verfügung steht, um Planheitsfehler zu reduzieren.

In Fig. 3 ist nun eine schematische Seitenansicht eines weiteren Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 4 zur Temperaturänderung eines Metallbandes 2 dargestellt. Zusätzlich zu den aus Fig. 2 bekannten Temperiermitteln 5, welche im Gegensatz zu dem Ausführungsbeispiel aus Fig. 2 lediglich auf einer Metallbandseite dargestellt sind, sind Mittel zur Planheitsmessung des Metallbandes 6 dargestellt, welche über eine Steuereinheit 7 die Position der einzelnen Temperiermittel 5 abhängig von der ermittelten Planheit des Metallbandes steuern oder regeln. In der in Fig. 3 dargestellten Anordnung und Metallbandlaufrichtung (Pfeil) regelt die

Steuereinheit 7 die Position der Temperiermittel 5 beispielsweise kontinuierlich abhängig von dem mit über die Mittel zur Planheitsmessung des Metallbandes 6 ermittelten Planheitswerten des Metallbandes 2. Wie in Fig. 3 angedeutet kann die Steuereinheit 7 dabei nicht nur die translatorischen Freiheitsgrade 8 zur

Positionierung der Temperiermittel 5 ausnutzen, sondern auch eine Rotation der Temperiermittel 5 um den Winkel α vornehmen, um die einwirkenden Bereiche der Temperiermittel auf das Metallband 2 möglichst präzise und kontinuierlich zu verändern. Hierdurch wird erreicht, dass eine sehr hohe Genauigkeit in der Planheit des Metallbandes sowohl beim Erwärmen des Metallbandes, beispielsweise beim Glühen des Metallbandes, als auch beim Abkühlen des Metallbandes nach einem solchen Glühprozess erreicht wird. Eine bevorzugte Anordnung der Temperiermittel aufgrund von Planheitsmessungen zeigt die Fig. 4 in einer Draufsicht eines Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Vorrichtung 4 zur Temperaturänderung eines Metallbandes. Die Bandlaufrichtung des Metallbandes 2 ist hier wieder durch einen Pfeil angedeutet. Die einzelnen

Temperiermittel 5 sind in Bezug auf die Querrichtung des Metallbandes bogenförmig angeordnet und gewährleisten beispielsweise, dass das Metallband zunächst an den Rändern erwärmt wird und zu einem späteren Zeitpunkt erst die Mitte des

Metallbandes durch die Temperiermittel 5 erwärmt wird. Hier wird ein

Temperaturprofil in das Band eingebracht, welches zu möglichst geringen

Spannungen innerhalb des Metallbandes während dessen Transport relativ zu den

Mitteln zur Temperaturänderung des Metallbandes in Bandrichtung führt. Angedeutet sind in Fig. 4 zusätzlich zwei Messpositionen 6a und 6b, in welchen die Planheit des Metallbandes entweder voreilend zur Steuerung der Position der Temperiermittel 5 oder nacheilend zur Regelung der Planheit des Metallbandes erfolgt. Die

Temperaturänderung erfolgt, wie in Fig. 4 zu erkennen ist, vorzugsweise

kontinuierlich.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung eignet sich daher insbesondere zur

spannungsfreien Erwärmung von Metallbändern, vorzugsweise

Aluminiumlegierungsbändern zur Wärmebehandlung, insbesondere Glühung.

Daneben eignet sich die erfindungsgemäße Vorrichtung ebenfalls dazu, beim

Abkühlen des Metallbandes, beispielsweise nach einer Wärmebehandlung, ein Temperaturprofil in das Metallband einzubringen, welches möglichst geringe

Spannungen nach dem Abkühlen des Metallbandes auf beispielsweise

Raumtemperatur hinterlässt.

Vorzugsweise wird die erfindungsgemäße Vorrichtung in Wärmebehandlungsanlagen zur Behandlung von Metallbändern bestehend aus Aluminiumlegierungen. Typ AA6xxx oder Verbundwerkstoffen mit Aluminiumlegierungen vom Typ AA6XXX eingesetzt, da die Planheit dieser Produkte bei der weiteren Verarbeitung eine sehr große Rolle spielt. In den Fig. 5 und 6 sind verschiedene Anordnungen der Mehrzahl an Temperiermittel schematisch dargestellt, welche das Aluminiumlegierungsband 2 vor dem Aufwickeln auf eine Haspel 3 berührungslos erwärmen bzw. wie in Fig. 6 dargestellt abkühlen. Dabei eine ideale Wärmeleitung angenommen. Der Effekt der unterschiedlichen Anordnungen auf die Spannungen im Aluminiumlegierungsband 2 wurde berechnet und die Amplitude der daraus resultierenden Wellenbildung ermittelt.

Bei der Spannungsberechnung für die Erwärmung wurden folgende

Anfangsbedingungen berücksichtigt. Die Anfangstemperatur des Bandes beträgt vor der Erwärmung 20 °C. Die Erwärmung des Aluminiumlegierungsbandes erfolgt auf 400°C nach dem Durchlauf eines Bandbereichs unter dem jeweiligen Temperiermittel. Zusätzlich wurde bei der Erwärmung auch eine spätere Abkühlung durch

Wärmeübertragung an die Umgebungsluft berücksichtigt sowie ein Aufwickeln auf eine starre Spule, um möglichst realitätsnahe Randbedingungen zu berücksichtigen. Die Banddicke wurde mit 1 mm angenommen.

Bei den Berechnungen zur Abkühlung wurde das Aluminiumlegierungsband von einer homogenen Temperatur von 400 °C auf 20 °C nach Durchlauf eines Temperiermittels abgekühlt und abgesehen von Wärmeübertragung an die Umgebung identische Randbedingungen wie bei der Erwärmung berücksichtigt.

Bei den Simulationen wurde eine konstante Bandspannung von 10 MPa bei einer Bandbreite von 1500 mm und einer Bandgeschwindigkeit von ca. 11,3 m/s

angenommen. Die Wärmeübertragung der einzelnen Temperiermittel auf das Band erfolgte bei den Berechnungen über eine Länge in Bandrichtung von 250 mm und eine Breite quer zur Bandrichtung von 100 mm. Anders als in den schematischen

Darstellungen der Fig. 5 und 6 sind oberhalb und unterhalb des Bandes jeweils elf symmetrisch über die Breite des Bandes verteilte Temperiermittel berücksichtigt worden. Die Berechnungen beruhen auf einer thermo-mechanischen Simulation von

Spannungs- und Formänderungszuständen des Aluminiumlegierungsbandes mit Hilfe der finite Elemente Methode (FEM]. Dabei wurde dem Aluminiumlegierungsband ein elasto-plastisches Materialverhalten zugewiesen. Das Band 2 wurde in Pfeilrichtung bewegt. Die berechneten Amplituden der Wellenbildung, d.h. die Differenz zwischen dem höchsten und niedrigsten Punkt des Bandes, sind für die verschiedenen

Anordnungen in Tabelle 1 dargestellt. Zur Berechnung der Amplitude der

Wellenbildung wurde jeweils ein Schnitt quer zur Bandlaufrichtung untersucht und die Differenz zwischen höchstem und niedrigstem Punkt des

Aluminiumlegierungsbandes senkrecht zur Bandebene bestimmt.

Tabelle 1

Anhand der Simulationen wird deutlich, dass die Differenz zwischen höchstem und niedrigstem Punkt des Bandes in Bezug auf die horizontale Bandebene sehr sensitiv auf die berechneten verschiedenen Szenarien reagiert. Leichte Änderungen der Position einzelner Temperiermittel, wie sie beispielsweise beim Vergleich zwischen der Anordnung D und F vorliegen, führen bereits zu deutlichen Veränderungen der Wellenamplitude. Bevorzugt für die Erwärmung kann beispielsweise eine leichte Verschiebung der äußeren Temperiermittel entgegengesetzt zur Bandlaufrichtung (Pfeil) eine deutliche Verringerung der Wellenamplitude bewirken. Bei der simulierten Abkühlung des Aluminiumlegierungsbandes von homogen 400 °C auf 20 °C zeigte eine noch größere Abhängigkeit der Wellenamplitude. Hier sank die Wellenamplitude durch eine Anordnung G mit nachlaufenden, äußeren

Temperiermitteln von 47,6 mm bei einer linearen Anordnung F auf 23,3 mm. Auch beim Abkühlen eines Aluminiumlegierungsbandes kommt es also auf die exakte Positionierung der das Band abkühlenden oder erwärmenden Temperiermittel an.

Die individuell auf den jeweiligen Spannungshaushalt des

Aluminiumlegierungsbandes abgestimmte Position der Temperiermittel zum Kühlen oder Erwärmen des Metallbandes kann durch einzeln in ihrer Position relativ zum Metallband translatorisch und/oder rotatorisch veränderlich positionierbare

Temperiermittel besonders gut abgestimmt werden, so dass die internen Spannungen im Band minimiert werden.