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Grundlagenwissen Bandrichtmaschinen: Anforderungen, Einsatzbereiche und Automation

| Autor / Redakteur: Dr.-Ing- Horst Bräutigam, Dipl.-Wirtsch.-Ing. Sascha Becker / Silke Höffken

Walzenrichtmaschinen für Bänder kommen an Pressen, Stanzautomaten, Profilieranlagen und in Zuschneideanlagen zum Einsatz. Die Anforderungen an das Richten sind zum Teil sehr spezifisch. Wir zeigen, was es zu beachten gilt.

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Richtmaschinen für Coils kommen in den verschiedensten Fertigungsbereichen zum Einsatz
Richtmaschinen für Coils kommen in den verschiedensten Fertigungsbereichen zum Einsatz
(Bild: Arku Maschinenbau)

Wo früher einfache Bandrichtmaschinen mit großen Richtwalzen ohne Abstützung und ohne Einzelzustellung verwendet wurden, ist heute eine flexible Maschinenausstattung gefragt. Steigende Anforderungen durch engere Toleranzgrenzen und den Einsatz hochfester Materialien setzen neue Standards für moderne Walzenrichtmaschinen.

Moderne Walzenrichtmaschinen weisen folgende Merkmale auf:

  • Blockbauweise
  • Gute Abstützung der Richtwalzen
  • Viele Richtwalzen
  • Kleine Abstände zwischen den Richtwalzen
  • Schnellwechselsystem zur Verkürzung der Reinigungszeit
  • Bedienerfreundliche Steuerung mit Wertespeicher
  • Leistungsfähiger Antrieb der Richtwalzen

Richtmaschinen für Bänder werden in den verschiedensten Fertigungsbereichen eingesetzt. Sie müssen spezifischen Anforderungen gerecht werden, wie die folgenden Beispiele zeigen.

Beispiel 1: Walzenrichtmaschinen für Pressen und Stanzautomaten

Pressen und Stanzautomaten werden hauptsächlich für die Fertigungsverfahren Umformen und Trennen eingesetzt. Das heißt, sie schneiden, biegen, lochen, rollen, prägen und führen Tiefziehvorgänge aus. Dafür sind mehr oder minder komplizierte und teure Werkzeuge erforderlich. Findet in der Presse ein hoher Umformgrad statt, so werden meist Richtmaschinen mit 7 bis 9 Richtwalzen eingesetzt. Das ist zum Beispiel bei der Herstellung von Tiefziehteilen oder der Fertigung einfacher Stanzteile der Fall. Diese Richtmaschinen besitzen Richtwalzen mit relativ großen Walzendurchmessern und sind in erster Linie darauf ausgelegt, die Coilkrümmung aus dem Blech zu entfernen. In anderen Fertigungsbereichen kommen Richtmaschinen mit bis zu 21 Walzen zum Einsatz. Die sorgfältige Auswahl einer geeigneten Richtmaschine für die jeweilige Anwendung ist von großer Bedeutung und entscheidend für die Qualität der Endprodukte.

Buchtipp

Dieser Artikel ist ein Auszug aus dem Fachbuch „Richten mit Walzenrichtmaschinen“ der Firma Arku. Das Buch vermittelt neben den hier beschriebenen Merkmalen und Einsatzgebieten moderner Walzenrichtmaschinen auch Grundlagen zur Werkstoffkunde, Richttechnik und Maschinenkonstruktion.

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Walzenrichtmaschinen sind das Herzstück der Pressenvorschubanlage

Walzenrichtmaschinen für Pressen und Stanzautomaten sind elementarer Bestandteil der Pressenvorschubanlage. Zwar macht die Pressenvorschubanlage nur einen kleinen Anteil der Gesamtinvestition in die Pressenstraße aus, doch ist sie für die Verfügbarkeit der Gesamtanlage besonders wichtig. Eine effiziente Produktion mit wenigen und kurzen Stillstandszeiten lässt sich nur mit einem zuverlässigen Anlagenkopf realisieren. Moderne Automatisierungskonzepte steigern hier die Prozesssicherheit und senken die Rüstzeiten. So können beispielsweise Coilwechselzeiten von weniger als 5 Minuten die Produktivität der gesamten Pressenstraße um bis zu 25 Prozent steigern.

Die Richtmaschine bestimmt die Verfügbarkeit der Anlagen in großem Maße. Ein Beispiel dafür ist die aufklappbare Präzisionsrichtmaschine Compactfeed von Arku. Das aufklappbare Richtaggregat vereinfacht das Einfädeln des Blechbandes und ermöglicht eine schnelle Reinigung der Richtwalzen. Der Compactfeed vereint die Funktionen Richten und Vorschieben in einer Maschine. Voraussetzung für den zuverlässigen Betrieb ist die dynamische Taktlüftung – auch bei hohen Hubzahlen. Die Präzisionsrichtmaschine kann zudem mit Zickzackbetrieb ausgeführt werden. Durch die Querverfahrung des Richtaggregats wird die Bandausnutzung optimiert. Bei runden Teilen kann so eine Materialersparnis von bis zu 14 Prozent erzielt werden.

Einsatz von Richtmaschinen mit 9 bis 21 Richtwalzen

Präzisionsrichtmaschine Compactfeed
Präzisionsrichtmaschine Compactfeed
(Bild: Arku Maschinenbau)

Sind die Anforderungen an die Ebenheit des Werkstückes, die Werkzeugsicherheit oder auch die Prozesssicherheit besonders hoch, werden Richtmaschinen mit 9 bis 21 Richtwalzen eingesetzt. Diese Richtmaschinen entfernen nicht nur die Coilkrümmung aus dem Band, sondern richten auch Querwölbungen zuverlässig. Sie werden zum Beispiel beim Arbeiten mit Folgeverbundwerkzeugen eingesetzt.

Zwischenwalzen verhindern Verschleißmarkierungen an den Richtwalzen

Sind die zu verarbeitenden Bänder oberflächenempfindlich, so sollte eine Richtmaschine mit Zwischenwalzen eingesetzt werden. Die Zwischenwalzen sind zwischen den Stützrollen und den Richtwalzen angeordnet. Sie verhindern Verschleißmarkierungen der Richtwalzen infolge direkter Berührung mit den Stützrollen. Diese Markierungen können sich sonst auf weiches oder oberflächenempfindliches Material übertragen.

Anordnungsschema zu einer Präzisionsrichtmaschine mit Zwischenwalzen (6-HI-Version)
Anordnungsschema zu einer Präzisionsrichtmaschine mit Zwischenwalzen (6-HI-Version)
(Bild: Arku Maschinenbau)

Eine Präzisionsrichtmaschine mit Zwischenwalzen wird als 6-HI-Maschine (6-HI = Six-High) bezeichnet. Der englische Begriff bringt zum Ausdruck, dass die Maschine 6 Rollen in der Höhe hat, hier also mit Zwischenwalzen im oberen und unteren Richtwalzenblock ausgerüstet ist. Analog wird eine Richtmaschine mit Stützrollen, aber ohne Zwischenwalzen, 4-HI-Maschine genannt. Bei einem einseitig oberflächenempfindlichen Band kann eine 5-HI-Maschine eingesetzt werden.

Um die Oberfläche des Materials zu schonen, können Präzisionsrichtmaschinen mit Wechselkassetten für Richtwalzen ausgestattet werden. Die Wechselkassetten vereinfachen die Reinigung deutlich und verringern zudem die Stillstandszeiten der Gesamtanlage.

Ein leistungsstarkes Antriebssystem ist gefragt

Es ist zunehmend anspruchsvoll, die erforderliche Richtkraft auf das Material zu übertragen. Damit steigt auch die Bedeutung des Antriebs der Richtwalzen. Ein Beispiel ist das patentierte Antriebssystem Ecoplan von Arku. Präzisionsrichtmaschinen mit diesem Antriebssystem haben bis zu 30 Prozent mehr Richtleistung bei gleichem Energiebedarf. Ecoplan verhindert zudem das Durchrutschen der Richtwalzen auf der Oberfläche des Richtgutes. Beschädigungen der Werkstoffoberfläche und das Verschleißen der Richtwalzen werden auf diese Weise minimiert. Nicht nur bei der Produktion von Sichtteilen wirkt sich das positiv auf die Qualität der Endprodukte aus.

Beispiel 2: Walzenrichtmaschinen für Profilieranlagen

Auf Profilieranlagen wird das gewünschte Profil im Durchlauf durch schrittweises Umformen mittels Profilierrollen erzeugt und anschließend abgelängt. Solche Profile finden in den verschiedensten Bereichen Verwendung – beispielsweise in der Bauindustrie und der Lager- und Regaltechnik. Meist liegen die Coildicken im Bereich von 1 bis 5 mm. Es kommen Richtmaschinen mit 7 bis 21 Richtwalzen zum Einsatz.

Automatisierung in der Profilherstellung

Bandvorbereitungsanlagen für Profilierer besitzen meist einen hohen Automatisierungsgrad, um die Coilwechselzeiten zu minimieren. Richtmaschinen tragen in diesem Anwendungsgebiet wesentlich zur Betriebssicherheit der Anlage bei und beeinflussen den Profilierprozess positiv.

Schweißvorgang beim automatischen Bandendeschweißen
Schweißvorgang beim automatischen Bandendeschweißen
(Bild: Arku Maschinenbau)

In vielen Fällen wird hinter der Richtmaschine eine Bandendeschweißmaschine eingesetzt. Die automatische Verschweißung der Bandenden während des Coilwechsels senkt die Stillstandszeiten. Gerade bei komplexen Anlagen mit Vorstanzoperationen können bis zu 20 Minuten Rüstzeit eingespart werden. Auch der Materialausschuss wird vermindert, da das Anstanzen des neuen Bandes entfällt.

Doppelwendehaspel mit automatischer Einführhilfe Twinshuttle
Doppelwendehaspel mit automatischer Einführhilfe Twinshuttle
(Bild: Arku Maschinenbau)

In der Profilherstellung werden hohe Verfügbarkeiten der Fertigungslinien vorausgesetzt. Es werden Doppelwendehaspeln eingesetzt, die Coilwechselzeiten senken. Während produziert wird, kann auf der Beladeseite schon der folgende Coil vorbereitet werden. Mit Automatisierungskonzepten, wie der automatischen Einführhilfe Twinshuttle von Arku, werden alle Vorgänge beim Coileinfädeln automatisch durchgeführt. So können Coilwechselzeiten von unter 2 Minuten erreicht werden. Durch ein Zusammenspiel aus Bandvorbereitungsanlagen mit Einführhilfe, Präzisionsrichtmaschine, Bandendeschweißmaschine und Bandspeicher können noch kürzere Stillstandszeiten von nahezu Null erreicht werden.

Buchtipp

Dieser Artikel ist ein Auszug aus dem Fachbuch „Richten mit Walzenrichtmaschinen“ der Firma Arku. Das Buch vermittelt neben den hier beschriebenen Merkmalen und Einsatzgebieten moderner Walzenrichtmaschinen auch Grundlagen zur Werkstoffkunde, Richttechnik und Maschinenkonstruktion.

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Beispiel 3: Walzenrichtmaschinen für Querteilanlagen

Querteilanlagen werden zur Herstellung von Platinen unterschiedlicher Zuschnittformen eingesetzt. Das Blechband wird dabei mittels fester, fliegender oder rotierender Scheren zerteilt. In Stahl-Service-Centern, im Heizungs- und Lüftungsbau und in der Lochblechindustrie werden sehr häufig breite Bleche (1500...2000 mm) mit geringen Dicken (0,5...3,0 mm) verarbeitet. Nicht selten bestehen die Bänder aus oberflächenempfindlichen Materialien wie Edelstahl oder Aluminium. Das abschließende Abscheren auf Maß mit meist geringen Winkligkeits- und Längentoleranzen kann bereits die Fertigungsendstufe darstellen.

Hochleistungsrichtmaschinen für besonders flache Bleche

Sind die Anforderungen an die Planheit des Blechs besonders hoch, werden Hochleistungsrichtmaschinen eingesetzt. Diese Maschinen zeichnen sich durch eine bestmögliche Abstützung der Richtwalzen und Blockzustellung sowie durch leichte Reinigungsmöglichkeiten aus. Hinzu kommt die Forderung nach kleinen Walzendurchmessern wegen der meist geringen Banddicke.

Verstellbarkeit der unteren Abstützungen

Die unteren Abstützungen sind nach oben und nach unten verstellbar. Dadurch lassen sich die Richtwalzen in Querrichtung gezielt biegen, um Ebenheitsfehler, wie z.B. Rand- und Mittenwellen, ausrichten zu können. Meist ist der Einsatz von 6-HI-Maschinen mit Zwischenwalzen unumgänglich.

Praxistipp: Ebenheitsfehler beim Coil und deren Beseitigung

Ebenheitsfehler bei Schmalband und Breitband
(Bildquelle: Arku Maschinenbau)

Coilkrümmung:
Die Coilkrümmung ist einer der am häufigsten auftretenden Fehler. Der Defekt hat seine Ursache in der plastischen Verformung beim Wickelprozess. Eine Coilkrümmung kann schon mit 7 bis 13 Richtwalzen ausreichend gerichtet werden. Gut dazu geeignet sind Walzenrichtmaschinen mit Grundverstellung, d.h. mit zueinander paralleler Lage der unteren und oberen Richtwalzen.

Querwölbung:
Die Ausrichtung einer Querwölbung gestaltet sich schon schwieriger. Die Ursache für diese Unebenheit liegt in der ungleichmäßigen Abkühlung des Walzgutes über die Breite des Coils (Restspannungen). Richtmaschinen mit paralleler Lage der Richtwalzen vermindern die Querwölbung mit steigender Anzahl der Richtwalzen. Die besten Ergebnisse erzielt man mit 17 und mehr Richtwalzen mit enger Teilung.

Torsion:
Dieser Defekt entsteht bei starken Bandzugwechseln oder auch zu wenig Zug während des Wickelprozesses. Ähnlich wie beim Ausrichten der Querwölbung erzielt man auch hier die besten Ergebnisse mit 17 und mehr Richtwalzen bei enger Teilung.

Säbel:
Ein starker Säbel tritt meist nur bei schmalen, durch Längsteilen hergestellten Bändern auf. Es gibt zwei Möglichkeiten, den Fehler zu beheben:

  • Es kommen sogenannte Vertikalrichtgeräte zum Einsatz. Diese erzeugen in Zusammenarbeit mit der Richtmaschine die notwendige Biegung des Materials über die hohe Kante. Allerdings wird die Anwendung dieses Prinzips durch die erforderlichen starken Kantendrücke mit der Gefahr der Deformation der Kanten stark eingeschränkt.
  • Es wird die Querneigung des oberen Walzenstuhls genutzt. Die Einstellung erfolgt so, dass die kurze Seite des Bandes gedehnt wird.

Coilbreaks:
Dieser Ebenheitsfehler entsteht in der Regel beim Abrollen warm gewalzter Blechbänder. Schwerwiegende Brüche können durch den Einsatz von Hochleistungsrichtmaschinen deutlich vermindert, aber nicht unbedingt vollkommen beseitigt werden.

Randwellen und Mittenwellen:
Diese Fehler treten meist bei breiten und gleichzeitig dünnen Blechen auf. Sie werden durch die beim Walzprozess entstehenden inneren Spannungen verursacht. Solche Defekte sind mit parallelen Richtwalzen nicht ausrichtbar.

  • Im Fall von Randwellen muss die Blechmitte so lange gedehnt werden, bis sie die gleiche Länge wie die Blechkanten aufweist.
  • Im Fall von Mittenwellen müssen die Blechkanten so lange gedehnt werden, bis sie die gleiche Länge wie die Blechmitte haben.

Dieses gezielte plastische Dehnen ist jedoch beim normalen Richten mit parallelen Richtwalzen nicht möglich. Man erreicht es durch eine gezielte Durchbiegung der Richtwalzen, die in der Regel mittels Verstellung der unteren Stützrollenblöcke erzeugt wird. Die vorzunehmenden Verstellungen werden im oberen Bildabschnitt schematisch dargestellt.

Bombage – Gezielte Durchbiegung der Richtwalzen
(Bildquelle: Arku Maschinenbau)

Bei der Einstellung zum Richten von Randwellen müssen die mittleren Partien des Blechs nun mehr Weg zurücklegen als die Randpartien. Sie werden, bei richtiger Einstellung der Maschine, so lange gedehnt, bis alle Blechpartien die gleiche Länge haben und ein planes Blech die Maschine verlässt. Der Effekt zum Ausrichten von Mittenwellen ist genau umgekehrt. Prinzipiell sind also die Einstellungen zum Ausrichten von Welligkeiten so vorzunehmen, dass die flachen Blechpartien gelängt werden. Das Ausrichten gleichzeitig auftretender Rand- und Mittenwellen wird im unteren Bildabschnitt gezeigt.

Einseitige Randwellen

Querneigung der oberen Richtwalzen
(Bildquelle: Arku Maschinenbau)

Treten die Wellen einseitig am Rand auf, so kann man den notwendigen Dehneffekt auch durch zusätzliche Querneigung des oberen Walzenstuhls erzeugen. Die gedehnten Bereiche des Blechs werden natürlich dünner. Die Dickenänderungen sind jedoch klein und meist zu vernachlässigen, da sie in der Regel innerhalb der zulässigen Dickentoleranzen liegen.



* Prof. Dr.-Ing. Horst Bräutigam war zwischen 1982 und 1986 Technischer Leiter bei der Arku Maschinenbau GmbH, Baden-Baden. Ab 1987 widmete er sich der Lehre an der Fachhochschule Mannheim in den Fachgebieten Maschinenelemente, Technische Mechanik und Getriebelehre.

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