Stabilitätsbetrachtungen von metallischen Bändern unter dem Einfluss von Düsenfelder
Forschungsstellen
RWTH Aachen, Institut für Industrieofenbau und Wärmetechnik
Laufzeit
01.12.2013 — 30.11.2015
Zusammenfassung
Um die Ressourcen zu schonen ist es ein konsequentes Ziel, im Bereich der Feinblechanwendungen die Materialstärken der Produkte von Bändern aus Stahl, Aluminium und Kupfer zu reduzieren. Bei Bandmaterialien, an denen die höchsten Anforderungen an die Oberfläche und an die mechanischen Eigenschaften gestellt werden, findet eine kontinuierliche Wärmebehandlung zur Einstellung der Werkstoffeigenschaften statt. Ziel dieses Projektes ist die unerwünschten Bandschwingungen während der Gaskühlung der Bänder zu untersuchen, die Einflussgrößen zu bestimmen und mögliche Gegenmaßnahmen zu entwickeln.
Die experimentellen und numerischen Untersuchungen zeigen, dass die Strömung verschiedener Schlitzdüsensysteme zur Kühlung des Bandes das Band breitbandig anregt und das Band anhand der ersten Biege- bzw. ersten Torsionsschwingung darauf reagiert. Ab einer Schwingungsamplitude von > 20 mm findet eine deutliche Verstärkung der Bandschwingungen statt. Diese resultiert aus einer Fluid-Struktur-Interaktion bei der die Strömung einen Resonanzkörper zu den Eigenschwingungen des Bandes bildet.
Die Bandschwingungen reduzieren sich mit zunehmender Banddicke aufgrund einer höheren Bandträgheit und eines höheren absoluten Zuges deutlich. Dagegen verringert sich die Bandstabilität überproportional mit der Einspannlänge. Die Bandstabilität ist antiproportional zur Öffnungsfläche der Düsensysteme, d.h., je kleiner die Schlitze sind, desto größer ist die Bandstabilität. Über eine Anordnung der Schlitze in dem Maße, dass sich Druckpolster in Abhängigkeit des Düsen zu Bandabstandes ausbilden, können die Bandschwingungen bei gleicher Düsenöffnungsfläche signifikant reduziert werden.
In einer technischen Gesamtbetrachtung unter Einbeziehung des Wärmeübergangskoeffizienten lässt sich zeigen, dass bei den untersuchten Düsensystemen die freie Einspannlänge und die Verwendung von Wasserstoff / Wasserstoff-Stickstoffmischungen die größten Stellglieder zur Verbesserungen der Bandstabilität sind. Sollten diese Möglichkeiten aufgrund von werkstofftechnischen Restriktionen (u.a. Wasserstoffversprödung) begrenzt sein, so lässt sich ein bis zu 30 % höherer Wärmeübergang bei gleicher Bandstabilität über die Modifizierung des Düsensystems einstellen.
Veröffentlichungen im Rahmen des Projektes
D. Büschgens: Numerische Untersuchungen zum mechanischen Bandverhalten in kontinuierlichen Wärmebehandlungsanlagen, Bachelorarbeit, RWTH Aachen, Institut für Industrieofenbau und Wärmetechnik, 07.2014
M. Strümpel: Simulation der Bandstabilität einer starren Platte im Schwebebandofen, Masterarbeit, RWTH Aachen, Institut für Industrieofenbau und Wärmetechnik, 12.2014
M. Crasmöller: Experimentelle Untersuchungen zum Bandschwingverhalten in Kühlstrecken von kontinuierlichen Wärmebehandlungsanlagen, Bachelorarbeit, RWTH Aachen, Institut für Industrieofenbau und Wärmetechnik, 08.2015
Das IGF-Vorhaben 17988 N der Forschungsvereinigung Forschungskuratorium Maschinenbau e.V. wurde über die AiF im Rahmen des Programms zur Förderung der Industriellen Gemeinschaftsforschung (IGF) vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages gefördert.
Weitere Informationen sowie den Abschlussbericht erhalten Sie über das Forschungskuratorium Maschinenbau e.V., Lyoner Straße 18, 60528 Frankfurt oder info@fkm-net.de