EP3990200B1 - Planheitsmessvorrichtung zur messung der planheit eines metallischen bandes - Google Patents

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EP3990200B1
EP3990200B1 EP20726356.7A EP20726356A EP3990200B1 EP 3990200 B1 EP3990200 B1 EP 3990200B1 EP 20726356 A EP20726356 A EP 20726356A EP 3990200 B1 EP3990200 B1 EP 3990200B1
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EP
European Patent Office
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roller
measuring
planarity
measuring device
measuring roller
Prior art date
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EP20726356.7A
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EP3990200A1 (de
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Frank Gorgels
Andreas Kastner
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SMS Group GmbH
Original Assignee
SMS Group GmbH
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Publication date
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    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21B—ROLLING OF METAL
    • B21B37/00—Control devices or methods specially adapted for metal-rolling mills or the work produced thereby
    • B21B37/28—Control of flatness or profile during rolling of strip, sheets or plates
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21B—ROLLING OF METAL
    • B21B38/00—Methods or devices for measuring, detecting or monitoring specially adapted for metal-rolling mills, e.g. position detection, inspection of the product
    • B21B38/02—Methods or devices for measuring, detecting or monitoring specially adapted for metal-rolling mills, e.g. position detection, inspection of the product for measuring flatness or profile of strips
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B21B1/00—Metal-rolling methods or mills for making semi-finished products of solid or profiled cross-section; Sequence of operations in milling trains; Layout of rolling-mill plant, e.g. grouping of stands; Succession of passes or of sectional pass alternations
    • B21B1/22—Metal-rolling methods or mills for making semi-finished products of solid or profiled cross-section; Sequence of operations in milling trains; Layout of rolling-mill plant, e.g. grouping of stands; Succession of passes or of sectional pass alternations for rolling plates, strips, bands or sheets of indefinite length
    • B21B1/24—Metal-rolling methods or mills for making semi-finished products of solid or profiled cross-section; Sequence of operations in milling trains; Layout of rolling-mill plant, e.g. grouping of stands; Succession of passes or of sectional pass alternations for rolling plates, strips, bands or sheets of indefinite length in a continuous or semi-continuous process
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    • B21B45/00—Devices for surface or other treatment of work, specially combined with or arranged in, or specially adapted for use in connection with, metal-rolling mills
    • B21B45/02—Devices for surface or other treatment of work, specially combined with or arranged in, or specially adapted for use in connection with, metal-rolling mills for lubricating, cooling, or cleaning
    • B21B45/0203—Cooling
    • B21B45/0209—Cooling devices, e.g. using gaseous coolants
    • B21B45/0215—Cooling devices, e.g. using gaseous coolants using liquid coolants, e.g. for sections, for tubes
    • B21B45/0218—Cooling devices, e.g. using gaseous coolants using liquid coolants, e.g. for sections, for tubes for strips, sheets, or plates

Definitions

  • the invention relates to a flatness measuring device for measuring the flatness of a metallic strip, comprising a measuring roller which has a roller axis and which is designed to make contact with the strip for the purpose of flatness measurement, the measuring roller being connected to a cooling system with which the measuring roller can be cooled .
  • a flatness measuring device is from the EP 1 199 543 B1 known.
  • a measuring roll with a circumferential section facing away from the strip to be measured is immersed in a container filled with coolant, whereby the roll is cooled.
  • the measuring roller is sprayed with cooling medium from the radial direction by cooling nozzles.
  • the general cooling of rollers reveals this EP 0 542 640 A1 and the JP 2015-80794 A .
  • the US 4,188,809 A which forms the basis for the preamble of claim 1, discloses a measuring roll in a cold rolling mill, under which a number of sensors are arranged, with which the size of a gap that forms between the sensors and the measuring roll is measured. To clean the measuring roll, it is blown on using air nozzles.
  • the WO 2006/134696 A1 and the EP 1 199 543 B1 show similar solutions.
  • the present invention relates to flatness measurement in a forming process of metallic strip, in particular and preferably in a hot rolling mill.
  • the cooling of the measuring roller during measuring operation is particularly important, especially if it is used in a hot rolling mill.
  • Flatness measuring systems are known from the cold rolling process that are able to measure flatness deviations that are not visible due to superimposed tensile stress. These systems measure the tension differences caused by the flatness deviation across the width of the strip. These are predominantly deflection pulleys that are equipped with sensors that are able to measure the radial force exerted on the deflection pulley by the tensile stress. By measuring the radial force in localized areas across the width, these systems are able to measure the local deviation of the tensile stress from the average tensile stress. These deviations are directly proportional to the flatness deviation.
  • the measuring roll is cooled by a cooling box arranged below the measuring roll. Since the roll has to be immersed in the belt from below, two additional rolls are necessary above the belt. These additional rollers must be pivoted to thread the belt in and out, which requires additional mechanics. Arrangements with only one additional roller lead to unfavorable geometric relationships between the distance between the rollers and the belt width, which leads to measurement errors with even the slightest alignment errors. Arranging a single roller with sufficient spacing leads to a wrap angle that is too small and thus significantly impairs the measurement accuracy. Cooling by a cooling medium located in a cooling box is not effective because the stationary medium can only achieve low relative speeds on the roller surface.
  • the invention is based on the task of developing a flatness measuring device of the generic type in such a way that it is possible to use it even at high temperatures and in particular in hot rolling mills, while at the same time ensuring that a high level of measuring accuracy can be maintained.
  • the flatness measuring roll should be cooled in such a way that the cooling of the roll is so effective, even at temperatures of the strip to be measured up to 1,000 °C, that a practical service life of the measuring roll can be achieved. Furthermore, the sensor system used, which is sensitive enough to measure the flatness defects that occur during hot rolling with sufficient accuracy, should be protected from excessive heat input. The cooling must not cause any thermal or mechanical disruption to the measurement. The cooling medium should be used in such a way that the quality of the product produced is not influenced by uncontrolled exposure to the cooling medium.
  • the measuring roller is designed as a deflection roller which is equipped with a sensor system which is able to measure the tension exerted on the deflection roller by the tensile stress
  • the flatness measuring device is part of a hot rolling mill and that the cooling system has a nozzle bar which extends parallel to the roller axis, with at least one, preferably a number, spray nozzles being arranged on the nozzle bar, with which cooling medium is sprayed onto the surface of the in an ejection direction Measuring roller can be sprayed out, wherein the spraying direction hits a surface section of the measuring roller and the angle between the spraying direction and the tangent to the measuring roller at the location of the surface section is less than 30 °.
  • the angle is preferably between 0° and 20°, particularly preferably between 0° and 10°.
  • the spray nozzles are preferably flat jet nozzles. It is preferably provided that the flat jet nozzles emit a cooling media jet that is at least 4 times as wide as it is thick, particularly preferably at least 8 times as wide as it is thick. The width of the jet from the flat jet nozzles preferably extends in the direction of the roller axis.
  • the spray nozzles are preferably aligned so that the cooling medium is applied counter to the direction of travel of the measuring roller.
  • the direction of movement of the ejected cooling medium is opposite to the direction of movement of the surface of the roller where the coolant contacts the roller.
  • the cooling system can have at least one further nozzle bar, which extends parallel to the roller axis and is arranged offset from the first, above-mentioned nozzle bar in the circumferential direction of the measuring roller, with a number of spray nozzles being arranged on the further nozzle bar, with which cooling medium is sprayed onto the surface of the in an ejection direction Measuring roller can be sprayed out, the spraying direction hitting a surface section of the measuring roller and the angle between the spraying direction and the tangent to the measuring roller at the location of the surface section being less than 30°, preferably between 0° and 20° and particularly preferably between 0° and 10 ° is.
  • the cooling system comprises an enclosure which encloses the nozzle bar(s) and a circumferential section, preferably at least 180° of the circumference, of the measuring roller.
  • Two gaps can be formed between the housing and the measuring roller, which make it more difficult for the cooling medium to pass through.
  • the housing is preferably dimensioned so that the gaps are in the range between 0.01 mm and 2.0 mm.
  • means for feeding a (barrier) gas are arranged in the area of the gap, with which a gas stream can be directed into the interior of the enclosure.
  • the means for feeding a gas can comprise slot nozzles which extend in the longitudinal direction of the gap, the slot nozzles preferably being integrated into the housing in the area of the gap.
  • the proposed concept is therefore based on spray cooling of the measuring roller, which is arranged on (at least) one nozzle bar aligned parallel to the roller axis.
  • Flat jet nozzles are preferably used as spray nozzles.
  • the flat jet is aligned so that the long axis of the oval surrounding the jet is preferably parallel to the roller axis; However, the angle between the long jet axis and the roller axis can be up to 10°.
  • the spray nozzles are also aligned so that the jet hits the roller surface at a flat angle, preferably between 0° and 10°; 0° means that the beam hits the measuring roller tangentially.
  • the distance between the nozzles along the roll barrel is preferably chosen so that the impact on the roll surface is as uniform as possible along the impact points of the cooling medium in accordance with the geometry of the jets.
  • the additional nozzle bar mentioned is placed at a further position above the circumference of the roll in relation to the first-mentioned nozzle bar.
  • the further nozzle bar can be varied in terms of its geometry and/or its arrangement and/or its orientation of the nozzles.
  • the output of the cooling medium can vary with regard to the pressure and / or the flow rate of the cooling medium in relation to the first-mentioned nozzle bar.
  • the development mentioned provides that the area of the measuring roller, which is subjected to the spray cooling, is sealed off from the environment by the closed enclosure mentioned.
  • the gap between the rotating roller and the housing is preferably minimized to such an extent that while running During operation there is no longer any contact between the housing and the rotating measuring roller.
  • the area of the enclosure immediately adjacent to the gap between the roll surface and the enclosure, where the rotating roll enters the enclosure, is preferably designed so that the cooling medium collects directly at the gap and so the roll surface is evenly coated with cooling medium over the entire width of the bale applied.
  • the roller surface is preferably provided with a rough surface and is constantly kept in motion for cooling. The rotational speed of the roller should preferably not fall below a minimum specified value.
  • the gap between the housing and the measuring roller can be acted upon by a gaseous medium.
  • the direction of flow of the medium is preferably directed into the interior of the enclosure.
  • the nozzle for applying the medium is preferably designed as a slot nozzle.
  • the slot nozzle is preferably integrated into the area of the gap.
  • the gap between the roller surface and the housing, where the roller surface emerges from the housing can also be designed so that a controlled small amount of the cooling medium remains on the surface of the measuring roller.
  • the proposed solution ensures effective cooling of the measuring roller without disturbing the measuring signal due to the jet geometry of the cooling nozzles and the flat impact angle.
  • the arrangement of the nozzles against the direction of travel of the roll and the design of the enclosure advantageously prevents any influence on the quality of the measured strips, since the cooling medium is effectively contained in the enclosure can be held, collected and returned to the circulation in a controlled manner.
  • the cooling medium is brought into the contact area between the hot belt and the measuring roller in a controlled manner. This allows the heat transfer to be dampened and the heat input into the roll to be minimized. At the same time, wear is minimized by exploiting the aquaplaning effect.
  • a flatness measuring device 1 which includes a measuring roller 2, which is used to contact a metallic strip, not shown.
  • the degree of flatness of the band can thus be determined in a manner known per se.
  • the flatness measuring device 1 is part of a hot rolling mill, the measuring roll 2 must be cooled, for which a cooling system 3 is available.
  • the cooling system 3 includes a nozzle bar 4, the longitudinal axis of which is parallel to the roller axis a, as can be seen Figure 1 results. 4 spray nozzles 5 are arranged at equal intervals on the nozzle bar; the distance is indicated by the double arrow in Figure 1 marked.
  • Each spray nozzle 5 delivers a jet of cooling medium that is relatively flat. This is in Figure 2 illustrated.
  • the cooling medium is discharged from the spray nozzle 5 in the spray direction b, the spray nozzle 5 being designed as a wide slot nozzle or flat jet nozzle. Accordingly, the cooling medium reaches the surface of the measuring roller 2 with a substantially oval contact surface which has a width B and a thickness D.
  • the contact surface that the cooling medium has on the surface of the measuring roller 2 can therefore be assigned a longitudinal axis c, which is parallel to the roller axis a.
  • the width B is at least four times as large as the (maximum) thickness D, preferably even at least eight times as large.
  • the measuring roller 2 contacts the belt 12 and rotates in the direction of rotation R, whereby in Figure 3 whose roller axis a is perpendicular to the drawing plane.
  • the cooling system 3 initially includes an (upper) nozzle bar 4 on which the spray nozzles 5 are arranged. Furthermore, it comprises a (lower) nozzle bar 7, on which spray nozzles 5 are also arranged. This nozzle bar 7 is optional and arranged offset in the circumferential direction.
  • the alignment of the spray nozzles 5 for cooling the surface of the measuring roller 2 is essential Figure 3 It can be seen that the spray nozzles 5, with their spray direction b, discharge their cooling medium at a point or a surface section 6 of the measuring roller 2. If you place a tangent t on the measuring roller 2 at the point or surface section 6, an angle ⁇ results between the spray direction b and the tangent t. This angle ⁇ is relatively small and is a maximum of 20°. The preferred range for the angle ⁇ is between 0° and 10°.
  • the two nozzle bars 4 and 7 are arranged offset in the circumferential direction over the measuring roller 2. For the angular relationships of the impact of the However, the same geometric conditions apply when the cooling medium is applied to the surface of the measuring roller in the area of the surface section 6.
  • the flatness measuring device 1 can also have a housing 8, which accommodates the nozzle bars 4 and 7 (not shown here) and encloses the measuring roller over a circumferential section of a good 180 °. Small gaps 9 and 10 ensure that only a small amount of cooling medium escapes from the inside of the enclosure. By applying sealing air (as described above), liquid leakage can be completely prevented.
  • cooling medium 11 collects, which cools the measuring roller 2 over its entire width as it rotates.
  • the geometry explained when aligning the spray nozzles 5 ensures that the measuring function of the measuring roller 2 is not impaired. This is not the case with previously known solutions.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Length Measuring Devices With Unspecified Measuring Means (AREA)
  • Force Measurement Appropriate To Specific Purposes (AREA)

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Planheitsmessvorrichtung zur Messung der Planheit eines metallischen Bandes, umfassend eine Messrolle, die eine Rollenachse aufweist und die zwecks Planheitsmessung zur Kontaktnahme mit dem Band ausgebildet ist, wobei die Messrolle mit einem Kühlsystem in Verbindung steht, mit dem die Messrolle gekühlt werden kann.
  • Eine Planheitsmessvorrichtung ist aus der EP 1 199 543 B1 bekannt.
  • Eine Messrolle taucht hier mit einem Umfangsabschnitt, der vom zu vermessenden Band abgewandt ist, in einen mit Kühlflüssigkeit gefüllten Behälter ein, wodurch die Rolle gekühlt wird. Gemäß einer weiteren Lösung wird die Messrolle aus radialer Richtung von Kühldüsen mit Kühlmedium angespritzt. Die generelle Kühlung von Walzen offenbart die EP 0 542 640 A1 und die JP 2015-80794 A .
  • Die US 4 188 809 A , welche die Basis für den Oberbegriff von Anspruch 1 darstellt, offenbart eine Messrolle in einem Kalzwalzwerk, unter der eine Anzahl Sensoren angeordnet ist, mit denen die Größe eines Spalts vermessen wird, der sich zwischen den Sensoren und der Messrolle bildet. Zur Reinigung der Messrolle wird diese mittels Luftdüsen angeblasen. Die WO 2006/134696 A1 und die EP 1 199 543 B1 zeigen ähnliche Lösungen.
  • Die vorliegende Erfindung betrifft die Planheitsmessung bei einem Umformprozess von metallischem Band, insbesondere und bevorzugt in einer Warmwalzanlage. Dabei kommt der Kühlung der Messrolle im Messbetrieb eine besondere Bedeutung zu, insbesondere wenn diese in einer Warmwalzanlage eingesetzt wird.
  • Beim Walzen von Stahl werden häufig optische Systeme eingesetzt, die die Planheit des gewalzten Bandes messen können, solange der Bandkopf noch nicht vom Haspel erfasst wurde. Sobald der Haspel das Band erfasst hat und unter Zugspannung setzt, sind die Planheitsabweichungen nicht mehr sichtbar und können somit nicht mehr bzw. nur noch bei erheblichen Abweichungen optisch erfasst werden.
  • Aus dem Kaltwalzprozess sind Planheitsmesssysteme bekannt, die in der Lage sind, Planheitsabweichungen zu messen, die durch überlagerte Zugspannung nicht sichtbar sind. Diese Systeme messen die durch die Planheitsabweichung entstehenden Zugspannungsunterschiede über der Breite des Bandes. Überwiegend handelt es sich um Umlenkrollen, die mit einer Sensorik ausgestattet sind, die in der Lage ist, die durch die Zugspannung auf die Umlenkrolle ausgeübte Radialkraft zu messen. Durch Messen der Radialkraft in örtlich über der Breite begrenzten Bereichen sind diese Systeme in der Lage, die örtliche Abweichung der Zugspannung von der mittleren Zugspannung zu messen. Diese Abweichungen sind direkt proportional zur Planheitsabweichung.
  • Der Einsatz dieser aus der Kaltwalztechnik bekannten Messtechnik beim Warmwalzen stellt sehr hohe Anforderungen an die Robustheit des Systems bezüglich Temperatur und Verschleiß bei der gleichzeitigen Notwendigkeit einer hohen Empfindlichkeit aufgrund der geringeren Zugspannungen. Dies verlangt den Einsatz einer hocheffizienten Kühlung, die die Sensorik schützt, aber keinen Einfluss auf die Messung hat und die Temperaturführung des Warmwalzprozesses nicht stört.
  • Bei vorbekannten Lösungen (s. die genannte EP 1 199 543 B1 ) wird die Messrolle durch einen unterhalb der Messrolle angeordneten Kühlkasten gekühlt. Da hierdurch die Rolle von unten in das Band eingetaucht werden muss, sind zwei zusätzliche Rollen oberhalb des Bandes notwendig. Diese zusätzlichen Rollen müssen zum Ein- und Ausfädeln des Bandes abgeschwenkt werden, was eine zusätzliche Mechanik erfordert. Anordnungen mit nur einer zusätzlichen Rolle führen zu ungünstigen geometrischen Verhältnissen zwischen dem Abstand der Rollen und der Bandbreite, was zu Messfehlern bei geringsten Ausrichtungsfehlern führt. Eine Anordnung einer Einzelrolle mit ausreichendem Abstand führt zu einem zu geringen Umschlingungswinkel und damit zu einer erheblichen Beeinträchtigung der Messgenauigkeit. Die Kühlung durch ein in einem Kühlkasten befindliches Kühlmedium ist nicht effektiv, da durch das ruhende Medium nur geringe Relativgeschwindigkeiten an der Rollenoberfläche erzielt werden können.
  • Bei der Anwendung der von den Walzenkühlsystemen bekannten Spritzkühlsystemen ergibt sich das Problem, dass wegen der vom Kühldüsenstrahl auf die Rollenoberfläche ausgeübten Kräfte ("Impact") die Messung gestört wird. Des Weiteren würde das Kühlmedium bei einer Anordnung der Messrolle oberhalb des Bandes den Kühlprozess des Bandes beeinflussen und damit die Qualität des Produkts verändern. Beim Aufwickeln des Bandes ist es aus Gründen der Oberflächenqualität oft notwendig, das Kühlmedium von der Bandoberfläche komplett zu entfernen. Daher muss die Anwendung des Kühlmediums bei der Messrolle so weit reduziert werden, dass keine hocheffiziente Kühlung mehr möglich ist. Die Anwendung von Abstreifern an einem geschlossenen Kühlkasten, der das Kühlmedium im geschlossenen Raum hält, führen aufgrund des ausgeübten Drucks, den diese Abstreifer auf die Messrolle ausüben, ebenfalls zur Beeinflussung des Messsignals. Durch den Impact der Düsenstrahlen, ergeben sich durch die örtlich sehr hohe Wärmeübergangszahl hohe Temperaturgradienten sowohl örtlich als auch zeitlich. Diese Gradienten führen durch die aufgrund der Temperaturausdehnung entstehenden Verformungen der Rolle ebenfalls zu Störungen des Messsignals.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Planheitsmessvorrichtung der gattungsgemäßen Art so fortzubilden, dass es möglich ist, sie auch bei hohen Temperaturen und insbesondere in Warmwalzanlagen einzusetzen, wobei gleichzeitig sichergestellt werden soll, dass ein hohes Maß an Messgenauigkeit aufrechterhalten werden kann.
  • Die Kühlung der Planheitsmessrolle soll dabei so erfolgen, dass die Kühlung der Rolle auch bei Temperaturen des zu messenden Bandes bis 1.000 °C so effektiv ist, dass eine praxistaugliche Standzeit der Messrolle erreicht werden kann. Weiterhin soll die verwendete Sensorik, die empfindlich genug ist, um die beim Warmwalzen auftretenden Planheitsdefekte ausreichend genau zu messen, vor übermäßigem Wärmeeintrag geschützt werden. Die Kühlung darf dabei keine thermische oder mechanische Störung der Messung verursachen. Das Kühlmedium soll dabei so angewendet werden, dass die Qualität des erzeugten Produktes nicht durch unkontrollierte Beaufschlagung durch Kühlmedium beeinflusst wird.
  • Die Lösung dieser Aufgabe durch die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Messrolle als Umlenkrolle ausgebildet ist, die mit einer Sensorik ausgestattet ist, die in der Lage ist, die durch die Zugspannung auf die Umlenkrolle ausgeübte Radialkraft zu messen, dass die Planheitsmessvorrichtung Bestandteil einer Warmwalzanlage ist und dass das Kühlsystem einen Düsenbalken aufweist, der sich parallel zur Rollenachse erstreckt, wobei am Düsenbalken mindestens eine, vorzugsweise eine Anzahl, Spritzdüsen angeordnet ist, mit der in eine Ausspritzrichtung Kühlmedium auf die Oberfläche der Messrolle ausgespritzt werden kann, wobei die Ausspritzrichtung einen Oberflächenabschnitt der Messrolle trifft und wobei der Winkel zwischen der Ausspritzrichtung und der Tangente an die Messrolle am Ort des Oberflächenabschnitts kleiner als 30° ist.
  • Bevorzugt beträgt der Winkel zwischen 0° und 20°, besonders bevorzugt zwischen 0° und 10°.
  • Die Spritzdüsen sind bevorzugt Flachstrahldüsen. Dabei ist bevorzugt vorgesehen, dass die Flachstrahldüsen einen Kühlmedien-Strahl ausbringen, der mindestens 4 Mal so breit wie dick ist, besonders bevorzugt mindestens 8 Mal so breit wie dick. Die Breite des Strahls der Flachstrahldüsen erstreckt sich dabei bevorzugt in Richtung der Rollenachse.
  • Wenngleich bevorzugt eine Anzahl an Spritzdüsen vorgesehen ist, ist es auch möglich, dass nur eine einzige breite Schlitzdüse am Düsenbalken angeordnet wird.
  • Die Spritzdüsen sind dabei bevorzugt so ausgerichtet, dass das Kühlmedium entgegen der Laufrichtung der Messrolle ausgebracht wird. Die Bewegungsrichtung des ausgespritzten Kühlmediums ist als entgegen der Bewegungsrichtung der Oberfläche der Rolle, an der das Kühlmittel die Rolle berührt.
  • Das Kühlsystem kann mindestens einen weiteren Düsenbalken aufweisen, der sich parallel zur Rollenachse erstreckt und zum ersten, oben genannten Düsenbalken in Umfangsrichtung der Messrolle versetzt angeordnet ist, wobei am weiteren Düsenbalken eine Anzahl Spritzdüsen angeordnet sind, mit denen in eine Ausspritzrichtung Kühlmedium auf die Oberfläche der Messrolle ausgespritzt werden kann, wobei die Ausspritzrichtung einen Oberflächenabschnitt der Messrolle trifft und wobei der Winkel zwischen der Ausspritzrichtung und der Tangente an die Messrolle am Ort des Oberflächenabschnitts kleiner als 30°, vorzugsweise zwischen 0° und 20° und besonders bevorzugt zwischen 0° und 10° ist.
  • Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass das Kühlsystem eine Einhausung umfasst, welche den oder die Düsenbalken sowie einen Umfangsabschnitt, vorzugsweise mindestens 180° des Umfangs, der Messrolle umschließt. Zwischen der Einhausung und der Messrolle können dabei zwei Spalte gebildet werden, die den Durchtritt von Kühlmedium erschweren. Die Einhausung ist hinsichtlich der Messrolle dabei bevorzugt so dimensioniert, dass die Spalte im Bereich zwischen 0,01 mm und 2,0 mm betragen.
  • Weiterhin kann vorgesehen werden, dass Mittel zur Aufgabe eines (Sperr-)Gases im Bereich der Spalte angeordnet sind, mit denen ein Gasstrom ins Innere der Einhausung geleitet werden kann. Hierdurch kann der Austritt von Kühlmedium aus dem Inneren der Einhausung minimiert oder gar gänzlich verhindert werden. Die Mittel zur Aufgabe eines Gases können Schlitzdüsen umfassen, die sich in Längsrichtung der Spalte erstrecken, wobei die Schlitzdüsen vorzugsweise in die Einhausung im Bereich der Spalte integriert sind.
  • Das vorgeschlagene Konzept stellt somit auf eine Spritzkühlung der Messrolle ab, die auf (mindestens) einem parallel zur Rollenachse ausgerichtetem Düsenbalken angeordnet ist. Als Spritzdüsen werden bevorzugt Flachstrahldüsen verwendet. Der Flachstrahl wird so ausgerichtet, dass sich die lange Achse des den Strahl umschreibenden Ovals vorzugsweise parallel zur Rollenachse befindet; der Winkel zwischen der langen Strahlachse und der Rollenachse kann allerdings auch bis zu 10° betragen. Die Ausrichtung der Spritzdüsen erfolgt weiterhin so, dass der Strahl unter einem flachen Winkel, vorzugsweise zwischen 0° und 10°, auf die Rollenoberfläche auftrifft; 0° bedeutet hierbei, dass der Strahl tangential auf die Messrolle trifft.
  • Der Abstand der Düsen entlang des Rollenballens wird bevorzugt so gewählt, dass entlang der Auftreffpunkte des Kühlmediums gemäß der Geometrie der Strahlen eine möglichst gleichförmige Beaufschlagung auf die Rollenoberfläche erfolgt.
  • Der genannte weitere Düsenbalken wird, im Verhältnis zum zuerst genannten Düsenbalken, an einer weiteren Position über dem Umfang der Rolle platziert. Dabei kann der weitere Düsenbalken bezüglich seiner Geometrie und/oder seiner Anordnung und/oder seine Ausrichtung der Düsen variiert werden. Ferner kann mit Blick auf den (mindestens einen) weiteren Düsenbalken die Ausbringung des Kühlmediums hinsichtlich des Druck und/oder der Durchflussmenge des Kühlmediums im Verhältnis zum zuerst genannten Düsenbalken variieren.
  • Die genannte Weiterbildung sieht vor, dass der Bereich der Messrolle, der von der Spritzkühlung beaufschlagt ist, durch die genannte geschlossene Einhausung gegen die Umgebung abgeschottet wird. Die Spalte zwischen der sich drehenden Rolle und der Einhausung wird vorzugsweise so weit minimiert, dass im laufenden Betrieb gerade keine Berührung der Einhausung und der sich drehenden Messrolle mehr auftritt.
  • Der Bereich der Einhausung im unmittelbaren Anschluss an den Spalt zwischen Rollenoberfläche und Einhausung, an dem die sich drehende Rolle in die Einhausung eintritt, wird bevorzugt so ausgeführt, dass sich das Kühlmedium unmittelbar am Spalt sammelt und so die Rollenoberfläche über der ganzen Ballenbreite gleichmäßig mit Kühlmedium beaufschlagt. Die Rollenoberfläche wird vorzugsweise mit einer rauen Oberfläche versehen und wird zur Kühlung ständig in Bewegung gehalten. Die Drehgeschwindigkeit der Rolle sollte dabei vorzugsweise einen minimal vorgegebenen Wert nicht unterschreiten.
  • Wie erwähnt, kann der Spalt zwischen der Einhausung und der Messrolle durch ein gasförmiges Medium beaufschlagt werden. Die Strömungsrichtung des Mediums ist dabei vorzugsweise in den Innenraum der Einhausung gerichtet. Die Düse zur Beaufschlagung des Mediums wird vorzugsweise als Schlitzdüse ausgeführt. Die Schlitzdüse wird vorzugsweise in den Bereich des Spalts integriert.
  • Der Spalt zwischen Rollenoberfläche und Einhausung, an dem die Rollenoberfläche aus der Einhausung austritt, kann auch so ausgeführt werden, dass eine kontrolliert geringe Menge des Kühlmediums auf der Oberfläche der Messrolle verbleibt.
  • Die vorgeschlagene Lösung gewährleistet durch die Strahlgeometrie der Kühldüsen und den flachen Auftreffwinkel eine effektive Kühlung der Messrolle ohne Störung des Messsignals.
  • Durch die Anordnung der Düsen gegen die Laufrichtung der Rolle und die Ausführung der Einhausung wird vorteilhaft eine Beeinflussung der Qualität der gemessenen Bänder verhindert, da das Kühlmedium effektiv in der Einhausung gehalten, gesammelt und dem Kreislauf kontrolliert wieder zugeführt werden kann.
  • Durch die kontrollierte Benetzung der sich drehenden Messrolle wird das Kühlmedium kontrolliert in die Kontaktfläche zwischen heißem Band und Messrolle gebracht. Hierdurch kann der Wärmeübergang gedämpft und somit der Wärmeeintrag in die Rolle minimiert werden. Gleichzeitig wird der Verschleiß durch Ausnutzung des Aquaplaning-Effektes minimiert.
  • In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Es zeigen:
    • Fig. 1
    schematisch eine Planheitsmessvorrichtung mit einer Messrolle und einem Kühlsystem, wobei die Förderrichtung des nicht dargestellten zu vermessenden Bandes senkrecht auf der Zeichenebene steht,
    Fig. 2
    schematisch eine Spritzdüse, die Kühlmedium ausbringt,
    Fig. 3
    schematisch Einzelheiten des Kühlsystems, mit dem die Messrolle gekühlt wird, wobei die Rollenachse senkrecht auf der Zeichenebene steht, und
    Fig. 4
    schematisch die Planheitsmessvorrichtung mit einer Einhausung.
  • In Figur 1 ist eine Planheitsmessvorrichtung 1 zu sehen, die eine Messerolle 2 umfasst, die zur Kontaktierung eines nicht dargestellten metallischen Bandes dient. In an sich bekannter Weise kann somit der Grad der Planheit des Bandes ermittelt werden. Weil die Planheitsmessvorrichtung 1 Bestandteil einer Warmwalzanlage ist, muss die Messrolle 2 gekühlt werden, wofür ein Kühlsystem 3 vorhanden ist. Das Kühlsystem 3 umfasst einen Düsenbalken 4, dessen Längsachse parallel zur Rollenachse a liegt, wie es sich aus Figur 1 ergibt. In gleichmäßigen Abständen sind am Düsenbalken 4 Spritzdüsen 5 angeordnet; der Abstand ist durch den Doppelpfeil in Figur 1 markiert.
  • Jede Spritzdüse 5 bringt dabei einen Strahl Kühlmedium aus, der relativ flach ist. Dies ist in Figur 2 illustriert. Das Kühlmedium wird aus der Spritzdüse 5 in die Ausspritzrichtung b ausgebracht, wobei die Spritzdüse 5 als Breitschlitzdüse bzw. Flachstrahldüse ausgebildet ist. Demgemäß gelangt das Kühlmedium auf die Oberfläche der Messrolle 2 mit einer im Wesentlichen ovalen Kontaktfläche, die eine Breite B sowie eine Dicke D aufweist. Der Kontaktfläche, die das Kühlmedium auf der Oberfläche der Messrolle 2 hat, lässt sich somit eine Längsachse c zuordnen, die parallel zur Rollenachse a ist. Die Breite B ist dabei mindestens vier Mal so groß als die (maximale) Dicke D, vorzugsweise sogar mindestens acht Mal so groß.
  • In Figur 3 sind Details des zum Einsatz kommenden Kühlsystems 3 zu sehen. Die Messrolle 2 kontaktiert das Band 12 und rotiert in die Drehrichtung R, wobei in Figur 3 deren Rollenachse a senkrecht auf der Zeichenebene steht. Das Kühlsystem 3 umfasst zunächst einen (oberen) Düsenbalken 4, an dem die Spritzdüsen 5 angeordnet sind. Weiterhin umfasst es einen (unteren) Düsenbalken 7, an dem gleichermaßen Spritzdüsen 5 angeordnet sind. Dieser Düsenbalken 7 ist optional und in Umfangsrichtung versetzt angeordnet.
  • Wesentlich ist die Ausrichtung der Spritzdüsen 5 zur Kühlung der Oberfläche der Messrolle 2. Hierzu ist in Figur 3 zu sehen, dass die Spritzdüsen 5 mit ihrer Ausspritzrichtung b an einem Punkt bzw. einem Oberflächenabschnitt 6 der Messrolle 2 ihr Kühlmedium ausbringen. Legt man am Punkt bzw. Oberflächenabschnitt 6 eine Tangente t an die Messrolle 2, ergibt sich ein Winkel α zwischen der Ausspritzrichtung b und der Tangente t. Dieser Winkel α ist relativ klein und maximal 20° groß. Der bevorzugte Bereich für den Winkel α ist zwischen 0° und 10°.
  • Die beiden Düsenbalken 4 und 7 sind dabei in Umfangsrichtung über die Messrolle 2 versetzt angeordnet. Für die Winkelverhältnisse des Auftreffens des Kühlmediums auf die Oberfläche der Messrolle im Bereich des Oberflächenabschnitts 6 gelten allerdings dieselben geometrischen Verhältnisse.
  • In Figur 4 ist zu sehen, dass die Planheitsmessvorrichtung 1 auch eine Einhausung 8 aufweisen kann, die die (hier nicht dargestellten) Düsenbalken 4 und 7 aufnimmt und die Messrolle über einen Umfangsabschnitt von gut 180° einschließt. Klein ausgebildete Spalte 9 und 10 sorgen dafür, dass nur wenig Kühlmedium aus dem Inneren der Einhausung austritt. Durch Aufbringung von Sperrluft (wie oben beschrieben) kann ein Flüssigkeitsaustritt gänzlich verhindert werden.
  • Im Inneren der Einhausung 8 sammelt sich Kühlmedium 11, welches die Messrolle 2 bei ihrer Rotation über die gesamte Breite kühlt. Indes ist durch die erläuterte Geometrie bei der Ausrichtung der Spritzdüsen 5 sichergestellt, dass die Messfunktion der Messrolle 2 nicht beeinträchtigt wird. Dies ist bei vorbekannten Lösungen nicht der Fall.
    • Bezugszeichenliste:
    • 1
    Planheitsmessvorrichtung
    2
    Messrolle
    3
    Kühlsystem
    4
    Düsenbalken
    5
    Spritzdüse
    6
    Oberflächenabschnitt der Messrolle
    7
    weiterer Düsenbalken
    8
    Einhausung
    9
    Spalt
    10
    Spalt
    11
    angesammeltes Kühlmedium
    12
    Band
    a
    Rollenachse
    b
    Ausspritzrichtung
    c
    Längsachse des ausgebrachten Kühlmediums
    t
    Tangente an die Messrolle
    B
    Breite des Kühlmittelstrahls
    D
    Dicke des Kühlmittelstrahls
    R
    Drehrichtung
    α
    Winkel

Claims (10)

  1. Planheitsmessvorrichtung (1) zur Messung der Planheit eines metallischen Bandes, umfassend eine Messrolle (2), die eine Rollenachse (a) aufweist und die zwecks Planheitsmessung zur Kontaktnahme mit dem Band ausgebildet ist, wobei die Messrolle (2) mit einem Kühlsystem (3) in Verbindung steht, mit dem die Messrolle (2) gekühlt werden kann,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Messrolle (2) als Umlenkrolle ausgebildet ist, die mit einer Sensorik ausgestattet ist, die in der Lage ist, die durch die Zugspannung auf die Umlenkrolle ausgeübte Radialkraft zu messen,
    dass die Planheitsmessvorrichtung (1) Bestandteil einer Warmwalzanlage ist und
    dass das Kühlsystem (3) einen Düsenbalken (4) aufweist, der sich parallel zur Rollenachse (a) erstreckt, wobei am Düsenbalken (4) mindestens eine, vorzugsweise eine Anzahl, Spritzdüsen (5) angeordnet ist, mit der in eine Ausspritzrichtung (b) Kühlmedium auf die Oberfläche der Messrolle (2) ausgespritzt werden kann, wobei die Ausspritzrichtung (b) einen Oberflächenabschnitt (6) der Messrolle (2) trifft und wobei der Winkel (α) zwischen der Ausspritzrichtung (b) und der Tangente (t) an die Messrolle (2) am Ort des Oberflächenabschnitts (6) kleiner als 30° ist.
  2. Planheitsmessvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Winkel (α) zwischen 0° und 20° beträgt, bevorzugt zwischen 0° und 10°.
  3. Planheitsmessvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Spritzdüsen (5) Flachstrahldüsen sind, die vorzugsweise einen Kühlmedien-Strahl ausbringen, der mindestens 4 Mal so breit (B) wie dick (D) ist, besonders bevorzugt mindestens 8 Mal so breit wie dick.
  4. Planheitsmessvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Breite (B) des Strahls der Flachstrahldüsen (5) in Richtung der Rollenachse (a) erstreckt.
  5. Planheitsmessvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Spritzdüsen (5) so ausgerichtet sind, dass das Kühlmedium entgegen der Laufrichtung der Messrolle (2) ausgebracht wird.
  6. Planheitsmessvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Kühlsystem (3) mindestens einen weiteren Düsenbalken (7) aufweist, der sich parallel zur Rollenachse (a) erstreckt und zum ersten Düsenbalken (4) in Umfangsrichtung der Messrolle (2) versetzt angeordnet ist, wobei am weiteren Düsenbalken (7) eine Anzahl Spritzdüsen (5) angeordnet sind, mit denen in eine Ausspritzrichtung (b) Kühlmedium auf die Oberfläche der Messrolle (2) ausgespritzt werden kann, wobei die Ausspritzrichtung (b) einen Oberflächenabschnitt (6) der Messrolle (2) trifft und wobei der Winkel (α) zwischen der Ausspritzrichtung (b) und der Tangente (t) an die Messrolle (2) am Ort des Oberflächenabschnitts (6) kleiner als 30°, vorzugsweise zwischen 0° und 20° und besonders bevorzugt zwischen 0° und 10°, ist.
  7. Planheitsmessvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Kühlsystem (3) eine Einhausung (8) umfasst, welche den oder die Düsenbalken (4, 7) sowie einen Umfangsabschnitt, vorzugsweise mindestens 180° des Umfangs, der Messrolle (2) umschließt.
  8. Planheitsmessvorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Einhausung (8) und der Messrolle (2) zwei Spalte (9, 10) gebildet werden, die den Durchtritt von Kühlmedium erschweren.
  9. Planheitsmessvorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass Mittel zur Aufgabe eines Gases im Bereich der Spalte (9, 10) angeordnet sind, denen ein Gasstrom ins Innere der Einhausung (8) geleitet werden kann.
  10. Planheitsmessvorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zur Aufgabe eines Gases Schlitzdüsen umfassen, die sich in Längsrichtung der Spalte (9, 10) erstrecken, wobei die Schlitzdüsen vorzugsweise in die Einhausung (8) im Bereich der Spalte (9, 10) integriert sind.
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