-
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Bestimmung der Dicke bewegter Werkstoffe nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 sowie ein Verfahren zur Kühlung nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 5. Die Erfindung betrifft zunächst eine Vorrichtung zur Bestimmung der Dicke bewegter, bandförmiger und plattenförmiger Werkstoffe vorzugsweise zum Einsatz beim Kaltwalzen, im Wesentlichen bestehend aus einem C-Rahmen, der einen oberen und einen unteren Schenkel aufweist sowie einen Kühlkreislauf einschließlich Kühlmitteltank und Umwälzpumpe, wodurch das Kühlmittel durch in den Schenkeln angeordnete Leitungen bewegt wird, wobei an den Schenkeln Laserabstandssensoren zur Bestimmung der Dicke eines zwischen den Schenkeln sich bewegenden Bandes sowie Temperatursensoren angeordnet sind.
-
Eine derartige Vorrichtung ist beispielsweise aus der
US 6,100 986 A bekannt. Konkret ist dort eine Vorrichtung zur Dickenmessung eines Bandes mit je Oberflächenseite an einem c-förmigen Ständer angeordnetem Laser offenbart.
-
Darüber hinaus werden Vorrichtungen zur Bestimmung der Dicke bewegter, bandförmiger und plattenförmiger Werkstoffe beispielsweise auch in Längs- und Querteillinien, Streck-Biege-Richtanlagen, Beizanlagen, Inspektionslinien, Umwickelanlagen und Beschichtungslinien eingesetzt.
-
Beim Kaltwalzen wird ein auch als Flachprodukt bezeichnetes Vormaterial unterhalb seiner sogenannten Rekristallisationstemperatur umgeformt, wobei in der Regel das Walzgut bei Raumtemperatur in das Walzwerk eingesetzt wird, sich jedoch beim Walzen deutlich erwärmt. Der eigentliche Walzvorgang findet in Walzgerüsten statt, wobei ein Walzwerk aus einem oder mehreren Walzgerüsten bestehen kann.
-
In Walzwerken werden vorzugsweise metallische Bänder auf von Kunden vorgegebene Maße hinsichtlich der Dicke der Bänder gewalzt, wobei diese Bänder dann für die Weiterverarbeitung an den Kunden als Halbzeug ausgeliefert werden. Für den Kunden ist es von besonderer Bedeutung, dass die vorgegebene Dicke der gewalzten Metallbänder in sehr engen Toleranzen eingehalten wird. In diesem Zusammenhang ist es sehr wichtig, im Walzwerk eine Regelung des Walzprozesses zu haben, die eine große Genauigkeit, was die gewünschte Dicke der Metallbänder angeht, sowie eine hohe Geschwindigkeit garantiert.
-
Grundsätzlich sind zur Bestimmung der Dicke von bewegten Metallbändern sei vielen Jahrzehnten berührende Messverfahren bekannt. Darüber hinaus werden jedoch seit vielen Jahren auch sogenannte nicht berührende Messverfahren eingesetzt. In diesem Zusammenhang sind beispielsweise Röntgenmessgeräte, Isotopenmessgeräte und Laserabstandsgeräte zu nennen.
-
Bei den letztgenannten Laserabstandsgeräten wird die Messanordnung aus einem sogenannten C-Rahmen gebildet, der einen oberen und unteren Schenkel aufweist, an dem Laserabstandssensoren angeordnet sind.
-
Da die heute geforderten Messgenauigkeiten sich im Bereich von wenigen μm (1 μm = 10–6 m) bewegen, kommt es im Zusammenhang mit einer zuverlässigen und sehr genauen Dickenbestimmung nicht nur auf die Genauigkeit der Laserabstandssensoren an, sondern beispielsweise auch auf durch Temperaturschwankungen im C-Rahmen der Laserabstandsgeräteanordnung sich ergebende Längenänderung, wodurch sich die Position der am C-Rahmen angeordneten Laserabstandssensoren im Raum und natürlich auch in Bezug auf das bewegte Metallband verändern und weitere Messungenauigkeiten hervorgerufen werden können.
-
Vor diesem Hintergrund sind die C-Rahmen der bekannten Laserabstandsgeräteanordnungen mit einem Kühlsystem versehen, welches aus einem durch die Schenkel hindurch fließenden Kühlstrom, einem Vorratstank und einer zusätzlichen Kühleinrichtung bestehen, durch die versucht wird, die Temperatur im C-Rahmen und insbesondere im oberen und unteren Schenkel niedrig zu halten.
-
Eine derartige Dickenmessvorrichtung mit einem c-förmigen Ständer, bei der die Ständer innen gekühlt werden, ist aus der
US 4,542,297 A bekannt.
-
Der Nachteil eines derartigen C-Rahmens besteht jedoch darin, dass das Kühlsystem sehr aufwendig in der Herstellung, Montage und Wartung ist und letztlich auch relativ viel Energie verbraucht.
-
Die Aufgabe der Erfindung besteht deshalb darin, eine neue Vorrichtung zur Bestimmung der Dicke bewegter, bandförmiger und plattenförmiger Werkstoffe zu schaffen, bei der der C-Rahmen deutlich günstiger hergestellt und montiert werden kann, wobei die Genauigkeit der Messwerte nicht negativ beeinflusst werden darf sowie ein Verfahren zur Kühlung solch einer Vorrichtung anzugeben.
-
Die Lösung der Aufgabe ergibt sich aus den Merkmalen des Anspruchs 1, insbesondere den Merkmalen des Kennzeichenteils, wonach lediglich zum Zwecke der Homogenisierung der Temperaturen von oberem und unterem Schenkel sowie der Verringerung der Temperaturschwankungen pro Zeiteinheit der Kühlkreislauf kühlaggregatfrei ausgebildet ist und dass an oberem und unterem Schenkel jeweils mindestens ein Dehnungsmessstreifen angeordnet ist.
-
Der wesentliche Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung besteht darin, dass durch ein Verzicht auf eine aktive Kühlung des Kühlungssystems des C-Rahmens erhebliche Kosten bei der Herstellung der Vorrichtung zur Bestimmung der Dicke bewegter, bandförmiger und plattenförmiger Werkstoffe eingespart werden können.
-
Dies wurde durch den erfinderischen Gedanken möglich, dass es bei der Kühlung des C-Rahmens und insbesondere bei der Kühlung der jeweils als Basis für die Laserabstandssensoren dienenden oberen und unteren Schenkel nicht in erster Linie auf ein heruntergekühltes, niedriges Temperaturniveau ankommt, sondern darauf, dass die Temperaturen von oberen und unteren Schenkeln einerseits homogenisiert sind und andererseits, dass durch das umlaufende Kühlmittel relevante Temperaturveränderungen nur über längere Zeiträume stattfinden können, wodurch die über geringe Zeiträume laufende Messungen kaum negativ beeinflusst werden. Eine Kontrolle der Längenänderungen der Schenkel findet daher erfindungsgemäß durch Dehnungsmessstreifen statt.
-
Ein weiterer grundsätzlicher Vorteil der erfindungsgemäßen Vorrichtung besteht darin, dass aufgrund der erfindungsgemäß weniger dynamischen temperaturbedingten Längenänderungen im C-Rahmen die mathematischen Modelle für die Bestimmung der Dicke des Walzbandes, deutlich vereinfacht werden können, wodurch die exakte Dickenbestimmung durch die mathematischen Modelle überhaupt erst möglich wird.
-
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Vorrichtung weist der obere und der untere Schenkel jeweils ein Tragrohr auf, das von einer Kupferrohrspirale umgeben ist, durch welche das Kühlmittel umgewälzt wird.
-
Diese erfindungsgemäße Ausführungsform weist nicht nur einen einfachen kostengünstigen Aufbau auf, sondern ermöglicht bei einer weiteren Ausführungsform auch die Anordnung von mindestens einem Temperatursensor sowie einem Dehnungsmessstreifen an jedem Tragrohr.
-
Letztlich ist bei einer weiteren Ausführungsform die Kupferrohrspirale zum Schutz von einem Kunststoffrohr umgeben.
-
Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Kühlung einer Vorrichtung zur Bestimmung der Dicke bewegter, bandförmiger und plattenförmiger Werkstoffe vorzugsweise zum Einsatz beim Kaltwalzen.
-
Ausgehend von demselben Stand der Technik und der identischen Aufgabe ergibt sich die Lösung aus den Merkmalen des Anspruchs 5, insbesondere den Merkmalen des Kennzeichenteils, wonach der obere und der untere Schenkel zum Zwecke der Homogenisierung der Temperaturen sowie der Verringerung der Temperaturschwankungen pro Zeiteinheit von ungekühltem Kühlmittel durchflossen werden.
-
Der wesentliche erfindungsgemäße Vorteil des beanspruchten Verfahrens besteht – wie oben bereits dargelegt – darin, dass dieses Verfahren deutlich geringere Kosten und in einem Messintervall auch geringere Beeinflussungen der Dickenmesswerte durch Längenänderungen im C-Rahmen hervorruft.
-
Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels. Es zeigen:
-
1 teilweise schematische Darstellung eines Walzwerkes,
-
2 vergrößerte Teildarstellung des in 1 mit II gekennzeichneten Bereichs,
-
3 Seitenansicht einer Vorrichtung zur Bestimmung der Dicke bewegter, bandförmiger und plattenförmiger Werkstücke und
-
4 Teilschnittdarstellung der Vorrichtung gemäß 3.
-
In den Zeichnungen ist eine Vorrichtung zur Bestimmung der Dicke bewegter, bandförmiger und plattenförmiger Werkstücke insgesamt mit der Bezugsziffer 10 bezeichnet.
-
In der 1 ist teilweise schematisch ein Walzwerk W dargestellt, man erkennt, dass während des Walzprozesses ein Band 11 in Bewegungsrichtung x transportiert wird. Das Band 11 wird auf zahlreichen Rollenanordnungen 12 unterstützt und in x-Richtung bewegt, wobei zwischen den Rollenanordnungen 12 jeweils Walzgerüste 13 angeordnet sind, welche in Bewegungsrichtung x jeweils einen sich verringernden Walzspalt 14 aufweisen.
-
In Bewegungsrichtung x vor und nach jedem Walzgerüst 13 ist jeweils eine Vorrichtung 10 zur Bestimmung der Dicke bewegter, bandförmiger und plattenförmiger Werkstoffe angeordnet, mit denen Dickenunregelmäßigkeiten im Band 11 vor dem Walzgerüst 13 bzw. die Dicke des Bandes 11 nach einem Walzvorgang in einem Walzgerüst 13 gemessen wird.
-
Im vorliegenden Fall handelt es sich um einen dreistufigen Walzprozess, wobei das dünne Band-Endprodukt 11 letztlich zu einem Coil 15 aufgerollt wird.
-
In der 2, der vergrößerten Teildarstellung des Bereichs II in 1, erkennt man das Walzgerüst 13 mit zwei äußeren Stützwalzen 16 und zwei inneren Arbeitswalzen 17, die den Walzspalt 14 definieren.
-
Das Band 11 wird in Bewegungsrichtung x durch das Walzgerüst 13 hindurch geführt, wobei es aufgrund der Krafteinwirkung des Walzgerüstes 13, insbesondere der Arbeitswalzen 17, von einer Dicke d2 auf d1 reduziert wird. In einem Abstand s1 in Bewegungsrichtung x vor dem Walzgerüst 13 ist eine erste Laserabstandsgeräteanordnung 10a vorhanden, während in einem Abstand s2 eine zweite Messgeräteanordnung 10b angeordnet ist.
-
Die Laserabstandsgeräteanordnung 10a misst auf nachfolgend beschriebene Weise die Dicke des Bandes 11 und insbesondere auch Abweichungen im Banddickenverlauf vor dem Walzgerüst 13. Der Dickenmesswert muss so schnell ermittelt werden, dass der Walzspalt 14 des Walzgerüstes 13 verändert werden kann, bevor der Bereich an dem die abweichende Dicke festgestellt wurde, das Walzgerüst 13 passiert hat.
-
Mit der Laserabstandsgeräteanordnung 10b kann dann das gewalzte Blech 11 bezüglich der Dicke überprüft werden, wobei auch die dort gemessenen Werte der Steuerung und Regelung des Walzgerüstes 13 zugeführt werden, so dass gegebenenfalls weitere Anpassungen des Walzspaltes 14 vorgenommen werden können.
-
In der 3 ist im Einzelnen eine Vorrichtung 10 zur Bestimmung der Dicke bewegter bandförmiger und plattenförmiger Werkstücke dargestellt.
-
Grundsätzlich besteht eine derartige Vorrichtung 10 aus einem Steuerschrank 18 und einem C-Rahmen 19, wobei der C-Rahmen 19 über eine Verfahreinrichtung 20 in den Bereich unterhalb und oberhalb der Bewegungsbahn des Bandes 11 verfahrbar ist.
-
Der C-Rahmen 19 wird aus einem Joch 21 gebildet, an dem ein oberer Schenkel 22 und ein unterer Schenkel 23 angeordnet sind. Darüber hinaus weist der C-Rahmen 19 einen Kühlmitteltank 24 und eine Kühlmittelpumpe 25 auf.
-
Der genaue Aufbau insbesondere des C-Rahmens 19 ist letztlich aus der 4 zu erkennen, in dem lediglich ein Teil des Joches 21 und der obere und untere Schenkel 22, 23 in einer Schnittdarstellung zu erkennen sind.
-
Wesentlich ist, dass der obere Schenkel 22 und der untere Schenkel 23 jeweils aus einem Tragrohr 26 gebildet werden, dass am Joch 21 angeordnet ist und welches von einer Kupferrohrspirale 27 umgeben ist, wobei Letzteres von einem Kunststoffmantel 28 umhüllt wird. Endseitig sind der obere und untere Schenkel mit einer oberen und einer unteren Messgeräteanordnung 29, 30 versehen.
-
Auf einer Außenfläche A jedes Tragrohres 26 ist jeweils ein Dehnungsmessstreifen 31 und ein Temperatursensor 32 angeordnet.
-
Die vorgenannte obere und untere Messgeräteanordnung 29, 30 besteht im Wesentlichen aus zwei Laserabstandssensoren 33 und 34 (s. auch 2), welche den Abstand D1 bzw. D2 zu einer Oberfläche bzw. einer Unterfläche des zu walzenden Bandes 11 messen. Dies geschieht nach dem sogenannten Triangulationsverfahren, wobei die reflektierenden Strahlen 35 jeweils mit einer Kamera 36, 37 aufgefangen werden, und aus den gemessenen Werten in kurzen zeitlichen Abständen jeweils die Dicke des sich bewegenden Bandes 11 errechnet wird.
-
Bezugszeichenliste
-
- 10a
- Vorrichtung vor Walzgerüst 13
- 10b
- Vorrichtung nach Walzgerüst 13
- 11
- Band
- 12
- Rollenanordnungen
- 13
- Walzgerüste
- 14
- Walzspalt
- 15
- Coil
- 16
- Stützwalze
- 17
- Arbeitswalze
- 18
- Steuerschrank
- 19
- C-Rahmen
- 20
- Verfahreinrichtung
- 21
- Joch
- 22
- oberer Schenkel
- 23
- unterer Schenkel
- 24
- Kühlmitteltank
- 25
- Kühlmittelpumpe
- 26
- Tragrohr
- 27
- Kupferrohrspirale
- 28
- Kunststoffmantel
- 29
- obere Messgeräteanordnung
- 30
- untere Messgeräteanordnung
- 31
- Dehnungsmessstreifen
- 32
- Temperatursensor
- 33
- Laserabstandssensoren
- 34
- Laserabstandssensoren
- 35
- reflektierenden Strahlen
- 36
- Kamera
- 37
- Kamera
- W
- Walzwerk
- x
- Bewegungsrichtung von 11
- A
- Außenfläche des Tragrohes 26
- d1
- Dichte hinter Walzgerüst 13
- d2
- Dichte vor Walzgerüst 13
- s1
- Abstand zwischen der Vorrichtung 10a vor dem Walzgerüst 13
- s2
- Abstand zwischen der Vorrichtung 10b nach dem Walzgerüst 13
- D1
- Abstand zwischen Sensor 33 und Oberfläche Band 11
- D2
- Abstand zwischen Sensor 34 und Unterfläche Band 11
