DE19547436A1 - Walzenkontur-Meßeinrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Walzenkontur-Meßeinrichtung, insbesondere zur Messung der Kontur der Walzenoberfläche von im Walzgerüst eingebauten Warmbandwalzen, mit mindestens einem Abstandssensor, dessen Meßkopf auf die Walzenoberfläche ausgerichtet ist.

Ein Vierwalzengerüst zum Walzen von Metallbändern mit in Einbaustücken drehbar gelagerten zwei Arbeits- sowie zwei Stützwalzen ist beispielsweise aus der DE-A 22 60 256 bekannt. Prozeßbedingt kommt es beim Walzen zu einem starken Verschleiß der Walzenoberflächen, vor allem der Arbeitswalzen. Besonders im Bereich der Kanten des Walzgutes entstehen in der Walzenoberfläche lokale Vertiefungen, sogenannte Verschleißmarken, die verstärkt auftreten, wenn fortlaufend Metallbänder gleicher Breite gewalzt werden. Mit fortschreitendem Verschleiß der Walzen nimmt deshalb die Planheit der gewalzten Metallbänder drastisch ab. Um dies zu verhindern bzw. zu vermindern, ist es erforderlich, die Walzen in zyklischen Abständen nachzuschleifen oder zu wechseln. Diese Abstände sind im allgemeinen starr festgelegt und richten sich nach den gewonnenen Betriebserfahrungen. Da der Verschleiß der Walzen unregelmäßig ist, werden die Erneuerungszyklen der Walzen bzw. Walzenoberflächen in nicht optimaler, d. h. kostengünstigster Weise durchgeführt.

Will man den exakten Zeitpunkt für ein Nachschleifen oder Auswechseln der Walze erkennen, so ist es erforderlich, den Verschleiß der Walzen kontinuierlich zu erfassen. Das kann z. B. durch die Messung der Kontur der Walzenoberfläche in entsprechenden zeitlichen Abständen mit entsprechender Meßgenauigkeit (ca. 0,01-0,03 mm) geschehen. Aus der Differenz zwischen ursprünglicher und aktueller Walzenkontur läßt sich dann der Verschleiß der Walze exakt bestimmen. Üblicherweise wird zum Messen ein Abstandssensor längs über die Walzenoberfläche geführt.

Ein an Walzenschleifmaschinen eingesetzter mechanischer Abstandssensor ist beispielsweise aus der EP-B1 0239161 bekannt. Mit diesem Abstandssensor ist es aber nicht möglich, insbesondere aufgrund der ungünstigen Umfeldbedingungen, speziell der hohen im Bereich der Walzen auftretenden Temperaturen, die Kontur der heißen Walzenoberfläche direkt im Gerüst zu messen, da aufgrund von thermischen Dehnungen der Meßfehler zu groß ist. Außerdem dauert die Messung mit einer solchen Meßeinrichtung relativ lange, was insofern von Nachteil ist, da der thermische Ballen der Walze sich bereits nach einer Minute deutlich zurückzubilden beginnt, man aber in erster Linie an einer exakten Erfassung auch des thermischen Ballens, d. h. der wirklichen Kontur der heißen Walzenoberfläche während des Walzprozesses, interessiert ist.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Walzenkontur-Meßeinrichtung zur Messung der Walzenkontur, insbesondere von im Walzgerüst eingebauten Warmbandwalzen, zu schaffen, die es ermöglicht, mit hoher Meßgenauigkeit in jedem Verschleißzustand die Kontur der heißen Walze (den thermischen Ballen) über die gesamte Walzenlänge zu ermitteln.

Die Lösung dieser Aufgabe ist erfindungsgemäß gekennzeichnet durch die im Patentanspruch 1 angegebenen Merkmale. Durch die kennzeichnenden Merkmale der Unteransprüche 2 bis 9 ist diese Meßeinrichtung in vorteilhafter Weise weiter ausgestaltbar.

Die Erfindung sieht vor, an einem sich über die Walzenlänge erstreckenden Längsträger quer zur Walzenlängsachse eine Vielzahl von Abstandssensoren mit Abstand zueinander anzuordnen, wobei die Abstandssensoren auf die Walzenoberfläche gleich ausgerichtet sind. Darüber hinaus ist der Längsträger aus einer Parkposition in eine Meßposition parallel zur Achse der Walze verfahrbar. In der Meßposition ist die Lage des Längsträgers relativ zur Walze in deren axialer Richtung veränderbar, was durch Längsverschiebung der Walze und/oder des Längsträgers realisierbar ist.

Durch das Verfahren des Längsträgers zusammen mit den Abstandssensoren in eine geschützte Parkposition wird erreicht, daß diese nur kurzfristig während der Meßdauer den ungünstigen Umfeldbedingungen im Walzgerüst ausgesetzt sind, so daß insbesondere der Meßfehler aufgrund von thermischen Verformungen der Meßeinrichtung vernachlässigbar gering gehalten werden kann. Außerdem erhöht sich dadurch die Lebensdauer der Abstandssensoren. Eine Vielzahl von Abstandssensoren mit Abstand zueinander am Längsträger anzuordnen, hat weiterhin den Vorteil, daß die Abstandssensoren zur Messung der Walzenkontur nicht über die gesamten Walzenlänge geführt werden müssen, sondern nur noch über eine viel geringere Teillänge. So ermöglichen es zehn über die gesamte Walzenlänge gleichmäßig verteilt angeordnete Abstandssensoren, den erforderlichen Längsmeßweg jedes einzelnen Abstandssensors während der Messung der Walzenkontur auf 10% der Walzenlänge zu reduzieren. Folglich wird mit der Vielzahl von Abstandssensoren eine deutliche Verkürzung der Meßzeit erreicht. Die Verwendung mehrerer Abstandssensoren hat zusätzlich den Vorteil, daß Meßfehler, beispielsweise aufgrund von Erschütterungen, nachträglich auf einfache Art und Weise korrigiert werden können. Ändert sich nämlich z. B. die Lage des Längsträgers zufällig während der Messung, so wird diese Abstandsänderung, die keine Änderung im Walzenprofil darstellt, von allen Abstandssensoren gleichzeitig erfaßt, was eine nachträgliche Korrektur dieses Meßfehlers ermöglicht. Die Abtastung der Walze mit der erfindungsgemäßen Meßeinrichtung erfolgt zweckmäßigerweise derart, daß in der Meßposition entweder der Meßträger gegenüber der Walze in deren axialer Richtung oder aber indem die Walze axial gegenüber den am Längsträger fest angeordneten Abstandssensoren verschoben wird. Auch ist es denkbar, Walze und Längsträger gegenläufig zu verschieben.

Vorteilhafterweise ist die Arbeitswalze längsverschiebbar angeordnet. Eine weitere Verbesserung der Meßeinrichtung läßt sich dadurch erreichen, daß der Längsträger in der Meßposition während der Messung auf den Enden der Walze abgestützt ist, und zwar über ein Prisma mit zwei Rollen. Durch eine derartige Abstützung der Meßeinrichtung wird eine stabile Fixierung der Abstandssensoren gegenüber der Walzenoberfläche erzielt, wobei die Parallelität zwischen Walzenachse und Längsträgerachse erhalten bleibt.

Mit der Erfindung wird vorgeschlagen, die Abstandssensoren mit gleichem Abstand zueinander am Längsträger anzuordnen. Zweckmäßigerweise ist der Längsträger in der Meßposition relativ zur Walze in deren axialer Richtung um eine Strecke verschiebbar, die größer gleich dem Abstand zweier unmittelbar benachbarter Abstandssensoren ist.

Um thermische Dehnungen der Walzenkontur-Meßeinrichtung, insbesondere während der Messung, so gering wie möglich zu halten, wird vorgeschlagen, den Längsträger wassergekühlt auszuführen.

Eine hohe Unempfindlichkeit gegenüber Wasser, Hitze und mechanische Beschleunigungen ist zu erreichen, wenn erfindungsgemäß die Abstandssensoren gekapselt mit mechano-elektrischer Wegerfassung ausgebildet sind, wodurch eine Messung mit hoher Meßgenauigkeit ermöglicht wird.

Systematische Meßfehler können außerdem dadurch gering gehalten werden, daß die Meßköpfe der Abstandssensoren radial auf die Walzenoberfläche ausgerichtet sind. Weiterhin sind die Abstandssensoren vorteilhafter Weise mit einer elektronischen Auswerteeinheit verbunden, in der die Meßwertteilkurven der einzelnen Abstandssensoren zu einer stetigen Meßkurve der Walzenkontur zusammensetzbar sind.

Die Erfindung läßt sich sowohl in Zweiwalzengerüsten wie auch an Mehr- oder Vierwalzengerüsten anwenden und sowohl in Walzwerken für Flachprodukte wie auch Profile einsetzen.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird nachfolgend näher beschrieben. Es zeigen

Fig. 1 einen Ausschnitt eines Walzgerüstes im Längsschnitt mit einer Walzenkontur-Meßeinrichtung in Parkposition,

Fig. 2 das Walzgerüst nach Fig. 1 mit der Walzenkontur-Meßeinrichtung in Meßposition,

Fig. 3 einen schematischen Querschnitt durch das Walzgerüst nach Fig. 1 im Bereich der Walzenenden,

Fig. 4 einen schematischen Querschnitt durch das Walzgerüst nach Fig. 2 im Bereich der Walzenenden und

Fig. 5 einen Querschnitt durch einen Abstandssensor.

Die Figuren sollen grob schematisch das Prinzip der Erfindung verdeutlichen. Fig. 1 zeigt einen Ausschnitt eines Walzgerüsts 2 im Längsschnitt, wobei mit 1 eine der beiden Arbeitswalzen bezeichnet ist. Die beiden Enden der Arbeitswalze 1 sind jeweils in Einbaustücken 3 im Walzenständer 4 drehbar gelagert. Wie Fig. 1 erkennen läßt, ist eine Walzenkontur-Meßeinrichtung 5 oberhalb der Arbeitswalze 1 im Walzgerüst 2 angeordnet, welche eine Vielzahl von Abstandssensoren 6 aufweist, die mit gleichem Abstand zueinander über die gesamte Länge eines Längsträgers 7 verteilt unmittelbar an diesem befestigt sind, wobei sich der Längsträger 7 über die gesamte Länge der Arbeitswalze 1 erstreckt. Die Meßköpfe der Abstandssensoren 6 sind radial auf die Walzenoberfläche der Arbeitswalze 1 ausgerichtet. Die Abstandssensoren 6 selbst sind als mechano-elektrische Abstandssensoren ausgebildet, was eine berührungslose genaue Abstandsbestimmung ermöglicht. Im Ausführungsbeispiel sind insgesamt sechzehn Abstandssensoren 6 (Abstand voneinander 100 mm) vorgesehen. Der Längsträger 7 ist über entsprechende Zu- und Ableitungen 8 mit einem Kühlwasserkreislauf verbunden und zur Abführung der absorbierten Strahlungswärme von Kühlwasser durchströmbar. Dazu ist der Längsträger 7 rohrförmig z. B. mit einem Innen- und einem Außenrohr unter Belassung eines Ringspaltes ausgebildet; zusätzlich können Kühlwendel zur gezielten Kühlung vorgesehen sein. Auf diese Weise werden eine starke Erwärmung und dadurch bedingte thermische Verformungen des Längsträgers 7 während der Messung wirksam verhindert. Außerdem ist der Längsträger 7 vorzugsweise aus einem dehnungsarmen Werkstoff hergestellt, z. B. aus einer INVAR-Nickellegierung mit 36% Ni und 64% Fe, um deren thermische Ausdehnung und Verformung zu verhindern, insbesondere bei einseitiger Wärmebestrahlung, da INVAR praktisch keine Ausdehnung bei Temperatur­ änderungen aufweist.

Eine Erfassung der Walzenkontur wird durch eine axiale Walzenverschiebung ermöglicht, wodurch die Abstandssensoren 6 quasi über die Walzenoberfläche geführt werden. Selbstverständlich kann auch der Längsträger 7 während der Messung axial verschoben werden. Dabei ist der erforderliche Bewegungshub in jedem Fall größer gleich dem Abstand zweier unmittelbar benachbarter Abstandssensoren 6. Der durch die Vielzahl der Abstandssensoren 6 bedingte kurze Verschiebeweg ermöglicht es, eine Meßzeit von unter 30 s für die gesamte Walzenkonturmessung zu erzielen. Für einen vollen Bewegungshub (Abstand zweier unmittelbar benachbarter Ab­ standssensoren 6) werden ca. 5 s benötigt, in dieser Zeit ändert sich der Abstand des Längsträgers 7 von der Arbeitswalze 1 um weniger als 0,01 mm, d. h. bei einem Abstand von 50 mm von der Arbeitswalze 1 ist die Meßgenauigkeit der Walzenkontur- Meßeinrichtung 5 besser als 0,02 mm.

An den freien Enden des Längsträgers 7 sind Stützelemente in Form von Prismen 12 angeordnet. Über jeweils ein kardanisches Gelenk 9 sind die Enden des Längsträgers 7 mit teleskopartig ineinander verschiebbaren Führungsrohren 10 verbunden, die über zwei Verschiebezylinder 11 in Richtung Arbeitswalze 1 ausfahrbar sind. Die kardanischen Gelenke 9 ermöglichen die automatische Anpassung des Längsträgers an eine eventuell vorhandene Schieflage der Walze, so daß die beiden Längsachsen auch unter diesen Bedingungen in jedem Fall parallel verlaufen.

Im ausgefahrenen Zustand der Verschiebezylinder 11 liegen, wie Fig. 2 zeigt, die Prismen 12 auf der Arbeitswalze 1 oder auf deren Lünettenflächen auf. Die Prismen 12, sind, wie aus Fig. 3 und 4 zu erkennen ist, zur Verhinderung von Kippmomenten jeweils mit zwei balligen Rollen 13 versehen, die in der Meßposition, in der sich der Längsträger 7 parallel zur Achse der Arbeitswalze 1 befindet, zur Abstützung der Walzenkontur-Meßeinrichtung 5 auf der Walze 1 dienen. Dadurch wird eine sehr stabile Fixierung des Längsträgers 7 und damit der Abstandssensoren 6 gegenüber der Walzenoberfläche erzielt, so daß sichergestellt ist, daß sich die Lage der Abstandssensoren 6 gegenüber der Walzenoberfläche der Arbeitswalze 1 während der Messung nicht verändert.

Die Fig. 3 und 4 zeigen einen schematischen Querschnitt durch das Walzgerüst im Bereich der Prismen 12; dabei befindet sich die Walzenkontur-Meßeinrichtung einmal in der Parkposition (Fig. 3) und einmal in der Meßposition (Fig. 4).

Fig. 5 läßt den Aufbau eines mechano-elektrischen Abstandssensors 6 erkennen. Zur Umwandlung der mechanischen Wegverschiebung eines in einem Gehäuse 30 längsverschieblich angeordneten Zylinders 31 dient ein Dehnmeßstreifen 32, der beidseitig im Gehäuse 30 befestigt und auf einer Seite mit einer elektronischen Auswerteinheit (nicht gezeigt) verbunden ist. Die untere Stirnfläche des Zylinders 31 liegt dabei über ein starres Zwischenelement 33 auf einem als Kugel 34 ausgebildeten Tastelement auf. Das Gehäuseinnere ist im unteren Bereich durch einen Metallfaltenbalg 35 gegen Feuchtigkeit und Dampf geschützt; der gesamte Abstandssensor 6 ist gekapselt ausgeführt. Eine Verschiebung der Tastkugel 34 in Längsrichtung des Zylinders 31, z. B. aufgrund von Abstandsänderungen der Auflagefläche, bewirkt, daß das obere Ende des Zylinders 31 auf den Dehnmeßstreifen 32 drückt und diesen verbiegt. Diese Verbiegung ist von der Auswerteinheit in ein der Durchbiegung des Dehnmeßstreifens 32 proportionales elektrisches Signal umwandelbar. Außerdem sind in der elektronischen Auswerteinheit die Meßwertteilkurven der einzelnen Abstandssensoren zu einer stetigen Meßkurve der Walzenkontur zusammensetzbar.

Funktionsweise:
Zur Messung der Walzenkontur wird der Walzprozeß kurzzeitig unterbrochen und die Walzenkontur-Meßeinrichtung 5 wird durch Betätigung der Verschiebezylinder 11 aus der Parkposition in die Meßposition parallel zur Achse der Arbeitswalze 1 gefahren. In der Meßposition wird anschließend die Arbeitswalze 1 parallel zur Achse des Längsträgers 7 verschoben, wobei die Verschiebung größer als der Abstand zweier unmittelbar benachbarter Abstandssensoren 6 ist. Während der Verschiebung des Längsträgers 7 werden die von den Abstandssensoren 6 fortlaufend erfaßten Abstände zur Walzenoberfläche der elektronischen Auswerteinheit zugeführt. Zur Ermittlung der gesamten Umfangskontur wird die Arbeitswalze gedreht. Nach Beendigung der Messung wird die Walzenkontur-Meßeinrichtung 5 wieder in die Parkposition zurückgefahren. Zur Bestimmung des Walzenverschleißes werden die Meßwertteilkurven der einzelnen Abstandssensoren in der Auswerteinheit zu einer stetigen Meßkurve der Walzenkontur zusammengesetzt und mit einem vorgegebenen Sollprofil verglichen.

Selbstverständlich ist es genauso möglich, daß die Längsträger 7 mit den Ab­ standssensoren 6 in ihrer axialen Richtung verschiebbar ausgebildet sind. Es können natürlich auch die Arbeitswalzen 1 und der Längsträger 7, also beide während der Messung axial gegensinnig zueinander verschoben werden.

Bezugszeichenliste

1 Arbeitswalze
2 Walzgerüst
3 Einbaustücke
4 Walzständer
5 Walzenkontur-Meßeinrichtung
6 Abstandssensor
7 Längsträger
8 Zu- und Ableitung
9 kardanisches Gelenk
10 Führungsrohre
11 Verschiebezylinder
12 Prisma
13 Rollen
30 Gehäuse
31 Zylinder
32 Dehnmeßstreifen
33 Zwischenelement
34 Tastkugel
35 Metallfaltenbalg

Claims (10)

1. Walzenkontur-Meßeinrichtung, insbesondere zur Messung der Kontur der Wal­ zenoberfläche von im Walzgerüst eingebauten Warmbandwalzen, mit mindestens einem Abstandssensor, dessen Meßkopf auf die Walzenoberfläche ausgerichtet ist, dadurch gekennzeichnet, daß an einem sich über die Walzenlänge erstreckenden Längsträger (7) quer zur Walzenlängsachse eine Vielzahl von Abstandssensoren (6) mit Abstand zueinander gleich ausgerichtet angeordnet sind, der Längsträger (7) aus einer Parkposition in eine Meßposition parallel zur Achse der Walze (1) verfahrbar ist und dessen Lage in der Meßposition relativ zur Walze (1) in deren axialer Richtung veränderbar ist.

2. Meßeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Arbeitswalze (1) längsverschiebbar angeordnet ist.

3. Meßeinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Längsträger (7) in der Meßposition auf den Enden des Walzballens oder den Lünettenflächen (1) mittels kardanischer Gelenke (9) abgestützt ist.

4. Meßeinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Längsträger (7) über ein Prisma (12) mit zwei Rollen (13) abgestützt ist.

5. Meßeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Abstandssensoren (6) mit gleichem Abstand zueinander angeordnet sind.

6. Meßeinrichtung nach Anspruch 2 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß der axiale Bewegungshub der Arbeitswalze (1) größer gleich dem Abstand zweier unmittelbar benachbarter Abstandssensoren (6) ist.

7. Meßeinrichtung nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Längsträger (7) wassergekühlt ist.

8. Meßeinrichtung nach Anspruch 1 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Abstandssensoren (6) als gekapselte mechano-elektrische Wegmesser ausgebildet sind.

9. Meßeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßköpfe der Abstandssensoren (6) radial auf die Walzenoberfläche ausgerichtet sind.

10. Meßeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abstandssensoren (6) mit einer Auswerteinheit verbunden sind, in der die Meßwertteilkurven der einzelnen Abstandssensoren (6) zu einer stetigen Meßkurve der Walzenkontur zusammensetzbar sind.