EP2150361A1 - System zum wechseln einer walze - Google Patents

System zum wechseln einer walze

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EP2150361A1
EP2150361A1 EP08760445A EP08760445A EP2150361A1 EP 2150361 A1 EP2150361 A1 EP 2150361A1 EP 08760445 A EP08760445 A EP 08760445A EP 08760445 A EP08760445 A EP 08760445A EP 2150361 A1 EP2150361 A1 EP 2150361A1
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EP
European Patent Office
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roller
sensor
roll
parameters
read
Prior art date
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EP08760445A
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French (fr)
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EP2150361B2 (de
EP2150361B1 (de
Inventor
Tobias GÖGGEL
Helmut HÖRMANN
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Primetals Technologies Germany GmbH
Original Assignee
Siemens AG
Siemens Corp
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Publication date
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Application filed by Siemens AG, Siemens Corp filed Critical Siemens AG
Priority to PL08760445T priority Critical patent/PL2150361T3/pl
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    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21B—ROLLING OF METAL
    • B21B31/00—Rolling stand structures; Mounting, adjusting, or interchanging rolls, roll mountings, or stand frames
    • B21B31/08—Interchanging rolls, roll mountings, or stand frames, e.g. using C-hooks; Replacing roll chocks on roll shafts
    • B21B31/10—Interchanging rolls, roll mountings, or stand frames, e.g. using C-hooks; Replacing roll chocks on roll shafts by horizontally displacing, i.e. horizontal roll changing
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
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    • B21B2261/20—Temperature
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    • B21B27/02—Shape or construction of rolls
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    • B21B31/08—Interchanging rolls, roll mountings, or stand frames, e.g. using C-hooks; Replacing roll chocks on roll shafts
    • B21B31/10—Interchanging rolls, roll mountings, or stand frames, e.g. using C-hooks; Replacing roll chocks on roll shafts by horizontally displacing, i.e. horizontal roll changing
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    • B21B38/006—Methods or devices for measuring, detecting or monitoring specially adapted for metal-rolling mills, e.g. position detection, inspection of the product for measuring temperature
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    • Y10T29/00—Metal working
    • Y10T29/53—Means to assemble or disassemble
    • Y10T29/53978—Means to assemble or disassemble including means to relatively position plural work parts

Definitions

  • the invention relates to a system for changing a roller.
  • Roller changing systems today are required to replace rollers in a short time if they no longer meet the requirements placed on them. Particularly in rolling mills, the need for roll changes is high.
  • the object of the present invention is to provide a system with which the process reliability in rolling processes is increased.
  • a system for changing a roll having a system for determining parameters which characterize the identity and / or the operating state of a roll of an industrial plant, having at least one sensor for storing parameters arranged on a roll, which is designed in such a way that in that a deposited identity parameter of the roller can be detected, and with a read-out device which is designed for contactless reading out of acquired parameters from the sensor, wherein the sensor also detects an operating state parameter of the roller is configured, and at a roller temperature of at least 150 0 C is operable with a roll change carriage, on which an insertable into a roll stand or executable from the rolling stand roll is storable, wherein the sensor for depositing and / or detection of parameters arranged on the roller is.
  • the reading of identity parameters makes it possible to uniquely identify rollers at any time, as well as to unambiguously determine their characteristics based on the identified identity.
  • the properties of a roller can be deposited directly in the sensor arranged on the roller.
  • the property of a roll can be determined by means of a database into which specific rolls are each assigned specific properties.
  • identification parameters are understood to mean all information or data which are specifically stored on a sensor in order to be able to read them later by means of a read-out device.
  • the identification parameters include all stored data, which allow a unique identification of the roller on which the sensor is arranged.
  • the identification parameters can be, for example, historical data of the roller, eg production date of the roller, manufacturer of the roller, intended fields of use and / or service life of the roller.
  • operating parameters for example the tolerance range of physical variables such as temperature, pressure, etc., are also to be regarded as the identification parameters for the roller.
  • Identification parameters can be set, ie can be variably stored in the sensor, or set, ie fixed and fixed once in the sensor.
  • Operating state parameters are characterized by the fact that they reflect or mark the current operating state of a roller.
  • An operating state is not stored in the sensor, but is first detected by the sensor, for example, by measurement or otherwise, such as calculation.
  • the detection of operating condition parameters is also possible under adverse conditions, such as high temperatures, such as encountered in industrial plants.
  • adverse conditions do not cause the roll changing system to be prone to error. Rather, the roll change system is designed so robust that it works even under these adverse conditions.
  • adverse conditions are particularly found in metalworking industries such as steel mills or rolling mills.
  • the sensor is preferably designed such that it is permanently operable in a temperature range of 150 0 C to 350 0 C and 200 ° C to 350 0 C.
  • the sensor when the sensor is designed such that it is permanently operable in a temperature range of 150 0 C to 1000 0 C is particularly advantageous.
  • a permanent operation of conventional RFID sensors is not possible in this temperature range today.
  • the rolls provided with the sensor are to be exchanged frequently, for example because of wear, since under such circumstances the advantages of the invention become particularly prominent.
  • the identity of the roller by means of the sensor is clearly and easily determined.
  • operating state parameters can be detected particularly easily by the present invention during operation of the roller. This makes it possible to establish relationships between the behavior of the roller during operation, such as wear, and the operating state parameters. This can be used to improve or optimize the roll operation.
  • Industrial equipment is understood to mean any equipment intended for industrial production or industrial service. These may include industrial laundries, steel and rolling mills, chemical industrial plants, industrial plants of the basic industry, in particular industrial plants for the production of paper, or any other industrial facilities.
  • the readout device for contactless readout of the sensor may be mobile or stationary.
  • the read-out device can be designed as a mobile hand-held device. This is particularly advantageous when e.g. Sensors on rollers in a roll grinding or roller bearings to be read by staff.
  • the read-out device can be arranged on rollers of the industrial installation such that the sensor can be read out without contact.
  • the read-out device can be arranged to be movable relative to the sensor.
  • the read-out device is arranged on the roll changing carriage. Since the rolls are usually placed on the roll change carriage when changing rolls, a particularly fold an identification of the rollers done. Due to the arrangement of the read-out device on the roll change carriage, the read-out device can also be arranged protected if necessary. Furthermore, no additional mobile readout devices are required, which reduces the space requirement.
  • the roll changing carriage comprises a gripper carriage, on which the read-out device is arranged.
  • the gripper carriage is used for introducing the roller into the rolling stand or for carrying out the roller from the rolling stand.
  • Run the gripper carriage is positioned relatively close to the roller. Therefore, by means of a read-out device arranged on the clamp carriage, the sensor can be read out easily and without errors. Therefore, in particular in the arrangement of the read-out device on the gripper carriage electromagnetic waves can be used with short range for reading the sensor.
  • the senor is arranged on an end face and / or on the bearing of the roller.
  • the end face of the roller is exposed to relatively low stresses compared to the lateral surface of the roller.
  • a sensor arranged on the front side or on the bearing of the roller is particularly easy to access even during operation of the roller. As a rule, the smallest disturbances occur here in the contactless readout of the sensor.
  • the roll change system comprises a aus- value device, which read-out parameters of the rollers involved in the change can be fed.
  • Each roller is uniquely identifiable by the readout device according to the invention by an identification parameter. This, in turn, makes it possible to assign unique characteristics to the identified roller via the data evaluation device, for example via a list of concordance lists.
  • the data evaluation device checks whether the rolling stock introduced or to be introduced into a specific rolling stand ze is scheduled to operate with this particular mill stand, in particular depending on a product to be produced. Information about rolling stands is therefore also preferably stored in the data evaluation device, in particular which rollers are to be operated in specific rolling stands, in particular with regard to a product to be produced.
  • a roll changing car is usually associated with a specific rolling mill. If the identity of the roll and possibly the identity of the roll stand are determined by means of the read-out device arranged on the roll changing carriage, then it can be determined by means of the data evaluation device whether the roll and the roll stand should be operated together according to plan. Since in certain rolling stands only certain rollers may be operated in order not to change the properties of the product - the rolling stock, eg. Metal strip - undesirable manner, is checked by means of data evaluation, whether the roller mounted on the Walzencicwagen and provided for changing the corresponding roller Features. As a rule, a set of rolls, for example consisting of two work rolls, is exchanged simultaneously.
  • the data evaluation device can issue a signal to a monitoring center. This can then take appropriate action. If necessary, the data evaluation device can fully automatically cause the identified roll with "false" properties on the particular roll change carriage to be exchanged for a roll with "correct” properties. Thus, it is possible to provide a roll with corresponding properties for the roll change carriage, if appropriate before a roll change takes place or before damage to the product occurs.
  • the data evaluation unit is thus preferably designed at least for the management of the roll stock, in particular during roll change.
  • the data evaluator automatically detects which rolls are being carried out of the mill and which rolls are being fed into the mill for operation become.
  • the data evaluation device thus assumes the loading and unloading of the rollers and thus the documentation of roll changes. In the data evaluation device is thus always deposited, which rolls are currently in operation.
  • the transport devices such as cranes or roller conveyor wagons, are also provided with readout devices, so that it is also possible to carry out location tracking of rolls carried out from the rolling stand in the rolling mill. Also, the location tracking of rolls can thus be done by the ausnceeinrich- tion.
  • the operating state parameter can be detected by measurement.
  • two principles of data acquisition are advantageously linked together.
  • at least one operating state parameter can be read out from the sensor at any time technically.
  • the roller is identifiable at any time on the basis of the stored identification parameters by means of the read-out device.
  • measurement series for the operating state parameters can be recorded specifically for specific rolls and, for example, associated with the product quality of a product in which the roll is / was involved.
  • the temperature of the roller, the vibration state of the roller, ie vibration frequency and / or oscillation amplitude of the roller, the position of the roller or the humidity of the roller environment can be detected by measurement as measured operating state parameters.
  • sensors on the roll stand, on the work roll and on the frame drives, which detect the oscillation state of the respective saw By detecting the state of vibration of the respective rolls, it is possible to determine which roll has an exciter function for the resulting framework vibrations, which are disadvantageous in the production of metal products. due. Due to the rapid localization of the vibration exciter can be acted quickly to committees of the product, eg. Metal strip - caused by the skeletal vibrations - to keep as low as possible.
  • the senor can be supplied with energy for operating the sensor by the read-out device. It is thus not necessary to provide the sensor with a power source which ensures its operation. Rather, the sensor works only when the readout emits a signal to read the sensor. As a result, the sensor can also be made compact and have a low weight.
  • the readout of the sensor takes place by means of electromagnetic radiation.
  • electromagnetic radiation is based on well-established and proven technology and is therefore reliable and easy to handle.
  • a transmission power is provided for the read-out device, which is free from state approval procedures. In Europe, these are currently 100 mW (milliwatts). However, this may be subject to change.
  • the data transmission preferably takes place in a frequency range from 2.4 GHz (gigahertz) to 2.4835 GHz, ie the ISM (Industrial, Scientific, Medical) range.
  • the readout device and / or the sensor may be designed such that the traffic between them only works at a short distance, ie less than 1 meter, in particular in a range of 30 cm to 80 cm.
  • the read-out device may, for example, comprise a directional antenna which emits a signal for reading out the sensor substantially in its direction.
  • energy can be supplied to an electrically passive sensor, advantageously by means of electromagnetic radiation or electromagnetic waves, for operation.
  • the sensor is designed such that a plurality of parameters can be detected together.
  • a plurality of identification parameters, a plurality of operating state parameters or a combination of identification parameters and operating state parameters are transmitted by a single signal response of a sensor.
  • the signal response includes, for example, the detected operating state parameters and the identification parameters.
  • the basis of the signal response is, for example, the signal corresponding to an identification parameter.
  • the signal associated with the identification parameter is, for example, modified in a defined manner by the measurement process of an operating state parameter such that the change of the signal corresponding to the identification parameter reproduces the operating state parameter.
  • the senor is designed as a surface acoustic wave sensor, with a receiving and transmitting unit, with a signal converter arranged on a piezoelectric crystal for the mutual conversion of surface waves and electrical signals and with at least one reflector for reflecting surface waves.
  • a receiving and transmitting unit with a signal converter arranged on a piezoelectric crystal for the mutual conversion of surface waves and electrical signals and with at least one reflector for reflecting surface waves.
  • the receiving-transmitting unit is usually an antenna which receives signals, in particular electromagnetic waves, from the read-out device. These are converted into surface waves by the signal converter and the piezoelectric crystal. The surface waves propagate on the surface of the piezoelectric crystal.
  • At least one reflector for reflecting surface waves is arranged on the piezoelectric crystal.
  • a plurality of reflectors for example two or three, are provided. It can also contain up to 20 reflectors per surface wave sensor be provided.
  • the surface waves, which are generally partially reflected at the at least one reflector, travel back to the signal converter and are converted back into electromagnetic signals there.
  • the electromagnetic signals obtained from the surface waves are then radiated via the antenna of the sensor and received by the read-out device.
  • each sensor can be designed individually or uniquely in this way.
  • the arrangement of the at least one reflector determines an identification parameter.
  • unique roll identification parameters can be provided for each sensor.
  • Identity is provided by characteristic transit times or transit time differences of the signals between the signal converter and the at least one reflector. At least one identification parameter from the read-out identification parameters then makes it possible to unambiguously determine the identity of the roller from the read-out identification parameters.
  • the surface wave sensor also enables a temperature measurement and a vibration measurement, since the transit time of the surface wave generated by the signal converter is dependent on the temperature and the vibration state of the piezoelectric crystal.
  • operating state parameters in the form of the temperature and the vibration state detected by the sensor can always be read out without additional effort.
  • a first roller has a first surface wave sensor and a second roller a second surface acoustic wave sensor, wherein the reflectors of the first and second surface acoustic wave sensor are arranged such that at simultaneous reading of the sensors Signals that correspond to the para- meters of the first roller and the read-out parameters of the second roller are assigned, do not overlap in time.
  • a data processing device which read parameters can be fed.
  • the data processing device receives the read-out detected operating state parameters and the read-out identification parameters.
  • a database is created, which can be accessed individually for control purposes, tax purposes or documentation purposes for each roller.
  • the data processing device is preferably supplied with further operating state parameters of the roller that are not detected or detectable by the sensor, as well as a multiplicity of further variables influencing the process.
  • data about the production of the product or data about the product produced are also supplied to this data processing device.
  • currently recorded operating state parameters can be used to control, control or optimize the roll or roll operation.
  • An optimization of a roll is preferably carried out offline from the process, for example, after changing or removing the roller.
  • Regulation and / or control of the rollers on the basis of the detected and read-out operating state parameters are preferably carried out during the operation of the roller, ie online.
  • Successive read-out operating state parameters in conjunction with read identity parameters can For example, directly incorporated into a process model, and used to control the roller control variables. This can improve the product quality.
  • FIG. 1 shows a system for determining parameters
  • FIG. 2 shows a system for changing a roller
  • FIG. 3 shows a side view of a roller bearing
  • FIG. 4 shows a first surface-wave sensor
  • FIG. 5 shows a second surface-wave sensor.
  • FIG. 1 shows a system 1 for determining parameters of different rolls B1, B2, B3 and B4 of a rolling mill, where B1 and B4 are designed as back-up rolls with bearings 26 and B2 and B3 as work rolls with bearings 26 in FIG. It is noted that the drive-side drive segments for driving the work rolls are not shown in FIG. 1, since they are not essential to the invention.
  • the system 1 for determining parameters comprises an evaluation device 3 which has a read-out control unit 3 'and antennas 4 controlled by this read-out control unit 3'.
  • the system 1 comprises sensors 2 arranged on the rollers Bl, B2, B3 and B4 for determining parameters.
  • the sensors 2 are designed as surface-wave sensors. In each of the surface wave sensors, one individual identification parameter is stored for each roller Bl, B2, B3 and B4. This can be read out by means of the read-out device 3. In addition, with the respective sensors 2 operating state parameters, namely the temperature and the vibration state of the respective roller Bl, B2, B3 and B4, detectable.
  • the sensors 2 are arranged on the roller Bl at different locations. For a simple identification of the Ba rolls B1, B2, B3 and B4, certain sensors 2 are used in such a way. ordered that they can be particularly easily addressed or read by the antennas 4. For this purpose, these particular sensors 2 are arranged on the bearing 26 of the working and support rollers or on "outside", not shown in FIG 1 end faces of the work rolls or backup rolls.
  • sensors 2 are arranged on the rollers Bl, B2, B3 and B4 on an "inboard" end face 25 of the respective support roller or work roll the metal strip interacting lateral surface or in the case of the support rollers Bl or B4, the temperature of the support roller Bl or B4 as close as possible to the contact surface between the work roll B2 or B3 and support roller Bl or B4 to capture.
  • the sensors 2 shown in FIG. 1 are passive sensors, i. they do not have their own energy supply.
  • the sensors 2 are operated via the electromagnetic field emitted by the respective antenna 4.
  • the operating state parameters, temperature and / or oscillation state can be detected by the energy supplied to the sensors 2 and are sent back to the antenna 4 together with the stored identification parameter.
  • the reading of the sensors 2 is preferably carried out continuously, ie, the operating state parameters of the rollers Bl, B2, B3 and B4 are preferably detected at short intervals over a longer period.
  • the read-out operating state parameters are assigned in the read-out device 3 to the identification parameters, so that in a data processing device 12 a time profile of the operating state of a clearly by means of the identification parameter Ters identifiable roller, for example Bl, is deposited.
  • identification parameters and operating status parameters are read from a plurality of rolls of an industrial plant and supplied to the data processing device 12.
  • the data processing device 12 can be supplied with further information which was not determined by the system 1 for determining parameters.
  • the data stored in the data processing device 12 then make it possible to establish relationships between different sizes of an industrial plant. For example, the wear of rolls may be determined depending on the operating condition parameters for each roll. From this determined relationship operating conditions of the roller can then be determined, which ensure a longer life of the roller. Also, the dependence of the product quality of the manufactured product, for example, a metal strip, which is manufactured by the working and support rollers, can be determined by the operating state parameters of the respective roller. This makes it possible to improve manufacturing processes in an industrial plant.
  • the system 1 for determining parameters is preferably connected to an automation system of an industrial plant.
  • the data in the data processing device 12 can also be queried by a control center and can be further processed, for example, displayed, among other things.
  • the roll changing system 20 comprises a roll changing carriage 22 on which a roll or set of rolls is storable.
  • the drive-side drive segments are Ben of the work rolls 21 and 21 'are not shown in Figure 2, since they are not essential to the invention.
  • the system 20 for changing a roll or a roll set further comprises a gripper carriage 23, which is displaceably mounted on roller elements 29, so that these rollers or a set of rolls can execute from a rolling mill and can introduce rolls or a roll set into a rolling stand ,
  • the gripper carriage on two pliers 24, with which the work rolls 21 and 21 'are feasible.
  • the work rolls 21 and 21 'forming the set of rolls each comprise two bearings 26.
  • a sensor 2 is arranged in each case.
  • the sensors 2 are each designed to store identification parameters and to record operating state parameters.
  • the sensors 2 are preferably arranged on those bearings 26 of the rollers 21 and 21 'which face the tong carriage 23.
  • the gripper carriage 23 comprises a read-out device 3 for reading out the sensors 2.
  • two antennas 4 are arranged on the gripper carriage 23, which lie opposite the respective sensor on the bearing 26 of the work roll 21 or 21 '.
  • the antennas 4 are connected to a read-out control unit 3 'comprised by the read-out device 3, in which the signals read from the sensor 2 are further processed.
  • the roll change carriage 22 thus comprises a system 1 for determining parameters which characterize the identity and / or the operating state of a roll, provided that rolls with sensors 2 arranged thereon are mounted on the roll change carriage 22.
  • the read-out parameters can be supplied to a data evaluation device 27 which automatically manages the roll change of rolls.
  • a data evaluation device 27 which automatically manages the roll change of rolls.
  • the lists of concordance specify what properties the work rolls or back-up rolls of a particular roll stand may have in order to operate them in such a way that the product produced has properties which are within the intended specification.
  • properties for clearly identifiable rolls are stored in the concordance lists.
  • the data evaluation device 27 transmits a signal, in particular a warning signal, to a surveillance center 28.
  • the monitoring center 28 is preferably the control center of the industrial plant.
  • an exchange of the rollers mounted on the roll changing carriage 22 can then be initiated so that there is no interruption of production or damage to the product produced.
  • the data evaluation device 27 can be used to initiate a fully automatic replacement of the weight set on the roll change carriage.
  • FIG. 3 shows a side view of a roller 21 with a bearing 26.
  • FIG. 3 shows which exemplary possibilities exist sensors 2 on the bearing 26 or on the roller 21 to install. Parts of the roller 21 penetrate the bearing 26 and can serve to arrange the sensor 2 on an end face 25 of the roller 21. For a particularly good detection of the temperature of the roller 21, it is advantageous to arrange the sensor 2 as close as possible to the lateral surface of the roller 21 in contact with the rolling stock. This is illustrated in FIG. 3 in that a sensor 2 is arranged on the end face 25 of the roller 21 arranged behind the bearing 26.
  • FIG. 3 shows merely exemplary exemplary embodiments that can be modified by the person skilled in the art within the scope of any embodiment of the readout device 3 which reads out a sensor 2.
  • FIG. 4 shows a first surface acoustic wave sensor 2 and FIG. 5 shows a second surface acoustic wave sensor 2 '.
  • the surface sensors 2 and 2 'each have a receiving transmission unit in the form of sensor antennas 5.
  • the sensor antennas 5 are in each case connected to a signal converter 7 in the case of both sensors 2 and 2 '.
  • the signal converter 7 is in both cases a metallic finger structure, which is suitable for converting the electromagnetic signals sent by the antenna of the readout device and received by the sensor antennas 5 into surface waves.
  • the signal converter 7 is arranged on a piezoelectric crystal 6. This first allows the electromagnetic signals received by the sensor antennas 5 to be converted into surface waves propagating on the surface of the crystal 6.
  • the surface waves generated by the signal converter 7 propagate vertically. right to the fingers of the signal converter 7.
  • the first surface acoustic wave sensor 2 in FIG. 4 has a first reflector 8 for reflecting surface waves and a second reflector 9 for reflecting surface waves.
  • the reflectors 8 and 9 are arranged at a specific distance from the signal converter 7 and designed such that they at least partially reflect the surface waves propagating from the signal converter 7 in the direction of the reflectors 8 and 9.
  • the reflectors 8 and 9 are arranged one behind the other. Due to the distance of the reflectors 8 and 9 from the signal converter 7 and the reflectors 8 and 9 to one another, the first surface acoustic wave sensor 2 has an identity parameter which can be unambiguously assigned to this sensor 2.
  • the sensor 2 'shown in FIG. 5 differs from the sensor 2 shown in FIG.
  • the reflectors 8, 9 and 8 ', 9' of the sensors 2 and 2 ' are arranged such that with simultaneous reading of the sensors 2 and 2', the transit times of the surface waves from the signal converter 7 of the first sensor 2 to the reflector 8 and 9 and back to the signal converter 7 or from the signal converter 7 of the second sensor 2 'to the reflector 8' or 9 'and back are so different that the signals or the signal response of the first surface acoustic wave sensor 2 and the signals or the signal response of the second surface acoustic wave sensor 2 'does not overlap. Therefore, the sensors 2 and 2 'in the immediate vicinity of each other, for example. Same or different rollers are operated.

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  • Reduction Rolling/Reduction Stand/Operation Of Reduction Machine (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft ein System (20) zum Wechseln einer Walze, mit einem System (1) zur Ermittlung von die Identität und/oder den Betriebszustand einer Walze (21, 21') einer Industrieanlage kennzeichnenden Parametern, mit mindestens einem an der Walze (Bl, B2, B3, B4) angeordneten Sensor (2, 2') zur Hinterlegung von Parametern, welcher derart ausgestaltet ist, dass ein hinterlegter Identitätsparameter der Walze (Bl, B2, B3, B4 ) erfassbar ist, und mit einer Ausleseeinrichtung (3), die zum kontaktlosen Auslesen von erfassten Parametern aus dem Sensor (2, 2') ausgebildet ist, wobei der Sensor (2, 2' ) auch zur Erfassung eines Betriebszustandsparameters der Walze (Bl, B2, B3, B4) ausgestaltet ist, und bei einer Walzentemperatur von mindestens 150°C betreibbar ist, mit einem Walzenwechselwagen (22), auf welchem eine in ein Walzgerüst einführbare oder aus dem Walzgerüst ausführbare Walze (21, 21') lagerbar ist, wobei der Sensor (2, 2') zur Hinterlegung und/oder Erfassung von Parametern an der Walze (21, 21') angeordnet ist. Durch ein derartiges System kann die Prozesssicherheit für eine Industrieanlage erhöht werden.

Description

Beschreibung
System zum Wechseln einer Walze
Die Erfindung betrifft ein System zum Wechseln einer Walze.
Systeme zum Wechseln von Walzen sind heutzutage erforderlich, um Walzen mit geringem Zeitaufwand auszutauschen, wenn diese die an sie gestellten Anforderungen nicht mehr erfüllen. Ins- besondere in Walzwerken ist der Bedarf an Walzenwechseln hoch.
Systeme zum Wechseln einer Walze in einer Industrieanlage, insbesondere in einem Walzwerk, basieren heute vielfach auf manuellen Tätigkeiten, z.B. Erfassen der Walzenkennung, und daraus abgeleiteten Handlungen. Derartige Walzenwechselvorgänge sind jedoch stark fehleranfällig. Dies kann dazu in einem Walzwerk bspw. dazu führen, dass Walzen mit „falschen" Eigenschaften in ein Walzgerüst eingesetzt werden. Dies wirkt sich nachteilig auf das damit gewalzte Walzgut auf. Es kann soweit kommen, dass hergestellte Walzgut nicht weiter verwendbar ist und im Stahlwerk erneut eingeschmolzen werden muss .
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein System bereitzustellen, mit welchem die Prozesssicherheit bei Walzprozessen erhöht wird.
Die Aufgabe wird gelöst durch ein System zum Wechseln einer Walze, mit einem System zur Ermittlung von die Identität und/oder den Betriebszustand einer Walze einer Industrieanlage kennzeichnenden Parametern, mit mindestens einem an einer Walze angeordneten Sensor zur Hinterlegung von Parametern, welcher derart ausgestaltet ist, dass ein hinterlegter Iden- titätsparameter der Walze erfassbar ist, und mit einer Ausleseeinrichtung, die zum kontaktlosen Auslesen von erfassten Parametern aus dem Sensor ausgebildet ist, wobei der Sensor auch zur Erfassung eines Betriebszustandsparameters der Walze ausgestaltet ist, und bei einer Walzentemperatur von mindestens 1500C betreibbar ist, mit einem Walzenwechselwagen, auf welchem eine in ein Walzgerüst einführbare oder aus dem Walzgerüst ausführbare Walze lagerbar ist, wobei der Sensor zur Hinterlegung und/oder Erfassung von Parametern an der Walze angeordnet ist. Durch ein derartiges System zum Wechseln einer Walze werden Fehler beim Walzenaustausch vermieden bzw. Fehler bei einem bereits erfolgten Walzenwechsel schneller aufgefunden. Das Auslesen von Identitätsparametern erlaubt es, Walzen jederzeit eindeutig zu identifizieren, sowie deren Eigenschaften aufgrund der ermittelten Identität eindeutig festzustellen. Gegebenenfalls können die Eigenschaften einer Walze direkt in dem an der Walze angeordneten Sensor hinterlegt sein. Alternativ kann die Eigenschaft einer Walze mit- tels einer Datenbank ermittelt werden, in welche bestimmten Walzen jeweils bestimmte Eigenschaften zugeordnet sind.
Durch die Verwendung eines Systems zur Ermittlung eines Parameters ist es möglich, die Prozessüberwachung für einen in- dustriellen Prozess, insbesondere einem Walzprozess in einem Walzwerk, zu verbessern. Denn einerseits erfolgt eine kontaktlose Datenübertragung zwischen Sensor und Ausleseeinrichtung, wodurch die Erfassung von Parametern flexibilisiert wird. Andererseits können Betriebszustandsparameter der Walze erfasst und ausgelesen werden. Die Informationen über die Walze werden somit durch aktuelle, dem Betriebszustand der Walze zugeordnete Daten erweitert, welche etwa durch RFID- Tags nicht bereitgestellt werden können. Es sind nun nicht mehr nur bereits im Sensor hinterlegte Informationen ausles- bar, sondern es sind zusätzlich die Betriebszustandsparameter einer Walze erfassbar, die abhängig von Randbedingungen veränderlich sind.
Unter Identifikationsparameter werden im Rahmen dieser Anmel- düng alle Informationen bzw. Daten verstanden, die gezielt auf einem Sensor hinterlegt werden, um diese später mittels einer Ausleseeinrichtung auslesen zu können. Insbesondere umfassen die Identifikationsparameter alle hinterlegten Daten, welche eine eindeutige Identifikation der Walze, an welchem der Sensor angeordnet ist, zulassen. Die Identifikationsparameter können bspw. historische Daten des der Walze, z.B. Fertigungsdatum der Walze, Hersteller des Walze, vorgesehene Einsatzgebiete und/oder Lebensdauer der Walze, sein. Ferner sind auch Betriebsparameter, bspw. Toleranzbereich physikalischer Größen wie Temperatur, Druck, usw., für die Walze als Identifikationsparameter anzusehen. Identifikationsparameter können einstellbar, d.h. im Sensor veränderbar hinterlegbar, oder eingestellt, d.h. im Sensor einmalig festgesetzt und fixiert, sein.
Betriebszustandsparameter zeichnen sich dadurch aus, dass sie den aktuellen Betriebszustand einer Walze wiedergeben bzw. kennzeichnen. Ein Betriebszustand ist nicht im Sensor hinterlegt, sondern wird zunächst vom Sensor erfasst, bspw. durch Messung oder auf andere Weise, etwa Berechnung.
Bei der vorliegenden Erfindung ist die Erfassung von Be- triebszustandsparametern auch unter widrigen Bedingungen, wie etwa hohen Temperaturen, möglich, wie sie in Industrieanlagen anzutreffen sind. Diese widrigen Bedingungen führen jedoch nicht dazu, dass das System zum Walzenwechseln fehleranfällig ist. Vielmehr ist das Walzenwechselsystem derart robust aus- gelegt, dass es auch unter diese widrigen Bedingungen funktioniert. Derartige widrige Bedingungen sind insbesondere in Metall verarbeitenden Industrie, wie etwa Stahlwerke oder Walzewerke, vorzufinden. Denn hier treten abhängig von Art und Funktion der Walze sowie abhängig von der Positionierung des Sensors an der Walze eines Stahl- oder Walzwerks, Betriebstemperaturen des Sensors von über 200° auf. Daher ist der Sensor vorzugsweise derart ausgestaltet, dass er in einem Temperaturbereich von 1500C bis 3500C bzw. 200°C bis 3500C dauerhaft betreibbar ist. Besonders vorteilhaft ist es, wenn der Sensor derart ausgestaltet ist dass er in einem Temperaturbereich von 1500C bis 10000C dauerhaft betreibbar ist. Ein dauerhafter Betrieb von herkömmlichen RFID-Sensoren ist in diesem Temperaturbereich heute nicht möglich. Vorzugsweise sind die mit dem Sensor versehenen Walzen häufig auszutauschen, bspw. aufgrund von Verschleiß, da unter derartigen Umständen die Vorteile der Erfindung besonders hervor- treten. Denn durch die Erfindung können Fehler beim Wechseln von Walzen bei einem erforderlichen Walzenaustausch verringert werden, da die Identität der Walze mittels des Sensors eindeutig und einfach bestimmbar ist. Ferner können durch die vorliegende Erfindung im Betrieb der Walze Betriebszustands- parameter besonders einfach erfasst werden. Dies erlaubt es Zusammenhänge zwischen dem Verhalten der Walze im Betrieb, etwa Verschleiß, und den Betriebszustandsparametern herzustellen. Dies kann zur Verbesserung bzw. Optimierung des Walzenbetriebs genutzt werden.
Unter Industrieanlagen wird jegliche zur industriellen Herstellung oder industriellen Dienstleistung vorgesehene Einrichtung verstanden. Dies können etwa Industriewäschereien, Stahl- und Walzwerke, chemische Industrieanlagen, Industrie- anlagen der Grundstoffindustrie, insbesondere Industrieanlagen zur Herstellung von Papier, oder beliebige andere industrielle Einrichtungen sein.
Das Auslesegerät zum kontaktlosen Auslesen des Sensors kann mobil oder stationär ausgebildet sein. Insbesondere kann die Ausleseeinrichtung als mobiles Handgerät ausgebildet sein. Dies ist insbesondere von Vorteil, wenn z.B. Sensoren an Walzen in einer Walzenschleiferei oder Walzenlager durch Personal ausgelesen werden soll. Alternativ kann die Ausleseein- richtung an Walzen der Industrieanlage derart angeordnet sein, so dass der Sensor kontaktlos auslesbar ist. Insbesondere kann die Ausleseeinrichtung relativ zum Sensor bewegbar angeordnet sein.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die Ausleseeinrichtung am Walzenwechselwagen angeordnet. Da die Walzen bei einem Walzenwechsel ohnehin in der Regel auf dem Walzenwechselwagen platziert sind, kann dort besonders ein- fach eine Identifikation der Walzen erfolgen. Durch die Anordnung der Ausleseeinrichtung am Walzenwechselwagen kann zudem die Ausleseeinrichtung ggf. geschützt angeordnet werden. Ferner sind keine zusätzlichen mobilen Ausleseeinrichtungen erforderlich, wodurch der Platzbedarf verringert wird.
Mit Vorteil umfasst der Walzenwechselwagen einen Zangenwagen, an welchem die Ausleseeinrichtung angeordnet ist. Der Zangenwagen dient zum Einführen der Walze in das Walzgerüst bzw. zum Ausführen der Walze aus dem Walzgerüst. Beim Ein- und
Ausführen ist der Zangenwagen relativ nah an der Walze positioniert. Daher kann mittels einer am Zangenwagen angeordneten Ausleseeinrichtung der Sensor einfach und ohne Fehler ausgelesen werden. Daher können insbesondere bei der Anord- nung der Ausleseeinrichtung auf dem Zangenwagen elektromagnetische Wellen mit kurzer Reichweite zum Auslesen des Sensors verwendet werden.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der Sensor an einer Stirnfläche und/oder am Lager der Walze angeordnet. Die Stirnfläche der Walze ist im Vergleich zur Mantelfläche der Walze nur relativ geringen Beanspruchungen ausgesetzt. Ferner ist ein an der Stirnseite oder am Lager der Walze angeordneter Sensor besonders leicht, auch während des Betriebs der Walze, zugänglich. In der Regel treten hier die geringsten Störungen beim kontaktlosen Auslesen des Sensors auf .
Vorzugsweise umfasst das Walzenwechselsystem eine Datenaus- Werteeinrichtung, welcher ausgelesene Parameter der am Wechsel beteiligten Walzen zuführbar sind. Jede Walze ist mit der erfindungsgemäßen Ausleseeinrichtung eindeutig durch einen Identifikationsparameter identifizierbar. Dies wiederum erlaubt es, der identifizierten Walze über die Datenauswerte- einrichtung, bspw. über eine Konkordanzliste, eindeutige Eigenschaften zuzuordnen. In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung prüft die Datenauswerteeinrichtung, ob die in ein bestimmtes Walzgerüst eingeführte oder einzuführende Wal- ze planmäßig mit diesem bestimmten Walzgerüst, insbesondere in Abhängigkeit von einem herzustellenden Produkt, zu betreiben ist. Vorzugsweise sind in der Datenauswerteeinrichtung daher auch Informationen über Walzgerüste hinterlegt, insbe- sondere welche Walzen in bestimmten Walzgerüsten zu betreiben sind, insbesondere im Hinblick auf ein herzustellendes Produkt. Ein Walzenwechselwagen ist in der Regel einem bestimmten Walzgerüst zugeordnet. Wird nun mittels der am Walzenwechselwagen angeordneten Ausleseeinrichtung die Identität der Walze und ggf. die Identität des Walzgerüsts bestimmt, so kann mittels der Datenauswerteeinrichtung festgestellt werden, ob die Walze und das Walzgerüst planmäßig zusammen betrieben werden sollen. Da in bestimmten Walzgerüsten nur bestimmte Walzen betrieben werden dürfen, um die Eigenschaften des Produkt - des Walzguts, bspw. Metallband - nicht auf unerwünschte Weise zu ändern, wird mittels der Datenauswerteeinrichtung geprüft, ob die auf dem Walzenwechselwagen gelagerte und zum Wechsel vorgesehen Walze die entsprechenden Eigenschaften aufweist. In der Regel wird ein Satz von Walzen, bspw. bestehend aus zwei Arbeitswalzen, simultan getauscht. Wird nun mittels der Datenauswerteeinrichtung festgestellt, dass auf einem einem bestimmten Walzgerüst zugeordneten Walzenwechselwagen eine Walze gelagert ist, welche nicht für das Gerüst vorgesehen ist, so kann die Datenauswerteeinrichtung ein Signal an eine Überwachungszentrale abgeben. Diese kann dann entsprechende Maßnahmen einleiten. Gegebenenfalls kann die Datenauswerteeinrichtung vollautomatisiert veranlassen, dass die identifizierte Walze mit „falschen" Eigenschaften auf dem bestimmten Walzenwechselwagen gegen eine Walze mit „richtigen" Eigenschaften ausgetauscht wird. Es kann also eine Walze mit entsprechenden Eigenschaften für den Walzenwechselwagen bereitgestellt werden, ggf. bevor ein Walzenwechsel stattfindet bzw. bevor ein Schaden am Produkt auftritt. Die Datenauswerteeinheit ist vorzugsweise somit wenigstens zur Verwaltung des Walzenbestandes, insbesondere beim Walzenwechsel, ausgebildet. Die Datenauswerteeinrichtung erfasst automatisch, welche Walzen aus dem Walzgerüst ausgeführt werden und welche Walzen in das Walzgerüst zum Betrieb eingeführt werden. Die Datenauswerteeinrichtung übernimmt somit das Ein- und Ausbuchen der Walzen und damit das Dokumentieren von Walzenwechseln. In der Datenauswerteeinrichtung ist somit stets hinterlegt, welche Walzen gerade aktuell in Betrieb sind. Ge- gebenenfalls sind auch die Transporteinrichtungen, etwa Kräne oder Walzentransportwagen, mit Ausleseeinrichtungen versehen, so dass auch eine Ortsverfolgung von aus dem Walzgerüst ausgeführten Walzen im Walzwerk möglich ist. Auch die Ortsverfolgung von Walzen kann somit durch die Datenauswerteeinrich- tung geleistet werden.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist der Betriebszustandsparameter durch Messung erfassbar. Indem ak- tueHe Betriebszustandsparameter der Walze messtechnisch er- fasst werden, werden zwei Prinzipien der Datengewinnung vorteilhaft miteinander verknüpft. Einerseits kann wenigstens ein Betriebszustandsparameter jederzeit technisch einfach aus dem Sensor ausgelesen werden. Andererseits ist die Walze je- derzeit aufgrund der hinterlegten Identifikationsparameter mittels der Ausleseeinrichtung identifizierbar. Es können bspw. somit gezielt für bestimmte Walzen Messreihen für die Betriebzustandsparameter aufgenommen werden und bspw. mit der Produktqualität eines Produkts, an welchem die Walze betei- ligt ist/war, in Zusammenhang gebracht werden. Diese Erkenntnisse können zur Verbesserung des industriellen Prozesses genutzt werden. Als gemessene Betriebszustandsparameter können insbesondere die Temperatur der Walze, der Schwingungszustand der Walze, d.h. Schwingungsfrequenz und/oder Schwingungsamp- litude der Walze, die Position der Walze oder die Feuchtigkeit der Walzenumgebung durch Messung erfasst werden. Insbesondere bei Walzgerüsten ist es vorteilhaft, Sensoren am Walzgerüst, an der Arbeitswalze und an den Gerüstantrieben anzuordnen, welche den Schwingungszustand der jeweiligen WaI- ze erfassen. Durch die Erfassung des Schwingungszustands der jeweiligen Walzen, kann bestimmt werden, welche Walze eine Erregerfunktion für die entstehenden Gerüstschwingungen, welche nachteilig bei der Herstellung von Metallprodukten sind, zukommt. Durch die schnelle Lokalisierung des Schwingungserregers kann schnell gehandelt werden, um Ausschüsse des Produktionsguts, bspw. Metallband, - verursacht durch die Gerüstschwingungen - möglichst gering zu halten.
In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist dem Sensor Energie zum Betrieb des Sensors durch die Ausleseeinrichtung zuführbar. Es ist somit nicht erforderlich, den Sensor mit einer Energiequelle zu versehen, die dessen Betrieb ge- währleistet. Vielmehr arbeitet der Sensor nur dann, wenn die Ausleseeinrichtung ein Signal zum Auslesen des Sensors abgibt. Dadurch kann der Sensor auch kompakt ausgestaltet werden und eine geringes Gewicht aufweisen.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung erfolgt das Auslesen des Sensors mittels elektromagnetischer Strahlung. Die Nutzung von elektromagnetischer Strahlung greift auf verstandene und bewährte Technologie zurück und ist daher zuverlässig und gut handhabbar. Vorzugsweise wird für die Ausleseeinrichtung eine Sendeleistung vorgesehen, welche frei ist von staatlichen Genehmigungsverfahren. In Europa sind dies derzeit 100 mW (Milliwatt) . Dies kann jedoch Änderungen unterworfen sein. Die Datenübertragung findet dabei vorzugsweise in einem Frequenzbereich von 2,4 GHz (Gigahertz) bis 2,4835 GHz, d.h. dem ISM (Industrial, Scientific, Medical)- Bereich, statt. Um Störungen mit anderen drahtlosen Kommunikationssystemen - etwa WLAN-basierten Systemen - zu vermeiden, können die Ausleseeinrichtung und/oder der Sensor derart ausgebildet sein, dass der Verkehr zwischen diesen nur auf kurze Distanz funktioniert, d.h. kleiner 1 Meter, insbesondere in einem Bereich von 30 cm bis 80 cm. Ferner kann die Ausleseeinrichtung bspw. eine Richtantenne umfassen, welche ein Signal zum Auslesen des Sensors im Wesentlichen in dessen Richtung abstrahlt. Insbesondere kann einem elektrisch passi- ven Sensor, vorteilhaft mittels elektromagnetischer Strahlung bzw. elektromagnetischer Wellen, Energie zum Betrieb zugeführt werden. In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist der Sensor derart ausgebildet, dass eine Mehrzahl von Parametern gemeinsam erfassbar ist. Es werden also bspw. eine Mehrzahl von Identifikationsparametern, eine Mehrzahl von Be- triebszustandsparametern oder eine Kombination von Identifikationsparametern und Betriebszustandsparametern durch eine einzige Signalantwort eines Sensors übermittelt. Die Signalantwort umfasst bspw. die erfassten Betriebzustandsparameter und die Identifikationsparameter. Dabei ist die Grundlage der Signalantwort bspw. das einem Identifikationsparameter entsprechende Signal. Das dem Identifikationsparameter zugeordnete Signal wird bspw. auf definierte Weise durch den Messvorgang eines Betriebzustandsparameters so abgewandelt, dass die Änderung des dem Identifikationsparameter entsprechenden Signals den Betriebszustandsparameter wiedergibt. Dadurch kann das Datenübertragungsvolumen und damit der absolute Fehler bei den Datenübertragungen gering gehalten werden.
In einer bevorzugten Ausführungsvariante der Erfindung ist der Sensor als Oberflächenwellen-Sensor, mit einer Empfangsund Sendeeinheit, mit einem auf einem piezoelektrischen Kristall angeordneten Signalwandler zur gegenseitigen Umwandlung von Oberflächenwellen und elektrischen Signalen und mit wenigstens einem Reflektor zur Reflexion von Oberflächenwellen, ausgebildet. Dabei handelt es sich um einen besonders Temperatur-stabilen Sensor, welcher bis 3500C, in besonderer Ausgestaltung - durch Einsatz von hitzebeständigen Keramiken - sogar bis 10000C, betreibbar ist. Die Empfangs-Sendeeinheit ist in der Regel eine Antenne, welche Signale, insbesondere elektromagnetische Wellen, von der Ausleseeinrichtung empfängt. Diese werden durch den Signalwandler und den piezoelektrischen Kristall in Oberflächenwellen umgewandelt. Die Oberflächenwellen breiten sich an der Oberfläche des piezoelektrischen Kristalls aus. Ferner ist auf dem piezoelektri- sehen Kristall wenigstens ein Reflektor zur Reflexion von O- berflächenwellen angeordnet. Vorzugsweise sind mehrere Reflektoren, beispielsweise zwei oder drei, vorgesehen. Es können auch bis zu 20 Reflektoren pro Oberflächenwellen-Sensor vorgesehen werden. Die an dem wenigstens einen Reflektor in der Regel teilweise reflektierten Oberflächenwellen laufen zurück zum Signalwandler und werden dort in elektromagnetische Signale zurückgewandelt. Die aus den Oberflächenwellen gewonnenen elektromagnetischen Signale werden dann über die Antenne des Sensors abgestrahlt und von der Ausleseeinrichtung empfangen. Durch geeignete Anordnung der Reflektoren auf dem piezoelektrischen Kristall kann jeder Sensor auf diese Weise individuell bzw. eindeutig ausgestaltet werden.
In einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung bestimmt die Anordnung des wenigstens einen Reflektors einen Identifikationsparameter. Durch die Anordnung der Reflektoren auf dem piezoelektrischen Kristall können für jeden Sensor eindeutige Walzenidentifikationsparameter bereitgestellt werden. Die
Identität wird dabei bereitgestellt durch charakteristische Laufzeiten bzw. Laufzeitdifferenzen der Signale zwischen Signalwandler und dem wenigstens einen Reflektor. Wenigstens ein Identifikationsparameter aus den ausgelesenen Identifikati- onsparametern lässt es dann zu, die Identität der Walze eindeutig umkehrbar aus den ausgelesenen Identifikationsparametern zu bestimmen. Gleichzeitig ermöglicht der Oberflächenwellen-Sensor aber auch eine Temperaturmessung und eine Schwingungsmessung, da die Laufzeit der durch den Signalwand- ler erzeugten Oberflächenwelle abhängig ist von der Temperatur und dem Schwingungszustand des piezoelektrischen Kristalls. Somit können bei einem derartigen Sensor neben einem eindeutigen Walzenidentifikationsparameter stets auch vom Sensor erfasste Betriebszustandsparameter in Form der Tempe- ratur und des Schwingungszustands ohne Mehraufwand ausgelesen werden .
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist eine erste Walze einen ersten Oberflächen-Wellensensor auf und ei- ne zweite Walze einen zweiten Oberflächenwellen-Sensor auf, wobei die Reflektoren des ersten und zweiten Oberflächenwellen-Sensors derart angeordnet sind, dass bei gleichzeitigem Auslesen der Sensoren die Signale, die den ausgelesenen Para- metern der ersten Walze und den ausgelesenen Parametern der zweiten Walze zugeordnet sind, zeitlich nicht überlappen. So ist es möglich mittels einer einzigen Ausleseeinrichtung mehrere, d.h. wenigstens zwei, Sensoren gleichzeitig auszulesen und dabei die Signale trotzdem eindeutig einem jeweiligen Sensor und damit der jeweiligen Walze zuzuordnen. Dadurch wird die Datenübertragung weiter verbessert, da der Aufwand zum Auslesen der Sensoren reduziert ist. Dies ist insbesondere vorteilhaft beim Auslesen von gelagerten Walzen, da hier die Zeit zur Erfassung der gelagerten Walzen im Walzenlager verkürzt werden kann.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist eine Datenverarbeitungseinrichtung vorgesehen, welcher ausgelesene Parameter zuführbar sind. Der Datenverarbeitungseinrichtung werden die ausgelesenen erfassten Betriebszu- standsparameter und die ausgelesenen Identifikationsparameter zugeführt. Dadurch wird ein Datenbestand erzeugt, auf welchen zu Regelungszwecken, Steuerzwecken oder Dokumentationszwecken für jede Walze individuell zurückgegriffen werden kann. Vorzugsweise werden der Datenverarbeitungseinrichtung weitere, nicht mit dem Sensor erfasste oder erfassbare Betriebszu- standsparameter der Walze zugeführt, sowie eine Vielzahl weiteren den Prozess beeinflussenden Größen. Vorzugsweise werden auch Daten über die Herstellung des Produkts bzw. Daten über das hergestellte Produkt dieser Datenverarbeitungseinrichtung zugeführt. Durch Ermittlung von Zusammenhängen, bspw. in Form eines Prozessmodells, zwischen Betriebszustandsparametern und Produkteigenschaften des hergestellten Produkts können aktu- eil erfasste Betriebszustandsparameter zur Regelung, Steuerung oder Optimierung der Walze bzw. des Walzenbetriebs verwendet werden. Eine Optimierung einer Walze erfolgt vorzugsweise offline vom Prozessgeschehen, bspw. nach Wechsel bzw. Ausbau der Walze. Regelung und/oder Steuerung der Walzen auf- grund der erfassten und ausgelesenen Betriebszustandsparameter erfolgen vorzugsweise während des Betriebs des Walze, d.h. online. Sukzessive ausgelesene Betriebszustandsparameter in Verbindung mit ausgelesenen Identitätsparametern können bspw. direkt in ein Prozessmodell einfließen, und zur Regelung der Walzen-Stellgrößen verwendet werden. Dadurch kann die Produktqualität verbessert werden.
Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus in den Zeichnungen schematisch dargestellten Ausführungsbeispielen, die nachfolgend anhand der Figuren genauer erläutert werden. Es zeigen :
FIG 1 ein System zum Ermitteln von Parametern, FIG 2 ein System zum Wechseln einer Walze, FIG 3 eine Seitenansicht einer Walze mit Lager, FIG 4 einen ersten Oberflächenwellensensor, FIG 5 einen zweiten Oberflächenwellensensor .
FIG 1 zeigt ein System 1 zum Ermitteln von Parametern von verschiedenen Walzen Bl, B2, B3 und B4 eines Walzwerks, wobei in FIG 1 Bl und B4 als Stützwalzen mit Lagern 26 und B2 und B3 als Arbeitswalzen mit Lagern 26 ausgebildet sind. Es wird angemerkt, dass die antriebsseitigen Antriebssegmente zum Antreiben der Arbeitswalzen in FIG 1 nicht dargestellt sind, da diese nicht wesentlich für die Erfindung sind. Das System 1 zum Ermitteln von Parametern umfasst eine Auswerteeinrichtung 3, welche eine Auslesesteuereinheit 3' und von dieser Ausle- sesteuereinheit 3' angesteuerte Antennen 4 aufweist. Ferner umfasst das System 1 zum Ermitteln von Parametern auf den Walzen Bl, B2, B3 und B4 angeordnete Sensoren 2.
Die Sensoren 2 sind als Oberflächenwellen-Sensoren ausgebil- det. In den Oberflächenwellen-Sensoren ist jeweils ein für jede Walze Bl, B2, B3 und B4 individueller Identifikationsparameter hinterlegt. Dieser ist mittels der Ausleseeinrichtung 3 auslesbar. Darüber hinaus sind mit den jeweiligen Sensoren 2 Betriebszustandsparameter, nämlich die Temperatur und der Schwingungszustand der jeweiligen Walze Bl, B2, B3 und B4, erfassbar. Die Sensoren 2 sind an der Walze Bl an verschiedenen Stellen angeordnet. Zur einfachen Identifikation der Ba- Walzen Bl, B2, B3 und B4 sind bestimmte Sensoren 2 derart an- geordnet, dass diese besonders einfach durch die Antennen 4 angesprochen bzw. ausgelesen werden können. Dazu sind diese bestimmten Sensoren 2 auf dem Lager 26 der Arbeits- und Stützwalzen angeordnet bzw. auf „außen liegenden", in FIG 1 nicht dargestellten Stirnflächen der Arbeitswalzen bzw. Stützwalzen .
Ferner sind Sensoren 2 an den Walzen Bl, B2, B3 und B4 auf einer „innen liegenden" Stirnfläche 25 der jeweiligen Stütz- walze bzw. Arbeitswalze angeordnet. Diese Sensoren 2 dienen dazu, die Temperatur der Arbeitswalzen B2, B3 möglichst nah an der mit dem Metallband wechselwirkenden Mantelfläche bzw. im Fall der Stützwalzen Bl bzw. B4 die Temperatur der Stützwalze Bl bzw. B4 möglichst nah an der Kontaktfläche zwischen Arbeitswalze B2 bzw. B3 und Stützwalze Bl bzw. B4 zu erfassen .
Die in FIG 1 dargestellten Sensoren 2 sind passive Sensoren, d.h. diese verfügen nicht über eine eigene Energieversorgung. Die Sensoren 2 werden über das von der jeweiligen Antenne 4 abgestrahlte elektromagnetische Feld betrieben. Durch die den Sensoren 2 zugeführte Energie können die Betriebszustandspa- rameter, Temperatur und/oder Schwingungszustand, erfasst werden und werden zusammen mit dem hinterlegten Identifikations- parameter an die Antenne 4 zurückgesandt. Von der Antenne 4 werden die Signale der Auslesesteuereinheit 3' zugeführt, welche die von der Antenne 4 zugeführten Signale in Identifikationsparameter bzw. Betriebszustandsparameter umsetzt.
Das Auslesen der Sensoren 2 erfolgt vorzugsweise kontinuierlich, d.h., die Betriebszustandsparameter der Walzen Bl, B2, B3 und B4 werden vorzugsweise in geringen Zeitabständen über einen längeren Zeitraum erfasst. Die ausgelesenen Betriebszustandsparameter werden in der Ausleseeinrichtung 3 den Iden- tifikationsparametern zugeordnet, so dass in einer Datenverarbeitungseinrichtung 12 ein zeitlicher Verlauf des Betriebszustandes eines eindeutig mittels des Identifikationsparame- ters identifizierbaren Walze, beispielsweise Bl, hinterlegt ist .
Vorzugsweise werden Identifikationsparameter und Betriebszu- Standsparameter von einer Vielzahl von Walzen einer Industrieanlage ausgelesen und der Datenverarbeitungseinrichtung 12 zugeführt .
Zusätzlich kann der Datenverarbeitungseinrichtung 12 weitere Information zugeführt werden, welche nicht mit dem System 1 zur Ermittlung von Parametern ermittelt wurde. Die in der Datenverarbeitungseinrichtung 12 hinterlegten Daten erlauben es dann, Zusammenhänge zwischen verschiedenen Größen einer Industrieanlage herzustellen. Beispielsweise kann der Ver- schleiß von Walzen in Abhängigkeit von den Betriebszustands- parametern für jede Walze ermittelt werden. Aus diesem ermittelten Zusammenhang können dann Betriebsbedingungen der Walze ermittelt werden, welche eine längere Lebensdauer der Walze gewährleisten. Auch kann die Abhängigkeit der Produktqualität des hergestellten Produkts, beispielsweise ein Metallband, welches durch die Arbeits- und Stützwalzen gefertigt wird, von den Betriebszustandsparametern der jeweiligen Walze ermittelt werden. Dadurch ist es möglich, Fertigungsprozesse in einer Industrieanlage zu verbessern.
Das System 1 zum Ermitteln von Parametern ist vorzugsweise an ein Automatisierungssystem einer Industrieanlage angeschlossen. Vorzugsweise sind die Daten in der Datenverarbeitungseinrichtung 12 auch von einer Kontrollzentrale abfragbar und weiter verarbeitbar, bspw. unter anderem anzeigbar.
FIG 2 zeigt ein System 20 zum Wechseln einer Walze bzw. von Walzen bzw. zum Wechseln eines Walzensatzes. Das System 20 zum Wechseln einer Walze umfasst einen Walzenwechselwagen 22, auf dem eine Walze bzw. ein Walzensatz lagerbar ist. In FIG 2 sind eine erste Arbeitswalze 21 und eine zweite Arbeitswalze 21' auf dem Walzenwechselwagen 22 gelagert. Es wird angemerkt, dass die antriebsseitigen Antriebssegmente zum Antrei- ben der Arbeitswalzen 21 und 21' in FIG 2 nicht dargestellt sind, da diese nicht wesentlich für die Erfindung sind. Zusammen bilden die Arbeitswalze 21 und die Arbeitswalze 21' den Walzensatz. Diese sollen in ein bereits vorbereitetes, d.h. von Arbeitswalzen befreites, nicht dargestelltes Walzgerüst eingeführt werden.
Das System 20 zum Wechseln einer Walze bzw. eines Walzensatzes umfasst ferner einen Zangenwagen 23, welcher auf Rollele- menten 29 verschiebbar gelagert ist, so dass dieser Walzen bzw. einen Walzensatz aus einem Walzgerüst ausführen und Walzen bzw. einen Walzensatz in ein Walzgerüst einführen kann. Dazu weist der Zangenwagen zwei Zangen 24 auf, mit welchen die Arbeitswalzen 21 und 21' führbar sind. Die Arbeitswalzen 21 und 21', welche den Walzensatz bilden, umfassen jeweils zwei Lager 26.
An den Lagern 26 der jeweiligen Arbeitswalze 21 und 21' ist jeweils ein Sensor 2 angeordnet. Die Sensoren 2 sind jeweils zur Hinterlegung von Identifikationsparametern und zur Erfassung von Betriebszustandsparametern ausgebildet. Die Sensoren 2 sind vorzugsweise an denjenigen Lagern 26 der Walzen 21 und 21' angeordnet, welche dem Zangenwagen 23 zugewandt sind. Der Zangenwagen 23 umfasst eine Ausleseeinrichtung 3 zum Auslesen der Sensoren 2. Dazu sind am Zangenwagen 23 zwei Antennen 4 angeordnet, welche dem jeweiligen Sensor am Lager 26 der Arbeitswalze 21 bzw. 21' gegenüberliegen. Die Antennen 4 sind mit einer von der Ausleseeinrichtung 3 umfassten Auslesesteuereinheit 3' verbunden, in welcher die aus dem Sensor 2 aus- gelesenen Signale weiterverarbeitet werden. Der Walzenwechselwagen 22 umfasst somit ein System 1 zum Ermitteln von die Identität und/oder den Betriebszustand einer Walze kennzeichnenden Parametern, sofern auf dem Walzenwechselwagen 22 Walzen mit an diesen angeordneten Sensoren 2 gelagert sind. Die ausgelesenen Parameter können einer Datenauswerteeinrichtung 27 zugeführt werden, welche den Walzenwechsel von Walzen automatisch verwaltet. Durch Auslesen der Identifikationsparameter bei aus einem Walzgerüst auszuführenden Walzen und Aus- lesen der Identifikationsparameter der in ein Walzgerüst einzuführenden Walzen kann automatisch erfasst werden, welche Walzen sich gerade in einem bestimmten Walzgerüst befinden. Da jeder Walzenwechselwagen 22 einem bestimmten Walzgerüst zugeordnet ist, bedarf es in der Regel keiner zusätzlichen Identifikation des Walzgerüsts durch ein System 1 zum Ermitteln von Parametern bei Kenntnis des jeweiligen Walzenwechselwagens. Dies kann jedoch zusätzlich vorgesehen werden.
In der Datenauswerteeinrichtung 27 kann ferner ein Abgleich der Identifikationsparameter von Walzen mit Konkordanzlisten erfolgen. In den Konkordanzlisten ist beispielsweise festgelegt, welche Eigenschaften die Arbeitswalzen oder Stützwalzen eines bestimmten Walzgerüsts haben dürfen, um dieses planmä- ßig derart zu betreiben, dass das hergestellte Produkt Eigenschaften aufeist, die innerhalb der vorgesehenen Spezifikation liegen. Ebenfalls sind in den Konkordanzlisten Eigenschaften für eindeutig identifizierbare Walzen hinterlegt. Wird nun mittels des Systems 1 zum Ermitteln von Parametern im Rahmen des Systems 20 zum Wechseln einer Walze bzw. eines Walzensatzes durch Abgleich in der Konkordanzliste festgestellt, dass eine auf dem Walzenwechselwagen 22 gelagerte Walze bzw. gelagerter Walzensatz nicht die Eigenschaften aufweist, die erforderlich sind, um das Walzgerüst fehlerfrei zu betreiben bzw. das Produkt in der gewünschten Qualität herzustellen, so wird vorzugsweise von der Datenauswerteeinrichtung 27 ein Signal, insbesondere ein Warnsignal, an eine Ü- berwachungszentrale 28 abgesetzt. Die Überwachungszentrale 28 ist vorzugsweise die Steuerzentrale der Industrieanlage. Dort kann dann ein Austausch der auf dem Walzenwechselwagen 22 gelagerten Walzen veranlasst werden, so dass es zu keiner Unterbrechung der Produktion bzw. zu keiner Schädigung des herstellten Produkts kommt. Alternativ kann durch die Datenauswerteeinrichtung 27 ein vollautomatischer Austausch des WaI- zensatzes auf dem Walzenwechselwagen eingeleitet werden.
FIG 3 zeigt eine Seitenansicht einer Walze 21 mit einem Lager 26. Insbesondere zeigt FIG 3, welche beispielhaften Möglich- keiten bestehen, Sensoren 2 auf dem Lager 26 bzw. auf der Walze 21 anzubringen. Teile der Walze 21 durchdringen das Lager 26 und können dazu dienen, den Sensor 2 auf einer Stirnfläche 25 der Walze 21 anzuordnen. Für eine besonders gute Erfassung der Temperatur der Walze 21 ist es vorteilhaft, den Sensor 2 möglichst nah an der mit dem Walzgut in Kontakt stehenden Mantelfläche der Walze 21 anzuordnen. Dies ist in FIG 3 dadurch verdeutlicht, dass ein Sensor 2 auf der hinter dem Lager 26 angeordneten Stirnfläche 25 der Walze 21 angeordnet ist. In FIG 3 handelt es sich lediglich um beispielhafte Ausführungsmöglichkeiten, die der Fachmann im Rahmen der beliebigen Ausgestaltung der Ausleseeinrichtung 3, welche einen Sensor 2 ausliest, abgewandelt werden können.
FIG 4 zeigt einen ersten Oberflächenwellen-Sensor 2 und FIG 5 zeigt einen zweiten Oberflächenwellen-Sensor 2'. Der erste Oberflächenwellen-Sensor 2 und der zweite Oberflächenwellen- Sensor 2' sind derart ausgestaltet, dass diese unmittelbar nebeneinander angeordnet werden können, auch wenn diese gleichzeitig ausgelesen werden. Dies wird dadurch gewährleistet, dass sich beim gleichzeitigen Auslesen der Sensoren 2, 2', d.h. die Sensoren werden bspw. mittels einer einzigen Antenne 4 ausgelesen, die den Identifikationsparametern bzw. den Betriebszustandsparametern zugeordneten Signale zeitlich nicht überlappen. Die Oberflächen-Sensoren 2 bzw. 2' weisen jeweils eine Empfangssendeeinheit in Form von Sensor-Antennen 5 auf. Diese Sensor-Antennen 5 sind bei beiden Sensoren 2 bzw. 2' jeweils mit einem Signalwandler 7 verbunden. Der Signalwandler 7 ist in beiden Fällen eine metallische Finger- Struktur, welche geeignet ist, die von der Antenne der Ausleseeinrichtung gesendeten und durch die Sensor-Antennen 5 empfangenen elektromagnetischen Signale in Oberflächenwellen umzuwandeln. Dazu ist der Signalwandler 7 auf einem piezoelektrischen Kristall 6 angeordnet. Dieser erlaubt es erst, die durch die Sensor-Antennen 5 empfangenen elektromagnetischen Signale in Oberflächenwellen, welche sich an der Oberfläche des Kristalls 6 ausbreiten, umzuwandeln. Die durch den Signalwandler 7 erzeugten Oberflächenwellen propagieren senk- recht zu den Fingern des Signalwandlers 7. Der erste Oberflächenwellen-Sensor 2 in FIG 4 weist einen ersten Reflektor 8 zur Reflektion von Oberflächenwellen sowie einen zweiten Reflektor 9 zur Reflektion von Oberflächenwellen auf. Die Re- flektoren 8 und 9 sind in einem bestimmten Abstand zum Signalwandler 7 angeordnet und derart ausgebildet, dass dieser die vom Signalwandler 7 in Richtung der Reflektoren 8 und 9 propagierenden Oberflächenwellen wenigstens teilweise reflektieren. Die Reflektoren 8 und 9 sind dabei hintereinander an- geordnet. Durch den Abstand der Reflektoren 8 und 9 vom Signalwandler 7 bzw. der Reflektoren 8 und 9 zueinander weist der erste Oberflächenwellen-Sensor 2 einen Identitätsparameter auf, welcher eindeutig diesem Sensor 2 zuordenbar ist. Der in FIG 5 dargestellte Sensor 2' unterscheidet sich von dem in FIG 4 dargestellten Sensor 2 lediglich dadurch, dass die Anordnung der Reflektoren 8' bzw. 9' auf dem piezoelektrischen Kristall 6 relativ zum Signalwandler 7 des Sensors 2' von der Anordnung der Reflektoren 8 und 9 relativ zum Signalwandler 7 des Sensors 2 verschieden sind. Insbesondere sind jedoch die Reflektoren 8, 9 bzw. 8', 9' der Sensoren 2 bzw. 2' derart angeordnet, dass bei gleichzeitigem Auslesen der Sensoren 2 und 2' die Laufzeiten der Oberflächenwellen vom Signalwandler 7 des ersten Sensors 2 zum Reflektor 8 bzw. 9 und zurück zum Signalwandler 7 bzw. vom Signalwandler 7 des zweiten Sensors 2' zum Reflektor 8' bzw. 9' und zurück derart unterschiedlich sind, dass sich die Signale bzw. die Signalantwort des ersten Oberflächenwellen-Sensors 2 und die Signale bzw. die Signalantwort des zweiten Oberflächenwellen- Sensors 2' nicht überschneiden. Daher können die Sensoren 2 und 2' in unmittelbarer Nähe zueinander bspw. gleichen oder verschiedenen Walzen betrieben werden.
Gleichzeitig wird hierbei der Aufwand zum Auslesen der Sensoren verringert. Da die Laufzeit der Oberflächenwellen vom je- weiligen Signalwandler 7 zu den Reflektoren 8 bzw. 9 respektive 8' bzw. 9' temperaturabhängig ist, sowie abhängig vom Schwingungszustand des piezoelektrischen Kristalls ist, welche direkt an die Walze gekoppelt ist, werden Identifikati- onsparameter und Betriebszustandsparameter bei den Oberflächenwellen-Sensoren 2 und 2' gemeinsam ausgelesen. Durch einmalige Kalibrierung der Oberflächenwellen-Sensoren 2 bzw. 2' kann somit eine Erfassung der Temperatur und des Schwingungs- zustands einfach erfolgen. Zur Erfassung des Schwingungszustands kann ein zusätzliches auf einem Halbleitermaterial basierendes Bauelement, welches zur Detektion von Schwingungen ausgebildet ist, vorgesehen werden. Dies ist vorzugsweise mit dem Oberflächenwellen-Sensor 2 bzw. 2' verbunden, und kann vorteilhafterweise zusammen mit diesem ausgelesen werden.

Claims

Patentansprüche
1. System (20) zum Wechseln einer Walze, mit einem System (1) zur Ermittlung von die Identität und/oder den Betriebszustand einer Walze (21, 21') einer Industrieanlage kennzeichnenden Parametern, mit mindestens einem an der Walze (Bl, B2, B3, B4) angeordneten Sensor (2, 2') zur Hinterlegung von Parametern, welcher derart ausgestaltet ist, dass ein hinterlegter Identitätsparameter der Walze (Bl, B2, B3, B4) erfassbar ist, und mit einer Ausleseeinrichtung (3) , die zum kontaktlosen
Auslesen von erfassten Parametern aus dem Sensor (2, 2') ausgebildet ist, wobei der Sensor (2, 2') auch zur Erfassung eines Betriebszustandsparameters der Walze (Bl, B2, B3, B4) ausgestaltet ist, und bei einer Walzentemperatur von mindes- tens 1500C betreibbar ist, mit einem Walzenwechselwagen (22), auf welchem eine in ein Walzgerüst einführbare oder aus dem Walzgerüst ausführbare Walze (21, 21') lagerbar ist, wobei der Sensor (2, 2') zur Hinterlegung und/oder Erfassung von Parametern an der Walze (21, 21') angeordnet ist.
2. System zum Wechseln einer Walze nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die Ausleseeinrichtung (3) am Walzenwechselwagen (22) angeordnet ist.
3. System zum Wechseln einer Walze nach Anspruch 1 oder 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass der Walzenwechselwagen (22) einen Zangenwagen (23) umfasst, an welchem die Ausleseeinrichtung (3) angeordnet ist.
4. System zum Wechseln einer Walze nach einem der Ansprüche 1 bis 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass der Sensor
(2, 2') an einer Stirnfläche (25) der Walze (21, 21') oder am
Lager (26) der Walze (21, 22) angeordnet ist.
5. System zum Wechseln einer Walze nach einem der Ansprüche 1 bis 4, g e k e n n z e i c h n e t d u r c h eine Datenauswerte- einrichtung (27), welcher ausgelesene Parameter der am Wechsel beteiligten Walzen (21, 21') zuführbar sind.
6. System zum Wechseln einer Walze nach Anspruch 5, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die Daten- auswerteeinrichtung (27) prüft, ob die in ein bestimmtes Walzgerüst eingeführte oder einzuführende Walze (21, 21') planmäßig mit diesem bestimmten Walzgerüst, insbesondere in Abhängigkeit von einem herzustellenden Produkt, zu betreiben ist .
7. System zum Wechseln einer Walze nach einem der Ansprüche 1 bis 6, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass der Be- triebszustandsparameter durch Messung erfassbar ist.
8. System zum Wechseln einer Walze nach einem der Ansprüche 1 bis 7, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass ein Be- triebszustandsparameter die Temperatur der Walze (Bl, B2, B3, B4) ist.
9. System zum Wechseln einer Walze nach einem der Ansprüche 1 bis 8, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass ein Be- triebszustandsparameter eine Schwingungsfrequenz und/oder eine Schwingungsamplitude der Walze (Bl, B2, B3, B4) ist.
10. System zum Wechseln einer Walze nach einem der Ansprüche
1 bis 9, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass dem Sensor
(2, 2') Energie zum Betrieb des Sensors (2, 2') durch die
Ausleseeinrichtung (3) zuführbar ist.
11. System zum Wechseln einer Walze nach einem der Ansprüche
1 bis 10, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass das Auslesen mittels elektromagnetischer Strahlung erfolgt.
12. System zum Wechseln einer Walze nach einem der Ansprüche 1 bis 11, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass der Sensor (2, 2') derart ausgebildet ist, dass eine Mehrzahl von Parametern gemeinsam erfassbar ist.
13. System zum Wechseln einer Walze nach Anspruch 12, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die Anordnung des wenigstens einen Reflektors (8, 9, 8', 9') einen Identifikationsparameter bestimmt .
14. System zum Wechseln einer Walze nach Anspruch 12 oder 13, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass eine erste Walze einen ersten Oberflächen-Wellensensor (2) aufweist und eine zweite Walze einen zweiten Oberflächenwellen-Sensor (2') aufweist, wobei die Reflektoren (8, 9, 8', 9') des ersten und zweiten Oberflächenwellen-Sensors (2, 2') derart angeordnet sind, dass bei gleichzeitigem Auslesen der Sensoren (2, 2') die Signale, die den ausgelesenen Parametern der ersten Walze und den ausgelesenen Parametern der zweiten Walze zugeordnet sind, zeitlich nicht überlappen.
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