EP2589446A2

EP2589446A2 - Walze mit Kühlsystem

Info

Publication number: EP2589446A2
Application number: EP12190404.9A
Authority: EP
Inventors: Kai Friedrich Dr. Karhausen; Stefan Dr. Neumann
Original assignee: Hydro Aluminium Rolled Products GmbH
Current assignee: Speira GmbH
Priority date: 2011-11-04
Filing date: 2012-10-29
Publication date: 2013-05-08
Also published as: DE102011055066A1; EP2589446A3

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Walze 1 mit einem Walzenkern 2, mit einem den Walzenkern 2 umgebenden Walzenmantel 4 und mit einem Kühlkanalsystem 6, durch das ein Kühlmedium zur Kühlung des Walzenmantels 4 leitbar ist, wobei das Kühlkanalsystem 6 wenigstens einen Kühlkanalabschnitt 8 aufweist, der zur Kühlung des Walzenmantels 4 zumindest abschnittsweise in dessen Bereich verläuft, eine Mehrzahl an Kühlkanälen 9 aufweist, wobei das Kühlkanalsystem 6 wenigstens einen in den Kühlkanalabschnitt 8 mündenden Verteilerkanalabschnitt 10 aufweist und jeder Verteilerkanal 11 in Richtung des Walzenmantels 4 in einer Verteilerkammer 22 mündet, von der eine Mehrzahl an Kühlkanälen 9 ausgeht. Die Aufgabe, eine Walze mit einer verbesserten Kühlleistung zur Verfügung zu stellen, wird dadurch gelöst, dass die gesamte Querschnittsfläche des Kühlkanalabschnitts (8) mindestens so groß wie die gesamte Querschnittsfläche des Verteilerkanalabschnitts (10) ist und optional die gesamte Querschnittsfläche des Rückverteilerkanalabschnitts (12) mindestens so groß wie die gesamte Querschnittsfläche des Kühlkanalabschnitts (8) ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Walze mit einem Walzenkern, mit einem den Walzenkern umgebenden Walzenmantel und mit einem Kühlkanalsystem, durch das ein Kühlmedium zur Kühlung des Walzenmantels leitbar ist, wobei das Kühlkanalsystem wenigstens einen Kühlkanalabschnitt aufweist, der zur Kühlung des Walzenmantels zumindest abschnittsweise in dessen Bereich verläuft, eine Mehrzahl an Kühlkanälen aufweist, wobei das Kühlkanalsystem wenigstens einen in dem Kühlkanalabschnitt mündenden Verteilerkanalabschnitt aufweist und jeder Verteilerkanal in Richtung des Walzenmantels in einer Verteilerkammer mündet, von der eine Mehrzahl an Kühlkanälen ausgeht. Ebenso betrifft die Erfindung vorteilhafte Verwendungen einer entsprechenden Walze.
Beim Bandgießen von Metallband im 2-Rollenverfahren kommen sogenannte "Twin-Roller-Gießmaschinen" zum Einsatz. Bei derartigen Vorrichtungen rotieren jeweils zwei achsparallel zueinander angeordnete Gießwalzen gegenläufig zueinander. Dabei begrenzen die Gießwalzen zwischen sich einen Gießspalt, in den eine für den Gießprozess ausreichende Menge an flüssiger Metallschmelze gegossen wird.
Die Metallschmelze erstarrt zwischen den Gießwalzen zu einer Schale, die dann von den Gießwalzen in den Gießspalt gefördert wird. Diese erstarrten Schalen werden im Gießspalt gegeneinander gedrückt, so dass aus ihnen und der zwischen ihnen eingeschlossenen Schmelze ein gegossenes Band geformt wird. Die erstarrte Schmelze wird im Gießspalt gleichzeitig zwischen den Walzen umgeformt. Ein auf derartige Weise gegossenes und gewalztes Metallband wird aus dem Gießspalt abgezogen, abgekühlt und der Weiterverarbeitung zugeführt.
Die Effizienz einer in einer derartigen "Twin-Roller-Gießmaschinen" eingesetzten Gießwalze hängt entscheidend von der Kühlung des Walzenkörpers ab. So erfordert die kontinuierliche Erstarrung der Metallschmelze auf der Gießwalzenoberfläche innerhalb kurzer Zeit die Abfuhr einer großen Wärmemenge von der Oberfläche der Gießwalze. Hierfür werden derartige Gießwalzen üblicherweise mit einem Kühlkanalsystem ausgestattet, durch das zur Innenkühlung des Walzenkörpers ein mit Druck beaufschlagtes Kühlmedium geleitet wird.
Aus dem Stand der Technik ist beispielsweise aus der EP 1 476 262 B1 eine Gießwalze bekannt, die mit einem solchen Kühlkanalsystem zur Kühlung des Walzenkörpers ausgestattet ist. Das bekannte Kühlkanalsystem weist einen in axialer Richtung durch den Walzenkern verlaufenden Zuleitungsabschnitt und einen von diesem Zuleitungsabschnitt in radialer Richtung abgehenden Verteilerkanalabschnitt auf, wobei der Verteilerkanalabschnitt aus einer Mehrzahl von Verteilerkanälen besteht. Diese radialen Verteilerkanäle münden in einem Kühlkanalabschnitt, der aus einer Mehrzahl von auf der Oberfläche des Walzenkerns ausgebildeten Kühlkanälen besteht, die eine Kühlung des den Walzenkerns umgebenden Walzenmantels gewährleisten.
Zur Rückführung des Kühlmediums von dem Kühlkanalabschnitt weist das aus EP 1 476 262 B1 bekannte Kühlkanalsystem ferner einen aus einer Mehrzahl von Rückverteilerkanälen bestehenden Rückverteilerkanalabschnitt auf, der ausgehend von dem Kühlabschnitt in radialer Richtung der Walze verläuft und in einem axial im Walzenkern angeordneten Rückleitungsabschnitt mündet, durch den das Kühlmedium aus der Walze ausgeleitet wird. Die Verteilerkanäle sind in einem rechten Winkel zu den Kühlkanälen angeordnet. Ebenso sind die Kühlkanäle in einem rechten Winkel zu den Rückverteilerkanälen angeordnet. Hierdurch werden Verwirbelungen an den Übergängen zwischen Verteilerkanälen und den Kühlkanälen sowie zwischen den Kühlkanälen und den Rückverteilerkanälen erzeugt, die zu einem insgesamt hohen Strömungswiderstand des Kanalsystems führen. Darüber hinaus ist eine Optimierung des Strömungswiderstandes des Kühlmediums aus der EP 1 476 262 B1 nicht bekannt.
Beispielsweise bei der Behandlung von Bändern, insbesondere Metallbänder in sogenannten Bandbehandlungsanlagen, mit welchen Bänder beispielsweise beschichtet, kaschiert, lackiert oder auf eine andere Art behandelt werden, werden Walzen zur Kühlung und gleichzeitig zur Führung der Bänder eingesetzt. Auch diese Walzen waren bisher hinsichtlich des Strömungswiderstands der Kühlkanäle nicht optimiert.
Die vorliegende Erfindung hat sich daher zur Aufgabe gestellt, eine Walze zur Verfügung zu stellen, die ein hinsichtlich des Strömungswiderstandes verbessertes Kühlkanalsystem und damit ein verbessertes Kühlverhalten aufweist. Daneben sollen gleichzeitig vorteilhafte Verwendungen der erfindungsgemäßen Walze vorgeschlagen werden.
Gemäß einer ersten Lehre der vorliegenden Erfindung wird die Aufgabe für eine Walze dadurch gelöst, dass die gesamte Querschnittsfläche des Kühlkanalabschnitts mindestens so groß ist wie die gesamte Querschnittsfläche des Verteilerkanalabschnitts und/oder die gesamte Querschnittsfläche des Rückverteilerkanalabschnitts mindestens so groß ist wie die gesamte Querschnittsfläche des Kühlkanalabschnitts. Der Verteilerkanalabschnitt weist damit im Verhältnis zum Kühlkanalabschnitt eine kleinere oder gleich große gesamte Querschnittsfläche auf, so dass der Strömungswiderstand des Kühlmediums in der Walze verbessert werden kann.
Vorzugsweise entsprechen sich die gesamte Querschnittsfläche des Kühlkanalabschnitts und des Verteilerkanalabschnitts exakt oder bis auf einen Toleranzbereich von weniger als 5%, insbesondere weniger als 2%. Gleiches gilt optional auch für den Kühlkanalabschnitt im Verhältnis zum Rückverteilerkanalabschnitt. Durch diese Ausgestaltung der Walze wird vermieden, dass im Übergang zwischen dem Verteilerkanalabschnitt und Kühlkanalabschnitt bzw. Rückverteilerkanalabschnitt eine Engstelle entsteht, durch die das Kühlmedium während der Kühlung hindurchgeleitet werden muss. Insbesondere wird hierdurch der Strömungswiderstand des gesamten Kühlkanalsystems reduziert, sodass bei gleichem Betriebsdruck eine größere Kühlmittelmenge pro Zeiteinheit durch das Kühlkanalsystem fließen kann. Insgesamt wird damit die Kühlleistung erhöht, wodurch die Produktionsgeschwindigkeit und folglich auch die Produktivität beispielsweise einer Gießwalze oder einer Bandbehandlungsanlage gesteigert werden kann.
Dadurch dass jeder Verteilerkanal in Richtung des Walzenmantels in einer Verteilerkammer mündet, von der eine Mehrzahl an Kühlkanälen ausgeht, kann auf Zwischenverteilerkanäle verzichtet werden, welche einerseits den Strömungswiderstand erhöhen und andererseits zu einer ungleichmäßigen Versorgung der einzelnen Kühlkanäle führen können. Über die Verteilerkammer kann das Kühlmedium besonders homogen und kontrolliert auf die einzelnen Kühlkanäle verteilt werden, so dass eine sehr gleichmäßige Kühlung erzielt wird. Eine Verringerung des Strömungswiderstandes im Kühlkanalsystem einer Walze lässt sich alleine durch eine voranstehend beschriebene Verteilerkammer erzielen, da hierdurch die Strömungsgeschwindigkeit verringert und Verwirbelungen des Kühlmediums, welche den Strömungswiderstand erhöhen, vermieden werden können.
Gemäß einer ersten Ausgestaltung der Walze wird eine Rückführung des Kühlmediums von dem Kühlkanalabschnitt bei gleichzeitig geringem Strömungswiderstand dadurch erreicht, dass das Kühlkanalsystem wenigstens einen Rückverteilerkanalabschnitt aufweist, der von dem Kühlkanalabschnitt ausgeht, um ein Kühlmedium von dem Kühlkanalabschnitt wegzuleiten, wobei eine Mehrzahl an Kühlkanälen in mindestens einer Rückverteilerkammer münden, von welcher der Rückverteilerkanalabschnitt ausgeht.
Dadurch, dass ein Verteilerkanal in einer Mehrzahl von Kühlkanälen mündet und/oder eine Mehrzahl von Kühlkanälen in einem Rückverteilerkanal mündet, ist ein Verteilerkanal einer Mehrzahl von Kühlkanälen zugeordnet und gewährleistet eine gleichmäßige Zuführung des Kühlmediums zu den jeweils zugeordneten Kühlkanälen. Gleichermaßen ist eine bestimmte Anzahl von Kühlkanälen einem einzigen Rückverteilerkanal zugeordnet, der eine Ableitung des Kühlmediums aus diesen Kühlkanälen sicherstellt.
Gemäß einer nächsten Ausgestaltung der Walze weist das Kühlkanalsystem einen Zuleitungsabschnitt auf, der von einer Stirnseite des Walzenkerns ausgeht und durch den Walzenkern verläuft, wobei von dem Zuleitungsabschnitt der Verteilerkanalabschnitt ausgeht und wobei die gesamte Querschnittsfläche des Verteilerkanalabschnitts mindestens so groß ist wie die gesamte Querschnittsfläche des Zuleitungsabschnitts. Durch den Zuleitungsabschnitt kann hierdurch Kühlmedium ausgehend von einer Stirnseite der Walze in diese eingebracht werden, ohne dass aufgrund einer Querschnittsverkleinerung in Strömungsrichtung des Kühlkanalsystems der Strömungswiderstand erhöht wird.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Walze wird ein Ausleiten des Kühlmediums aus der Walze bei gleichzeitig geringem Strömungswiderstand dadurch erreicht, dass das Kühlkanalsystem einen Rückleitungsabschnitt aufweist, der ausgehend von dem Rückverteilerkanalabschnitt durch den Walzenkern bis zu einer Stirnseite des Walzenkerns verläuft, wobei die gesamte Querschnittsfläche des Rückleitungsabschnitts mindestens so groß ist wie die gesamte Querschnittsfläche des Rückverteilungskanalabschnitts.
Das Kühlkanalsystem weist somit in Strömungsrichtung des Kühlmediums betrachtet einen Zuleitungsabschnitt, einen sich an den Zuleitungsabschnitt anschließenden Verteilerkanalabschnitt, einen sich an den Verteilerkanalabschnitt angrenzenden Kühlkanalabschnitt, einen sich an den Kühlkanalabschnitt angrenzenden Rückverteilerkanalabschnitt sowie einen sich an den Rückverteilerkanalabschnitt angrenzenden Rückleitungsabschnitt auf. In besonders vorteilhafter Weise weist jeder dieser Abschnitte eine im Verhältnis zum in Strömungsrichtung angrenzenden Abschnitt kleinere oder gleich große Querschnittsflächen auf. Vorzugsweise entsprechen sich zwei jeweils angrenzende Querschnittsflächengrößen exakt oder bis auf einen Toleranzbereich von weniger als 5%, insbesondere weniger als 2%.
Um eine möglichst direkte Zuführung des Kühlmediums von dem Zuleitungsabschnitt zum Kühlkanalabschnitt sowie eine möglichst direkte Abfuhr des Kühlmediums von dem Kühlkanalabschnitt zum Rückleitungsabschnitt zu gewährleisten, verläuft gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Verteilerkanalabschnitt und der Rückverteilerkanalabschnitt zumindest abschnittweise in Radialrichtung durch den Walzenkern. Eine besonders gute Herstellbarkeit des Verteilerkanalabschnitts sowie des Rückverteilerkanalabschnitt kann dadurch erreicht werden, dass diese vollständig in Radialrichtung durch den Walzenkern verlaufen. Dabei mündet der Verteilerkanalabschnitt vorzugsweise unter einem rechten Winkel zum Kühlkanalabschnitt in den Kühlkanalabschnitt. Ebenso geht der Rückverteilerkanalabschnitt vorzugsweise in einem rechten Winkel zum Kühlkanalabschnitt von diesem ab.
Darüber hinaus lässt sich das Kühlkanalsystem einer erfindungsgemäßen Walze dadurch besonders leicht fertigen, dass der Zuleitungsabschnitt und der Rückleitungsabschnitt entlang der oder parallel zur Walzenachse verlaufen. Es ist beispielsweise denkbar, dass der Zuleitungsabschnitt entlang der Walzenachse und der Rückleitungsabschnitt parallel zur Walzenachse verläuft. Ebenso ist denkbar, dass der Rückleitungsabschnitt entlang der Walzenachse und der Zuleitungsabschnitt parallel zur Walzenachse verläuft, oder sowohl der Zu- als auch der Rückleitungsabschnitt parallel zur Walzenachse verlaufen.
Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Walze weist der Verteilerkanalabschnitt eine Mehrzahl an Verteilerkanälen und/oder der Rückverteilerkanalabschnitt eine Mehrzahl an Rückverteilerkanälen auf. Hierbei sind die einzelnen Kanäle eines Abschnitts nach Art einer Parallelschaltung angeordnet. Die Verteilerkanäle bzw. Rückverteilerkanäle können so angeordnet werden, dass die Walze segmentweise gekühlt wird. Durch diese Ausgestaltung wird gewährleistet, dass die Walze über ihre gesamte Breite noch homogener gekühlt werden kann. Insbesondere wird verhindert, dass sich das Kühlmedium in einem Bereich des Kühlkanalabschnitts signifikant erwärmt und bei Durchfluss in weiteren Bereichen des Kühlkanalabschnitts eine nur unzureichende Kühlleistung erreicht wird. Durch eine homogene Kühlleistung über die Walzenoberfläche wird insbesondere auch eine homogene Qualität des gegossenen oder behandelten Bandes, vorzugsweise Metallbandes sicherstellt.
Schließlich können im Kühlbetrieb der Walze die Strömungswiderstände im Kühlkanalsystem dadurch weiter reduziert werden, dass der Verteilerkanalabschnitt im Bereich der Mündung in die Verteilerkammer eine Querschnittserweiterung und/oder der Rückverteilerkanalabschnitt im Bereich des Auslaufs aus der Rückverteilerkammer in Strömungsrichtung des Kühlmediums gesehen eine Querschnittsverringerung aufweist, wobei die Querschnittserweiterung bzw. die Querschnittsverringerung optional durch eine Fase (20) bereitgestellt wird. Sofern der Verteilerkanalabschnitt aus einer Mehrzahl an Verteilerkanälen besteht, weist vorzugsweise jeder der Verteilerkanäle im Bereich der Mündung in den Kühlkanalabschnitt oder in die Kühlkanäle des Kühlkanalabschnitts eine Querschnittserweiterung respektive beim Rückverteilerkanal eine Querschnittsverringerung von der Rückverteilerkammer in den Rückverteilerkanal, insbesondere eine Fase, auf. Dabei kann die Fase einen Winkel von 30° bis 60°, insbesondere von 35° bis 55°, insbesondere von 45°, gegenüber einer Längsachse des Verteilerkanalabschnitt bzw. des jeweiligen Verteilerkanals aufweisen. Anstelle einer Fase kann aber auch eine beliebige Querschnittserweiterung vorgesehen sein. Eine Querschnittserweiterung verringert Verwirbelungen im Übergangsbereich zwischen dem Verteilerkanalabschnitt sowie dem Kühlkanalabschnitt, weil sie die Strömungsgeschwindigkeit automatisch senkt. Dies gilt insbesondere dann, wenn der Verteilerkanalabschnitt unter einem rechten Winkel zum Kühlkanalabschnitt in den Kühlkanalabschnitt mündet. Gleichermaßen kann eine solche Querschnittserweiterung in Strömungsrichtung gesehen als Querschnittsverringerung im Rückverteilerkanalabschnitt, im Bereich des Übergangs von dem Rückverteilerkammer in den Rückverteilerkanalabschnitt, vorgesehen sein, um auch Verwirbelungen bei der Rückleitung des Kühlmediums aus dem Kühlkanalabschnitt zu minimieren.
Eine Verringerung des Strömungswiderstandes im Kühlkanalsystem einer Walze lässt sich auch alleine durch eine voranstehend beschriebene Querschnittserweiterung erzielen, so dass bereits alleine durch die genannte Querschnittserweiterung die Kühlleistung gesteigert werden kann.
Bevorzugt weisen die Mündungen der Verteilerkammer in die Kühlkanäle im Wesentlichen gleiche Abstände zur Mündung des jeweiligen Verteilerkanals in die Verteilerkammer auf, wodurch die Gleichmäßigkeit der Kühlmittelversorgung der einzelnen Kühlkanäle zusätzlich verbessert wird.
Schließlich werden Verwirbelungen in der Verteilerkammer dadurch auf ein Minimum reduziert, dass die Mündungen der Verteilerkammer in die Kühlkanäle Querschnittsflächen aufweisen, die gegenüber der Mündung des Verteilerkanals in die Verteilerkammer gleich orientiert sind. Dies ist beispielsweise dann der Fall, wenn die Verteilerkammer als zylinderförmige Ausnehmung in das Kühlkanalsystem eingeformt ist, der jeweils zugeordnete Verteilerkanal zentrisch auf einer Stirnseite der zylinderförmigen Verteilerkammer in diese mündet und die Mündungen der Verteilerkammer in die Kühlkanäle von der Mantelfläche der zylinderförmigen Verteilerkammer ausgehen.
Gemäß einer nächsten Ausgestaltung der Walze kann eine Optimierung der Betriebseigenschaften der Walze mit nur geringem Aufwand dadurch erzielt werden, dass der Walzenkern und der Walzenmantel als voneinander unabhängige Bauteile ausgeführt sind und der Walzenmantel kraft-, form- und/oder stoffschlüssig auf dem Walzenkern befestigt ist. Beispielsweise kann der Walzenmantel auf den Walzenkern aufgeschrumpft, mit diesem verschraubt oder verschweißt werden. Dies ermöglicht insbesondere, dass Walzenkern und Walzenmantel aus unterschiedlichen Werkstoffen bestehen, die beispielsweise im Hinblick auf die gewünschte Festigkeit, Härte, Zähigkeit sowie Temperaturbeständigkeit ausgewählt sind. Beispielsweise kann der Walzenmantel aus einem Werkstoff mit sehr hoher Härte und Temperaturbeständigkeit bestehen, um im Walzenbetrieb für den kontinuierlichen Kontakt mit Metallschmelze gute Verschleißeigenschaften zu gewährleisten. Demgegenüber kann der Walzenkern aus einem zähen Werkstoff bestehen, um die im Walzenbetrieb auf den Walzenkern wirkenden Kräfte optimal aufnehmen zu können.
Weiterhin lässt sich das Kühlkanalsystem der Walze besonders leicht dadurch bereitstellen, dass in die Oberfläche des Walzenkerns wenigstens eine Nut eingeformt ist, welche zusammen mit dem Walzenmantel den Kühlkanalabschnitt bildet. Eine solche Nut kann beispielsweise in die Oberfläche des Walzenkerns gefräst werden, bevor der Walzenmantel auf dem Kern befestigt wird. Der Kühlkanalabschnitt kann hierdurch mit nur geringem Aufwand und gleichzeitig hoher Präzision gefertigt werden. Diese Ausgestaltung gewährleistet ferner, die einfache Fertigung des Verteiler- und Rückverteilerkanalabschnitts, da vor der Befestigung des Walzenmantels auf dem Walzenkern eine gute Zugänglichkeit des Walzenkerns zur Einbringung der Verteiler- und Rückverteilerkanalabschnitte gegeben ist. Darüber hinaus ist auch denkbar, den Kühlkanalabschnitt und optional auch die Verteiler- bzw. Rückverteilerkammer zumindest teilweise in den Walzenmantel beispielsweise durch Nuten oder Ausfräsungen einzubringen. Vorzugsweise sind sowohl im Walzenmantel als auch im Walzenkern der Kühlkanalabschnitt samt Verteiler- und Rückverteilerkammer eingearbeitet.
Die erfindungsgemäßen Vorteile lassen sich gemäß einer zweiten Lehre der Erfindung durch eine Verwendung einer erfindungsgemäßen Walze in einer Walzengießvorrichtung zum Gießen von Metallband aus einer Metallschmelze, insbesondere einer Aluminiumschmelze, oder einer Bandbehandlungsanlage, mit welcher ein Band behandelt wird, mit wenigstens einer voranstehend beschriebenen Walze erzielen. Bei einer Walzengießvorrichtung kann es sich sowohl um eine Einwalzenals auch um eine Zweiwalzengießvorrichtung handeln. Wie bereits zuvor ausgeführt, ermöglicht die gleichmäßigere Kühlung und die größere Kühlleistung eine weitere Steigerung der Produktionsraten.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform sind bei einer Walzengießvorrichtung zwei voranstehend beschriebene Walzen vorgesehen, die achsparallel zueinander angeordnet sind und zwischen sich einen Gießspalt begrenzen, durch den gegossenes Metallband leitbar ist, so dass die Produktivität beim Gießwalzen gesteigert werden kann. Eine solche Zweiwalzengießvorrichtung, die auch als "Twin-Roller-Gießmaschine" bezeichnet wird, ist insbesondere zur Herstellung von Dünnband, insbesondere Aluminiumdünnband, geeignet.
Bandbehandlungsanlagen werden zur Behandlung der Oberflächen von beispielsweise Metallbändern verwendet. Beispielsweise werden die Bänder lackiert, kaschiert oder anders beschichtet. Diesen Schritten ist zumindest teilweise gemein, dass sie eine starke Kühlung des Bandes nach einem Behandlungsschritt erfordern. Die erfindungsgemäßen Walzen mit ihrer verbesserten Kühlleistung garantieren eine auch bei Bandbehandlungsanlagen eine höhere Produktionsrate und eine gleichmäßigere Qualität der behandelten Bänder.
Die Erfindung soll anhand von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit der Zeichnung näher erläutert werden. In der Zeichnung zeigt

Fig. 1: in einer schematischen Perspektivansicht ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Walze;
Fig. 2: in einer schematischen Perspektivansicht ein Walzenkern der in Fig. 1 gezeigten Walze;
Fig. 3: in einer schematischen, perspektivischen Schnittansicht eine in Fig. 1 gezeigte erfindungsgemäße Walze;
Fig. 4: in einer schematischen Schnittansicht ein Walzenkern einer in Fig. 1 gezeigten Walze;
Fig. 5: in einer Detailansicht den Mündungsbereich eines Verteilerkanals in einen Kühlkanalabschnitt einer in Fig. 1 gezeigten Walze;
Fig. 6: in einer schematischen Perspektivansicht eine Verteilerkammer zwischen einem Verteilerkanal und Kühlkanälen einer in Fig. 1 gezeigten Walze;
Fig. 7: in einer schematischen Draufsicht eine in Fig. 6 gezeigte Verteilerkammer,
Fig. 8: in einer schematischen Perspektivansicht eine Zweiwalzengießvorrichtung mit zwei in Fig. 1 gezeigten Walzen und
Fig. 9: eine schematische Schnittansicht eines Ausführungsbeispiels einer Bandbehandlungsanlage.

In Fig. 1 ist ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Walze 1 mit einem Walzenkern 2 sowie mit einem den Walzenkern 2 umgebenden Walzenmantel 4 gezeigt. Die Walze 1 weist dabei eine Rotationsachse 3 auf. Der Walzenmantel 4 ist als von dem Walzenkern 2 unabhängiges Bauteil ausgeführt und auf den Walzenkern 2 aufgeschrumpft. Dadurch ist der Walzenmantel 4 mit dem Walzenkern 2 fest verbunden. Ebenso kann der Walzenmantel 4 mit dem Walzenkern 2 auch verschraubt oder verschweißt sein.
Die Walze 1 weist, wie in Fig. 2 gezeigt, ein Kühlkanalsystem 6 auf, durch das ein Kühlmedium, wie beispielsweise eine Kühlflüssigkeit, zur Kühlung des Walzenmantels 4 leitbar ist. Das Kühlkanalsystem 6 weist einen Kühlkanalabschnitt 8 auf, der zur Kühlung des Walzenmantels 4 zumindest abschnittsweise in dessen Bereich verläuft. Insbesondere besteht der Kühlkanalabschnitt 8 aus einer Mehrzahl an Kühlkanälen 9, die auf der Oberfläche des Walzenkerns 2 in dessen Umfangsrichtung verlaufen. Die Kühlkanäle 9 können insbesondere durch in die Oberfläche des Walzenkerns 2 eingebrachte Nuten gebildet sein, die durch den auf den Walzenkern 2 geschrumpften Walzenmantel 4 abgedeckt werden. Das jeweils eingesetzte Kühlmedium fließt somit unmittelbar an der Innenseite des Walzenmantels 4 und gewährleistet somit seine Kühlung.
Zusätzlich ist in Fig. 2 dargestellt, das die Verteilerkanäle 11 in einer Verteilerkanalkammer 22 münden, welche optional durch einen zusätzlichen Verbindungskanal 20a verbunden sein können. Die Verteilerkanalkammer 22 wird in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel durch das Einbringen einer Fase und damit eine Querschnittserweiterung des Verteilerkanals 11 bereitgestellt. Der Verbindungskanal 22a kann die Aufgabe übernehmen, den Druck des Kühlmediums zwischen einzelnen Verteilerkammern 22 zusätzlich auszugleichen und eine homogene Zufuhr an Kühlmedium zu den einzelnen Kühlkanälen zu gewährleisten.
Wie sich aus der perspektivischen Schnittdarstellung in Fig. 3 ergibt, weist das Kühlkanalsystem 6 ferner einen in dem Kühlkanalabschnitt 8 mündenden Verteilerkanalabschnitt 10 auf, der aus einer Mehrzahl an Verteilerkanälen 11 besteht. Die Verteilerkanäle 11 verlaufen dabei radial durch den Walzenkern 2 und münden in einem rechten Winkel im Kühlkanalabschnitt 8. Der Verteilerkanalabschnitt 10 sorgt für die Zufuhr des Kühlmediums vom Inneren des Walzenkerns 2 auf dessen Oberfläche, an der die Kühlkanäle 9 ausgebildet sind.
Der Kühlkanalabschnitt 8 dient mit seinen Kühlkanälen 9 (Fig. 4) vornehmlich der Wärmeübertragung beispielsweise von dem im Gießprozess durch die Metallschmelze erhitzten Walzenmantel 4 auf das Kühlmedium. Demgegenüber wird durch den Verteilerkanalabschnitt 10 das Kühlmedium zum Kühlkanalabschnitt 8 geleitet. Der Verteilerkanalabschnitt 10 dient der unmittelbaren Zuführung des Kühlmediums in einen zu kühlenden Bereich der Walze 1.
Wie ebenfalls in Fig. 3 und 4 gezeigt, weist das Kühlkanalsystem 6 einen Rückerverteilerkanalabschnitt 12 auf, der aus einer Mehrzahl von Rückverteilerkanälen 13 besteht, welche über Rückverteilerkammern 20' an die Kühlkanäle 9 verbunden sind. Die Rückverteilerkanäle 13 verlaufen ausgehend von dem Kühlkanalabschnitt 8 in Radialrichtung des Walzenkerns 2 in dessen Innenbereich. Durch den Rückverteilerkanalabschnitt 12 soll das Kühlmedium im Kühlbetrieb der Walze 1 von dem Kühlkanalabschnitt 8 abgeführt werden.
Die Rückverteilerkanäle 13 verlaufen dabei entgegengesetzt zu den Verteilerkanälen 11. Beispielsweise sind die Rückverteilerkanäle 13 um etwa 180° um die Rotationsachse 3 der Walze 1 gegenüber den Verteilerkanälen 11 versetzt, um eine gleichmäßige Kühlung des gesamten Walzenumfangs zu erzielen.
Weiterhin weist das Kühlkanalsystem 6 einen Zuleitungsabschnitt 14 auf, der von einer Stirnseite 16 des Walzenkerns 2 ausgeht und durch den Walzenkern 2 verläuft. Der Zuleitungsabschnitt 14 ist dabei mit dem Verteilerkanalabschnitt 10 verbunden, um eine Zuleitung des jeweils zu verwenden Kühlmediums von außerhalb der Walze 1 in den Walzenkern 2 und dabei insbesondere in den Verteilerkanalabschnitt 10 zu gewährleisten. Von dem Zuleitungsabschnitt 14 gehen im vorliegenden Ausführungsbeispiel alle Verteilerkanäle 11 aus. Der Zuleitungsabschnitt 14 verläuft parallel versetzt zur Walzenachse 3.
Ferner weist das Kühlkanalsystem 6 einen Rückleitungsabschnitt 18 auf, der ausgehend von dem Rückverteilerkanalabschnitt 12 durch den Walzenkern 2 bis zu der Stirnseite 16 des Walzenkerns 2 verläuft. Der Rückleitungsabschnitt 18 ist mit dem Rückverteilerkanalabschnitt 12 verbunden, um eine Rückleitung des jeweils zu verwenden Kühlmediums aus dem Inneren der Walze 1 zu gewährleisten. Insbesondere münden alle Rückverteilerkanäle 13 in dem Rückleitungsabschnitt 18. Der Rückleitungsabschnitt 18 verläuft ebenfalls parallel versetzt zur Walzenachse 3.
Das dargestellte Ausführungsbeispiel ist in besonderer Weise optimiert, da die gesamte Querschnittsfläche des Rückleitungsabschnitts 18 mindestens der gesamten Querschnittsfläche der Rückverteilerkanäle 13 entspricht. Ebenso entspricht die gesamte Querschnittsfläche der Rückverteilerkanäle 13 mindestens der Summe der Querschnittsfläche der Kühlkanäle 9 und die gesamte Querschnittsfläche der Kühlkanäle 9 mindestens der gesamten Querschnittsfläche der Verteilerkanäle 11. Schließlich entspricht die gesamte Querschnittsfläche der Verteilerkanäle 11 mindestens der gesamten Querschnittsfläche des Zuleitungsabschnitts 14. Durch diese Verhältnisse der Querschnittsflächen ist das Kühlkanalsystem 6 hinsichtlich des Strömungswiderstandes optimiert.
Wie aus Fig. 2 zu entnehmen ist, mündet jeweils ein Verteilerkanal 11 in einer Mehrzahl an Kühlkanälen 9 und eine Mehrzahl der Kühlkanäle 9 mündet jeweils in einer Rückverteilerkammer 20' bzw. in einem Rückverteilerkanal 13.
Im Bereich der Mündung in die Kühlkanäle 9 weisen die Verteilerkanäle 11 eine Querschnittserweiterung auf, die als Fase 20 ausgebildet ist und eine Verteilerkammer 22 bildet, wie aus den Fig. 4 und 5 hervorgeht. Ebenso ist eine solche in Strömungsrichtung gesehene Querschnittsverringerung, die als Fase 20 ausgebildet ist, in den Rückverteilerkanälen 13, im Bereich des Übergangs von den Kühlkanälen 9 in die Rückverteilerkanäle 13, vorgesehen. Die Fase 20 weist hierbei einen Winkel von 45° gegenüber einer Längsachse der jeweiligen Verteilerkanäle 11 bzw. der jeweiligen Rückverteilerkanäle 13 auf.
Fig. 6 zeigt das Ausführungsbeispiel aus Fig. 5 in einer Draufsicht auf die Verteilerkammer 22, die zwischen den Verteilerkanälen 11 und den Kühlkanälen 9 angeordnet ist. Darüber hinaus sind Verbindungskanäle 22a zur nächsten Verteilerkammer 22 dargestellt. Die Verteilerkammer 22 ist vorzugsweise im Übergang zwischen jedem Verteilerkanal 11 und den jeweils zugeordneten Kühlkanälen 9 sowie zwischen den Kühlkanälen 9 und dem jeweils zugeordneten Rückverteilerkanal 13 vorgesehen. Wie weiter in Fig. 6 dargestellt weisen die Mündungen 24 der Verteilerkammer 22 in die Kühlkanäle 9 im Wesentlichen gleiche Abstände zur Mündung 26 des Verteilerkanals 11 in die Verteilerkammer 22 auf. Dabei weisen die Mündungen 24 der Verteilerkammer 22 in die Kühlkanäle 9 Querschnittsflächen auf, die gegenüber der Mündung 26 des jeweiligen Verteilerkanals 11 in die Verteilerkammer 22 gleich orientiert sind, z.B. gleiche Winkel mit ihr einnehmen. Insbesondere sind die Mündungsflächen 24 kreisförmig um die Mündung 26 orientiert, sodass die einzelnen Kühlkanäle 9 gleichmäßig mit Kühlmedium versorgt werden können.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Verteilerkammer 22 zeigt Fig. 7 perspektivisch. Die Verteilerkammer 22 in Fig. 7 ist zylinderförmig ausgebildet und grenzt in Richtung des Walzeninneren an die Querschnittserweiterung 20 des jeweiligen Verteiler- bzw. Rückverteilerkanals. Der Einfachheit halber sind in Fig. 7 die Verbindungskanäle 22a nicht dargestellt. Von der Mantelfläche der zylinderförmigen Verteilerkammer 22 gehen die Kühlkanäle 9 ab.
In Fig. 8 ist eine Zweiwalzengießvorrichtung 30, auch als "Twin-Roller-Gießmaschinen" bezeichnet, dargestellt, die mit zwei Walzen 1 ausgestattet ist. Die beiden Walzen 1 sind achsparallel zueinander angeordnet und begrenzen zwischen sich einen Gießspalt 32, in den flüssige Metallschmelze 34 gegossen wird. Die Metallschmelze 34 erstarrt auf den Walzen 1 zu einer Schale, die dann von der jeweiligen Gießwalze 1 in den Gießspalt 32 gefördert wird. Diese erstarrten Schalen werden durch den Gießspalt 32 geleitet und darin gegeneinander gedrückt. Hierdurch wird ein gegossenes Metallband 36 geformt, welches aus dem Gießspalt 32 abgezogen, abgekühlt und der Weiterverarbeitung zugeführt werden kann.
Schließlich zeigt Fig. 9 in einer schematischen Ansicht in einem Ausführungsbeispiel eine weitere Verwendung einer erfindungsgemäßen Walze 1, welche in einer Bandbehandlungsanlage 37 angeordnet ist. Die Bandbehandlungsanlage 37 besteht aus einer Abwickelhaspel 38, einer Bandbehandlungsvorrichtung 39, einem Paar erfindungsgemäß aufgebaute Führungs- und Kühlungswalzen 1 und einer Aufwickelhaspel 40. Das Band 41, vorzugsweise ein Metallband, wird von der Abwickelhaspel 38 abgewickelt, in der Bandbehandlungsvorrichtung 39 beispielsweise lackiert oder kaschiert und über die Führungs- und Kühlungswalzen abgekühlt, so dass es auf der Aufwickelhaspel 40 aufgewickelt werden kann. Aufgrund der besseren Kühlleistung der erfindungsgemäßen Walzen 1, kann die Produktionsgeschwindigkeit der Bandbehandlungsanlage 37 weiter erhöht werden, da das Band beispielsweise trotz höherer Produktionsgeschwindigkeit ausreichend gekühlt wird.

Claims

Walze (1) mit einem Walzenkern (2), mit einem den Walzenkern (2) umgebenden Walzenmantel (4) und mit einem Kühlkanalsystem (6), durch das ein Kühlmedium zur Kühlung des Walzenmantels (4) leitbar ist, wobei das Kühlkanalsystem (6) wenigstens einen Kühlkanalabschnitt (8) aufweist, der zur Kühlung des Walzenmantels (4) zumindest abschnittsweise in dessen Bereich verläuft, eine Mehrzahl an Kühlkanälen (9) aufweist, wobei das Kühlkanalsystem (6) wenigstens einen in den Kühlkanalabschnitt (8) mündenden Verteilerkanalabschnitt (10) aufweist und jeder Verteilerkanal (11) in Richtung des Walzenmantels (4) in einer Verteilerkammer (22) mündet, von der eine Mehrzahl an Kühlkanälen (9) ausgeht,
dadurch gekennzeichnet, dass die gesamte Querschnittsfläche des Kühlkanalabschnitts (8) mindestens so groß wie die gesamte Querschnittsfläche des Verteilerkanalabschnitts (10) ist und optional die gesamte Querschnittsfläche des Rückverteilerkanalabschnitts (12) mindestens so groß wie die gesamte Querschnittsfläche des Kühlkanalabschnitts (8) ist.
Walze nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass das Kühlkanalsystem (6) wenigstens einen Rückverteilerkanalabschnitt (12) aufweist, der von dem Kühlkanalabschnitt (8) ausgeht, um ein Kühlmedium von dem Kühlkanalabschnitt (8) wegzuleiten, wobei eine Mehrzahl an Kühlkanälen in mindestens einer Rückverteilerkammer münden, von welcher der Rückverteilerkanalabschnitt (12) ausgeht.
Walze nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, dass das Kühlkanalsystem (6) einen Zuleitungsabschnitt (14) aufweist, der von einer Stirnseite (16) des Walzenkerns (2) ausgeht und durch den Walzenkern (2) verläuft, wobei von dem Zuleitungsabschnitt (14) der Verteilerkanalabschnitt (10) ausgeht und wobei die gesamte Querschnittsfläche des Verteilerkanalabschnitts (10) mindestens der gesamten Querschnittsfläche des Zuleitungsabschnitts (14) entspricht.
Walze nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet, dass das Kühlkanalsystem (6) einen Rückleitungsabschnitt (18) aufweist, der ausgehend von dem Rückverteilerkanalabschnitt (12) durch den Walzenkern (2) bis zu einer Stirnseite (16) des Walzenkerns (2) verläuft, wobei die gesamte Querschnittsfläche des Rückleitungsabschnitts (18) mindestens so groß wie die gesamte Querschnittsfläche des Rückverteilungskanalabschnitts (12).
Walze nach einem der Ansprüche 2 bis 4,
dadurch gekennzeichnet, dass der Verteilerkanalabschnitt (10) und der Rückverteilerkanalabschnitt (12) zumindest abschnittweise in Radialrichtung durch den Walzenkern (2) verlaufen.
Walze nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet, dass der Zuleitungsabschnitt (14) und der Rückleitungsabschnitt (18) entlang der oder parallel zur Walzenachse (3) verlaufen.
Walze nach einem der Ansprüche 2 bis 6,
dadurch gekennzeichnet, dass der Verteilerkanalabschnitt (10) eine Mehrzahl an Verteilerkanälen (11) aufweist und/oder dass der Rückverteilerkanalabschnitt (12) eine Mehrzahl an Rückverteilerkanälen (13) aufweist.
Walze nach einem der Ansprüche 1 bis 7,
dadurch gekennzeichnet, dass der Verteilerkanalabschnitt (10) im Bereich der Mündung in die Verteilerkammer eine Querschnittserweiterung und/oder der Rückverteilerkanalabschnitt im Bereich des Auslaufs aus der Rückverteilerkammer in Strömungsrichtung des Kühlmediums gesehen eine Querschnittsverringerung, welche optional durch eine Fase (20) bereitgestellt wird, aufweist.
Walze nach einem der Ansprüche 1 bis 8,
dadurch gekennzeichnet, dass die Mündungen (24) der Verteilerkammer (22) in die Kühlkanäle (9) im Wesentlichen gleiche Abstände zur Mündung (26) des jeweiligen Verteilerkanals (11) in die Verteilerkammer (22) aufweisen und/oder die Mündungen der Kühlkanäle (9) in die Rückverteilerkammer im Wesentlichen gleiche Abstände zur Mündung der Rückverteilerkammer in den jeweiligen Rückverteilerkanal aufweisen.
Walze nach einem der Ansprüche 1 bis 9,
dadurch gekennzeichnet, dass der Walzenkern (2) und der Walzenmantel (4) als voneinander unabhängige Bauteile ausgeführt sind und dass der Walzenmantel (4) kraft-, form- und/oder stoffschlüssig auf dem Walzenkern (2) befestigt ist.
Walze nach Anspruch 1 bis 10,
dadurch gekennzeichnet, dass in die Oberfläche des Walzenkerns (2) wenigstens eine Nut eingeformt ist, welche zusammen mit dem Walzenmantel (4) den Kühlkanalabschnitt (8) bildet.
Verwendung einer Walze nach einem der Ansprüche 1 bis 11 in einer Walzengießvorrichtung (30) zum Gießen von Metallband (36) aus einer Metallschmelze (34) aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung oder einer Bandbehandlungsanlage, in welcher ein Metallband behandelt wird.