EP3429773B1

EP3429773B1 - Vorrichtung und verfahren zum entzundern eines bewegten werkstücks

Info

Publication number: EP3429773B1
Application number: EP17712093.8A
Authority: EP
Inventors: Angela ANTE; Wolfgang Fuchs; Jens MARBURGER; Jan Schröder; Michael Jarchau
Original assignee: SMS Group GmbH
Current assignee: SMS Group GmbH
Priority date: 2016-03-18
Filing date: 2017-03-17
Publication date: 2020-05-06
Anticipated expiration: 2037-03-17
Also published as: KR102166086B1; WO2017158035A1; JP2019511367A; DE102016217561A1; CN108883452A; CN108778544B; JP2019511366A; CN108778543B; KR20180117157A; KR102141440B1; WO2017158191A1; KR102183495B1; EP3429770A1; RU2701586C1; US20190076900A1; JP6770088B2; EP3429773A1; CN108778544A; KR20180117139A; WO2017157940A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Entzundern eines Werkstücks, das relativ zur Vorrichtung in einer Bewegungsrichtung bewegt wird. Bei dem Werkstück handelt es sich insbesondere um ein Warmwalzgut.
Nach dem Stand der Technik ist es bekannt, zum Entzundern von Werkstücken, insbesondere von Warmwalzgut, auf die Oberflächen des Werkstücks Wasser mit hohem Druck zu spritzen. Für ein lückenloses Entzundern der Oberflächen des Werkstücks wird das Hochdruck-Spritzwasser in der Regel aus mehreren Düsen eines Zunderwäschers ausgespritzt. In diesem Zusammenhang wird als Zunderwäscher bei einer Warmwalzanlage eine Baugruppe bezeichnet, die zur Entfernung von Zunder, d. h. von Verunreinigungen aus Eisenoxid, von der Oberfläche des Walzgutes vorgesehen ist.
Aus WO 2005/082555 A1 ist ein Zunderwäscher bekannt, mit dem ein, relativ zum Zunderwäscher, bewegtes Walzgut durch Bestrahlen mittels Hochdruck-Spritzwasser entzundert wird. Dieser Zunderwäscher umfasst mindestens eine die Walzgutbreite überstreichende Düsenkopfreihe mit mehreren Düsenköpfen, wobei jeder Düsenkopf um eine zur Walzgutoberfläche senkrechte Drehachse motorisch drehangetrieben ist. Des Weiteren sind bei jedem Düsenkopf mindestens zwei außermittig bezüglich der Drehachse angeordnete Düsen vorgesehen, die so nahe wie konstruktiv möglich, am Umfang des Düsenkopfes angeordnet sind. Ein solcher Zunderwäscher unterliegt dem Nachteil, dass ein Energieeintrag über die Breite des Walzgutes Inhomogenitäten aufweisen kann, so dass es zu bleibenden Temperaturstreifen kommen kann. Des Weiteren sind die Düsen an den jeweiligen Düsenköpfen um einen Anstellwinkel nach außen geneigt angeordnet. Dies führt dazu, dass die Spritzrichtung dieser Düsen bei einer Drehung der Düsenköpfe um ihre Drehachse auch in Richtung des Vorschub des Walzgutes ausgerichtet wird. Eine solche Ausrichtung des aus den Düsen ausgetragenen Hochdruck-Spritzwassers ist insoweit nachteilig, weil hierbei der Strahl des Spritzwassers unwirksam ist und deshalb keinen Beitrag für ein Entzundern der Oberfläche des Walzgutes liefert.
Aus WO 1997/27955 A1 ist ein Verfahren zum Entzundern von Walzgut bekannt, bei dem eine Rotor-Entzunderungseinrichtung vorgesehen ist, mittels der ein Flüssigkeitsstrahl auf eine zu entzundernde Oberfläche des Walzgutes gespritzt wird. Zur Sicherstellung einer nur geringen Abkühlung des Walzgutes und zur Erzeugung hoher Strahldrücke bei geringem Betriebsflüssigkeitsdruck wird der Flüssigkeitsstrahl intermittierend, d. h. zeitweilig aussetzend, gebildet. Aufgrund der ein- oder mehrmaligen Unterbrechung des Flüssigkeitsstrahles entstehen Druckspitzen, die sich als Strahldruckerhöhung auswirken, wodurch eine Verbesserung der Entzunderungswirkung für das Walzgut erzielt wird. Eine zu diesem Zweck vorgesehene Steuerscheibe, die in Fluidverbindung mit einer Druckmedium-Zuleitung vorgesehen ist, vergrößert jedoch nachteilig den konstruktiven Aufwand für diese Entzunderungstechnik. Des Weiteren besteht bei der Bildung der Druckspitzen die Gefahr, dass es dabei zur erhöhten Materialbeanspruchung insbesondere durch Kavitation kommt.
Aus DE 10 2014 109 160 A1 sind eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Entzundern eines Werkstücks bekannt, das relativ zur Vorrichtung in einer Bewegungsrichtung bewegt wird. Zu diesem Zweck sind mehrere Strahldüsen an einem rotierenden Rotorkopf in Form eines Düsenhalters vorgesehen, wobei Flüssigkeit unter Hochdruck aus den Strahldüsen derart auf eine Oberfläche des Walzgutes ausgebracht bzw. gespritzt wird, dass dabei die Abstrahlrichtung, mit der die Flüssigkeit aus den Strahldüsen ausgespritzt wird, stets in einem Winkel schräg zur Bewegungsrichtung des Walzgutes verläuft. Durch diese schräge Ausrichtung der Abstrahlrichtung wird erreicht, dass abgetragener Zunder von der Oberfläche des Walzgutes zur Seite hin von dem Walzgut weg transportiert wird. Hiermit einher geht jedoch eine nachteilige starke Verschmutzung der Anlage bzw. deren Umgebungsfläche.
Aus DE 43 02 331 A1 sind eine gattungsgemäße Vorrichtung zum Entzundern eines Werkstücks nach dem Oberbegriff von Anspruch 1 und ein entsprechendes Verfahren nach dem Oberbegriff von Anspruch 6 bekannt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das Entzundern eines Werkstücks mit einfachen Mitteln zu optimieren.
Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung mit den in Anspruch 1 und in Anspruch 3 definierten Merkmalen, und durch ein Verfahren mit den in Anspruch 6 und in Anspruch 8 definierten Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen definiert.
Eine Vorrichtung nach der vorliegenden Erfindung dient zum Entzundern eines relativ zur Vorrichtung in einer Bewegungsrichtung bewegten Werkstücks, vorzugsweise eines Warmwalzgutes, und umfasst zumindest einen um eine Rotationsachse drehbaren Rotorkopf, an dem mehrere Strahldüsen angebracht sind, wobei aus den Strahldüsen eine Flüssigkeit, insbesondere Wasser, auf das Werkstück in einem Anstellwinkel schräg zur Oberfläche des Werkstücks ausgebracht werden kann. Des Weiteren umfasst die Vorrichtung eine Steuereinrichtung, die mit Antriebsmitteln des Rotorkopfs signaltechnisch verbunden und programmtechnisch derart eingerichtet ist, dass die Drehzahl, mit welcher der Rotorkopf um seine Rotationsachse gedreht wird, an eine Vorschubgeschwindigkeit, mit der das Werkstück in seiner Bewegungsrichtung bewegt wird, angepasst werden kann. Vorzugsweise umfasst die Steuereinrichtung zu diesem Zweck einen Regelkreis, um damit die genannte Anpassung der Drehzahl des Rotorkopfes an die Vorschubgeschwindigkeit des Werkstücks zu realisieren. Mutatis mutandis kann auch die Vorschubgeschwindigkeit des Werkstücks an die Drehzahl des Rotorkopfes angepasst werden.
Ergänzend und/oder alternativ ist für die Vorrichtung vorgesehen, dass die Mehrzahl der Strahldüsen an dem Rotorkopf in einem unterschiedlich großen radialen Abstand zu dessen Rotationsachse angebracht sind, wobei aus einer Strahldüse, die einen größeren radialen Abstand zur Rotationsachse aufweist, ein größerer Volumenstrom an Flüssigkeit ausgebracht werden kann als im Vergleich zu einer Strahldüse, die einen kleineren radialen Abstand zur Rotationsachse aufweist.
In gleicher Weise sieht die Erfindung auch ein Verfahren zum Entzundern eines Werkstücks vor, vorzugsweise eines Warmwalzgutes. Hierbei wird das Werkstück relativ zu einer Vorrichtung in einer Bewegungsrichtung bewegt, wobei diese Vorrichtung zumindest einen um eine Rotationsachse drehbaren Rotorkopf aufweist, an dem mehrere Strahldüsen angebracht sind. Während der Rotorkopf um seine Rotationsachse gedreht wird, wird eine Flüssigkeit, insbesondere Wasser, aus den Strahldüsen auf das Werkstück in einem Anstellwinkel schräg zur Oberfläche des Werkstücks ausgebracht bzw. gespritzt. Für das Verfahren ist vorgesehen, dass die Drehzahl, mit welcher der zumindest eine Rotorkopf um seine Rotationsachse gedreht wird, mittels einer Steuereinrichtung an eine Vorschubgeschwindigkeit angepasst wird, mit der das Werkstück in seiner Bewegungsrichtung bewegt wird. Vorzugsweise erfolgt diese Anpassung der Drehzahl des Rotorkopfes an die Vorschubgeschwindigkeit des Werkstücks geregelt, d.h. durch Verwendung eines entsprechenden Regelkreises, mit dem die Steuereinrichtung ausgestattet ist. Wie vorstehend bereits für die Vorrichtung genannt, kann mutatis mutandis auch die Vorschubgeschwindigkeit des Werkstücks an die Drehzahl des Rotorkopfes angepasst werden.
Ergänzend oder alternativ ist für das Verfahren vorgesehen, dass aus einer Mehrzahl von Strahldüsen, die an dem Rotorkopf jeweils in einem unterschiedlich großen radialen Abstand zu dessen Rotationsachse angebracht sind, verschieden große Volumenströme an Flüssigkeit ausgespritzt werden, wobei aus einer Strahldüse, die einen größeren radialen Abstand zur Rotationsachse aufweist, ein größerer Volumenstrom an Flüssigkeit gespritzt wird als im Vergleich zu einer Strahldüse, die einen kleineren radialen Abstand zur Rotationsachse aufweist.
Der Erfindung liegt die wesentliche Erkenntnis zugrunde, dass eine Optimierung und Vergleichmäßigung des spezifischen Energieeintrags auf der Oberfläche des Werkstücks, nämlich durch die darauf unter Hochdruck gespritzte Flüssigkeit, entlang, d.h. in der Bewegungsrichtung des Werkstücks mittels einer Anpassung der Drehzahl des Rotorkopfes an die Vorschubgeschwindigkeit des Werkstücks möglich ist.
Eine weitere Optimierung des spezifischen Energieeintrags wird für die mit Hochdruck auf die Oberfläche des Werkstücks gespritzte Flüssigkeit dadurch erreicht, dass eine Mehrzahl von Strahldüsen an dem Rotorkopf in einen jeweils unterschiedlich großen radialen Abstand zu dessen Rotationsachse angebracht sind, wobei aus einer Strahldüse, die einen größeren radialen Abstand zur Rotationsachse aufweist, dann auch ein größerer Volumenstrom an Flüssigkeit ausgebracht wird als im Vergleich zu einer Strahldüse, die einen kleineren radialen Abstand zur Rotationsachse aufweist. Dies kann in einfacher Weise durch Auswahl eines geeigneten Düsentyps erreicht werden, so dass aus einer Strahldüse, die radial weiter entfernt von der Rotationsachse des Rotorkopfes angeordnet ist, entsprechend eine größere Menge an Flüssigkeit, d.h. ein größerer Volumenstrom ausgespritzt wird. Durch eine solche Ausgestaltung einer Mehrzahl von Strahldüsen an dem Rotorkopf wird demnach der Energieeintrag für die Flüssigkeit quer zur Bewegungsrichtung des Werkstücks, d. h. über dessen Breite, optimiert.
Der spezifische Energieeintrag bestimmt sich nach der vorliegenden Erfindung aus dem Aufpralldruck [engl.: Impact], mit dem die Flüssigkeit auf eine Oberfläche des Werkstücks auftrifft, sowie dem spezifischen Volumenstrom pro Breite des Werkstücks, d.h. dem Volumenstrom der auf das Werkstück gespritzten Flüssigkeit dividiert durch die Spritzbreite bezogen auf die Bewegungsrichtung des Werkstücks. Der Aufpralldruck ist abhängig von dem Druck, mit dem die Flüssigkeit den Strahldüsen zugeführt wird, dem ausgespritzten Volumenstrom, und dem Abstand der Strahldüsen von der Oberfläche des Werkstücks. Des Weiteren ist der spezifische Energieeintrag abhängig von der Vorschubgeschwindigkeit, mit der das Werkstück in seiner Bewegungsrichtung bewegt wird. Eine Veränderung des spezifischen Energieeintrags, in Abhängigkeit der Signale der Oberflächeninspektionseinrichtung, kann durch eine Anpassung der vorstehend genannten Parameter erfolgen, nämlich mittels der Steuereinrichtung, wie nachfolgend noch im Detail erläutert.
In vorteilhafter Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens können eine Anordnung von Rotorköpfen und eine Strahldüsen-Anordnung vorgesehen sein, die in Bezug auf die Bewegungsrichtung des Werkstücks hintereinander und insbesondere angrenzend zueinander angeordnet sind. Bei einer Anordnung von Rotorköpfen, vorliegend auch als Rotorkopf-Anordnung bezeichnet, handelt es sich bei der vorliegenden Erfindung entweder um ein Rotorkopf-Paar, bei dem ein Rotorkopf jeweils oberhalb und unterhalb eines Werkstücks, d.h. an dessen Oberseite und Unterseite vorgesehen ist, oder um ein Rotormodul-Paar, bei dem - oberhalb und unterhalb des Werkstücks - jeweils eine Mehrzahl von Rotorköpfen nebeneinander und quer zur Bewegungsrichtung des Werkstücks zusammengefasst sind. In einem Normalbetrieb kann vorgesehen sein, dass Flüssigkeit nur aus den Strahldüsen der Rotorkopf-Anordnung auf das Werkstück ausgespritzt wird. In einem Sonderbetrieb können dann die Strahldüsen der Strahldüsen-Anordnung zugeschaltet werden, so dass Flüssigkeit auch aus den Strahldüsen dieser Strahldüsen-Anordnung auf das Werkstück ausgebracht bzw. gespritzt wird. Für diesen Fall kommen dann zum Entzundern des Werkstücks die Strahldüsen sowohl der Rotorkopf-Anordnung als auch der StrahldüsenAnordnung zum Einsatz. Der Einsatz sowohl der Rotorkopf-Anordnung als auch der Strahldüsen-Anordnung im Sonderbetrieb empfiehlt sich z. B. für schwer zu entzundernde Stahlsorten, oder bei hartnäckigen Zunderresten, die z.B. durch Auflageflächen an Ofenrollen entstehen können. Bei einer solchen Ausführungsform, wonach im Normalbetrieb lediglich die Strahldüsen der Rotorkopf-Anordnung eingesetzt werden, kann der Betriebsverbrauch vorteilhaft minimiert werden.
Dies trifft in gleicher Weise für den Fall zu, dass eine Mehrzahl von Rotorköpfen - wie erläutert - zu einem Rotorkopf-Modul zusammengefasst sind. Hierbei ist nämlich dann im Normalbetrieb nur ein Rotormodul-Paar im Einsatz, wobei ein weiteres Strahldüsen-Paar, das in Bewegungsrichtung des Werkstücks z.B. stromabwärts angeordnet ist, bei Bedarf zugeschaltet wird. Dies trifft in gleicher Weise für den Fall zu, dass die Rotorkopf-Anordnung und die Strahldüsen-Anordnung sich baulich unterscheiden, z.B. indem die Strahldüsen-Anordnung als Spritzbalken ausgebildet ist.
In vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung kann eine mit der Steuereinrichtung signaltechnisch verbundene Oberflächeninspektionseinrichtung vorgesehen sein, die in Bezug auf die Bewegungsrichtung des Werkstücks stromabwärts von dem Rotorkopf und ortsnah hierzu angeordnet ist, um damit verbleibenden Zunder auf der Oberfläche des Werkstücks detektieren zu können. Auf Grundlage der Signale dieser Oberflächeninspektionseinrichtung wird die Entzunderungsqualität des Werkstücks mittels der Steuereinrichtung mit einer vorbestimmten Sollvorgabe verglichen und dann in Abhängigkeit hiervon eine Hochdruckpumpeneinheit, die in Fluidverbindung mit den Strahldüsen des Rotorkopfes steht, geeignet gesteuert oder geregelt. Die Ansteuerung einer Hochdruckpumpeneinheit, die mit den Strahldüsen des Rotorkopfes in Fluidverbindung steht, kann in der Weise erfolgen, dass ein Druck, mit dem Flüssigkeit aus den Strahldüsen auf die Oberfläche des Werkstücks ausgespritzt wird, in Abhängigkeit der Signale der Oberflächeninspektionseinrichtung eingestellt wird. Dies bedeutet, dass der Druck für die auszuspritzende Flüssigkeit gerade so hoch eingestellt wird, dass damit noch eine hinreichende Entzunderungsqualität für das Werkstück erreicht wird. Falls - in Bewegungsrichtung des Werkstücks gesehen - zumindest zwei Strahldüsen-Anordnungen hintereinander angeordnet sind, kann durch die besagte Ansteuerung erreicht werden, dass eine zuschaltbare Strahldüsen-Anordnung in Abhängigkeit von den Signalen der Oberflächeninspektionseinrichtung geeignet zugeschaltet wird, was dem genannten Sonderbetrieb gemäß der Erfindung entspricht. Im Vergleich zu einer üblichen zweireihigen Anordnung von Rotorköpfen bzw. von Spritzbalken wird durch eine solche einreihige Anordnung, d.h. eine einzige Rotorkopf- bzw. Strahldüsen-Anordnung, die im Normalbetrieb zum Einsatz kommt, eine wesentliche Einsparung an Betriebsmedien erreicht.
Durch die vorstehend genannte Anpassung des Drucks, d. h. durch eine Verminderung des Drucks stellt sich auch eine verminderte Abrasionswirkung der Flüssigkeit auf alle umgebenden Materialien bzw. Anlagenteile ein, wodurch sowohl die Wartungskosten sinken als auch ein Verschleiß der Strahldüsen selbst verringert wird.
Durch die Installation einer Oberflächeninspektionseinrichtung und deren Einbindung in eine Steuerungs- oder Regelungseinrichtung kann die für eine saubere Entzunderung des Werkstücks erforderliche Wassermenge durch eine Variation des Drucks und/oder des Volumenstroms geeignet minimiert werden. Dies führt zu einer Einsparung an Energie für die Bereitstellung von Hochdruckwasser, als auch in gleicher Weise zu einer verminderten Abkühlung des Werkstücks in Folge einer verminderten Menge von Flüssigkeit, die auf das Werkstück ausgespritzt wird.
Ergänzend darf darauf hingewiesen werden, dass der Abstand des Rotorkopfes zur Oberfläche des Werkstücks verstellt werden kann. Somit ist eine Anpassung an unterschiedliche Chargen von Werkstücken mit unterschiedlich großen Höhen möglich. Ergänzend ist es auch möglich, diesen Abstand des Rotorkopfes zur Oberfläche des Werkstücks in Abhängigkeit der Signale der Oberflächeninspektionseinrichtung einzustellen. Beispielsweise kann in dieser Weise vorgesehen sein, dass bei nicht hinreichender Entzunderungsqualität der Abstand des Rotorkopfes zur Oberfläche des Werkstücks vermindert wird, so dass sich dadurch an der Oberfläche des Werkstücks ein größerer Aufpralldruck in Bezug auf die darauf aufgespritzte Flüssigkeit einstellt. Mutatis mutandis gilt dies auch umgekehrt, wonach der Abstand des Rotorkopfes zur Oberfläche des Werkstücks, falls die Entzunderungsqualität die vorbestimmte Sollvorgabe überschreitet, zumindest geringfügig vergrößert werden kann.
In vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung kann der Druck, mit dem die Flüssigkeit an eine Rotorkopf-Anordnung, die unterhalb des Werkstücks angeordnet ist, größer gewählt sein als wie für eine Rotorkopf-Anordnung, die oberhalb des Werkstücks angeordnet ist. Hierdurch ist es möglich, dass von der Unterseite des Werkstücks auch hartnäckiger Zunder, der sich dort z.B. in Folge eines Kontakts zu Führungsrollen gebildet hat, zuverlässig entfernt wird. Entsprechend werden für ein Werkstück zunderfreie, saubere Oberflächen mit vergleichsweise geringem Wasserverbrauch erreicht, wodurch in erheblichem Maße Energie zur Erzeugung des Hochdruckwassers eingespart wird.
Durch die verminderte spezifische Wassermenge, die für die Entzunderung des Werkstücks zum Einsatz kommt, kann die erforderliche Aufheizenergie für einen Ofen und/oder für eine Induktionsheizung, oder die erforderliche Umformenergie für ein anschließendes Walzen des Werkstücks beträchtlich gesenkt werden. Bedingt durch die Temperatureinsparung können somit dünnere Enddicken für ein Werkstück bzw. ein Warmwalzgut erzeugt werden, so dass der Produktmix vergrößert werden kann. Hinzu kommt, dass bei einer geringeren Ofentemperatur auch die Lebensdauer von Ofenrollen erheblich zunimmt.
Nachstehend sind Ausführungsformen der Erfindung anhand einer schematisch vereinfachten Zeichnung im Detail beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 eine prinzipiell vereinfachte Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Vorrichtung,
Fig. 2 eine prinzipiell vereinfachte Draufsicht auf eine erfindungsgemäße Vorrichtung nach einer weiteren Ausführungsform,
Fig. 3a,
Fig. 3b,
Fig. 3c jeweils einen prinzipiellen Zusammenhang zwischen einer Spritzrichtung von Strahldüsen einer Vorrichtung von Fig. 1 bzw. Fig. 2, und einer Bewegungsrichtung, in der ein Werkstück an dieser Vorrichtung vorbeibewegt wird,
Fig. 4 eine vereinfachte Frontalansicht eines Rotormodul-Paars, das Teil einer Vorrichtung gemäß Fig. 2 sein kann,
Fig. 5 eine mögliche Anordnung von Strahldüsen von einem Rotorkopf, zur Verwendung bei einer Vorrichtung gemäß Fig. 1 oder Fig. 2,
Fig. 6 ein Ablaufdiagramm zur Ausführung der vorliegenden Erfindung, und
Fig. 7a,
Fig. 7b jeweils Spritzbilder, die sich mit einer auf ein Werkstück ausgespritzten Flüssigkeit auf der Oberfläche des Werkstücks ausbilden,

Nachfolgend werden unter Bezugnahme auf die Figuren 1 bis 6 verschiedene Ausführungsformen der Erfindung detailliert beschrieben. In den Figuren sind gleiche technische Merkmale jeweils mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet. Des Weiteren wird darauf hingewiesen, dass die Darstellungen in der Zeichnung prinzipiell vereinfacht und insbesondere ohne Maßstab gezeigt sind. In einigen Figuren sind kartesische Koordinatensysteme eingetragen, zwecks einer räumlichen Orientierung für eine erfindungsgemäße Vorrichtung in Bezug auf ein zu entzunderndes und bewegtes Werkstück.
Eine erfindungsgemäße Vorrichtung 10 dient zum Entzundern eines Werkstücks 12, das relativ zur Vorrichtung 10 in einer Bewegungsrichtung X bewegt wird. Bei dem Werkstück kann es sich um Warmwalzgut handeln, das an der Vorrichtung 10 vorbeibewegt wird.
Eine erfindungsgemäße Vorrichtung 10 weist eine Strahldüsen-Anordnung mit einer Mehrzahl von Strahldüsen auf, aus denen eine Flüssigkeit, insbesondere Wasser, auf eine Oberfläche eines Werkstücks unter hohem Druck ausgespritzt wird. Die Strahldüsen-Anordnung ist aus einem um eine Rotationsachse R drehbaren Rotorkopf 14 (Fig. 1) gebildet. Eine Drehung des Rotorkopfes 14 um seine Rotationsachse R erfolgt durch Antriebsmittel, die in Fig. 1 symbolisch durch ein "M" bezeichnet sind und z.B. aus einem Elektromotor gebildet sein können. An einer Stirnseite des Rotorkopfes 14, die dem Werkstück 12 zugewandt ist, sind Strahldüsen 16 angebracht. Aus den Strahldüsen 16 wird eine Flüssigkeit 18 (in Fig. 1 vereinfacht gestrichelt symbolisiert) unter Hochdruck auf eine Oberfläche 20 des Werkstücks 12 gespritzt, um das Werkstück 12 geeignet zu entzundern.
Die Strahldüsen 16 sind bei der Ausführungsform von Fig. 1 fest an dem Rotorkopf 14 angebracht. Hierbei sind die Längsachsen L der Strahldüsen 16 parallel zur Rotationsachse R des Rotorkopfes 14 ausgerichtet. Entsprechend verläuft auch die Spritzrichtung S, in der die Flüssigkeit aus den Strahldüsen 16 gespritzt wird, parallel zur Rotationsachse R des Rotorkopfes. Die Rotationsachse R ist bezüglich einer Orthogonalen auf die Oberfläche 20 des Werkstücks schräg in einem Winkel γ geneigt angeordnet. Hieraus resultiert für die Strahldüsen 16 ein Anstellwinkel α, mit dem die aus den Strahldüsen 16 gespritzte Flüssigkeit 18 auf der Oberfläche 20 des Werkstücks 12 auftrifft. Wegen der Parallelität der Längsachsen L zur Rotationsachse R ist bei dem gezeigten Beispiel der Anstellwinkel a gleich dem Neigungswinkel γ der Rotationsachse R, wobei der Anstellwinkel a während einer Drehung des Rotorkopfes 14 um seine Rotationsachse R konstant gleich bleibt. Diese Ausführungsform unterstützt die Funktion der Erfindung auf besonders vorteilhafte Weise, jedoch sind auch andere Bauformen von Rotorkopf-Strahldüsenanordnungen einsetzbar.
Der Rotorkopf 14 ist höhenverstellbar ausgebildet, z.B. durch Anbringung an einer höhenverstellbaren Halterung, die in der Fig. 1 vereinfacht durch den Doppelpfeil "H" symbolisiert ist. Die Halterung H kann einen Stellantrieb (in der Zeichnung nicht gezeigt) aufweisen. Somit lässt sich ein Abstand A, den ein Schnittpunkt der Rotationsachse R mit der Stirnfläche des Rotorkopfes 14 zu der Oberfläche 20 des Werkstücks 12 aufweist, bei Bedarf durch eine Ansteuerung des Stellantriebs verstellen. Im Sinne der vorliegenden Erfindung ist dieser Abstand A als Spritzabstand zu verstehen. Bei einer Verringerung dieses Abstands A nimmt der resultierende Aufpralldruck der Flüssigkeit 18 auf der Oberfläche 20 des Werkstücks 12 zu.
Die Vorrichtung 10 umfasst eine Steuereinrichtung 22, und eine Hochdruckpumpeneinheit 24, die mit der Steuereinrichtung 22 signaltechnisch verbunden ist. Der Rotorkopf 14 ist über eine Verbindungsleitung an die Hochdruckpumpeneinheit 24 angeschlossen, derart, dass die Strahldüsen 16 in Fluidverbindung mit der Hochdruckpumpeneinheit 24 stehen und somit von der Hochdruckpumpeneinheit 24 mit einer Flüssigkeit unter Hochdruck gespeist werden. Bei der Flüssigkeit 18, die dann unter Hochdruck aus den Strahldüsen 16 auf das Werkstück 12 gespritzt wird, handelt es sich vorzugsweise um Wasser, ohne dass hierin eine Einschränkung nur auf das Medium Wasser zu sehen ist.
Mindestens eine Pumpe der Hochdruckpumpeneinheit 24 ist mit einem Frequenzregler 25 ausgestattet. Hierdurch ist es möglich, die Hochdruckpumpeneinheit 24 mittels der Steuereinrichtung 22 möglichst stufenlos anzusteuern, um einen Druck, mit dem die Flüssigkeit 18 den Strahldüsen 16 zugeführt wird, auch in kleinen Schritten verändern zu können. Weitere Details für eine solche Ansteuerung der Hochdruckpumpeneinheit 24 werden nachfolgend noch im Detail dargelegt.
Die Vorrichtung 10 umfasst eine Oberflächeninspektionseinrichtung 26, die - bezogen auf die Bewegungsrichtung X des Werkstücks 12 - stromabwärts von dem Rotorkopf 14 und ortsnah hierzu angeordnet ist. Die Oberflächeninspektionseinrichtung 26 kann auf einem optischem Messprinzip basieren, bei dem für eine Oberfläche 20 des Werkstücks 12 eine 3D-Messung erfolgt und hieraus ein Höhenprofil für die Oberfläche 20 des Werkstücks 12 abgeleitet wird. Alternativ wird mittels der Oberflächeninspektionseinrichtung 26 eine Spektralanalyse an der Oberfläche 20 des Werkstücks 12 durchgeführt. Die Oberflächeninspektionseinrichtung 26 ist signaltechnisch mit der Steuereinrichtung 22 verbunden. Somit kann mittels der Oberflächeninspektionseinrichtung 26 und einer entsprechenden Auswertung in der Steuereinrichtung 22 Zunder bzw. Restzunder auf der Oberfläche 20 des Werkstücks 12 detektiert werden. Somit entspricht die Oberflächeninspektionseinrichtung 26 einer Zunderdetektionseinrichtung. Zu diesem Zweck ist die Oberflächeninspektionseinrichtung 26 derart ausgebildet, dass sowohl eine Oberseite als auch eine Unterseite des Werkstücks 12 überwacht werden.
Die Antriebsmittel M des Rotorkopfs 14 sind mit der Steuereinrichtung 22 signaltechnisch verbunden. Hierdurch ist es möglich, die Drehzahl des Rotorkopfs 14 um seine Rotationsachse 14 einzustellen. In gleicher Weise sind (nicht gezeigte) Mittel, mit denen die Vorschubgeschwindigkeit v des Werkstücks 12 eingestellt bzw. verändert werden kann, und die höhenverstellbare Halterung H jeweils mit der Steuereinrichtung 22 signaltechnisch verbunden, wie nachstehend noch im Detail erläutert.
Fig. 2 zeigt eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung 10, nämlich in einer vereinfachten Draufsicht. Bei dieser Ausführungsform sind eine Anordnung 14.1 von Rotorköpfen und eine Strahldüsen-Anordnung 14.2, in Bezug auf die Bewegungsrichtung X des Werkstücks 12, hintereinander angeordnet. Die Strahldüsen-Anordnung 14.2 kann in Form einer Anordnung von Rotorköpfen ausgebildet, wobei diese Anordnungen 14.1, 14.2 von Rotorköpfen nachfolgend kurz als "Rotorkopf-Anordnungen" bezeichnet werden. Die Rotorköpfe der beiden Rotorkopf-Anordnungen 14.1 und 14.2 sind jeweils an die Hochdruckpumpeneinheit 24 angeschlossen, wie unter Bezugnahme auf die Fig. 1 erläutert. Bei der Ausführungsform von Fig. 2 ist die Oberflächeninspektionseinrichtung 26 stromabwärts von der Rotorkopf-Anordnung 14.2 positioniert. Zur Klarstellung darf darauf hingewiesen werden, dass in der Darstellung von Fig. 2 eine Breite des Werkstücks 12 in der Richtung y verläuft, wobei die Rotationsachsen R für die Rotorkopf-Anordnungen 14.1 und 14.2 jeweils senkrecht zur Zeichnungsebene verlaufen. Für die stromabwärts positionierte Strahldüsen-Anordnung 14.2 sind auch andere Ausführungsformen, z.B. als Spritzbalken, einsetzbar.
Die signaltechnischen Verbindungen zwischen einerseits der Steuereinrichtung 22, und andererseits einzelnen Komponenten der Vorrichtung 10, sind in Fig. 1 und Fig. 2 jeweils symbolisch durch punktierte Linien angedeutet. Hierzu im einzelnen: Die signaltechnische Verbindung zwischen der Steuereinrichtung 22 und der Hochdruckpumpeneinheit 24 ist mit dem Bezugszeichen 23.1 bezeichnet. Die signaltechnische Verbindung zwischen der Steuereinrichtung 22 und der Oberflächeninspektionseinrichtung 26 ist mit dem Bezugszeichen 23.2 bezeichnet. Die signaltechnische Verbindung zwischen der Steuereinrichtung 22 und Antriebsmitteln M des Rotorkopfs 14 ist mit dem Bezugszeichen 23.3 bezeichnet. Die signaltechnische Verbindung zwischen der Steuereinrichtung 22 und der Höhenverstellung H ist durch das Bezugszeichen 23.4 bezeichnet. Die signaltechnische Verbindung zwischen der Steuereinrichtung 22 und einer (nicht gezeigten) Einrichtung, mittels der die Vorschubgeschwindigkeit v des Werkstücks 12 eingestellt bzw. verändert werden kann, ist durch das Bezugszeichen 23.5 bezeichnet. Bei diesen Verbindungen 23.1 - 23.5 kann es sich entweder um physische Leitungen handeln, oder um eine geeignete Funkstrecke oder dergleichen.
Die Fig. 3 verdeutlicht einen Zusammenhang zwischen der Spritzrichtung S, mit der die Flüssigkeit 18 aus den Strahldüsen 16 gespritzt wird, und der Bewegungsrichtung X, mit der das Werkstück 12 an der Vorrichtung10 bzw. deren Rotorkopf 14 vorbeibewegt wird. Im Einzelnen verdeutlicht die Fig. 3 eine Projektion der Spritzrichtung S in eine Ebene parallel zur Oberfläche 20 des Werkstücks 12. In dem Beispiel gemäß Fig. 3a, Fig. 3b und Fig. 3c ist die Spritzrichtung S, mit der die Flüssigkeit 18 aus einem Düsenmund 17 einer Strahldüse 16 ausgebracht wird, entgegengesetzt zur Bewegungsrichtung X, d. h. in einem Spritzwinkel β von etwa 170° - 190° zur Bewegungsrichtung X ausgerichtet. Dies führt dazu, dass die Spritzrichtung S der Flüssigkeit 18, wenn diese permanent unter Hochdruck auf das Werkstück 12 gespritzt wird, keinen Anteil oder nur einen geringfügigen Anteil aufweist, der in Richtung eines seitlichen Randes des Werkstücks 12 weist. Diese Wirkweise unterstützt besonders zweckmäßig die Wirkung der Erfindung.
Eine besonders gute Wirkung der Erfindung ergibt sich daraus, dass die vorstehend erläuterte Ausrichtung der Spritzrichtung S, ausweislich der Darstellungen gemäß Fig. 3a, Fig. 3b und Fig. 3c, während einer Drehung des Rotorkopfes 14 um seine Rotationsachse R unverändert bzw. konstant bleibt. Gleiches gilt auch für den Anstellwinkel a.
Nachstehend ist unter Bezugnahme auf die Fig. 4 eine mögliche Anordnung von Rotorköpfen 14 gezeigt und erläutert, die bei der Ausführungsform von Fig. 2 zum Einsatz kommen kann.
Fig. 4 zeigt eine Frontalansicht von Rotormodulen, wobei ein Rotormodul 30.1 oberhalb und ein Rotormodul 30.2 unterhalb des Werkstücks 12 vorgesehen ist und hierdurch ein Rotormodul-Paar 32 gebildet wird. Im Einzelnen bestehen die Rotormodule 30.1 und 30.2 jeweils aus einer Mehrzahl von Rotorköpfen 14, die nebeneinander und quer (d.h. in der Fig. 4 in Richtung der y-Achse) zur Bewegungsrichtung X des Werkstücks angeordnet sind. Für einen gleichmäßigen spezifischen Energieeintrag muss der Abstand der einzelnen Rotoren derart festgelegt werden, dass sich die Spritzspuren der äußeren Strahldüsen im Spritzbild überlappen; der Strahl zweier solcher Düsen jedoch nicht zeitgleich auf dieselbe Stelle des Werkstücks auftrifft. Abweichend von der Darstellung in der Fig. 4 können auch weniger oder mehr als drei Rotorköpfe 14 zu einem Rotormodul 30.1, 30.2 zusammengefasst sein.
Bezüglich der Ausführungsform gemäß Fig. 4 wird darauf hingewiesen, dass die einzelnen Rotorköpfe 14 an eine gemeinsame Druckwasserleitung D angeschlossen sind, die mit der Hochdruckpumpeneinheit 24 verbunden ist. Hierdurch ist eine Versorgung der an den Rotorköpfen 14 angebrachten Strahldüsen 16 mit Hochdruck-Wasser gewährleistet.
Fig. 5 symbolisiert eine Anbringung von mehreren Strahldüsen 16 an einer unteren Stirnseite eines Rotorkopfes 14. Bei dem Beispiel von Fig. 5 sind drei Strahldüsen 16.1, 16.2 und 16.3 vorgesehen, die jeweils einen unterschiedlichen Abstand s zur Rotationsachse R des Rotorkopfes 14 aufweisen. Bei der Darstellung von Fig. 5 verläuft die Rotationsachse R senkrecht zur Zeichnungsebene.
Die unterschiedlichen Abstände der jeweiligen Strahldüsen 16.1, 16.2 und 16.3 sind in Fig. 5 jeweils mit S₁, S₂, und S₃ bezeichnet, mit der Maßgabe: S₁ > S₂ > S₃. Bei einer solchen Anordnung von Strahldüsen mit jeweils unterschiedlichem radialen Abstand zur Rotationsachse R ist vorgesehen, dass aus einer Strahldüse, die einen größeren radialen Abstand zur Rotationsachse R aufweist, ein größerer Volumenstrom an Flüssigkeit ausgespritzt wird als im Vergleich zu einer Strahldüse, die einen kleineren Abstand zur Rotationsachse aufweist. In Bezug auf die drei Düsen 16.1, 16.2 und 16.3 gemäß Fig. 5 gilt dann für den aus diesen Düsen ausgebrachten Volumenstrom die Beziehung: V̇₁ > V̇₂ > V̇₃. Hierbei wird der Volumenstrom V̇₁ aus der Strahldüse 16.1, der Volumenstrom V̇₂ aus der Strahldüse 16.2, und der Volumenstrom V̇₃ aus der Strahldüse 16.3 ausgetragen bzw. gespritzt. Hierdurch wird für die aus den Strahldüsen 16.1, 16.2 und 16.3 ausgebrachte Flüssigkeit ein gleichmäßiger Energieeintrag auf der Oberfläche 20 des Werkstücks 12 quer zu seiner Bewegungsrichtung X erzielt.
Die soeben in Bezug zur Darstellung von Fig. 5 erläuterten Zusammenhänge verstehen sich auch für eine Anzahl von Strahldüsen von größer oder kleiner drei, nämlich jedenfalls für mehrere Strahldüsen, die jeweils einen unterschiedlichen Abstand zur Rotationsachse R des Rotorkopfes 14 aufweisen. Des Weiteren wird darauf hingewiesen, dass das Beispiel von Fig. 5 auch für alle Rotorköpfe 14 gilt, die in den Fig. 1-4 gezeigt und erläutert sind.
Bei allen der vorstehend genannten Ausführungsformen wird das Werkstück 12 an der Vorrichtung 10 vorbeibewegt, nämlich mit einer Vorschubgeschwindigkeit, die in den entsprechenden Figuren jeweils mit "v" symbolisiert ist.
Durch das Aufspritzen von Wasser unter Hochdruck werden die Oberflächen 20 des Werkstücks 12 mit einem spezifischen Energieeintrag E (bzw. "Spray Energy") beaufschlagt, der sich wie folgt bestimmt: $E = I \cdot \frac{{\dot{V}}_{spez}}{V}$
Hierin bedeuten:

E:: Spezifischer Energieeintrag [kJ/m²]
I:: Aufpralldruck [N/mm²]
V̇_spez:: Spezifischer Volumenstrom pro m Breite des Werkstücks [l/s•m]
v:: Vorschubgeschwindigkeit des Werkstücks [m/s]

Hierbei ist der Aufpralldruck [engl.: Impact], mit dem die Flüssigkeit 18 auf die Oberfläche 20 des Werkstücks 12 auftrifft, abhängig sowohl von dem Druck und dem Volumen, mit dem die Flüssigkeit aus den Strahldüsen 16 ausgespritzt wird, als auch von dem Abstand der Strahldüsen 16 von der Oberfläche 20 des Werkstücks.
Ohne Berücksichtigung der Vorschubgeschwindigkeit v erfolgt lediglich eine stationäre Betrachtung des Aufpralldrucks I, der für eine Regelung des Entzunderungsergebnisses unzureichend ist.
Des Weiteren bestimmt sich der spezifische Volumenstrom V̇_spez zu: ${\dot{V}}_{spez} = \frac{\dot{V}}{b}$
Hierin bedeuten:

V̇_spez:: Spezifischer Volumenstrom pro m Breite des Werkstücks [l/s•m]
V:: Volumenstrom der ausgespritzen Flüssigkeit [l/s]
b:: Spritzbreite quer zur Bewegungsrichtung X [m]

Die Erfindung funktioniert nun wie folgt:
Für ein gewünschtes Entzundern der Oberflächen 20 des Werkstücks 12 wird dieses relativ zur erfindungsgemäßen Vorrichtung 10 in der Bewegungsrichtung X bewegt. Hierbei wird aus den Strahldüsen 16 die Flüssigkeit 18 unter Hochdruck auf die Oberflächen 20 des Werkstücks 12 gespritzt, nämlich sowohl an dessen Oberseite als auch an dessen Unterseite.
Fig. 6 zeigt ein Ablaufdiagramm, zur Veranschaulichung einer Betriebsweise der erfindungsgemäßen Vorrichtung 10 bzw. einer Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens.
Während sich das Werkstück 12 an der Vorrichtung 10 in der Bewegungsrichtung X vorbeibewegt und dabei entzundert wird, wird die Entzunderungsqualität fortwährend mittels der Oberflächeninspektionseinrichtung 26 überwacht. Hierdurch kann ortsnah und/oder unmittelbar angrenzend an eine Strahldüsen-Anordnung festgestellt werden, ob die gewünschte Oberflächenqualität für das Werkstück 12 einen vorbestimmten Sollwert erreicht. Sollte dies nicht der Fall sein, so stehen verschiedene Stellglieder zur Anpassung zur Verfügung, um die gewünschte Oberflächenqualität mit möglichst geringem spezifischen Energieeintrag zu erreichen, bzw. bei erreichter Qualität den spezifischen Energieeintrag sukzessive zu reduzieren, um eine akzeptable Qualität zum niedrigst möglichen Energieeintrag zu erzielen.
Entsprechend kann durch eine geeignete Ansteuerung der Hochdruckpumpeneinheit 24 bzw. des/der dafür vorgesehenen Frequenzregler/s 25 mittels der Steuereinrichtung 22 der Druck, mit dem die Flüssigkeit 18 den Strahldüsen 16 zugeführt wird, erhöht werden, wobei ggf. auch eine weitere Pumpe der Hochdruckpumpeneinheit 24 zugeschaltet wird.
Ergänzend oder alternativ zu der bereits genannten Anpassung des Drucks ist es auch möglich, eine zusätzliche Strahldüsen-Anordnung zuzuschalten oder abzuschalten. Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 2 handelt es sich hierbei um die Strahldüsen-Anordnung 14.2, beispielsweise in Form eines Rotorkopf-Paars 28 oder eines Rotormodul-Paars 32, welches stromabwärts von der Strahldüsen-Anordnung 14.1 vorgesehen ist. Dies bedeutet, dass bei Einhaltung der gewünschten Oberflächenqualität für das Werkstück 12 - gemäß einem Normalbetrieb der vorliegenden Erfindung - lediglich eine einzige Strahldüsen-Anordnung zum Einsatz kommt. Lediglich für den Fall, dass die Oberflächenqualität für das Werkstück 12 den vorbestimmten Sollwert unterschreiten sollte, wird dann - gemäß einem Sonderbetrieb der vorliegenden Erfindung - eine zweite Strahldüsen-Anordnung (vgl. 14.2 in Fig. 2) zugeschaltet, wobei dann aus den Strahldüsen 16 dieser zugeschalteten zweiten Strahldüsen-Anordnung ebenfalls Flüssigkeit 18 unter Hochdruck auf die Oberflächen 20 des Werkstücks gespritzt wird. Sobald nicht mehr erforderlich, wird die Zuschaltung der zweiten Strahldüsen-Anordnung 14.2 wieder rückgängig gemacht. Die Tatsache, dass in einem Normalbetrieb der Erfindung lediglich eine einzige Strahldüsen-Anordnung zum Einsatz kommt, leistet einen Beitrag zur Einsparung von Energie und Hochdruck-Wasser.
Gemäß dem Ablaufdiagramm von Fig. 6 kann auch eine Anpassung der Betriebsparameter der Vorrichtung 10 vorgenommen werden: Durch eine geeignete Ansteuerung der Hochdruckpumpeneinheit 24 mittels der Steuereinrichtung 22 kann der Druck, mit dem die Flüssigkeit 18 den Strahldüsen 16 zugeführt wird, solange gesenkt werden, bis erkennbarer Restzunder das Unterschreiten eines minimalen spezifischen Energieeintrags anzeigt und dann dieser Druck wieder leicht erhöht werden muss. Hierbei wird der Druck für die den Strahldüsen 16 zugeführten Flüssigkeit 18 auf einen hinreichend großen Wert eingestellt, mit dem die Oberflächenqualität den vorbestimmten Sollwert erreicht. Anders ausgedrückt, wird der Druck, mit dem die Flüssigkeit 18 den Strahldüsen 16 zugeführt wird, solange vermindert, solange die Oberflächen- bzw. Entzunderungsqualität des Werkstücks 12 einen vorbestimmten Sollwert einhält.
Ergänzend und/oder alternativ kann die Veränderung des Aufpralldrucks bzw. des Entzunderungsdrucks durch eine Höhenverstellung der Rotorkopf-Anordnung erfolgen. Diese Höhenverstellung ist in der Fig. 1 durch den Pfeil "H" symbolisiert, und wird erreicht, indem der Stellantrieb der höhenverstellbaren Halterung H, an der die Strahldüsen-Anordnung angebracht ist, von der Steuereinrichtung 22 geeignet angesteuert wird.
Das Ablaufdiagramm gemäß Fig. 6 veranschaulicht einen Regelkreis, um damit den gewünschten spezifischen Energieeintrag E, mit dem das Werkstück 12 entzundert wird, festzulegen bzw. einzustellen. Hierbei werden die vorstehend genannten Möglichkeiten solange durchgeführt bzw. angewendet, bis die Oberflächenqualität für das Werkstück einen vorbestimmten Sollwert (in Fig. 6 als "Sollergebnis" bezeichnet) erreicht.
Es sind (nicht gezeigte) Mittel vorgesehen, durch die die Steuereinrichtung 22 eine Information bezüglich der aktuellen Vorschubgeschwindigkeit v des Werkstücks 12 in seiner Bewegungsrichtung X erhält. Gleiches gilt für den Fall, dass die Vorschubgeschwindigkeit v angepasst bzw. verändert worden ist, was durch die genannten Mittel dann ebenfalls an die Steuereinrichtung 22 signalisiert wird. Auf Grundlage dessen kann mittels der Steuereinrichtung 22 eine gewünschte Drehzahl für einen Rotorkopf 14 eingestellt werden, nämlich in Anpassung an die Vorschubgeschwindigkeit des Werkstücks 12. Eine solche Anpassung ist auch im laufenden Produktionsbetrieb möglich, falls es zu Schwankungen bei der Vorschubgeschwindigkeit v für das Werkstück 12 kommt oder diese Vorschubgeschwindigkeit als notwendiges Stellglied zur Anpassung der Entzunderungsqualität verändert wird. Die Steuereinrichtung 22 kann programmtechnisch derart eingerichtet sein, dass eine solche Anpassung der Drehzahl eines Rotorkopfes 14 auch geregelt erfolgt.
Mittels der soeben genannten Anpassung der Drehzahl des Rotorkopfs 14 an die Vorschubgeschwindigkeit v des Werkstücks 12 in seiner Bewegungsrichtung X wird ein optimaler Energieeintrag für die auf die Oberfläche 20 des Werkstücks 12 gespritzte Flüssigkeit 18 erzielt, nämlich längs der Bewegungsrichtung X. Eine solch optimale Anpassung der Drehzahl des Rotorkopfes 14 an die Vorschubgeschwindigkeit v des Werkstücks 12 ist in dem Spritzbild gemäß Fig. 7a dargestellt, die einen Ausschnitt von einer Oberfläche 20 des Werkstücks 12 in einer Draufsicht zeigt. Demgegenüber veranschaulicht die Darstellung von Fig. 7b eine nicht optimale Anpassung der Drehzahl des Rotorkopfes 14 an die Vorschubgeschwindigkeit v des Werkstücks 12. Mittels der Erfindung ist es möglich, ein Spritzbild gemäß der Darstellung von Fig. 7b zu vermeiden.
Wie vorstehend bereits im Zusammenhang mit Fig. 5 erläutert, wird dadurch, dass aus den Strahldüsen 16, die bezogen auf die Rotationsachse R einen größeren radialen Abstand aufweisen, ein größerer Volumenstrom V an Flüssigkeit 18 auf das Werkstück 12 ausgespritzt wird, eine Optimierung des Energieeintrags quer zur Bewegungsrichtung X des Werkstücks 12, d.h. in y-Richtung, erzielt. Eine solche Einstellung von unterschiedlich großen Volumenströmen V für Strahldüsen 16, die jeweils einen unterschiedlich großen Abstand zur Rotationsachse R aufweisen, wird bei der Herstellung der erfindungsgemäßen Vorrichtung 10 durch eine geeignete Auswahl von verschiedenen Düsentypen sichergestellt.
Ergänzend und/oder alternativ kann auch die Vorschubgeschwindigkeit v, mit dem das Werkstück in seiner Bewegungsrichtung X bewegt wird, gesteuert, vorzugsweise geregelt eingestellt werden, z.B. in Abhängigkeit der ermittelten Oberflächen - bzw. Entzunderungsqualität des Werkstücks 12 und/oder nach Maßgabe der Steuereinrichtung 22.

Bezugszeichenliste

10: Vorrichtung
12: Werkstück
14: Rotorkopf
14.1: Rotorkopfanordnung
14.2: Rotorkopfanordnung
16: Strahldüsen
16.1: Strahldüsen
16.2: Strahldüsen
16.3: Strahldüsen
18: Flüssigkeit
20: Oberfläche
22: Steuereinrichtung
24: Hochdruckpumpeneinheit
26: Oberflächeninspektionseinrichtung
29: Rotorkopf-Paar
32: Zunderdetektionseinrichtung

α: Anstellwinkel
β: Spritzwinkel
M: Antriebsmittel
R: Rotationsachse
S: Spritzrichtung
S₁: Abstand
S₂: Abstand
S₃: Abstand
V₁: Volumenstrom
V₂: Volumenstrom
V₃: Volumenstrom
v: Vorschubgeschwindigkeit
X: Bewegungsrichtung

Claims

Vorrichtung (10) zum Entzundern eines relativ zur Vorrichtung (10) in einer Bewegungsrichtung (X) bewegten Werkstücks (12), vorzugsweise eines Warmwalzguts, umfassend
zumindest einen um eine Rotationsachse (R) drehbaren Rotorkopf (14), an dem mehrere Strahldüsen (16; 16.1, 16.2, 16.3) angebracht sind, wobei aus den Strahldüsen (16; 16.1, 16.2, 16.3) eine Flüssigkeit (18), insbesondere Wasser, auf das Werkstück (12) in einem Anstellwinkel (a) schräg bezüglich einer Orthogonalen auf eine Oberfläche (20) des Werkstücks (12) ausbringbar ist, eine Steuereinrichtung (22)
dadurch gekennzeichnet,
dass die Steuereinrichtung (22) mit Antriebsmitteln (M) des Rotorkopfs (14) signaltechnisch verbunden und programmtechnisch derart eingerichtet ist, dass die Drehzahl, mit welcher der Rotorkopf (14) um seine Rotationsachse (R) gedreht wird, an eine Vorschubgeschwindigkeit, mit der das Werkstück (12) in seiner Bewegungsrichtung bewegt wird, anpassbar ist, vorzugsweise, dass die Steuereinrichtung (22) einen Regelkreis umfasst und damit die Anpassung der Drehzahl des Rotorkopfes (14) an die Vorschubgeschwindigkeit des Werkstücks (12) geregelt erfolgt.
Vorrichtung (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Mehrzahl der Strahldüsen (16; 16.1, 16.2, 16.3) an dem Rotorkopf (14) in einem unterschiedlich großen radialen Abstand (s₁; s₂; s₃) zu dessen Rotationsachse (R) angebracht sind, wobei aus einer Strahldüse (16; 16.1, 16.2, 16.3), die einen größeren radialen Abstand zur Rotationsachse (R) aufweist, ein größerer Volumenstrom (V̇₁; V̇₂; V̇₃) an Flüssigkeit (18) ausbringbar ist als im Vergleich zu einer Strahldüse, die einen kleineren radialen Abstand zur Rotationsachse (R) aufweist.
Vorrichtung (10) zum Entzundern eines relativ zur Vorrichtung (10) in einer Bewegungsrichtung (X) bewegten Werkstücks (12), vorzugsweise eines Warmwalzguts, umfassend
zumindest einen um eine Rotationsachse (R) drehbaren Rotorkopf (14), an dem mehrere Strahldüsen (16; 16.1, 16.2, 16.3) angebracht sind, wobei aus den Strahldüsen (16; 16.1, 16.2, 16.3) eine Flüssigkeit (18), insbesondere Wasser, auf das Werkstück (12) in einem Anstellwinkel (a) schräg bezüglich einer Orthogonalen auf eine Oberfläche (20) des Werkstücks (12) ausbringbar ist, eine Steuereinrichtung (22)
dadurch gekennzeichnet,
dass die Mehrzahl der Strahldüsen (16; 16.1, 16.2, 16.3) an dem Rotorkopf (14) in einem unterschiedlich großen radialen Abstand (s₁; s₂; s₃) zu dessen Rotationsachse (R) angebracht sind, wobei aus einer Strahldüse (16; 16.1, 16.2, 16.3), die einen größeren radialen Abstand zur Rotationsachse (R) aufweist, ein größerer Volumenstrom (V̇₁; V̇₂; V̇₃) an Flüssigkeit (18) ausbringbar ist als im Vergleich zu einer Strahldüse, die einen kleineren radialen Abstand zur Rotationsachse (R) aufweist.
Vorrichtung (10) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (22) mit Antriebsmitteln (M) des Rotorkopfs (14) signaltechnisch verbunden und programmtechnisch derart eingerichtet ist, dass die Drehzahl, mit welcher der Rotorkopf (14) um seine Rotationsachse (R) gedreht wird, an eine Vorschubgeschwindigkeit, mit der das Werkstück (12) in seiner Bewegungsrichtung bewegt wird, anpassbar ist, vorzugsweise, dass die Steuereinrichtung (22) einen Regelkreis umfasst und damit die Anpassung der Drehzahl des Rotorkopfes (14) an die Vorschubgeschwindigkeit des Werkstücks (12) geregelt erfolgt.
Vorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Vorschubgeschwindigkeit (v) des Werkstücks (12) mittels der Steuereinrichtung (22) gesteuert, vorzugsweise geregelt, einstellbar ist.
Verfahren zum Entzundern eines Werkstücks (12), vorzugsweise eines Warmwalzguts, das relativ zu einer Vorrichtung (10) mit zumindest einem um eine Rotationsachse (R) drehbaren Rotorkopf (14), an dem mehrere Strahldüsen (16; 16.1, 16.2, 16.3) angebracht sind, in einer Bewegungsrichtung (X) bewegt wird, wobei eine Flüssigkeit (18), insbesondere Wasser, aus den Strahldüsen (16; 16.1, 16.2, 16.3), während der Rotorkopf (14) um seine Rotationsachse (R) gedreht wird, auf das Werkstück (12) in einem Anstellwinkel (a) schräg zur Oberfläche (20) des Werkstücks (12) ausgebracht wird,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Drehzahl, mit welcher der zumindest eine Rotorkopf (14) um seine Rotationsachse (R) gedreht wird, mittels einer Steuereinrichtung (22) an eine Vorschubgeschwindigkeit angepasst wird, mit der das Werkstück (12) in seiner Bewegungsrichtung (X) bewegt wird, vorzugsweise, dass die Anpassung der Drehzahl des Rotorkopfes (14) an die Vorschubgeschwindigkeit des Werkstücks (12) geregelt erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass aus einer Mehrzahl von Strahldüsen (16; 16.1, 16.2, 16.3), die an dem Rotorkopf (14) jeweils in einem unterschiedlich großen radialen Abstand (s₁; s₂; s₃) zu dessen Rotationsachse (R) angebracht sind, verschieden große Volumenströme (V̇₁; V̇₂; V̇₃) an Flüssigkeit (18) ausgespritzt werden, wobei aus einer Strahldüse (16; 16.1; 16.2; 16.3), die einen größeren radialen Abstand zur Rotationsachse (R) aufweist, ein größerer Volumenstrom (V̇₁; V̇₂; V̇₃) an Flüssigkeit (18) gespritzt wird als im Vergleich zu einer Strahldüse, die einen kleineren radialen Abstand zur Rotationsachse (R) aufweist.
Verfahren zum Entzundern eines Werkstücks (12), vorzugsweise eines Warmwalzguts, das relativ zu einer Vorrichtung (10) mit zumindest einem um eine Rotationsachse (R) drehbaren Rotorkopf (14), an dem mehrere Strahldüsen (16) angebracht sind, in einer Bewegungsrichtung (X) bewegt wird, wobei eine Flüssigkeit (18), insbesondere Wasser, aus den Strahldüsen (16), während der Rotorkopf (14) um seine Rotationsachse (R) gedreht wird, auf das Werkstück (12) in einem Anstellwinkel (a) schräg zur Oberfläche (20) des Werkstücks (12) ausgebracht wird,
dadurch gekennzeichnet,
dass aus einer Mehrzahl von Strahldüsen (16.1, 16.2, 16.3), die an dem Rotorkopf (14) jeweils in einem unterschiedlich großen radialen Abstand (s₁; s₂; s₃) zu dessen Rotationsachse (R) angebracht sind, verschieden große Volumenströme an Flüssigkeit (18) ausgespritzt werden, wobei aus einer Strahldüse (16.1; 16.2; 16.3), die einen größeren radialen Abstand zur Rotationsachse (R) aufweist, ein größerer Volumenstrom (V̇₁; V̇₂; V̇₃) an Flüssigkeit (18) gespritzt wird als im Vergleich zu einer Strahldüse, die einen kleineren radialen Abstand zur Rotationsachse (R) aufweist.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehzahl, mit welcher der zumindest eine Rotorkopf (14) um seine Rotationsachse (R) gedreht wird, mittels einer Steuereinrichtung (22) an eine Vorschubgeschwindigkeit angepasst wird, mit der das Werkstück (12) in seiner Bewegungsrichtung (X) bewegt wird, vorzugsweise, dass die Anpassung der Drehzahl des Rotorkopfes (14) an die Vorschubgeschwindigkeit des Werkstücks (12) geregelt erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass bei Drehung des Rotorkopfes (14) um seine Rotationsachse (R) die Spritzrichtung (S) der aus den Strahldüsen (16; 16.1, 16.2, 16.3) ausgebrachten Flüssigkeit (18), bezogen auf eine Projektion in eine Ebene parallel zur Oberfläche (20) des Werkstücks (12), permanent entgegengesetzt, d.h. in einem Spritzwinkel (β) zwischen 170° und 190°, und insbesondere in einem Spritzwinkel (β) von genau 180°, zur Bewegungsrichtung (X) des Werkstücks (12) ausgerichtet bleibt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass eine, Rotorkopf- Anordnung (14.1) und eine Strahldüsen-Anordnung (14.2) vorgesehen sind, die in Bezug auf die Bewegungsrichtung (X) des Werkstücks (12) hintereinander und insbesondere angrenzend zueinander angeordnet sind, wobei in einem Normalbetrieb Flüssigkeit (18) nur aus den Strahldüsen (16) der Rotorkopf- Anordnung (14.1) auf das Werkstück (12) ausgebracht wird, wobei in einem Sonderbetrieb die Strahldüsen (16) der Strahldüsen-Anordnung (14.2) zugeschaltet werden, so dass Flüssigkeit (18) auch aus den Strahldüsen (16) der Strahldüsen-Anordnung (14.2) auf das Werkstück (12) ausgebracht wird und entsprechend zum Entzundern des Werkstücks (12) dann sowohl die Rotorkopf- Anordnung (14.1) als auch die Strahldüsen-Anordnung (14.2) zum Einsatz kommen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass eine in Bezug auf die Bewegungsrichtung (X) des Werkstücks (12) stromabwärts von dem Rotorkopf (14) angeordnete Oberflächeninspektionseinrichtung (26) vorgesehen ist, die mit der Steuereinrichtung (22) signaltechnisch verbunden ist, wobei mit der Oberflächeninspektionseinrichtung (26) verbleibender Zunder auf der Oberfläche (20) des Werkstücks (12) detektiert wird, wobei die Steuereinrichtung (22) programmtechnisch derart eingerichtet ist, dass auf Grundlage der Signale der Oberflächeninspektionseinrichtung (26) die Entzunderungsqualität des Werkstücks (12) mit einer vorbestimmten Sollvorgabe verglichen wird und in Abhängigkeit hiervon eine Hochdruckpumpeneinheit (24), die in Fluidverbindung den Strahldüsen (16; 16.1, 16.2, 16.3) des Rotorkopfes (14) steht, gesteuert, vorzugsweise geregelt wird.
Verfahren nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Strahldüsen (16) der zuschaltbaren Strahldüsen-Anordnung (14.2) in Abhängigkeit von den Signalen einer Zunderdetektionseinrichtung (32) in Betrieb gesetzt werden, nämlich in dem Sonderbetrieb.
Verfahren nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass mittels einer Ansteuerung der Hochdruckpumpeneinheit (24) ein Druck, mit dem die Flüssigkeit (18) aus den Strahldüsen (16; 16.1, 16.2, 16.3) ausgespritzt wird, in Abhängigkeit der Signale der Oberflächeninspektionseinrichtung (26) einstellbar ist bzw. eingestellt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass ein Abstand (A) des Rotorkopfs zur Oberfläche (20) des Werkstücks (12) verstellt wird, nämlich in Abhängigkeit der Signale der Oberflächeninspektionseinrichtung (26).
Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass eine Vorschubgeschwindigkeit (v) des Werkstücks (12) in seiner Bewegungsrichtung (X) vermindert wird, falls die Entzunderungsqualität des Werkstücks (12) die vorbestimmte Sollvorgabe unterschreitet, oder dass eine Vorschubgeschwindigkeit (v) des Werkstücks in seiner Bewegungsrichtung (X) solange erhöht wird, solange die Entzunderungsqualität des Werkstücks (12) die vorbestimmte Sollvorgabe einhält.
Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 16, gekennzeichnet durch ein Rotorkopf-Paar (29) oder ein Rotormodul-Paar (31), bei dem zumindest ein Rotorkopf (14) jeweils oberhalb und unterhalb des bewegten Werkstücks (12) angeordnet ist, wobei der Druck, mit dem eine Flüssigkeit (18) auf das Werkstück (12) durch die Strahldüsen (16; 16.1, 16.2, 16.3) des unterhalb des Werkstücks (12) angeordneten Rotorkopfs ausgebracht wird, größer ist als bei den Strahldüsen (16; 16.1, 16.2, 16.3) des oberhalb des Werkstücks (12) angeordneten Rotorkopfs.