EP3515615B1

EP3515615B1 - Walzenbearbeitung im laufenden prozess

Info

Publication number: EP3515615B1
Application number: EP17772022.4A
Authority: EP
Inventors: Wolfgang Denker
Original assignee: SMS Group GmbH
Current assignee: SMS Group GmbH
Priority date: 2016-09-19
Filing date: 2017-09-19
Publication date: 2020-01-22
Anticipated expiration: 2037-09-19
Also published as: EP3515615A1; WO2018050920A1

Description

Technisches Gebiet

Die Erfindung betrifft ein Walzgerüst zum Walzen eines Walzprodukts, vorzugsweise eines Metallbandes, das zumindest eine Walze und eine Bearbeitungsvorrichtung zum Bearbeiten der Oberfläche der Walze aufweist. Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Bearbeitung der Oberfläche einer Walze in einem Walzgerüst.

Hintergrund der Erfindung

Bei der Herstellung flachgewalzter Metallprodukte werden Brammen oder Bänder durch ein oder mehrere Walzgerüste gefahren. Ein Walzgerüst weist zumindest zwei parallel ausgerichtete Arbeitswalzen auf, die einen Walzspalt ausbilden, durch den das Band zur Dickenreduktion tritt. Zumeist weist das Walzgerüst neben den Arbeitswalzen Stütz- und/oder Zwischenwalzen auf, die aus verschiedenen Gründen, etwa zur Stabilisierung der Arbeitswalzen, zur Kraftübertragung usw., mit den Arbeitswalzen zusammenwirken.
Partikel im Walzgerüst, Fremdstoffe, Verschleißrückstände und dergleichen können sich auf den Walzen ablagern, wodurch sie zu Oberflächenfehlern auf dem Walzprodukt führen können. Es ist bekannt, die Stütz-, Zwischen- und/oder Arbeitswalzen aus diesem Grund mittels Bürsten oder eines Fluids zu reinigen. So beschreibt die WO 2008/129141 A1 ein Verfahren und eine Einrichtung zum Reinigen einer Walze.
Durch den Kontakt der Bandkanten mit der Oberfläche der Arbeitswalzen können diese in axialer Richtung ungleichmäßig verschleißen. Es findet ein lokaler Verschleiß der Arbeitswalzen, d.h. eine verstärkte Materialabnahme an den betreffenden Stellen, statt. Die Arbeitswalzen befinden sich nicht nur in Kontakt mit dem Walzgut sondern üblicherweise auch mit je einer Stützwalze. Im Kontaktbereich zwischen Stütz- und Arbeitswalze führt eine verschlissene Arbeitswalzenoberfläche dazu, dass sich im Bereich der Bandkanten sogenannte "Aufbackungen", d.h. nach außen gerichtete Wölbungen, an der Stützwalze ausbilden können. Wird eine verschlissene Arbeitswalze gewechselt, was regelmäßig geschieht, so verbleibt die zugehörige Stützwalze wesentlich länger im Walzgerüst. Folglich wirken die Aufbackungen auf der Stützwalzenoberfläche zurück auf die nunmehr neue Arbeitswalze, wodurch die Oberflächen der neuen Arbeitswalze und somit des Walzgutes beeinträchtig werden können. Die gleiche Problematik zeigt sich bei allen Walzenpaarungen und Rollen innerhalb des Walzgerüsts.
Der Verschleiß der Arbeitswalzen und Stützwalzen führt dazu, dass sie ihre ursprüngliche Form und Oberflächenfeinstruktur verlieren, was sich nachteilig auf das Walzergebnis auswirkt. Aus diesem Grund müssen die Arbeitswalzen, ggf. auch die Stütz- und/oder Zwischenwalzen, regelmäßig ausgetauscht oder aufbereitet werden. Üblicherweise werden die Walzen zu diesem Zweck aus dem Walzgerüst herausgenommen und außerhalb des Gerüsts überarbeitet.
Das Reinigen und/oder anderweitige Überholen der Walze(n) außerhalb des Walzgerüsts führt zu erheblichen Unterbrechungen der Produktion. Aus diesem Grund schlägt die JP 59-179207 A vor, eine Bearbeitung der Arbeitswalzen durchzuführen, während sich diese im Walzgerüst befinden.
Allerdings ist eine hochpräzise Bearbeitung an im Walzgerüst eingebauten Arbeits- und/oder Stützwalzen nicht trivial. Dies gilt insbesondere bei der Anwendung einer Laserbearbeitung. Die Laserbearbeitungsvorrichtung ist zunächst an die zu bearbeitende Walzenoberfläche anzustellen und wird anschließend entlang des Walzenkörpers verfahren. Dabei muss der Laser zu jedem Zeitpunkt der Bearbeitung einen präzisen Abstand von der Walzenoberfläche aufweisen. Die Einbindung einer Laserbearbeitungsvorrichtung in ein Walzgerüst, das zudem eine Bearbeitung während des laufenden Betriebs erlaubt, ist aus diesem Grund in der Praxis schwierig.
Die JP H07 223004 A und JP H06 170564 A beschreiben Verfahren und Vorrichtungen zur Bearbeitung einer Walzenoberfläche mittels eines Lasers während des Walzens. Die WO 97/39844 A1 beschreibt ein Verfahren und ein System zur Wartung einer Walzenoberfläche.

Darstellung der Erfindung

Eine Aufgabe der Erfindung besteht darin, zumindest einen der oben dargelegten Nachteile zu überwinden, etwa das Verschleißverhalten einer Walze in einem Walzgerüst zu verbessern, den Wartungsaufwand zu verringern und/oder die Qualität eines Walzprodukts zu verbessern.
Gelöst wird die Aufgabe mit einem Walzgerüst mit den Merkmalen des Anspruchs 1, sowie einem Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 9. Vorteilhafte Weiterbildungen folgen aus den Unteransprüchen, der folgenden Darstellung der Erfindung sowie der Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele.
Das Walzgerüst gemäß der Erfindung dient zum Walzen eines Walzprodukts vorzugsweise in der metallverarbeitenden Industrie. Das Walzprodukt kann ein bandförmiges Metallprodukt sein, das hier unter die Bezeichnung Metallband fällt. Das Walzgerüst kann zum warm- oder kaltwalzen ausgelegt sein. Das Walzgerüst weist zumindest eine Walze auf, in der Regel jedoch zumindest zwei Arbeitswalzen, die einen Walzspalt ausbilden. Vorzugsweise weist das Walzgerüst ferner mindestens eine weitere Walze auf, die mit einer Arbeitswalze in Kontakt steht. Das Walzgerüst weist ferner eine Bearbeitungsvorrichtung zum Bearbeiten der Oberfläche einer oder mehrerer der Walzen auf. Unter den Begriff des "Bearbeitens" fällt in diesem Zusammenhang insbesondere das Reinigen, Texturieren und/oder Konturieren der betreffenden Walze. In anderen Worten: Neben der Entfernung von Verunreinigungen kann die Bearbeitungsvorrichtung so eingerichtet sein, dass sie Material der Walze entfernt, etwa um deren Oberfläche zu vergleichmäßigen, deren Kontur zu begradigen und/oder eine Textur aufzufrischen oder einzubringen.
Zu diesem Zweck weist die Bearbeitungsvorrichtung zumindest eine Laserbearbeitungseinheit auf, die eingerichtet ist, um die Oberfläche der Walze(n) mittels eines Laserstrahls zu bearbeiten. Ferner weist die Bearbeitungsvorrichtung eine Anstellvorrichtung auf, die eingerichtet ist, um die Position und/oder Lage der Laserbearbeitungseinheit relativ zur Oberfläche der Walze(n) einzustellen. Die Verstellbarkeit der Laserbearbeitungseinheit, oder allgemeiner der weiter unten definierten Bearbeitungseinheiten, kann auf verschiedene Art und Weise realisiert werden. So kann eine translatorische Bewegung beispielsweise mittels einer Schiene, auf der ein Läufer verschiebbar angebracht ist, einer Spindel usw. verwirklicht werden. Die Betätigung kann elektromotorisch, hydraulisch oder auf andere Weise erfolgen, insoweit eine präzise Einstellbarkeit sichergestellt ist.
Die Bearbeitungsvorrichtung weist ferner zumindest eine Positionierungshilfe auf, die wie die Laserbearbeitungseinheit unter die allgemeinere Bezeichnung Bearbeitungseinheit fällt, wobei die Positionierungshilfe durch die Anstellvorrichtung gemeinsam mit der Laserbearbeitungseinheit verstellbar ist. Vorzugsweise sind eine oder mehrere der Bearbeitungseinheiten zu diesem Zweck an der Anstellvorrichtung oder einem Teil der Anstellvorrichtung befestigt. Die Positionierungshilfe ist eine Einrichtung, die der präzisen Einstellung der Position und/oder Lage der Laserbearbeitungseinheit relativ zur Walzenoberfläche dient oder diese unterstützt. So kann die Positionierungshilfe beispielsweise einen Abstandssensor oder eine Justiereinheit aufweisen, beide sind weiter unten im Detail beschrieben.
Durch die Laserbearbeitungseinheit ist ein rückstandsloses oder zumindest rückstandsarmes Bearbeiten der Walzenoberfläche möglich, indem Verunreinigungen und/oder Walzenmaterial mittels des Laserstrahls verdampft werden. Mithilfe der Positionierungshilfe, die von der Anstellvorrichtung gemeinsam mit der Laserbearbeitungseinheit verstellbar ist, kann die Laserbearbeitung im Walzgerüst hochpräzise durchgeführt werden. Hierbei muss die Bearbeitung nicht unbedingt in einer Walzpause durchgeführt werden, sondern sie kann sogar während des regulären Walzbetriebs erfolgen. Hierdurch kann ein Teil der Zeit, die üblicherweise zum Warten und/oder Austausch der Walze nötig war, eingespart werden. Ferner können Verschleißspuren, insbesondere Aufbackungen an Stützwalzen, zuverlässig und rasch entfernt werden, wodurch eine hohe Walzqualität bei hoher Produktivität sichergestellt werden kann. Hinzukommt, dass die im Walzgerüst integrierte Laserbearbeitung dazu führt, dass eine etwaige Walzenwerkstatt mit den üblichen Schleifmaschinen und dergleichen kleiner ausgeführt werden kann.
Vorzugsweise weist die Positionierungshilfe einen Abstandssensor auf, der eingerichtet ist, um ein Maß für einen Abstand zwischen der Laserbearbeitungseinheit und der Oberfläche der Walze zu ermitteln. Die Ermittlung, vorzugsweise Detektion, des Abstands der Laserbearbeitungseinheit, insbesondere eines Laserkopfs der Laserbearbeitungseinheit, von der Walzenoberfläche verbessert die Präzision der Anstellung, die bei der Laserbearbeitung im Walzgerüst besonders wichtig ist. Indem die Laserbearbeitungseinheit, die Anstellvorrichtung und der Abstandssensor mit einer Steuervorrichtung, etwa einem Computer oder einer Regelungselektronik, kommunizieren und davon angesteuert werden, ist eine hochpräzise Bearbeitung realisierbar.
Erfindungsgemäß weist die Positionierungshilfe eine Justiereinheit auf, die eingerichtet ist, um eine Feinpositionierung der Laserbearbeitungseinheit relativ zur Walzenoberfläche vorzunehmen und/oder einen definierten, vorzugsweise konstanten, Abstand der Laserbearbeitungseinheit relativ zur Walzenoberfläche während der Laserbearbeitung der Walze sicherzustellen bzw. beizubehalten. Zu diesem Zweck kann die Justiereinheit eine Feinpositionierung auf der Grundlage einer elektronischen Steuerung durchführen, die Justiereinheit kann sich jedoch auch ein physikalisches Prinzip zu Nutze machen, womit ein definierter Abstand zwischen der Laserbearbeitungseinheit, insbesondere dem Laserkopf, und der Walzenoberfläche einstellbar ist.
Die Justiereinheit weist gemäß der Erfindung eine Düse, fluidtechnisch verbunden mit einer Gasquelle, auf, die eingerichtet sind, um einen Gasstrom, vorzugsweise Luftstrom, in Richtung der zu bearbeitenden Walze auszugeben. Auf diese Weise bedient sich diese bevorzugte Realisierung einer Justiereinheit der Düse des Bernoulli-Prinzips. Indem die Walzenoberfläche partiell vom Gas, ausgegeben von der Düse, umströmt wird, saugt sich die Düse aufgrund des Bernoulli-Prinzips in unmittelbarer Nähe der Walzenoberfläche in einem definierten Abstand fest. Hierdurch wird die Atmosphäre für die Laserbearbeitung sichergestellt. Ferner wird sichergestellt, dass der vorab eingestellte Abstand der Laserbearbeitungseinheit zur Walzenoberfläche während ihres Betriebs konstant gehalten wird und die Düse sich selbsttätig justiert. Vorzugsweise weist die Düse ein Rohr auf, das den Gasstrom ausgibt und in dem die Laserbearbeitungseinheit vollständig oder teilweise angeordnet ist. Hierbei umgibt das Rohr die Laserbearbeitungseinheit oder den Laserstrahl, ausgegeben von der Laserbearbeitungseinheit, vorzugsweise auf konzentrische Weise.
Die Nutzung des Bernoulli-Prinzip hat darüber hinaus weitere Vorteile. Das entgegen der Rotation der Walze ausströmende Gas trocknet die Walzenoberfläche lokal ab, so dass der zu bearbeitende Bereich der Walze trocken ist. Die Gasströmung trägt durch die Laserbearbeitung abgetragene Partikel aus, die im Weiteren von einer etwaigen Dunstabsaugung aus dem Bereich des Walzgerüstes ausgetragen werden können. Der Abstand der Laserbearbeitungseinheit zur Walzenoberfläche kann durch Ändern des Volumenstroms und/oder Drucks eingestellt werden. Durch den beidseitigen Gasstrom, d.h. in Rotationsrichtung und entgegen der Rotationsrichtung der Walze, kann die Bearbeitungsvorrichtung ohne Einschränkung auch für Reversiergerüste eingesetzt werden.
Vorzugsweise ist die von der Bearbeitungsvorrichtung zu bearbeitende Walze eine Stützwalze, da die Stützwalzen in der Regel besonders lange Wechselzeiten verursachen und durch die lokalen Aufbackungen für die hier beschriebene Laserbearbeitung im Walzgerüst besonders geeignet sind.
Vorzugsweise ist die Bearbeitungsvorrichtung eingerichtet, um die Oberfläche der Walze während des Walzens des Walzprodukts zu bearbeiten, wodurch die oben dargelegte Zeitersparnis in besonderem Maße erzielbar ist.
Vorzugsweise weist die Laserbearbeitungseinheit einen Piko- oder Femtosekundenlaser auf, um eine hochpräzise und rückstandsarme Bearbeitung zu unterstützen.
Das erfindungsgemäße Verfahren dient der Bearbeitung der Oberfläche einer Walze in einem Walzgerüst, wobei das Verfahren mit einem Walzgerüst gemäß der obigen Beschreibung durchgeführt wird. Das Verfahren weist auf: Einstellen der Position und/oder Lage der Laserbearbeitungseinheit und der Positionierungshilfe relativ zur Walzenoberfläche mittels der Anstellvorrichtung; und Betätigen, d.h. Einschalten, der Laserbearbeitungseinheit, so dass die Walzenoberfläche mittels eines von der Laserbearbeitungseinheit ausgegebenen Laserstrahls bearbeitet wird.
Die Laserbearbeitungseinheit, die in der Justiereinheit geführt wird, wird vor der Bearbeitung mittels der Anstellvorrichtung und/oder Positionierungshilfe in der Nähe der Walzenoberfläche positioniert. Anschließend wird veranlasst, dass die Düse einen Gasstrom in Richtung zur Walze ausgibt, wodurch die Düse und damit die Laserbearbeitungseinheit auf einen konstanten Abstand zur Walzenoberfläche angesaugt werden. Auf diese Weise werden die Feinpositionierung und gleichzeitig die Atmosphäre für die Laserbearbeitung sichergestellt.
Die technischen Wirkungen, bevorzugten Ausführungsbeispiele und Beiträge zum Stand der Technik, die in Bezug auf die Vorrichtung beschrieben wurden, gelten auf analoge Weise für das Verfahren.
Sofern die Laserbearbeitung außerhalb des regulären Walzens stattfindet, sollte die Walze in Rotation versetzt werden, um Schäden an der Walze zu vermeiden. Vorzugsweise wird nach der Feinpositionierung die Laserbearbeitungseinheit mittels der Anstellvorrichtung entlang des Walzenballens, d.h. parallel zur axialen Richtung der Walze, verschoben, um die Bearbeitung der gewünschten Bereiche der Walzenoberfläche durchzuführen. Gleichzeitig sorgt die Justiereinheit, beispielsweise unter Ausnutzung des Bernoulli-Prinzips, dafür, dass der Abstand zur Walzenoberfläche bei der Bearbeitung konstant gehalten wird oder den für die Bearbeitung gewünschten Wert aufweist. Bei der Beendigung der Walzenbearbeitung wird der Gasstrom vorzugsweise erst dann abgeschaltet, wenn die Laserbearbeitungseinheit aus der Nähe der Walzenoberfläche zurückgezogen wurde, um Schäden an der Oberfläche der Walze oder dem Austritt der Düse zu vermeiden.
Das Walzgerüst mit der in dem oben beschriebenen Sinne integrierten Bearbeitungsvorrichtung und das Verfahren sind besonders geeignet in der metallverarbeitenden Industrie einsetzbar. Doch die Erfindung kann auch in anderen Bereichen umgesetzt werden, soweit eine verschleißbedingte Aufarbeitung von Walzen oder walzenähnlichen Elementen angestrebt wird.
Weitere Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung sind aus der folgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele ersichtlich. Die dort beschriebenen Merkmale können alleinstehend oder in Kombination mit einem oder mehreren der oben dargelegten Merkmale realisiert werden, insofern sich die Merkmale nicht widersprechen. Die folgende Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele erfolgt mit Bezug auf die begleitenden Zeichnungen.

Kurze Beschreibung der Figuren

Figur 1 zeigt eine Walzenanordnung mit zwei Arbeitswalzen und zwei Stützwalzen, anhand der die Übertragung von verschleißbedingten Walzmarkierungen erläutert wird.
Figur 2 zeigt schematisch eine Bearbeitungsvorrichtung, angestellt an eine Stützwalze, zur Bearbeitung der Oberfläche der Stützwalze.
Figur 3 und der Figurenausschnitt 3a zeigen schematisch eine Bearbeitungsvorrichtung mit einer Laserbearbeitungseinheit, einer Positionierungshilfe und einem Abstandssensor, angestellt an eine Stützwalze, zur Bearbeitung der Oberfläche der Stützwalze.
Figur 4 zeigt schematisch ein Ausführungsbeispiel einer Justiereinheit, die das Bernoulli-Prinzip zur Feinpositionierung einer Laserbearbeitungseinheit relativ zu einer Walzenoberfläche zeigt.

Detaillierte Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele

Im Folgenden werden bevorzugte Ausführungsbeispiele anhand der Figuren beschrieben. Dabei sind gleiche, ähnliche oder gleichwirkende Elemente mit denselben Bezugszeichen versehen, und auf eine wiederholende Beschreibung dieser Elemente wird teilweise verzichtet, um Redundanzen zu vermeiden.
Die Figur 1 zeigt eine Anordnung von Walzen, wie sie in einem üblichen Walzgerüst vorkommt. Das Walzgerüst, das die Walzen drehbar lagert, sowie Antriebe und dergleichen sind der Übersichtlichkeit halber nicht eingezeichnet.
Die Anordnung umfasst zwei Arbeitswalzen 1 und 2, die einen Walzspalt ausbilden, sowie zwei Stützwalzen 3 und 4. Ein zu walzendes Produkt 5, etwa ein Metallband, tritt durch den Walzspalt, wodurch eine Dickenreduktion und/oder eine Texturierung des Walzprodukts 5 stattfinden. Die Stützwalzen 3, 4 stehen jeweils mit einer Arbeitswalze 1, 2 in Kontakt, um diese zu stabilisieren, insbesondere ein Durchbiegen der Arbeitswalzen 1, 2 aufgrund der auf das Walzprodukt aufzubringenden Kraft zu unterbinden.
Die in den Figuren 1 bis 3 gezeigten Walzen zeigen einen konturierten Walzenballenverlauf, um so die Notwendigkeit einer Feinpositionierung zu visualisieren. Die Ausführungsbeispiele sind gleichermaßen auch für ballige zylindrische oder andere Walzenballen einsetzbar.
Im Bereich der beiden Bandkanten 5a und 5b werden die Arbeitswalzen 1, 2 stärker beansprucht als im mittleren Bereich, in axialer Richtung gesehen, des Walzprodukts 5. Dies führt dazu, dass die Arbeitswalzen 1, 2 in axialer Richtung tendenziell ungleichmäßig verschleißen. Der Materialabtrag im Bereich der Bandkanten 5a und 5b ist größer als im mittleren Bereich. Die Verschleißspuren im Bereich der Bandkanten 5a, 5b werden als Walzenmarkierungen bezeichnet. Diese führen nicht nur zu einer unmittelbaren Beeinträchtigung der Walzqualität am Walzprodukt 5, sondern es findet auch eine Übertragung der Walzenmarkierungen auf die Stützwalzen 3, 4 statt, die sich dort als sogenannte "Aufbackungen", d.h. nach außen gerichtete Wölbung, zeigen. Bedingt durch axiales Verschieben der Walzen 1, 2, 3, 4 und eine Varianz der Bandbreite erstreckt sich der Verschleißbereich über einen deutlichen Teilbereich des Walzenballens.
Die Übertragung der Walzenmarkierungen auf die Stützwalzen 3, 4 führt nun dazu, dass die Aufbackungen nach einem Austausch der Arbeitswalzen 1, 2 auf die Oberflächen der neuen Arbeitswalzen 1, 2 zurückwirken. Die Aufbackungen können die Oberflächen der Arbeitswalzen 1, 2 beschädigen. Dies kann dazu führen, dass die Arbeitswalzen 1, 2 häufiger ausgetauscht oder aufbereitet werden müssen.
Werden die Stützwalzen 3, 4 regelmäßig gereinigt oder mit einer neuen Textur oder Kontur versehen, so können Wechsel der Arbeitswalzen und besonders auch der Stützwalzen (mit ihren besonders langen Wechselzeiten von oft mehr als einer Stunde) eingespart werden. Zu diesem Zweck wird eine Bearbeitungsvorrichtung verwendet, deren Struktur und Funktionen im Folgenden im Detail dargelegt werden.
Die Figur 2 zeigt schematisch eine Bearbeitungsvorrichtung 10, beispielhaft angestellt an eine Stützwalze 3, zur Bearbeitung der Oberfläche der Stützwalze 3. Unter den Begriff der "Bearbeitung" fällt in diesem Zusammenhang insbesondere die Reinigung und/oder Konturierung und/oder Texturierung der Walzenoberfläche. Die Bearbeitungsvorrichtung 10 ist so konzipiert, dass sie dauerhaft, insbesondere während des regulären Walzprozesses, im Bereich des Walzgerüsts oder direkt am Walzgerüst installiert ist.
Die Bearbeitungsvorrichtung 10 weist zu diesem Zweck ein Gestell 11 auf, welches das Walzgerüst oder ein Teil desselben sein kann. Ferner weist die Bearbeitungsvorrichtung 10 eine Anstellvorrichtung 20 auf, die dazu dient, eine oder mehrere der weiter unten beschriebenen Komponenten zur Bearbeitung, Vermessung und/oder Justierung zu verfahren. Solche von der Anstellvorrichtung 20 positionierbaren Komponenten, die zur Präzisen Bearbeitung der zugeordneten Walze dienen oder beitragen, werden als Bearbeitungseinheiten bezeichnet.
Auch wenn hier beispielhaft eine Stützwalze 3 zur Bearbeitung herangezogen wird, kann die Bearbeitungsvorrichtung 10 mit ihrer Anstellvorrichtung 20 und den weiteren Komponenten auch einer anderen Walze, etwa einer Arbeitswalze 1, 2 oder einer nicht dargestellten Zwischenwalze, zugeordnet sein. Ferner kann die Bearbeitungsvorrichtung 10 auch zur Bearbeitung mehrerer, insbesondere benachbarter Walzen ausgelegt sein.
Die Bearbeitungsvorrichtung 10 weist eine oder mehrere Laserbearbeitungseinheiten 30 auf, die zumindest einen Laser zur mechanischen Bearbeitung der Walzenoberfläche hat. Der Laser, der über eine hohe Präzision verfügt, ist vorzugsweise ein Piko- oder Femtosekundenlaser. Er dient zum rückstandslosen oder rückstandsarmen Verdampfen von Verunreinigungen auf der betreffenden Walze und/oder zum Bearbeiten des Walzenmaterials.
Aus der Figur 3 und dem Figurenausschnitt 3a gehen hervor, dass die Bearbeitungsvorrichtung 10 weitere Bearbeitungseinheiten aufweisen kann, wie etwa eine Positionierungshilfe 31 zum präzisen Einstellen der Laserbearbeitungseinheit 30 zur Oberfläche der zu bearbeitenden Walze 3 und/oder einen Sensor 40 zum Messen des Abstands der Laserbearbeitungseinheit 30 zur Oberfläche der zu bearbeitenden Walze und/oder eine Justiereinheit 50 (vgl. Figur 4), die weiter unten beschrieben ist.
Die Laserbearbeitungseinheiten(en) 30 und ggf. weiteren Bearbeitungseinheiten sind so mit der Anstellvorrichtung 20 verbunden oder an dieser befestigt, dass ihre Positionen und/oder Lagen relativ zur zugeordneten Walze durch die Anstellvorrichtung 20 veränderbar sind. Beispielsweise kann die Laserbearbeitungseinheit 30 parallel und senkrecht zur axialen Richtung der Stützwalze 3 verfahrbar sein, wie in den Figuren 2 und 3 durch Pfeile gezeigt. Jedoch können weitere Freiheitsgrade realisiert werden, etwa ein Verschwenken der Laserbearbeitungseinheit 30 um eine Achse der Anstellvorrichtung 20. Die Verstellbarkeit der Bearbeitungseinheiten kann auf verschiedene Art und Weise realisiert werden. So kann eine translatorische Bewegung beispielsweise mittels einer Schiene, auf der ein Läufer verschiebbar angebracht ist, einer Spindel usw. verwirklicht werden. Die Betätigung kann elektromotorisch, hydraulisch oder auf andere Weise erfolgen, insoweit eine präzise Einstellung möglich ist.
Für bestimmte Reinigungs- und/oder Konturierungsaufgaben ist es wichtig, dass während der Bearbeitung ein konstanter Abstand zwischen dem Laserkopf der Laserbearbeitungseinheit 30 und der Walzenoberfläche beibehalten wird. Zu diesem Zweck weist die Bearbeitungsvorrichtung 10 gemäß der Figur 3 den oben erwähnten Abstandssensor 40 auf, der eine Bearbeitungseinheit ist. Der Abstandssensor 40 ist unmittelbar an der Laserbearbeitungseinheit 30 angeordnet, über die Anstellvorrichtung 20 und/oder die Positionierungshilfe 31 gemeinsam mit der Laserbearbeitungseinheit 30 justierbar und misst oder ermittelt ein Maß für den Abstand zwischen dem Laserkopf der Laserbearbeitungseinheit 30 und der Walzenoberfläche der Stützwalze 3. Indem die Laserbearbeitungseinheit 30, die Anstellvorrichtung 20 und der Abstandssensor 40 mit einer nicht dargestellte Steuervorrichtung, etwa einem Computer oder einer Regelungselektronik, kommunizieren und davon angesteuert werden, ist eine hochpräzise Bearbeitung der Oberfläche der Stützwalze 3, 4 realisierbar.
Alternativ oder zusätzlich zum Abstandssensor 40 kann die Bearbeitungsvorrichtung 10 eine Justiereinheit 50 aufweisen. Eine beispielhafte Realisierung derselben ist in der Figur 4 dargestellt. Der Abstandssensor 40 und die Justiereinheit 50 unterstützen die Positionierung und/oder Lageänderung, insbesondere Feinpositionierung (weiter unten dargelegt), der Laserbearbeitungseinheit 30 relativ zur Walzenoberfläche und sind insofern Beispiele einer Positionierungshilfe. Ihnen ist neben der Unterstützung der Positionierung der Laserbearbeitungseinheit 30 technisch gemeinsam, dass deren Positionen und/oder Lagen relativ zur Walzenoberfläche von der Anstellvorrichtung 20 zusammen mit der Laserbearbeitungseinheit 30 verstellbar sind.
Unter einer Justiereinheit 50 wird hierbei eine Vorrichtung verstanden, die eine Feinpositionierung der Düse 51 zulässt und/oder einen konstanten Abstand während der Bearbeitung der Walze sicherstellt. Zu diesem Zweck kann die Justiereinheit 50 eine Feinjustierung auf der Grundlage einer elektronischen Steuerung durchführen, die Justiereinheit 50 kann sich jedoch auch ein physikalisches Prinzip zu Nutze machen, womit ein definierter, vorzugsweise konstanter, Abstand zwischen dem Laserkopf der Laserbearbeitungseinheit 30 und der Walzenoberfläche einstellbar ist.
So bedient sich die beispielhafte Realisierung der Justiereinheit 50 gemäß der Figur 4 des Bernoulli-Prinzips. Die Justiereinheit 50 weist zu diesem Zweck eine Düse 51 auf, die, versorgt von einer nicht dargestellten Gasquelle, ein Gas, vorzugsweise Luft, in Richtung der zu bearbeitenden Walze, hier Stützwalze 3, ausgibt. Der Gasstrom ist in der Figur 4 schematisch eingezeichnet. Indem die Walze auf diese Weise vom Gas umströmt wird, saugt sich die Düse 51 aufgrund des Bernoulli-Prinzips in unmittelbarer Nähe der Walzenoberfläche fest. Der Abstand der sich selbst festsaugenden Düse 51 stellt sich über den Volumenstrom und/oder Druck des Gases selbständig ein.
Die Laserbearbeitungseinheit 30, die in einer beweglichen Positionsbeziehung zur Düse 51 steht, kann auf diese Weise unabhängig zur Walzenoberfläche auf technische elegante Weise konstant gehalten werden, während der Laserkopf bei der Bearbeitung entlang der Walzenoberfläche verfahren wird. Vorzugsweise ist die Laserbearbeitungseinheit 30 vollständig oder teilweise in einem Rohr platziert, durch welches das Gas mit einem definierten Volumenstrom und Druck strömt und das insofern die Düse 51 realisiert.
Somit erfolgt eine berührungslose, präzise Feinpositionierung des Laserkopfs zur Walzenoberfläche. Die Nutzung des Bernoulli-Prinzip hat darüber hinaus weitere Vorteile. Das vorzugsweise entgegen der Rotation der Walze ausströmende Gas trocknet die Walzenoberfläche lokal ab, so dass der zu bearbeitende Bereich der Walze trocken ist. Die Gasströmung trägt durch die Laserbearbeitung abgetragene Partikel aus, die im Weiteren von einer etwaigen Dunstabsaugung aus dem Bereich des Walzgerüstes ausgetragen werden können. Der Abstand der Laserbearbeitungseinheit 30 zur Walzenoberfläche kann durch Ändern des Volumenstroms und/oder Drucks eingestellt werden. Durch einen beidseitigen Gasstrom, d.h. in Rotationsrichtung und entgegen der Rotationsrichtung der Walze, kann die Bearbeitungsvorrichtung 10 ohne Einschränkung auch für Reversiergerüste eingesetzt werden.
Die Bearbeitungseinheiten, insbesondere die Düse 51, sind vorzugsweise gleitend bzw. kontinuierlich durch die Anstellvorrichtung 20 und/oder Positionierungshilfe 31 verstellbar. Der Prozess der Walzenbearbeitung weist vorzugsweise einen Schritt auf, bei dem die Anstellvorrichtung 20 eine feste Position in Relation zur Walzenoberfläche anfährt. Durch die Gasströmung und das Bernoulli-Prinzip wird die Düse 51 angesaugt. Dadurch entsteht eine Relativbewegung zwischen der Laserbearbeitungseinheit 30 und der der Düse 51. Vorzugsweise ist eine oder sind mehrere Wegbegrenzungen (in den Figuren nicht dargestellt) vorgesehen, die etwa dem Vorpositionieren dienen und/oder bestimmte Verstellpositionen, insbesondere eine maximale Verstellposition, vorgeben.
Vorzugsweise ist die Anstellvorrichtung 20 selbst über einen nicht näher dargestellten Verschiebemechanismus verschiebbar, vorzugsweise entlang der Walzenoberfläche. Dies kann über die gesamte Ballenlänge der zugeordneten Walze erfolgen oder nur über einen Teilbereich.
Der Vollständigkeit halber sei darauf hingewiesen, dass die oben dargelegte Bearbeitungsvorrichtung 10 für obere und untere Walzen in einem Walzgerüst anwendbar ist. In erster Linie ist der Einsatz der Bearbeitungsvorrichtung 10 an Stützwalzen 3, 4 vorgesehen. Sie kann aber auch an Arbeitswalzen 1,2 oder nicht dargestellten Zwischenwalzen oder auch Stützrollen eingesetzt werden. Da die Bearbeitung aufgrund der Anwendung eines geeigneten Lasers rückstandsarm oder sogar rückstandslos durchgeführt werden kann, muss der Bearbeitungsvorgang nicht in einer Walzpause durchgeführt werden, sondern kann sogar während des regulären Walzbetriebs erfolgen.
Ein geeigneter Prozessablauf kann wie folgt aussehen: Zunächst werden die Bearbeitungseinheiten durch die Anstellvorrichtung 20 in der Nähe des Walzenballens der zu bearbeitenden Walze vorpositioniert. Anschließend wird der Gasstrom eingeschaltet, wodurch das Gas aus der Düse 51 zur Walze strömt und die Feinpositionierung zur Laserbearbeitungseinheit 30 stattfindet. Sofern die Bearbeitung außerhalb des regulären Walzens stattfindet, sollte die Walze in Rotation versetzt werden. Um Schäden an der Walze zu vermeiden, sollte die Laserbearbeitung nicht an der stehenden Walze durchgeführt werden. Wenn sichergestellt ist, dass die Walze rotiert, wird die Laserbearbeitung durchgeführt, indem die Laserbearbeitungseinheit 30 betätigt wird. Gleichzeitig oder zwischen diskontinuierlichen Bearbeitungsgängen wird die Laserbearbeitungseinheit 30 mittels der Anstellvorrichtung 20 entlang des Walzenballens verschoben, um die Bearbeitung, d.h. Reinigung, Texturierung, Konturierung usw., der gewünschten Bereiche der Walzenoberfläche durchzuführen. Bei der Beendigung der Walzenbearbeitung ist zu beachten, dass der Gasstrom erst abgeschaltet werden sollte, wenn die Laserbearbeitungseinheit 30 aus der Nähe der Walzenoberfläche zurückgezogen wurde, um Schäden an der Oberfläche der Walze oder dem Austritt der Düse 51 zu vermeiden.
Soweit anwendbar, können alle einzelnen Merkmale, die in den Ausführungsbeispielen dargestellt sind, miteinander kombiniert und/oder ausgetauscht werden, ohne den Bereich der Erfindung zu verlassen.

Bezugszeichenliste

1, 2: Arbeitswalze
3, 4: Stützwalze
5: Walzprodukt
5a, 5b: Bandkante
10: Bearbeitungsvorrichtung
11: Gestell
20: Anstellvorrichtung
30: Laserbearbeitungseinheit
31: Positionierungshilfe
40: Abstandssensor
50: Justiereinheit
51: Düse

Claims

Walzgerüst zum Walzen eines Walzprodukts (5), vorzugsweise eines Metallbandes, das zumindest eine Walze (1, 2, 3, 4) und eine Bearbeitungsvorrichtung (10) zum Bearbeiten der Oberfläche der Walze (1, 2, 3, 4) aufweist, wobei
die Bearbeitungsvorrichtung (10) zumindest eine Laserbearbeitungseinheit (30), die eingerichtet ist, um die Oberfläche der Walze (1, 2, 3, 4) mittels eines Laserstrahls zu bearbeiten, und eine Anstellvorrichtung (20), die eingerichtet ist, um die Position und/oder Lage der Laserbearbeitungseinheit (30) relativ zur Oberfläche der Walze (1, 2, 3, 4) einzustellen, aufweist, und
die Bearbeitungsvorrichtung (10) ferner zumindest eine Positionierungshilfe (31, 40, 50) aufweist, die von der Anstellvorrichtung (20) gemeinsam mit der Laserbearbeitungseinheit (30) verstellbar ist, wobei
die Positionierungshilfe eine Justiereinheit (50) aufweist, die eingerichtet ist, um eine Feinpositionierung der Laserbearbeitungseinheit (30) relativ zur Oberfläche der Walze (1, 2, 3, 4) vorzunehmen und/oder einen definierten, vorzugsweise konstanten, Abstand der Laserbearbeitungseinheit (30) relativ zur Oberfläche der Walze (1, 2, 3, 4) während der Bearbeitung der Walze (1, 2, 3, 4) sicherzustellen, und
die Justiereinheit (50) eine Düse (51), fluidtechnisch verbunden mit einer Gasquelle, aufweist, die eingerichtet sind, um einen Gasstrom, vorzugsweise Luftstrom, in Richtung zur Walze (1, 2, 3, 4) auszugeben.
Walzgerüst nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Positionierungshilfe (31) eine präzise Einstellung der Laserbearbeitungseinheit (30) zur Oberfläche der Walze (1, 2, 3, 4) vornimmt.
Walzgerüst nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Positionierungshilfe einen Abstandssensor (40) aufweist, der eingerichtet ist, um ein Maß für einen Abstand zwischen der Laserbearbeitungseinheit (30) und der Oberfläche der Walze (1, 2, 3, 4) zu ermitteln.
Walzgerüst nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Düse (51) ein Rohr aufweist, das den Gasstrom ausgibt und in dem die Laserbearbeitungseinheit (30) vollständig oder teilweise angeordnet ist, wobei das Rohr die Laserbearbeitungseinheit (30) oder den Laserstrahl, ausgegeben von der Laserbearbeitungseinheit (30), umgibt, vorzugsweise konzentrisch.
Walzgerüst nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die von der Bearbeitungsvorrichtung (10) zu bearbeitende Walze (1, 2, 3, 4) eine Stützwalze (3, 4) ist.
Walzgerüst nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Bearbeitungsvorrichtung (10) eingerichtet ist, um die Oberfläche der Walze (1, 2, 3, 4) während des Walzens des Walzprodukts (5) zu bearbeiten.
Walzgerüst nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Laserbearbeitungseinheit (30) einen Piko- oder Femtosekundenlaser aufweist.
Walzgerüst nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Bearbeitung ein Reinigen und/oder Texturieren und/oder Konturieren der Oberfläche der Walze (1, 2, 3, 4) umfasst.
Verfahren zur Bearbeitung der Oberfläche einer Walze (1, 2, 3, 4) in einem Walzgerüst nach einem der vorigen Ansprüche, wobei das Verfahren aufweist:
Einstellen der Position und/oder Lage der Laserbearbeitungseinheit (30) und der Positionierungshilfe (31, 40, 50) relativ zur Oberfläche der Walze (1, 2, 3, 4) mittels der Anstellvorrichtung (20); und

Betätigen der Laserbearbeitungseinheit (30), so dass die Oberfläche der Walze (1, 2, 3, 4) mittels eines von der Laserbearbeitungseinheit (30) ausgegebenen Laserstrahls bearbeitet wird, wobei

die Laserbearbeitungseinheit (30) vor der Bearbeitung mittels der Anstellvorrichtung (20) und/oder der Positionierungshilfe (31) in der Nähe der Oberfläche der Walze (1, 2, 3, 4) vorpositioniert wird, und anschließend die Düse einen Gasstrom ausgibt, wodurch eine Justierung der Laserbearbeitungseinheit (30) relativ zur Oberfläche der Walze (1, 2, 3, 4) stattfindet.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass dieses ferner das Walzen des Walzprodukts (5) umfasst und die Oberfläche der Walze (1, 2, 3, 4) während des Walzens des Walzprodukts (5) bearbeitet wird.
Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass dieses mit einem Walzgerüst gemäß einem der Ansprüche 4 bis 6 durchgeführt wird, wobei
die Laserbearbeitungseinheit (30) vor der Bearbeitung mittels der Anstellvorrichtung (20) in der Nähe der Oberfläche der Walze (1, 2, 3, 4) vorpositioniert wird, und anschließend
mittels der Positionierungshilfe (31) und der Anstellvorrichtung (20) eine Feinpositionierung der Laserbearbeitungseinheit (30) relativ zur Oberfläche der Walze (1, 2, 3, 4) vorgenommen wird und/oder ein definierter, vorzugsweise konstanter, Abstand der Laserbearbeitungseinheit (30) relativ zur Oberfläche der Walze (1, 2, 3, 4) während der Bearbeitung der Walze (1, 2, 3, 4) mittels der Justiereinheit (40, 50) sichergestellt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Anstellvorrichtung (20) die Laserbearbeitungseinheit (30) während der Bearbeitung der Walze (1, 2, 3, 4) parallel zur axialen Richtung der Walze (1, 2, 3, 4) verfährt und die Düse (51) einen Gasstrom während der gesamten Bearbeitung der Walze (1, 2, 3, 4) ausgibt, wodurch ein definierter, vorzugsweise konstanter, Abstand der Laserbearbeitungseinheit (30) relativ zur Oberfläche der Walze (1, 2, 3, 4) während der Bearbeitung der Walze (1, 2, 3, 4) sichergestellt wird.