KR100630525B1 - 평탄도의 변화를 결정하기 위한 중실 롤러 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 스트립 형태의 재료를 가공할 때, 특히 금속 스트립을 압연할 때, 평탄도의 변화를 결정하기 위한 측정 롤러(1)에 관한 것이다. 압전 센서(7)의 도움으로 스트립의 폭을 따라 응력 분포가 측정되며, 상기 센서는 중실 롤러의 커버 표면으로부터 소정 거리상의 종방향 리세스내에 배치되어 웨지 고정된다.

Description

평탄도의 변화를 결정하기 위한 중실 롤러 {SOLID ROLLER FOR DETERMINING VARIATIONS IN FLATNESS}
본 발명은 청구범위 제 1 항의 전제부에 따라 스트립 형태의 재료를 가공할 때 평탄도의 변화를 결정하기 위한 중실(中實) 롤러(solid roller)에 관한 것이다.
이러한 중실 롤러는 금속 스트립의 냉간압연 및 열간압연에 사용되며, 예를 들어 DE 42 36 657 A1로부터 공지되어 있다.
대부분의 경우, 스트립 압연시 종래의 평탄도 측정은 소정의 감긴각(angle of wrap)으로 센서가 장착된 측정 롤러 위를 스트립이 통과하는 방법을 이용하여 수행되었다.
상기 DE 42 36 657 A1에 개시된 측정 롤러의 경우, 측정 롤러의 표면을 향하여 개방되어 있는 측정 롤러의 방사상 보어내에 배치된 힘 측정 변환기(transducers) 또는 그들의 커버와 스트립이 접촉하게 된다. 리세스의 바닥에 장착된 센서와 그들을 둘러싼 보어의 벽체 사이에, 원통형 간극이 존재한다. 이 간극은, 예를 들어 스트립으로부터 박리된 물질과 윤활제 등의 먼지가 센서와 롤러 몸체사이의 환형 간극속으로 침입하는 것을 방지하기 위하여, 쇼울더와 동일평면상의 O링에 의해 또는 선단과 동일평면상의 플라스틱층에 의해 폐쇄될 수 있다. 또 한, DE 42 36 657 A1의 도 1c에 도시된 바와 같이, 중실 롤러의 리세스내에 측정 변환기를 배치하고, 가공막으로 덮는 것도 가능하다.
센서를 둘러싼 벽체로부터 소정 거리상에 센서(힘 측정 변환기)를 배치하고, O링 또는 충분한 탄성이 있는 플라스틱(DE 196 16 980 A1)으로 환형 간극을 폐쇄함으로써, 압연과정에서 롤러의 몸체에서 나타나는 횡력이 힘 측정 변환기 또는 측정 결과에 악영향을 주지 못하도록 한다. 이러한 파괴력은 측정 롤러에 작용하는 스트립 신장의 결과이며, 롤러의 휨과 연관된다. 이 경우, 상기 롤러의 단면을 타원형으로 가정하면, 그 장축은 스트립에 대해 평행하다. 상기 롤러의 휨은, 스트립의 비평탄도가 힘 파이패스에 의해 힘 측정 변화기로 전달된다면, 그 비평탄도를 힘 측정 변환기에 부정확하게 표시하게 된다. 상기 환형 간극내에 시일이 사용되는 경우, 밀봉력이 센서에 필연적으로 작용하기 때문에, 그러한 힘 바이패스를 완전히 피할 수는 없다.
롤러의 표면을 덮는 튜브 형태의 폐쇄형 케이스를 구비한 측정 롤러가 DE 198 38 457 A1으로부터 공지되어 있다. 이 측정 롤러의 경우, 센서는 방사상으로 개방된 보어내에 배치 또는 장착된다. 그러나, 상기 케이스 튜브를 측정 변환기가 설치된 롤러에 적용하는 것은 어렵다. 일반적으로, 이는 미리 가열된 튜브를 수축(shrink)시킴으로써 이루어진다. 그러나, 이는 튜브의 열에 의해 센서(측정 변환기)가 손상될 위험이 있다. 또한, 이는 공지의 센서가 통상적으로 압전 수정과 함께 작동하기 때문이며, 그 진동자 표면에서 측정될 힘이 측정 변수 역할을 하는 전하를 발생시키게 된다. 이러한 종류의 센서가 높은 응답 감지도, 높은 공진 주파 수 및 작은 크기의 안정성을 가지며, 측정 결과를 손상시키지 않고 초기 부하를 보상할 수 있도록 하지만, 열부하 시간에 따라 고온에서 측정될 힘에 의해 전하가 유도되어 유지되기 때문에, 약 200℃ 이상의 온도를 견딜 수 없으며, 결국 측정 결과가 허위가 된다. 따라서, 특수한 기준이 없다면, 케이스 튜브의 고온 수축 또는 스트립의 열간 압연시 압력 분포의 측정에 있어서, 압전 센서는 적합하지 않다.
또한, 가열된 튜브를 수축시킬 때, 케이스 튜브의 표면 가공이 필요하다. 단일의 케이스 튜브가 아닌 복수의 케이스 링이 롤러 몸체에 수축된 경우, 유사한 문제가 발생한다. 또한, 링이 서로 충돌하는 부위에 작은 원주의 그루브가 형성됨으로써, 측정 롤러를 통과한 스트립의 표면 품질이 손상되는 문제가 있다.
케이스 튜브 또는 링을 사용함에 따른 단점은 롤러의 몸체와 비교할 때 상이한 휨 및 열 팽창에 기인한 것으로, 바람직하지 않은 내부 응력을 유발하고, 케이스 롤러 또는 케이스 링의 분리를 유발할 수 있다.
공지의 측정 롤러는, 방사상 롤러 보어내의 센서의 배치 및 종류와는 무관하게, 탄성 플라스틱으로 약 0.05㎜의 넓은 환형 간극을 폐쇄하거나 O링을 사용하는 것은 어렵고, 궁극적으로 롤러 표면을 완벽하게 밀폐할 수 없는 문제가 있다. 또한, 약 230℃ 이상의 온도에서도 상기 O링 또는 플라스틱 충진물이 파괴되거나, 금속성 연마물질 및/또는 윤활제가 환형 간극속으로 침입할 위험이 있다.
또한, 측정 롤러의 통상의 최종 연마가공 과정에서, 높은 연마온도가 발생하여, 일반적으로 센서에 제공되는 커버의 미세구조를 변형시킬 위험이 있다. 따라서, 연마온도는 낮게 유지되어야만 한다.
마지막으로, 측정 롤러의 내마모성을 표면 경화로 개선할 필요가 있다. 롤러 표면의 경화 및 그에 뒤따르는 담금질과 관련하여 가열하는 과정에서 응력 균열이 쉽게 발생할 수 있기 때문에, 상기 롤러는 일반적으로 먼저 경화된 다음 센서를 위한 보어가 형성된다. 특수한 공구가 필요하다는 점에서, 드릴링을 위해 제조비가 많이 소요된다.
따라서, 본 발명은 케이스 튜브 또는 케이스 링을 사용하지 않고, 서두에서 언급한 종류의 중실 롤러에서 롤러 표면에 환형 간극이 존재함으로써 발생하는 장해를 회피하는 문제에 기초한 것이다.
이 목적은 청구항 제1항의 특징에 의해 실현된다.
리세스는 방전가공(Electrical Discharge Machining, EDM)에 의한 공동 수축으로 형성된 사각형 단면을 가진 예를 들어 보어 또는 채널 등일 수 있다. 따라서, 앞으로 용어 '보어'는 고려할 수 있는 모든 단면과 그 제조방법을 포함한다.
예를 들어 블라인드 보어(blind bores; 한쪽이 막힌 보어)로서 형성되거나 또는 일단부면으로부터 타단부면으로 연장되어 축방향으로 평행한 보어를 구비한 롤러의 경우, 센서용 리세스의 축방향 접근성이 제공된다. 이웃한 보어내의 각각의 센서가 롤러의 전체 폭으로 연장된 나선상에 파상 배치되도록, 상기 센서는 일단부면으로부터 서로 다른 깊이로 보어내에 위치될 수 있다. 그러나, 다수의 센서가 하나의 보어내에서 다른 센서로부터 소정 거리만큼 이격되어 배치될 수도 있다.
상기 센서는 보어내에서 고정 또는 클램핑, 예를 들어 웨지 고정(wedged)되 어야한다. 클램핑 과정에서 상이한 프리스트레스(prestresses)가 발생하면, 이들은 측정기술에 사용된 방법으로 용이하게 보상될 수 있다. 한편, 그러나, 센서 및 보어의 제조공차를 모두 보상하기 위하여, 프리스트레싱이 신중히 이루어질 수 있다. 이 경우, 평평한 평행면을 구비한 센서들이 예를 들어 클램핑 웨지 등의 웨지형 고정편 사이에 배치될 수 있으며, 상기 고정편은 센서가 고정편 사이에서 움직이지 않게 클램핑될 때까지 서로를 향하여 이동할 수 있다.
일반적으로, 상기 2개의 고정편중 하나는 센서가 설치되는 보어내의 소정 위치에 고정 배치되는 반면, 다른 고정편은 센서를 고정하기 위하여 보어내에서 변위된다. 이는 롤러 몸체상에 지지된 클램핑 스크류의 도움으로 이루어질 수 있으며, 상기 스크류는 스페이싱 슬리브를 통하여 상기 이동식 고정편에 작용한다.
웨지 스트립의 도움으로 보어내에 고정되는 방사상으로 이동가능한 슬라이딩부에 다수의 센서를 배치하는 것이 특히 바람직하다. 상기 슬라이딩부는 스페이싱 스트립에 배치될 수 있으며, 클램핑 스트립의 웨지형 고정 돌기(holding lugs)의 도움으로 방사상 외측으로 압축되어 중실 롤러내에 클램핑된다.
상기 센서로 연장된 선을 안전하게 수용하기 위하여, 상기 보어는 평행하게 연장된 케이블 채널에 연결될 수 있다. 그러나, 선택적으로, 상기 보어는 횡방향 채널을 통해 중앙 케이블 채널에 연결될 수도 있다. 상기 횡방향 채널은 롤러의 몸체내에서 연장되거나, 롤러의 단부면에서 개방 채널로서 연장되어 커버에 의해 폐쇄될 수 있다.
상기 보어내에서 상기 스트립 또는 센서의 고정편을 안내하기 위하여, 상기 보어는 롤러 몸체의 상보형 가이드 그루브에 결합되는 종방향 리브(rib)를 구비할 수 있다.
축방향으로 평행한 보어가 롤러 표면 아래, 예를 들어 1 내지 30㎜, 바람직하게는 5 내지 10㎜ 아래에 배치되는 경우, 클램핑된 센서는 얇은 굽힘보를 형성하게 되며, 그 두께가 얇으면 얇을수록 횡력을 사실상 전혀 흡수하지 않거나 매우 적은 횡력만을 흡수하기 때문에, 이는 측정결과에 매우 바람직한 영향을 준다.
본 발명에 따른 중실 롤러의 장점중 하나는 롤러 몸체가 단지 2개의 기계가공 단계만을 필요로 한다는 것으로서, 하나는 종방향 보어 또는 채널의 도입이고, 다른 하나는 그 보어에 센서를 배치하는 것이다. 이 경우, 상기 롤러 몸체내에 축방향으로 평행한 보어(리세스)가 비교적 적은 제조 노력으로 경화 이전에 도입될 수 있다. 이에 따라, 케이스 표면이 완전히 폐쇄된 단일체형 측정 롤러가 얻어지며, 따라서 상기 롤러는 측정 결과를 왜곡시키거나 스트립 재료의 표면 품질을 손상시키는 물질에 의해 오염되지 않는다. 또한, 상기 폐쇄된 표면은 롤러가 예를 들어 금속 스트립의 냉간 또는 열간 압연에서 예를 들어 라이브 롤러(live roller)로서 사용될 수도 있도록 하는 장점을 갖는다.
연속적인 롤러의 표면은 내마모성 금속 또는 비금속 또는 세라믹 물질, 예를 들어, 텅스턴, 몰리브덴, 탄탈 및 그들의 합금 또는 탄화물, 질화물, 붕소화물, 규화물 또는 산화물로 케이스 표면이 코팅될 수 있도록 한다. 또한, 상기 케이스 표면, 그렇지 않으면 코팅에, 롤러 위를 통과하는 스트립 형태의 재료 표면을 구성하기 위하여, 텍스츄어(texture)가 제공될 수 있다.
도 1은 측정 롤러의 부분 단면도이고,
도 2는 케이블 채널을 구비한 측정 롤러를 도시한 사시도이며,
도 3은 도 2에 따른 측정 롤러의 단부도이고,
도 4는 센서가 방사상으로 클램프되는 축방향 채널을 갖춘 측정 롤러를 도시한 도면이며,
도 5는 나선을 따라 파상 배치된 센서를 갖춘 측정 롤러를 도시한 사시도이고,
도 6은 서로 대향 배치된 2개의 센서를 갖춘 측정 롤러를 도시한 도면이며,
도 7은 여러 부분으로 이루어진 하우징내의 센서를 갖춘 롤러의 일부를 도시한 도면이고,
도 8은 도 7에 따른 보어의 평면도이며,
도 9는 센서가 클램핑되기 이전의 상태로서, 웨지 스트립과 함께 스페이싱 스트립을 도시한 도면이고,
도 10은 클램핑된 센서와 함께 도 9의 2개의 스트립을 도시한 도면이며,
도 11은 도 10에 따른 상태의 2개의 스트립을 갖춘 측정 롤러를 도시한 도면이고,
도 12는 단면이 직사각형인 리세스를 갖춘 도 11에 따른 롤러의 일부를 도시한 단부도이다.
이하, 첨부도면에 도시된 예시적 실시예를 기초로 본 발명을 상세하게 설명한다.
본 발명에 따른 측정 롤러(1)는, 저널(2)과 함께, 그 표면 바로 아래에서 원형으로 배치되어 축방향으로 평행한 보어(3)를 갖고, 상기 보어로부터 횡방향 채널(4)이 보어의 단부면 인근에서 분지(branch off)되어 중앙 케이블 채널(5)로 연장된다. 상기 보어는 커버(6)에 의해 폐쇄되거나, 커버들에 의해 개별적으로 각각 폐쇄되며, 센서(7)를 수용하고, 상기 센서로부터 보어(3), 횡방향 채널(4) 및 중앙 케이블 채널(5)을 통해 케이블(8)이 외부로 각각 연장된다.
도 2 및 도 3에 사시도로서 개략적으로 도시된 측정 롤러(9)는 보어(3)에 대해 각각 평행하며 서로 대향 배치된 케이블 채널(10,11)을 갖고, 횡방향 채널(4)과 중앙 케이블 채널(5)을 통해 선이 외부로 연장된다.
도 4에 도시된 측정 롤러(1)의 경우, 센서(7)는 고정식 클램핑 웨지(13) 형태의 고정편과 축방향으로 변위될 수 있는 이동식 클램핑 웨지(14) 형태의 고정편 사이에서 단부 플레이트(12)에 의해 보어(3)내에 배치된다. 상기 이동식 클램핑 웨지(14)를 스페이싱 슬리브(15)가 지지한다. 외부 나사산이 형성된 클램핑 스크류(16)가 단턱이 형성된 보어(3)의 내부 나사산(17)에 결합된다. 상기 스페이싱 슬리브와 클램핑 스크류는 모두 케이블이 통과하여 연장되도록 하는 채널(18)을 갖는다. 상기 클램핑 스크류(16)의 헤드(19)에 작용하는 렌치의 도움으로, 상기 스페이싱 슬리브(15)와 이동식 클램핑 웨지(14)는 보어(3)속으로 더 깊이 이동할 수 있으며, 이에 따라 상기 센서(7)는 2개의 웨지(13,14)사이에 방사상으로 클램핑될 수 있다.
도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이, 상기 보어는 측정 롤러(1)의 양 단부면으로부터 연장될 수 있으며, 블라인드 보어로서, 서로 다른 깊이를 가질 수 있다. 따라서, 각각의 센서는 나선(20)을 따라 배치되며, 즉 파상 배치되며, 롤러(1)의 전체 폭을 완전히 덮는다.
도 7 및 도 8에 도시된 바와 같이, 보어(3)는 종방향 그루브(21)에 연결될 수도 있으며, 상기 그루브 내에서 이동식 클램핑 웨지(14)의 하부가 안내되고, 웨지의 경사면이 하우징(23)의 경사면과 상호작용하게 된다. 상기 종방향 그루브(21)내에서 안내되는 이동식 클램핑 웨지(14)와 하우징(23)이 방사상으로 클램핑하고 있는 동안, 하우징(23)이 보어(3)내에서 비틀리지 않을 수 있음이 보장된다.
도시된 측정 롤러(1)의 경우에서, 센서(7)는 4부분, 즉 서로 대향 배치된 평행한 클램핑 표면(24,25)과 2개의 단부 플레이트(26,27)로 이루어진 하우징(23)내에 배치된다.
도 9 내지 도 11에 도시된 바와 같이, 상기 센서(7)는 스페이싱 스트립(29)의 방사상으로 이동가능한 슬라이딩부(28)내에 배치될 수도 있으며, 상기 스페이싱 스트립은 상기 슬라이딩부(28)를 방사상으로 클램핑하기 위한 웨지 스트립(30) 형태의 축방향으로 평행하게 변위가능한 클램핑 스트립과 상호작용한다. 상기 스페이싱 스트립(29)이 보어(3)내에 고정 배치될 때, 상기 웨지 스트립은 상보적 경사면(32)과 상호작용하는 웨지면(31)으로 슬라이딩부(28)를 방사상 외측으로 이동시키는 역할을 하며, 따라서, 상기 슬라이딩부(28)를 그 내부에 고정 배치된 센서(7) 및 커버(33)와 함께 방사상으로 클램핑하게 된다. 상기 커버(33)는 벽체와 접촉하지 않고 슬라이딩부(28)의 보어(34)내에서 안내되며, 그 하부에는 센서의 케이블 연결구를 수용하는 리세스(미도시)가 구비되어 있다.
측방향 슬릿(36)을 구비하고 단면이 직사각형인 종방향 리세스(35)를 갖춘 측정 롤러(1)가 도 12에 도시되어 있다. 상기 측방향 슬릿(36)은, 굽힘보의 탄성 거동을 개선하기 위하여, 센서를 위해 종방향 리세스(35) 위에 형성되는 굽힘보를 확장시키는 역할을 한다. 또한, 상기 측방향 슬릿은 센서, 고정편 또는 스페이싱 또는 클램핑 스트립상의 종방향 리브(37)를 위한 가이드로서 역할을 할 수도 있으며, 및/또는 케이블 덕트로서 역할을 할 수도 있다.

Claims (14)

  1. 스트립 형태의 재료, 특히 금속 스트립을 가공할 때, 리세스 내에 배치된 센서로 평탄도의 변화를 결정하기 위한 중실 롤러에 있어서,
    상기 센서(7)가 축방향으로 접근가능하며,
    상기 센서(7)가 축방향으로 평행한 보어(3)내에 배치된 것을 특징으로 하는,
    평탄도의 변화를 결정하기 위한 중실 롤러.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 축방향으로 평행한 보어(3)가 일단부로부터 타단부까지 연속적으로 연장된 것을 특징으로 하는,
    평탄도의 변화를 결정하기 위한 중실 롤러.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 축방향으로 평행한 보어(3)가 서로 다른 길이를 가진 것을 특징으로 하는,
    평탄도의 변화를 결정하기 위한 중실 롤러.
  5. 제 1 항, 제 3 항 또는 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 보어(3)내에 다수의 센서(7)가 웨지 고정된 것을 특징으로 하는,
    평탄도의 변화를 결정하기 위한 중실 롤러.
  6. 제 1 항, 제 3 항 또는 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 보어(3)내에 센서(7)들이 웨지 고정된 것을 특징으로 하는,
    평탄도의 변화를 결정하기 위한 중실 롤러.
  7. 제 6 항에 있어서,
    평평한 평행면을 구비한 센서(7)들이 고정식 클램핑 웨지(13)와 이동식 클램핑 웨지(14) 사이에 배치된 것을 특징으로 하는,
    평탄도의 변화를 결정하기 위한 중실 롤러.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 센서(7)의 평평한 평행면이 롤러의 축에 대해 평행하게 연장된 것을 특징으로 하는,
    평탄도의 변화를 결정하기 위한 중실 롤러.
  9. 제 5 항에 있어서,
    상기 센서(7)가 스페이싱 스트립(29)의 방사상으로 이동가능한 슬라이딩부(28)내에 배치되고, 웨지 스트립(30)의 도움으로 상기 보어(3)내에 고정되는 것을 특징으로 하는,
    평탄도의 변화를 결정하기 위한 중실 롤러.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 스페이싱 스트립(29)과 상기 웨지 스트립(30)중 어느 하나 이상에 상보형 측방향 슬릿(36)에 결합되는 종방향 리브(37)가 제공된 것을 특징으로 하는,
    평탄도의 변화를 결정하기 위한 중실 롤러.
  11. 제 1 항, 제 3 항 또는 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 보어(3)가 평행하게 연장된 케이블 채널(10,11)에 연결된 것을 특징으로 하는,
    평탄도의 변화를 결정하기 위한 중실 롤러.
  12. 제 1 항, 제 3 항 또는 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 보어(3)가 횡방향 채널(4)에 의해 중앙 케이블 채널(5)에 연결된 것을 특징으로 하는,
    평탄도의 변화를 결정하기 위한 중실 롤러.
  13. 제 1 항, 제 3 항 또는 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 보어(3)의 단부면이 커버(6)에 의해 폐쇄된 것을 특징으로 하는,
    평탄도의 변화를 결정하기 위한 중실 롤러.
  14. 제 1 항, 제 3 항 또는 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 센서(7)가 여러 부분으로 이루어진 하우징(23)내에 배치된 것을 특징으로 하는,
    평탄도의 변화를 결정하기 위한 중실 롤러.
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