TWI602625B - 遮護器與滾子設備 - Google Patents
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Description
本發明係有關於一種遮護器。遮護器為設置在用於滾壓典型的金屬帶的滾壓架中的屏蔽裝置。在滾壓期間，通常為滾子施加一滾壓介質，如冷卻劑及/或潤滑劑；在此情形下，該遮護器還用於防止冷卻劑或潤滑劑與金屬帶之表面發生接觸。本發明亦有關於一種包含至少一滾子及至少一根據本發明之遮護器的滾子設備。
更多先前技術參閱歐洲專利案EP 0 765 696、EP 0 513 632及EP 1 474 253，以及美國專利案US 5,490,300及US 6,260,287。
根據本發明之遮護器為對歐洲專利案EP 0 662 359中公開的遮護器的進一步開發。歐洲專利案EP 0 662 359 B1所公開的遮護器大體上由具尖端之本體構成。在此本體中設有至少一壓縮空氣腔及一用於將壓縮空氣自此壓縮空氣腔排出的噴嘴。此壓縮空氣腔以導流之方式與一壓縮空氣源連接，其為壓縮空氣腔及噴嘴提供壓縮空氣。此噴嘴由一與此壓縮空氣腔導流式連接的第一噴嘴通道區段，以及一沿流動方向位於此第一噴嘴通道區段之下游的第二噴嘴區段構成。此第一噴嘴區段由兩個大體上平行的側壁構成，其中一個側壁朝向此本體之尖端，另一側壁則背離此本體之尖端。在自第一噴嘴通道區段朝第二噴嘴通道區段過渡時，朝向本體之尖
端的側壁在構建第一中斷邊緣(Abrißkante)的情況下朝本體之尖端發生彎折。大體上透過背離本體之尖端的側壁的延長部或延長區段，沿流動方向以越過第一中斷邊緣之方式構成此第二噴嘴通道區段。
EP 0 662 359 B1所公開的遮護器具有一噴嘴，其具有貫穿待滾壓或經滾壓之帶材的寬度的開縫。藉由此噴嘴或自此噴嘴流出之壓縮空氣流，利用普朗特梅爾角區流動之作用方式在遮護器與此遮護器抵靠於的滾子間產生間隙，從而將冷卻劑及/或潤滑劑隔絕。
普朗特梅爾角區流動係指氣體動力學領域中的一種現象，即超音區域內的流體轉向。此流動改向及流動擴展效應能夠實現位於工作滾子之滾子體與靠在此滾子體上之遮護器之間的間隙，從而實現有效的隔絕。具體言之，此效應能夠有效防止冷卻劑或潤滑劑自位於遮護器上之區域，滲入位於遮護器與經滾壓或待滾壓帶材之表面間的區域。藉由位於滾子體與遮護器之間的間隙的較強的抽吸作用，甚至透過此位於滾子與遮護器之間的間隙，將其他環境空氣自位於遮護器與帶材表面之間的區域排入或抽吸至位於遮護器上之區域。此方案之優點在於，上文述及之滾壓介質不再會淤積在帶材上並造成干擾。藉由所謂“柯安達效應”對空氣流導引提供支持，其中可對流體射束之趨勢進行識別，此流體射束係沿凸面狀表面移動，而不發生下沉或脫離。
實踐證明，就各種功能而言，EP 0 662 359所公開的構造性實施方式並不完全令人滿意。特定言之，需要將在此為壓縮空氣的流體加速至超音速，從而藉由普朗特梅爾角區流動實現上文述及之較強的抽吸作用，此方案存在缺點。其中一個缺點是，由於壓縮空氣達到超音速，會產
生較大之噪音，且壓縮空氣消耗量及成本皆極高。另一缺點在於，由於習知之噴嘴的輸出區域經過較高程度之倒圓，流出之空氣流中的大部分會因柯安達效應而偏離滾子表面，故密封作用僅為次最佳。此次最佳的密封作用的原因主要在於，在經偏轉之空氣流與滾子表面之間會產生渦流，其將待遮護之介質中的一部分重新朝遮護器送入緊鄰滾子體的區域，而非以遠離滾子體之方式進行輸送。
本發明之目的在於，對習知的用於將滾壓介質與滾壓架中之金屬帶隔絕的遮護器，以及對習知的包含此種遮護器的滾壓裝置進行改進，從而增強該遮護器的針對滾壓架中之滾子的密封作用。
本發明用以達成上述目的之解決方案為申請專利範圍第1項之標的。其特徵在於，在構建第二中斷邊緣的情況下，該背離本體之尖端的側壁係在該第二噴嘴通道區段之末端上以遠離該遮護器之尖端的方式發生彎折。
在本發明中，“帶材”概念係指待滾壓或經滾壓的金屬帶。
在本發明中，“中斷邊緣”概念係指橫截面輪廓(在數學理想化的情況下)穩定但不可微分的邊緣。實踐中該第一及第二中斷邊緣皆具邊緣銳利的橫截面輪廓，故在出現中斷邊緣後，該噴嘴中之空氣流不再繼續遵循該噴嘴之輪廓，亦即，該空氣流不會發生劇烈轉向，而是與在第一噴嘴通道區段前所設定的一樣，沿原始方向繼續流動。
“滾壓介質”概念係指在對帶材進行滾壓時施加至滾子或帶材的冷卻介質及/或潤滑介質。
該第二中斷邊緣之請求保護的構建方案的優點在於，在該第二噴嘴通道區段之末端上，該空氣流實際上大體上沿其原本的流動方向繼續流向該滾子體，或至少沿該滾子體切向流動，並且不會(如上文就先前技術所描述地)因柯安達效應而遵循該第二噴嘴通道區段之側壁末端上的彎曲部，以及偏離該滾子體。藉由透過該請求保護之第二中斷邊緣實現的緊沿該滾子體的空氣流，能夠有利地防止該空氣流在遮護器上方之近距離內產生渦流，從而顯著增強該遮護器針對分配的滾子的密封作用，因為不再會因渦流而朝遮護器或朝其噴嘴引入滾壓介質。
就幾何方面而言，該包含第二中斷邊緣之第二噴嘴通道區段的申請保護的構造極為簡單，故能低成本製造。毋需製造複雜的倒圓及凸面。僅需要準確地確定及實施該預設的第二中斷邊緣。
根據第一實施例，該背離本體之尖端的側壁在該第一噴嘴通道區段及該第二噴嘴通道區段內構成共同一個平面。
若在該經下沉的第一中斷邊緣與該本體之尖端之間構建有液滴形凸面狀導流輪廓，則具有以下優點：針對該遮護器的位於該本體之尖端與該噴嘴之間的區域，對該遮護器與該相對之滾子體間的間隙進行明確定義，並對在未設該請求保護之導流輪廓時存在的自由空間進行填充。透過對該自由空間或空餘空間進行填充，防止在該區域內產生含非期望之回流空氣流的非期望之渦流，藉此增強位於該遮護器與該滾子體間之間隙中的抽吸作用，以便在位於該遮護器與該滾子體間之區域內對滾壓介質進行抽吸。在該間隙中沿該滾子體之表面以無渦流之方式對空氣進行導引。
較佳地，該本體之尖端與該第一中斷邊緣之連接線，與該第
一噴嘴通道區段中之流動方向R互成的角度α愈小，即愈銳利，該導流輪廓之拱形結構便可實施得愈小。
不是將用於產生例如<3bar之壓縮空氣的壓縮機，就是將用於產生例如<1.5bar之壓縮空氣的通風機用作壓縮空氣源。重要之處在於，在本發明中，該噴嘴中之空氣流僅允許達到次音速；故在本發明中，僅適用於超音波流的普朗特梅爾效應之物理作用原理不再起作用。使用通風機產生壓縮空氣的優點在於，藉此製備的壓縮空氣比典型的工業用壓縮空氣廉價得多。由於空氣流被限制在次音速範圍內，與採用處於超音速範圍內之壓縮空氣的方案相比，噪音負荷及每時間單位的壓縮空氣消耗量皆大幅減小。
根據另一實施例，該遮護器可沿寬度方向具有多個壓力腔，其係分別透過一自有之輸送管路與該壓縮空氣源連接。較佳地，該等輸送管路中的每一個皆可透過一自有之截止閥單獨關閉。設置多個壓力腔及該等獨立式截止閥的優點在於，實踐中可將所採用的遮護器之寬度調節為所採用的滾子寬度或該帶材之寬度，具體方式為，可視情況藉由該截止閥切斷對該遮護器之邊緣區域的壓縮空氣供應。藉此便能有利地降低特別是昂貴的壓縮空氣消耗所造成的操作成本。此外，所述實施方式還有助於增大所允許之框架幾何結構的可變性：帶厚範圍及滾子研磨區域皆可調，而不會對功能性造成負面影響。本發明之清除器的噴嘴在該遮護器之整個寬度範圍內延伸，該噴嘴要麼可實施為縫狀噴嘴，要麼可由多個單鑽孔構成。
該本體之尖端的區域特別易於磨損，因為在將帶材穿入或抽出，以及在進行帶材分割時，總是會在此區域內產生較高之負荷。若該遮
護器之本體的尖端係實施為以可拆卸之方式與該本體連接的獨立構件，則具有以下優點：可方便地將該用作易損件的尖端更換。與將整個遮護器更換的方案相比，上述方案之成本通常低得多。該本體之尖端例如可由金屬或塑膠製成。
本發明用以達成上述目的之另一解決方案為一種滾子設備，其包含至少一滾子及至少一如前述申請專利範圍中任一項的、抵靠在該滾子之滾子體上(僅留有一間隙)的遮護器。其中，至少在該本體之尖端的區域內，該遮護器係以間隔一間隙的方式抵靠在該滾子上，該間隙之隙寬d為1至9mm，較佳為5mm。在該第一中斷邊緣上，該較短之第一噴嘴通道區段終止，以及，空氣在該位於下游之第二噴嘴通道區段中以越過上方之第二中斷邊緣的方式流動。由於流體之慣性，該流體自該第二噴嘴通道區段出發流動至相對之滾子體，從而對位於該滾子體與該遮護器間的間隙進行無接觸式密封。與先前技術中的藉由超音壓縮空氣操作的噴嘴相比，藉由所述最大約為9mm的隙寬，能夠顯著增大自位於該帶材表面與該遮護器間之空氣區域排出的承載有介質的空氣的量。採用習知之噴嘴時，輸入之壓縮空氣與排出之總空氣量的比例為1：3。在將本發明之氣隙增大至最大約9mm時，該比例增大至超過1：4，例如為1：5。藉此便能顯著緩解滾壓介質粒子殘留在該帶材上的問題，從而大幅提昇該帶材之品質。該滾子設備之其他優點與上文結合該申請保護之遮護器所描述的優點相同。毋需以位置控制之方式逼近本發明之遮護器；通常預定義之止擋部便已足夠。但此方案係與整個幾何結構，特別是與滾子磨損所決定的滾子研磨相關。本發明之遮護器毋需採用以下方案：固定在可移行之調節裝置上，以便在
滾子切換期間自機架窗口移出。針對熱壓機之易於造成磨損的環境，建議將本發明之遮護器靜態佈置在各滾壓架中之工作滾子裝入件之間。本發明之遮護器既適於抵靠在滾壓架中之上工作滾子上，亦適於抵靠在下工作滾子上。
為增強密封作用，在某些個案中可以分佈於該滾子之周邊上的方式(交疊)佈置至少兩個本發明之遮護器。在設有輸出側滾子冷卻裝置的情況下，建議在滾壓架之輸出部分/輸出側採用多個本發明之遮護器，因為在此情形下需要在該輸出側上將極多的冷卻介質排出。
本發明的更多有利設計方案參閱附屬項。
100‧‧‧遮護器
110‧‧‧本體
110-1‧‧‧下成形件
110-2‧‧‧上成形件
112‧‧‧尖端
114‧‧‧壓縮空氣腔
114-n‧‧‧壓縮空氣腔
115‧‧‧中間通道
116‧‧‧噴嘴
116-I-1‧‧‧側壁
116-I-2‧‧‧側壁
116-II‧‧‧噴嘴通道區段
117‧‧‧第一中斷邊緣
118‧‧‧壓縮空氣源
119‧‧‧第二中斷邊緣
120‧‧‧導流輪廓
200‧‧‧帶材
300‧‧‧滾子
g‧‧‧連接線
N‧‧‧壓縮空氣腔的總數
R‧‧‧流動方向
α‧‧‧角度
圖1為本發明之第一實施例中的滾子設備的橫截面圖，該滾子設備包含本發明之遮護器；圖2為本發明之第二實施例中的滾子設備；及圖3為本發明之第三實施例中的滾子設備的透視圖。
下面參照圖1至3結合實施例對本發明作詳細說明。在所有附圖中，相同之技術元件係用相同之元件符號表示。
圖1示出本發明之滾子設備，其中本發明之遮護器100係抵靠在滾子300之滾子體上。在圖1之下方區域內示出了與該滾子體相切的待滾壓或經滾壓之金屬帶200。遮護器100係藉由其本體110以間隔一間隙之方式抵靠在滾子300上。該隙寬d例如為1至9mm。
遮護器100大體上由本體110構成，在該本體中構建有至少一壓縮空氣腔114及一與該壓縮空氣腔導流式連接的噴嘴116，該噴嘴用於將壓縮空氣向滾子300之滾子體排出。如圖3所示，藉由與壓縮空氣腔114導流式連接的壓縮空氣源118提供該壓縮空氣。該位於壓縮空氣腔114與噴嘴116間的導流式連接例如可實施為中間通道115。
噴嘴116由一與壓縮空氣腔114導流式連接的第一噴嘴通道區段116-I，以及一沿壓縮空氣之流動方向R佈置在該第一噴嘴通道區段之下游的第二噴嘴通道區段116-II構成。第一噴嘴通道區段116-I要麼可直接實施為壓縮空氣腔114之突起部，要麼透過中間通道119與壓縮空氣腔114導流式連接。
具體言之，第一噴嘴通道區段116-I由兩個較佳地平行相對的側壁116-I-1、116-I-2構成，其中，第一側壁116-I-1係朝向本體110之尖端112，而另一相對之側壁116-I-2則係背離該本體之尖端112。
在自第一噴嘴通道區段朝第二噴嘴通道區段過渡時，該朝向本體110之尖端112的側壁116-I-1在構建第一中斷邊緣117的情況下朝該本體之尖端112發生彎折。
在經下沉的第一中斷邊緣117與本體110之尖端112之間較佳地構建有液滴形的凸面狀導流輪廓120。較佳地，導流輪廓120藉由較佳地呈弧形的凹面平滑過渡，亦即，不構建朝向本體110之尖端112的彎折部。如圖2所示，第一噴嘴通道區段116-I中之流動方向R與(該本體之尖端112與第一中斷邊緣117的)連接線g間的角度α愈小，導流輪廓120之拱形結構便可實施得愈小。
就適宜之構造而言，作為角度α之替代，亦可將第一噴嘴通道區段116-I之方向與該中間通道間的角度用作針對導流輪廓120之拱形結構的高度的參考點。就圖1所示實施例而言，第一噴嘴通道區段116-I與中間通道115間的角度為直角。而就圖2所示實施例而言，第一噴嘴通道區段116-I與中間通道115間的角度為銳角。因此，在圖2所示實施例中，導流輪廓120之拱形結構可比圖1所示實施例中更小。
第二噴嘴通道區段116-II構成該第一噴嘴通道區段之延長部，以及，該第二噴嘴通道區段大體上被定義或界定為：該背離本體之尖端112的一側116-I-2的沿流動方向R越過中斷邊緣117之高度的延長部。在構建第二中斷邊緣119的情況下，該背離本體之尖端的側壁116-I-2係在該第二噴嘴通道區段116-II之末端上以遠離該遮護器之尖端112的方式發生彎折。
重要之處在於，既為第一中斷邊緣117，亦為第二中斷邊緣119構建具儘可能小之彎曲半徑的銳利邊緣，從而防止空氣流在該二中斷邊緣上因柯安達效應而遵循該本體之在此等區域內彎折的輪廓，並使得該空氣流沿其原始的流動方向繼續流動至滾子體，或者至少沿該滾子體之表面切向流動。
該背離本體110之尖端112的側壁可實施為位於第一噴嘴通道116-I及第二噴嘴通道區段116-II之區域內的單獨一個共用平面。作為替代方案，所述側壁亦可在該二噴嘴通道區段中，或僅在第二噴嘴區段中以略呈凸面狀之方式背離尖端112彎曲，直至到達該第二中斷邊緣。但特定言之，在第二噴嘴通道區段116-II之區域內到達第二中斷邊緣110之前，該
凸面之拱度充其量達到某種程度，使得(在遮護器100抵靠在滾子300之滾子體上的情況下)空氣流在自該噴嘴流出時總是流至滾子300之表面，或至少沿該滾子之滾子體切向流動。換言之：在此區域內，(在該遮護器抵靠在該滾子上的情況下)該凸面之拱度僅允許達到某種程度，使得第二噴嘴通道區段之側壁116-II的切線在該第二中斷邊緣上總是與該滾子體相遇，或至少與該滾子體相切。
遮護器100之尖端112較佳實施為能夠以可拆卸之方式與該本體連接的獨立構件。此方案較為有利，因為實踐中該尖端會嚴重磨損。該尖端可由金屬或塑膠製成。
如圖3所示，該噴嘴例如呈縫狀。但作為替代方案，該噴嘴亦可由多個與壓縮空氣腔114導流式連接的單噴嘴或單鑽孔構成。
自圖3還可看出，壓縮空氣腔可實施為N個單獨的壓縮空氣腔114-n(1nN)，其中，該等單獨的壓縮空氣腔中的每個皆適於為噴嘴116之沿寬度方向的某一區段供應壓縮空氣。為此，該等單獨的壓縮空氣腔較佳地分別透過一自有之輸送管路與壓縮空氣源118連接。該等輸送管路中的每一個較佳地皆可透過一自有之截止閥115-n(1nN)關閉。此設計方案之優點在於，如上文所述，可根據待滾壓或經滾壓之帶材200的寬度，對噴嘴116之沿寬度方向的壓縮空氣供應進行調節。
就構造而言，本發明之遮護器的本體110可由下成形件110-1及上成形件110-2構成。
100‧‧‧遮護器
110‧‧‧本體
110-1‧‧‧下成形件
110-2‧‧‧上成形件
112‧‧‧尖端
114‧‧‧壓縮空氣腔
116‧‧‧噴嘴
116-I‧‧‧噴嘴通道區段
116-I-1‧‧‧側壁
116-I-2‧‧‧側壁
116-II‧‧‧噴嘴通道區段
117‧‧‧第一中斷邊緣
119‧‧‧第二中斷邊緣
120‧‧‧導流輪廓
200‧‧‧帶材
300‧‧‧滾子
R‧‧‧流動方向
Claims (13)
- 一種遮護器(100)，用於以無接觸之方式將滾壓介質與帶材(200)之表面隔絕，具有：一構成尖端(112)之本體(110)，其包含至少一壓縮空氣腔(114)及至少一用於將壓縮空氣排出的噴嘴(116)；及一與該壓縮空氣腔(114)導流式連接的壓縮空氣源(118)，其用於為該壓縮空氣腔(114)及該噴嘴(116)提供壓縮空氣，其中該噴嘴(116)具有一與該壓縮空氣腔(114)導流式連接的第一噴嘴通道區段(116-I)，以及一沿流動方向(R)佈置在該第一噴嘴通道區段之下游的第二噴嘴通道區段(116-II)，其中該第一噴嘴通道區段(116-I)係由一朝向該本體(110)之尖端(112)的側壁(116-I-1)，以及一相對的背離該本體之尖端的側壁(116-I-2)構成，其中在自該第一噴嘴通道區段朝該第二噴嘴通道區段過渡時，該朝向本體之尖端(112)的側壁(116-I-1)在構建第一中斷邊緣(117)的情況下朝該本體(110)之尖端(112)發生彎折，及其中該第二噴嘴通道區段(116-II)被界定為：該背離本體之尖端(112)的側壁(116-I-2)的沿流動方向(R)越過該第一中斷邊緣(117)的延長部；其特徵在於，在構建第二中斷邊緣(119)的情況下，該背離本體之尖端的側壁(116-I-2)係在該第二噴嘴通道區段(116-II)之末端上以遠離該遮護器 之尖端(112)的方式發生彎折。
- 如申請專利範圍第1項之遮護器(100)，其特徵在於，該背離本體之尖端的側壁的、對該第二噴嘴通道區段(116-II)進行界定的區段在該第一及第二噴嘴通道區段(116-I；116-II)之區域內構成單獨一個/共同一個平面，或者呈凸面狀。
- 如前述申請專利範圍中任一項之遮護器(100)，其特徵在於，在該經下沉之第一中斷邊緣(117)與該本體之尖端(112)之間構建有液滴形凸面狀導流輪廓(120)。
- 如申請專利範圍第3項之遮護器(100)，其特徵在於，該本體之尖端(112)與該第一中斷邊緣(117)之連接線(g)，與該第一噴嘴通道區段中之流動方向(R)互成的角度(α)愈小，該導流輪廓之拱形結構便可實施得愈小。
- 如申請專利範圍第1或2項之遮護器(100)，其特徵在於，該壓縮空氣源(118)係實施為用於產生例如為3bar之壓縮空氣的壓縮機，或實施為用於產生例如為1.5bar之壓縮空氣的通風機，其中在該二情形下，該噴嘴(116)中之空氣流皆僅達到次音速。
- 如申請專利範圍第1或2項之遮護器(100)，其特徵在於， 該遮護器沿寬度方向具有多個(N個)壓力腔(114-n)，其係分別透過一自有之輸送管路與該壓縮空氣源(118)連接；其中較佳地，該等輸送管路中的每一個皆可透過一截止閥(115-n)單獨關閉。
- 如申請專利範圍第1或2項之遮護器(100)，其特徵在於，該噴嘴(116)係在該遮護器(100)之整個寬度範圍內實施為縫狀噴嘴。
- 如申請專利範圍第1或2項之遮護器(100)，其特徵在於，該噴嘴(116)係在該遮護器(100)之整個寬度範圍內由多個單噴嘴構成。
- 如申請專利範圍第1或2項之遮護器(100)，其特徵在於，該遮護器之本體(110)的尖端(112)係作為獨立構件以可拆卸之方式與該本體連接。
- 如申請專利範圍第1或2項之遮護器(100)，其特徵在於，該尖端(112)係由金屬或塑膠製成。
- 一種滾子設備，包含至少一滾子(300)及至少一如前述申請專利範圍中任一項之遮護器(100)，其特徵在於，在該本體(110)之尖端(112)的區域內，該遮護器係以間隔一隙寬為d之間隙的方式抵靠在該滾子上，舉例而言d介於1-9mm之間。
- 如申請專利範圍第11項之滾子設備，其特徵在於，沿該滾子(300)之周向佈置有兩個或兩個以上遮護器(100)。
- 如申請專利範圍第11或12項之滾子設備，其特徵在於，該第二噴嘴通道區段的背離本體110之尖端112的側壁呈凸面狀，其中在該遮護器抵靠在該滾子上的情況下，該凸面之拱度僅允許如此之小，使得該第二噴嘴通道區段之側壁116-II的切線在該第二中斷邊緣上總是與該滾子體相遇，或至少與該滾子體相切。
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