WO2021160589A1 - Walzenanordnung für ein walzwerk zur walzwerkzeugüberwachung - Google Patents

Walzenanordnung für ein walzwerk zur walzwerkzeugüberwachung Download PDF

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WO2021160589A1
WO2021160589A1 PCT/EP2021/053041 EP2021053041W WO2021160589A1 WO 2021160589 A1 WO2021160589 A1 WO 2021160589A1 EP 2021053041 W EP2021053041 W EP 2021053041W WO 2021160589 A1 WO2021160589 A1 WO 2021160589A1
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WO
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roll
sensors
roller
arrangement according
rolling
Prior art date
Application number
PCT/EP2021/053041
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English (en)
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Inventor
Petrico VON SCHWEINICHEN
Original Assignee
Walzen Irle Gmbh
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Publication date
Application filed by Walzen Irle Gmbh filed Critical Walzen Irle Gmbh
Publication of WO2021160589A1 publication Critical patent/WO2021160589A1/de

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    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21B—ROLLING OF METAL
    • B21B27/00—Rolls, roll alloys or roll fabrication; Lubricating, cooling or heating rolls while in use
    • B21B27/02—Shape or construction of rolls
    • B21B27/03—Sleeved rolls
    • B21B27/032—Rolls for sheets or strips
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21B—ROLLING OF METAL
    • B21B38/00—Methods or devices for measuring, detecting or monitoring specially adapted for metal-rolling mills, e.g. position detection, inspection of the product
    • B21B2038/002—Measuring axial forces of rolls
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21B—ROLLING OF METAL
    • B21B2267/00—Roll parameters
    • B21B2267/12—Roll temperature
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21B—ROLLING OF METAL
    • B21B38/00—Methods or devices for measuring, detecting or monitoring specially adapted for metal-rolling mills, e.g. position detection, inspection of the product
    • B21B38/006—Methods or devices for measuring, detecting or monitoring specially adapted for metal-rolling mills, e.g. position detection, inspection of the product for measuring temperature
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21B—ROLLING OF METAL
    • B21B38/00—Methods or devices for measuring, detecting or monitoring specially adapted for metal-rolling mills, e.g. position detection, inspection of the product
    • B21B38/06—Methods or devices for measuring, detecting or monitoring specially adapted for metal-rolling mills, e.g. position detection, inspection of the product for measuring tension or compression

Definitions

  • the invention relates to a roll arrangement for deforming, shaping or similar processes of rolling stock for a rolling mill with rolling tool monitoring, at least one roll of the roll arrangement having two journals for mounting the roll in a roll stand and a roll shell.
  • metallic materials for example, are deformed between two or more rotating tools during pressure forming and their cross-section is reduced in the process.
  • WO 2014/195309 A1 relates to pairs of grinding rollers for processing a granular material to be ground, in particular for grinding grain, at least one roller having sensors for obtaining measured values that characterize a state of at least one of the rollers.
  • the sensors can have a data connection to a data transmitter, which transmits the measured values without contact to a data receiver.
  • a measuring roller for determining flatness deviations in a strip-shaped material and a method for determining flatness deviations in a strip-shaped material are already known.
  • This measuring roller which cannot be used as a roller, already has in the area of the shell of the Measuring roller on a sensor.
  • This sensor is not intended to determine the condition of the measuring roller, but rather deviations in the flatness of a strip guided over the measuring roller.
  • the post-published EP3623067A1 discloses a system and a method for determining the number of revolutions of a roller.
  • a rotation sensor is provided in the bearing journal of the roller. Further sensors, for example in the area of the roll shell, are not proposed.
  • the invention is based on the task of designing a roller arrangement of the type mentioned in such a way that data on the condition of the roller and the roller stand in contact with the roller (directly or indirectly) are determined as precisely and accurately as possible directly on the tool, so that the Rolling mill control can be optimized.
  • the roll is provided with sensors for measuring different physical properties both in the area of the roll shell and in the area of the journals, the sensors being arranged in cavities of the roll, and their output signals being fed to the rolling tool monitoring for evaluation and can then be used to control or regulate and / or monitor the roll arrangement and / or the roll stand.
  • This gives direct or indirect precise data on the condition of the roller and of that in contact with the roller standing roll stand or the roll bearings, so that the rolling mill control can be optimized.
  • the cavities of the roller are arranged longitudinally, transversely and / or obliquely to the roller.
  • the different sensors can be, for example, temperature sensors, structure-borne sound sensors, acceleration sensors, vibration sensors, strain gauges and / or ultrasonic sensors.
  • the sensors inside the roll are temperature sensors and that the roll tool monitoring is designed in such a way that the cooling of the rolls is adapted and / or the roll arrangement is switched off when a predetermined target temperature of 60 ° C., for example, is exceeded.
  • the sensors in the journal can also be temperature sensors and the rolling tool monitoring can be designed in such a way that if a predetermined operating temperature of, for example, 120 ° C. is exceeded, more lubricant is supplied, the roll parameters are changed and / or the roll arrangement is switched off.
  • the sensors in the roll can be strain gauges and the rolling tool monitoring can be designed in such a way that the rolling mill parameters are adapted when a dynamic threshold value of, for example, 250 MPa is exceeded.
  • the roller consists of a solid body, hollow body or an axle with an applied roller shell. It is worth imitating that the cavities are formed by grooves and / or bores.
  • rollers are provided with sensors, or that the roller is assigned at least one support roller which is provided with sensors.
  • FIG. 1 shows a roll, shown in longitudinal section, for a rolling mill with rolling tool monitoring with sensors positioned under the roll shell,
  • Figure 2 is a side view of the roller according to Figure 1 and
  • Figure 3 shows an alternative roll for a rolling mill
  • FIG. 1 shows a longitudinal section of a roll 1 for a rolling mill with rolling tool monitoring with an axis 2 with lying at the ends Pin 3 for mounting the axis 2 in bearings, not shown, of roll stands of a roll stand.
  • a roller jacket 4, which is delimited by rings 5 on the side, is applied to the axis 2 as a usable area.
  • cavities 6 are provided, which are introduced as grooves or bores in the axis 2 and / or the roll shell 4.
  • various sensors 7 for measuring different physical properties are arranged, which are connected to one another via multi-core cables 8.
  • the sensors 7 are also connected to an energy receiver and data transmitter 9 which is arranged centrally in one of the pins 3 and communicates via radio with a transmission module 10 arranged outside in the area of the pin 3.
  • the data transmitter 9 rotating with the axis 2 serves for the contactless transmission of the measured values from the sensors 7 to the stationary transmission module 10 as a data receiver.
  • a wireless power transmission can also take place via the transmission module 10.
  • the supply voltages are fed to the transmission module 10 by means of a connecting cable 11, and the data from the sensors 7 are sent to a rolling tool monitor.
  • a wired power supply for example with slip rings, can also be set up via the pin 3. If necessary, however, the data transmission can also take place in this way.
  • the different physical properties to be measured by the sensors 7 can be, for example, temperature, structure-borne noise, acceleration, vibration, expansion and / or ultrasound.
  • the transmission module 10 is constructed in such a way that it can withstand industrial environments, i.e. heat, dust, oils, etc.
  • the electrical energy is transmitted inductively to the energy receiver and data transmitter 9 in the roll neck with the correspondingly installed data transmission peripherals.
  • the roller 1 according to FIG. 1 is shown in a plan view of the pin 3.
  • the energy receiver and data transmitter 9 are arranged in the interior of the journal 3, covered by the transmission module 10.
  • the pin 3 is surrounded by one of the rings 5 and the roller jacket 4. Between the pin 3 and the roller jacket 4, the flea spaces 6 for receiving the various sensors 7 are arranged covered by the ring 5.
  • FIG. 3 shows an alternative roll arrangement for a rolling mill with rolling tool monitoring in a sectional view, in which the sensors are positioned in axis 2.
  • 6 bores are made in the axis 2 as flea spaces.
  • Various types of sensors 7 for measuring different physical properties which are connected to one another via multi-core cables 8, are arranged in the bores 12 to 14.
  • Temperature sensors 16 for example, are arranged in the transverse bores 14 in the area of the pin 3.
  • These sensors 7 and 16 are also connected to the energy receiver and data transmitter 9 arranged centrally in one of the pegs 3, which communicates via radio with a transmission module 15 arranged outside in the area of the peg 3.
  • the supply voltages are fed in by means of a connecting cable 11 and the data from the sensors 7 are sent to a rolling tool monitor.
  • This information data of the tool but also of its immediate environment, is evaluated and can be used, for example, to optimize the rolling mill parameters, to avoid accidents, early detection of damage or to improve the tool itself.
  • This roller 1 can be used as a measuring roller in almost every forming process.
  • the invention concerns rolling tool monitoring for a rotationally symmetrical body, a roller 1, for deformation, shaping or similar processes of various materials, such as ferrous materials and other metals.
  • the aim is to obtain data on the condition of the roll and the roll stand in contact with roll 1 directly or indirectly directly on the tool, as well as to optimize the control of the rolling mill.
  • this roller 1 is equipped with different sensors 7 and 16, for example temperature, acceleration, structure-borne sound sensors and / or strain gauges, whereby the current roller condition can be measured and read out.
  • sensors 7 and 16 for example temperature, acceleration, structure-borne sound sensors and / or strain gauges, whereby the current roller condition can be measured and read out.
  • a measuring axis can also be reused after operation and only the worn-out wear layer, the roll shell 4, can be regenerated.
  • the roll arrangement according to the invention enables comprehensive rolling tool monitoring in a rolling mill, with the aid of which information about the rolling tool, but also its immediate surroundings, can be collected and evaluated.
  • This data can be used, for example, to optimize rolling mill parameters, avoid accidents, detect damage at an early stage or improve the rolling tool itself.
  • This measuring roller can be used in almost any forming process.
  • the roller 1 can consist of a solid body, hollow body or an axle 2 with a shrunk-on or otherwise applied roller jacket 4, for example by welding or plating.
  • the measuring instruments are placed as directly as possible, with a necessary safety distance between 0 and 50 mm, under the roller jacket 4 and / or the surface.
  • cavities 6 such as bores 12, 13 under the wear layer of the roller shell 4 or transverse bores 14 in the axis 2, into which the sensors 7 and 16 can be introduced and / or fixed, can be made in the solid or hollow rollers.
  • bores 12 to 14 can be made one or more times in the roller 1, for example offset by 180 °, as a result of which more detailed information about the roller 1 can be recorded. If it is a question of an axis 2 with an applied roll shell 4 according to FIG. 1, the sensors are placed in prepared grooves in the axis 2 to form the cavities 6 and then the roll shell 4 is applied.
  • the roller 1 can also be coupled with further measuring rollers, for example also back-up rollers, as a result of which the adjustments of parameters and the information obtained can be increased.
  • connection to a reader is either completely wireless or wired up to the spigot and then wireless or by means of a rotary feed-through with a direct connection.
  • the transmission is wired, these can be passed through the bale or raised rings and laid through a further hole in the pin 3 to the end of the roll.
  • the aim is to have no exposed wires on the roller and to transmit the energy and data wirelessly.
  • a wired power supply can be built up or wireless power transmission can also take place via the transmission module 10.
  • a data receiving module based on Bluetooth, W-LAN or similar data transmission standards can be integrated in the module 10 so that the data can also be transmitted wirelessly to the corresponding software.
  • the bearing temperatures are to be measured and monitored directly on the tool.
  • the aim is also to optimize accompanying materials, such as cooling and / or to allow lubricants. This means that considerable cost savings for the user can be implemented.
  • Temperature sensors inside the roll monitor the rolling process with regard to the correct cooling of the tool. From a temperature of 60 ° C, for example, the cooling of the rolls in the rolling mill can be adjusted, as otherwise undesired damage can occur on the roll surface or the rolling stock does not leave the rolling train in the desired quality. This temperature value is dependent on the positioning of the temperature sensor 16, the condition of the tool and the material.
  • the expansion of the tool can be recorded and interpreted. From a material-dependent dynamic threshold value of, for example, 250 MPa, an overload can be assumed and the roller 1 runs the risk of breaking or at least being damaged.
  • the limit threshold value is defined for each material. Due to the adaptation of Rolling mill parameters through the rolling tool monitoring can react to this and the rolling mill can continue to produce optimally.
  • Structure-borne sound sensors in the roll 1 itself can detect stripping, cracks, breaks and similar damage before they can also emerge on the surface and damage the rolling mill in the event of damage.
  • Acceleration sensors monitor the roll speed to ensure correct working conditions.
  • Additional sensors such as vibration sensors, ultrasonic sensors, and the like, expand the possibilities of tool monitoring.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Walzenanordnung für ein Walzwerk zur Walzwerkzeugüberwachung mit einer Walze (1), einer Achse (2), Zapfen (3) zur Lagerung der Achse (2) und einem Walzenmantel (4) zur Verformung, Formgebung oder ähnlichen Prozessen von Metallen. Die Walze (1) ist sowohl im Bereich des Walzenmantels (4) als auch im Bereich der Zapfen (3) mit Sensoren (7, 16) zur Messung unterschiedlicher physikalischer Eigenschaften versehen, deren Ausgangssignale der Walzwerkzeugüberwachung zur Überwachung und Regelung zugeführt werden. Die Sensoren (7, 16) sind in Hohlräumen (6, Bohrungen 12 bis 14) der Walze (1) angeordnet.

Description

WALZENANORDNUNG FÜR EIN WALZWERK ZUR WALZWERKZEUGÜBERWACHUNG
Die Erfindung betrifft eine Walzenanordnung zur Verformung, Formgebung oder ähnlichen Prozessen von Walzgut für ein Walzwerk mit einer Walzwerkzeugüberwachung wobei mindestens eine Walze der Walzenanordnung zwei Zapfen zur Lagerung der Walze in einem Walzgerüst und einen Walzenmantel aufweist. Bei derartigen Walzenanordnungen werden beim Druckumformen z.B. metallische Werkstoffe zwischen zwei oder mehreren rotierenden Werkzeugen verformt und dabei deren Querschnitt verringert.
Das Sammeln von Daten gewinnt immer mehr an Bedeutung, dabei werden besonders im Walzwerk viele Daten nur oberflächlich und von außen gemessen und deshalb teilweise durch externe Einflüsse oder Beschaffenheit verfälscht.
Die WO 2014/195309 A1 betrifft Mahlwalzenpaare zur Bearbeitung eines körnigen Mahlguts, insbesondere für das Vermahlen von Getreide, wobei mindestens eine Walze Sensoren zur Gewinnung von, einen Zustand mindestens einer der Walzen charakterisierenden Messwerten aufweist. Die Sensoren können eine Datenverbindung zu einem Datensender aufweisen, der die Messwerte berührungslos an einen Datenempfänger überträgt.
Aus der DE 102013000970 A1 ist bereits eine Messrolle zum Feststellen von Planheitsabweichungen eines bandförmigen Guts und ein Verfahren zum Feststellen von Planheitsabweichungen eines bandförmigen Guts bekannt. Diese nicht als Walze verwendbare Messrolle weist bereits im Bereich des Mantels der Messrolle einen Sensor auf. Durch diesen Sensor soll nicht der Zustand der Messrolle, sondern es sollen Planheitsabweichungen eines über die Messrolle geführten Bandes ermittelt werden.
Aus der DE 69732 182 T2 ist ein Lager mit einem Sensormodul bekannt. Dabei sind die Sensoren nicht im Lagerzapfen, sondern im Lager selbst angebracht.
Die nachveröffentlichte EP3623067A1 offenbart ein System und ein Verfahren zur Bestimmung der Umdrehungszahl einer Walze. Dazu ist im Lagerzapfen der Walze ein Umdrehungssensor vorgesehen. Weitere Sensoren, zum Beispiel im Bereich des Walzenmantels, sind nicht vorgeschlagen.
Die Erfindung geht von der Aufgabe aus, eine Walzenanordnung der eingangs genannten Art derart auszubilden, dass Daten des Walzenzustandes und des von mit der Walze im Kontakt stehenden Walzengerüstes (unmittelbar oder mittelbar) möglichst genau und unverfälscht direkt am Werkzeug ermittelt werden, so dass darüber die Walzwerksteuerung optimiert werden kann.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß für eine Walzenanordnung der eingangs genannten Art durch die im Patentanspruch 1 angegebenen Merkmale gelöst. Vorteilhafte Ausbildungen sind in den abhängigen Patentansprüchen angegeben.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Walze sowohl im Bereich des Walzenmantels als auch im Bereich der Zapfen mit Sensoren zur Messung unterschiedlicher physikalischer Eigenschaften versehen ist, wobei die Sensoren in Hohlräumen der Walze angeordnet sind, und deren Ausgangssignale der Walzwerkzeugüberwachung zur Auswertung zugeführt und anschließend zur Steuerung oder Regelung und/oder Überwachung der Walzenanordnung und/oder des Walzgerüsts heranziebar sind. Dadurch erhält man unmittelbar oder mittelbar genaue Daten des Zustandes der Walze und von dem mit der Walze im Kontakt stehenden Walzengerüst bzw. den Walzenlagern, so dass sich darüber die Walzwerksteuerung optimieren lässt. Durch eine automatisierte, intelligente Anpassung des Walzwerkes oder ein frühzeitiges Wechseln der Walze vor einem möglichen Schaden, können erhebliche Qualitätsvorteile und Ersparnisse erreicht werden.
Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, wenn die Hohlräume der Walze längs, quer und/oder schräg zur Walze angeordnet sind.
Bemerkenswert ist, dass die unterschiedlichen Sensoren beispielsweise Temperatursensoren, Körperschallsensoren, Beschleunigungssensoren, Vibrationssensoren, Dehnungsmessstreifen und/oder Ultraschallsensoren sein können.
Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, dass die Sensoren im Inneren der Walze Temperatursensoren sind und dass die Walzwerkzeugüberwachung derart ausgebildet ist, dass bei Überschreitung einer vorgegebenen Solltemperatur von beispielsweise 60°C die Kühlung der Walzen angepasst und/oder die Walzenanordnung ausgeschaltet wird.
Auch die Sensoren im Zapfen können Temperatursensoren und die Walzwerkzeugüberwachung kann derart ausgebildet sein, dass bei Überschreitung einer vorgegebenen Betriebstemperatur von beispielsweise 120°C, mehr Schmiermittel zugeführt wird, die Walzenparameter verändert werden und/oder die Walzenan-ordnung ausgeschaltet wird.
In vorteilhafter Weise können die Sensoren in der Walze Dehnungsmessstreifen und die Walzwerkzeugüberwachung kann derart ausgebildet sein, dass bei Überschreitung eines dynamischen Schwellwerts von beispielsweise 250 MPa die Walzwerksparameter angepasst werden. Vorteilhaft ist, dass die Walze aus einem Vollkörper, Hohlkörper oder einer Achse mit aufgebrachtem Walzenmantel besteht. Nachahmenswert ist, dass die Hohlräume durch Nuten und/oder Bohrungen gebildet werden.
Es empfiehlt sich, um bei der erfindungsgemäßen Walzenanordnung die Datenübertragung sicher bewerkstelligen zu können, dass die Datenübertragung komplett drahtlos oder bis zum Zapfen drahtgebunden und anschließend drahtlos oder mittels Drehdurchführung mit einer direkten Verbindung zur Walzwerkzeugüberwachung erfolgt.
Es hat sich bewährt, dass zwei Walzen mit Sensoren versehen sind, oder dass der Walze wenigstens eine Stützwalze zugeordnet ist, die mit Sensoren versehen ist.
Die Erfindung ist nachfolgend anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:
Figur 1 eine längs geschnitten dargestellte Walze für ein Walzwerk mit Walzwerkzeugüberwachung mit unter dem Walzenmantel positionierten Sensoren,
Figur 2 eine Seitenansicht der Walze gemäß Figur 1 und
Figur 3 eine alternative Walze für ein Walzwerk mit
Walzwerkzeugüberwachung in geschnittener Darstellung mit in der Achse positionierten Sensoren.
Die Figur 1 zeigt einen Längsschnitt einer Walze 1 für ein Walzwerk mit Walzwerkzeugüberwachung mit einer Achse 2, mit an deren Enden liegenden Zapfen 3 zur Lagerung der Achse 2 in nicht dargestellten Lagern von Walzenständern eines Walzgerüsts. Auf die Achse 2 ist ein Walzenmantel 4 als Nutzbereich aufgebracht, der seitlich von Ringen 5 begrenzt ist. Zwischen der Achse 2 und dem Walzenmantel 4 sind Hohlräume 6 vorgesehen, die als Nuten oder Bohrungen in der Achse 2 und/oder dem Walzenmantel 4 eingebracht sind.
In den Hohlräumen 6 sind unter dem Walzenmantel 4 verschiedene Sensoren 7 zur Messung unterschiedlicher physikalischer Eigenschaften angeordnet, die über mehradrige Kabel 8 miteinander verbunden sind. Die Sensoren 7 sind ebenfalls mit einem Energieempfänger und Datensender 9 verbunden, der in einem der Zapfen 3 mittig angeordnet ist und mit einem außen in Bereich des Zapfens 3 angeordneten Übertragungs-Modul 10 über Funk kommuniziert. Der mit der Achse 2 rotierenden Datensender 9 dient zur berührungslosen Übertragung der Messwerte der Sensoren 7 an das ruhende Übertragungs-Modul 10 als Datenempfänger. Auch kann über das Übertragungs-Modul 10 eine drahtlose Strom Übertragung erfolgen. Mittels eines Anschlusskabels 11 werden die Versorgungsspannungen dem Übertragungs-Modul 10 zugeführt und die Daten der Sensoren 7 an eine Walzwerkzeugüberwachung geleitet. Über den Zapfen 3 kann aber auch eine drahtgebundene Stromversorgung beispielsweise mit Schleifringen aufgebaut werden. Gegebenenfalls kann aber auch die Datenübertragung derart erfolgen.
Die von den Sensoren 7 zu messenden unterschiedlichen physikalischen Eigenschaften können beispielsweise Temperatur, Körperschall, Beschleunigung, Vibration, Dehnung und/oder Ultraschall sein.
Das Übertragungs-Modul 10 ist derart aufgebaut, dass es auch in industriellen Umgebungen, also Hitze, Staub, Öle, etc. standhält. Die Übertragung der elektrischen Energie erfolgt induktiv an den Energieempfänger und Datensender 9 im Walzenzapfen mit der entsprechend installierten Datenübertragungsperipherie. In der Figur 2 ist die Walze 1 gemäß Figur 1 in Draufsicht auf den Zapfen 3 dargestellt. Im Inneren des Zapfens 3 durch das Übertragungs-Modul 10 verdeckt ist der Energieempfänger und Datensender 9 angeordnet. Den Zapfen 3 umgeben einer der Ringe 5 und der Walzenmantel 4. Zwischen dem Zapfen 3 und dem Walzenmantel 4 sind die Flohlräumen 6 zur Aufnahme der verschiedenen Sensoren 7 durch den Ring 5 verdeckt angeordnet.
Die Figur 3 zeigt eine alternative Walzenanordnung für ein Walzwerk mit Walzwerkzeugüberwachung in geschnittener Darstellung, bei der die Sensoren in der Achse 2 positioniert sind. Dazu sind in der Achse 2 als Flohlräume 6 Bohrungen eingebracht. Von einer in der Mitte der Achse 2 angeordneten Längsbohrung 12 zweigen beispielsweise im Bereich des Walzenmantels 4 Diagonal- oder Schrägbohrungen 13 und im Bereich der Zapfen 3 Querbohrungen 14 ab. In den Bohrungen 12 bis 14 sind verschiedenartige Sensoren 7 zur Messung unterschiedlicher physikalischer Eigenschaften angeordnet, die über mehradrige Kabel 8 miteinander verbunden sind. In den Querbohrungen 14 im Bereich der Zapfen 3 sind beispielsweise Temperatur-Sensoren 16 angeordnet. Diese Sensoren 7 und 16 sind ebenfalls mit dem mittig in einem der Zapfen 3 angeordneten Energieempfänger und Datensender 9 verbunden, der mit einem außen in Bereich des Zapfens 3 angeordneten Übertragungs-Modul 15 über Funk kommuniziert. Mittels eines Anschlusskabels 11 werden die Versorgungsspannungen zugeführt und die Daten der Sensoren 7 an eine Walzwerkzeugüberwachung geleitet. Diese Informationsdaten des Werkzeuges, aber auch seiner unmittelbaren Umgebung werden ausgewertet und können beispielsweise zur Optimierung der Walzwerksparameter, zur Vermeidung von Unfällen, frühzeitiger Erkennung von Schäden oder Verbesserung des Werkzeuges selbst eingesetzt werden. Diese Walze 1 lässt sich als Messwalze bei nahezu jedem Umformprozess einsetzen. Bei der Erfindung handelt es sich um eine Walzwerkzeugüberwachung für einen rotationssymmetrischen Körper, einer Walze 1, zur Verformung, Formgebung oder ähnlichen Prozessen von verschiedenen Materialien, wie beispielsweise Eisenwerkstoffen und weiteren Metallen.
Ziel dabei ist es, Daten des Walzenzustandes und von mit der Walze 1 im Kontakt stehenden Walzengerüstes unmittelbar oder mittelbar direkt am Werkzeug zu erlangen, sowie darüber die Walzwerksteuerung zu optimieren.
Dazu wird diese Walze 1 mit unterschiedlichen Sensoren 7 und 16 ausgestattet, beispielsweise Temperatur-, Beschleunigungs-, Körperschall-Sensoren und/oder Dehnungsmessstreifen, wodurch der momentane Walzenzustand gemessen und ausgelesen werden kann.
Durch die Messung direkt in der Walze 1 könnten so bessere und genauere Daten gesammelt werden. Dafür sind die Herausforderungen in der Walzwerksumgebung nicht unerheblich. Im Bereich der Stahlerzeugung ist eine Bohrung unter dem Walzenmantel 4 oder quer durch die Walze 1 möglich, so dass ohne Einfluss auf die Walze 1 selbst Dinge wie Walzentemperatur in Abhängigkeit der Dicke des Walzenmantels 4, Unfälle innerhalb des Walzwerkes und sogar Ausschalungen oder Walzenbrüche frühzeitig erkannt werden können, bevor diese Walzengerüste beschädigen. Weiterhin können die Umgebung überwacht und optimiert werden. Temperatur-Sensoren 16 im Lagerbereich können beispielsweise die Lagertemperaturen überwachen und den Einsatz von Schmiermittel optimieren und Zapfenbrüche aufgrund von sogenannten Lagerfressern unterbinden. Über Dehnungsmessstreifen in der Walze 1 sind wiederum die Belastungen abzulesen und bei Überlasten im Walzengerüst anzupassen. Die Auswahl der zu erfassenden Parameter ist nur durch die Möglichkeiten der derzeitigen Sensoren 7 beschränkt. Auch eine intelligente Kombination von unterschiedlichen Sensoren führt zu weiteren Frühwarnsystemen oder Erkenntnissen.
Weiterhin lässt sich in einem sogenannten Resleeve-Verfahren auch eine Messachse nach einem Betrieb wiederverwenden und nur die verschlissene Nutzschicht, den Walzenmantel 4, regenerieren.
Zusammenfassend ist festzustellen, dass durch die erfindungsgemäße Walzenanordnung eine umfassende Walzwerkzeugüberwachung in einem Walzwerk ermöglicht wird, mit deren Hilfe Informationen des Walzwerkzeuges, aber auch seiner unmittelbaren Umgebung gesammelt und ausgewertet werden können. Diese Daten können eingesetzt werden, um beispielsweise Walzwerksparameter zu optimieren, Unfälle zu vermeiden, Schäden frühzeitig zu erkennen oder das Walzwerkzeug selbst zu verbessern. Diese Messwalze kann bei nahezu jedem Umformprozess eingesetzt werden.
Die Walze 1 kann aus einem Vollkörper, Hohlkörper oder einer Achse 2 mit aufgeschrumpftem oder anderweitig aufgebrachtem Walzenmantel 4, beispielsweise durch Aufschweißen oder Plattieren, bestehen.
Die Messinstrumente sind möglichst direkt, mit einem nötigen Sicherheitsabstand zwischen 0 und 50 mm, unter dem Walzenmantel 4 und/oder der Oberfläche platziert. Um dies zu gewährleisten, können in die Voll- oder Hohlwalzen Hohlräume 6 wie Bohrungen 12, 13 unter die Nutzschicht des Walzenmantels 4 oder Querbohrungen 14 in der Achse 2 eingebracht werden, in die die Sensoren 7 und 16 eingebracht und/oder fixiert werden können.
Diese Bohrungen 12 bis 14 können einfach oder mehrfach in die Walze 1 , beispielsweise versetzt um 180°, einbracht werden, wodurch mehr Detailinformationen der Walze 1 aufgenommen werden können. Handelt es sich um eine Achse 2 mit aufgebrachten Walzenmantel 4 gemäß Figur 1, werden die Sensoren in vorbereiteten Nuten in der Achse 2 zur Bildung der Hohlräume 6 gelegt und anschließend der Walzenmantel 4 aufgebracht.
Die Walze 1 kann auch mit weiteren Messwalzen, beispielsweise auch Stützwalzen gekoppelt werden, wodurch die Anpassungen von Parametern und die gewonnenen Informationen vermehrt werden können.
Die Anbindung an ein Lesegerät erfolgt entweder komplett drahtlos oder bis zum Zapfen drahtgebunden und anschließend drahtlos oder mittels Drehdurchführung mit einer direkten Verbindung.
Erfolgt die Weiterleitung drahtgebunden, können diese durch den Ballen oder aufgezogene Ringe geführt werden und über eine weitere Bohrung im Zapfen 3 bis zum Walzenende verlegt werden. Ziel ist es keine offenliegenden Drähte an der Walze zu haben und die Energie sowie die Daten drahtlos zu übermitteln.
Im Zapfen selbst kann drahtgebunden eine Stromversorgung aufgebaut werden oder über das Übertragungs-Modul 10 auch eine drahtlose Stromübertragung erfolgen. Weiterhin kann ein Datenempfangsmodul auf Basis von Bluetooth, W- LAN oder ähnlichen Datenübertragungsstandards in dem Modul 10 integriert sein, damit die Datenübertragung an eine entsprechende Software ebenfalls drahtlos erfolgen kann.
Mit den Temperatur-Sensoren 16 im Zapfen 3 sollen im speziellen die Lagertemperaturen direkt am Werkzeug gemessen und überwacht werden. Ziel ist es, neben der Prozessüberwachung und Verhinderung von Werkzeugschäden, auch Möglichkeiten der Optimierung an Begleitstoffen, wie beispielsweise Kühl- und/oder Schmiermitteln zu ermöglichen. Dadurch können erhebliche Kosteneinsparungen des Anwenders umgesetzt werden.
Neben der Betriebsmitteloptimierung soll ebenfalls der Schadensfall verhindert werden. Im Bereich der Lager wäre dies im speziellen, das Erkennen von Problemen im Lagerbereich über einen Anstieg der Betriebstemperatur über beispielsweise 120°C hinaus, wobei der Wert vom Lagertyp abhängig ist. Ab diesem Temperaturbereich muss davon ausgegangen werden, dass das Lager blockiert, und es zu einem Zapfenschaden bis hin zum Zapfenbruch kommen kann. Der Walzwerker kann daraufhin entscheiden, ob mehr Schmiermittel benötigt wird, Walzenparameter verändert werden müssen oder ein Walzstopp nötig ist, um einen sicheren Prozessablauf zu gewährleisten. Oder die Walzwerkzeugüberwachung greift automatisch ein und steuert den erforderlichen Prozess.
Temperatursensoren im Walzeninneren überwachen den Walzprozess in Hinblick auf die korrekte Kühlung des Werkzeuges. Ab einer Temperatur von beispielsweise 60°C kann im Walzwerk die Kühlung der Walzen angepasst werden, da es sonst an der Walzenoberfläche zu unerwünschten Schäden kommen kann, oder das Walzgut nicht in erwünschter Qualität die Walzstraße verlässt. Dieser Temperaturwert ist abhängig von der Positionierung des Temperatur-Sensors 16, des Werkzeugzustandes und des Materials.
Mit Dehnungsmesstreifen hinter dem Lagerbereich und in der Walze 1 selbst, können die Durchdehnung des Werkszeugs aufgenommen und interpretiert werden. Ab einem werkstoffabhängigen dynamischen Schwellwert von beispielsweise 250 MPa ist von einer Überlast auszugehen und die Walze 1 läuft Gefahr, zu brechen oder zumindest einen Schaden zu nehmen. Der Grenz- Schwellwert wird je Werkstoff festgelegt. Aufgrund der Anpassung von Walzwerksparametern durch die Walzwerkzeugüberwachung kann darauf reagiert werden und das Walzwerk kann weiter optimal produzieren.
Körperschall-Sensoren in der Walze 1 selbst können Ausschalungen, Risse, Brüche und ähnliche Schäden wahrnehmen, bevor im Schadensfall diese auch an die Oberfläche austreten und das Walzwerk schädigen könnten.
Beschleunigungs-Sensoren überwachen zur Sicherstellung der korrekten Arbeitsbedingungen die Walzendrehgeschwindigkeiten.
Weitere Sensoren, wie beispielsweise Vibrations-Sensoren, Ultraschall-Sensoren, und Ähnliche, erweitern die Möglichkeiten der Werkzeugüberwachung.
Bezugszeichenliste
1 Walze
2 Achse
3 Zapfen
4 Walzenmantel
5 Ringe
6 Hohlräume
7 Sensoren
8 Kabel
9 Energieempfänger und Datensender
10 Übertragungs-Modul
11 Anschlusskabel
12 Längs-Bohrung
13 Diagonal- oder Schrägbohrung
14 Querbohrung
15 Übertragungs-Modul
16 Temperatur-Sensoren

Claims

Patentansprüche
1. Walzenanordnung zur Verformung, Formgebung oder ähnlichen Prozessen von Walzgut für ein Walzwerk mit einer Walzwerkzeugüberwachung wobei mindestens eine Walze (1) der Walzenanordnung zwei Zapfen (3) zur Lagerung der Walze (1) in einem Walzgerüst und einen Walzenmantel (4) aufweist, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Walze (1) sowohl im Bereich des Walzenmantels (4) als auch im Bereich der Zapfen (3) mit Sensoren (7, 16) zur Messung unterschiedlicher physikalischer Eigenschaften versehen ist, wobei die Sensoren (7, 16) in Hohlräumen (6, 12 bis 14) der Walze (1) angeordnet sind, und dass die Ausgangssignale der Sensoren (7, 16) der Walzwerkzeugüberwachung zur Auswertung zugeführt und anschließend zur Steuerung oder Regelung und/oder Überwachung der Walzenanordnung und/oder des Walzgerüsts heranziebar sind.
2. Walzenanordnung nach Anspruch 1 , d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Hohlräume (6) der Walze (1 ) längs, quer und/oder schräg zur Walze (1) angeordnet sind.
3. Walzenanordnung nach Anspruch 1 oder 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die unterschiedlichen Sensoren (7, 16) Temperatur-Sensoren, Körperschall-Sensoren, Beschleunigungs-Sensoren, Vibrations-Sensoren, Dehnungsmessstreifen und/oder Ultraschall-Sensoren sind.
4. Walzenanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Sensoren im Inneren der Walze (1) Temperatur-Sensoren (16) sind und dass die Walzwerkzeugüberwachung derart ausgebildet ist, dass bei Überschreitung einer vorgegebenen Solltemperatur von beispielsweise 60°C die Kühlung der Walzen (1 ) angepasst wird und/oder die Walzanordnung abschaltbar ist.
5. Walzenanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Sensoren im Zapfen (3) Temperatur-Sensoren (16) sind, und dass die Walzwerkzeugüberwachung derart ausgebildet ist, dass bei Überschreitung einer vorgegebenen Betriebstemperatur von beispielsweise 120°C, mehr Schmiermittel zuführbar ist, die Walzenparameter veränderbar sind und/oder die Walzanordnung abschaltbar ist.
6. Walzenanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Sensoren (7, 16) in der Walze (1) Dehnungsmessstreifen sind, und dass die Walzwerkzeugüberwachung derart ausgebildet ist, dass bei Überschreitung eines dynamischen Schwellwerts von beispielsweise 250 MPa die Walzwerksparameter anpassbar sind.
7. Walzenanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Walze (1 ) aus einem Vollkörper, Hohlkörper oder einer Achse (2) mit aufgebrachtem Walzenmantel (4) besteht.
8. Walzenanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Hohlräume (6) durch Nuten und/oder Bohrungen (12 bis 14) gebildet werden.
9. Walzenanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Datenübertragung komplett drahtlos oder bis zum Zapfen drahtgebunden und anschließend drahtlos ist oder mittels Drehdurchführung eine direkte Verbindung zur Walzwerkzeugüberwachung aufweist.
10. Walzenanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass zwei Walzen (1) mit Sensoren (7, 16) versehen sind.
11. Walzenanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass der Walze (1) wenigstens eine Stützwalze zugeordnet ist, die mit Sensoren (7, 16) versehen ist.
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