RUNGE, Andreas (Brückenstrasse 47, Remscheid, 42857, DE)
GIRGENSOHN, Albrecht (Weststrasse 15, Düsseldorf, 40597, DE)
RUNGE, Andreas (Brückenstrasse 47, Remscheid, 42857, DE)
| Patentansprüche
1. Vorrichtung (100) zum Führen eines Bandes (200), insbesondere eines Metallbandes, umfassend: mindestens einen Lagerblock (120); eine in dem mindestens einen Lagerblock drehbar gelagerte Rolle (130) an welcher das Band (200) geführt ist; und eine Messeinrichtung (140) zum Erfassen der beim Führen des Bandes auf die Rolle wirkenden Rollenkraft; dadurch gekennzeichnet, dass die Messeinrichtung (140) umfasst: eine Sensoreinrichtung (142) zum Erfassen der Verformung des Lagerblocks (120) beim Führen des Bandes (200); und eine Auswerteeinrichtung (144) zum Berechnen der auf die Rolle (130) wirkenden Rollenkraft aus der von der Sensoreinrichtung (142) erfassten Ver- formung des Lagerblocks.
2. Vorrichtung (100) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoreinrichtung (142) ausgebildet ist in Form eines Ultraschall-Sensors, eines Wirbelstromsensors, eines faseroptischen Abstandssensors oder eines Messtasters.
3. Vorrichtung (100) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Lagerblock (120), dessen Verformung gemessen wird, einen Hohlraum (122) oder eine Aussparung aufweist zur Aufnahme der Sensoreinrichtung (142) und/oder der Auswerteeinrichtung (144).
4. Vorrichtung (100) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Lagerblock (120), dessen Verformung gemessen werden soll, eine geeignete Schwachstelle (124) aufweist, deren eigene Verformung beim Führen des Bandes (200) repräsentativ für die Verformung des Lagerblocks (120) von der Sensoreinrichtung (142) erfassbar ist.
5. Vorrichtung (100) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Schwachstelle (124) in Form eines Schlitzes ausgebildet ist, welcher in dem Lagerblock (120) vorzugsweise in der Nähe einer Bohrung (126) zur Auf- nähme eines Zapfens der Rolle so angeordnet ist, dass er sich beim Führen des Bandes verformt.
6. Vorrichtung (100) nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstandsensor (142) geeignet angeordnet ist zum Erfassen einer Verformung des Schlitzes beim Führen des Bandes.
7. Vorrichtung (100) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Lagerblock an einer Trägereinrichtung (110) fixiert ist, die Vorrichtung (100) als Strangführungseinrichtung, die Trägereinrichtung
(110) als Segmentrahmen und die Rolle (136) als Segmentrolle ausgebildet ist zum Führen des Bandes in Form eines Metallbandes, insbesondere einer Bramme aus einer vorgeschalteten Gießeinrichtung.
8. Vorrichtung (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Lagerblock an einer Trägereinrichtung (110) fixiert ist, die Vorrichtung (100) als Walzgerüst, die Trägereinrichtung (110) als Walzenständer und die Rolle (136) als Arbeits- oder Stützwalze ausgebildet ist zum Führen und Walzen des Bandes (200) in Form eines Metallbandes.
9. Vorrichtung (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (100) als Looper zum Zwischenspeichern von Teilen des Bandes (200) ausgebildet ist.
10.Verfahren zum Betreiben einer Vorrichtung (100) in welcher ein Band (200), insbesondere ein Metallband, über eine in mindestens einem Lagerblock (120) gelagerte Rolle (130) geführt wird, umfassend folgende Schritte: Erfassen der beim Führen des Bandes (200) auf die Rolle (130) einwirkende Rollenkraft; dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt des Erfassens der Rollenkraft folgende Teilschritte umfasst:
Erfassen der Verformung des Lagerblocks (120) beim Führen des Bandes (200) über die Rolle; und Berechnen der auf die Rolle (136) wirkenden Rollenkraft aus der Verfor- mung des Lagerblocks (120). |
Vorrichtung und Verfahren zum Führen eines Bandes
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Führen eines Bandes, insbesondere eines Metallbandes mittels einer oder mehrerer Rollen. Dabei wird die beim Führen des Bandes, d. h. unter Belastung auf die Rollen einwirkenden Rollenkraft gemessen.
Derartige Vorrichtungen sind im Stand der Technik, z. B. aus der EP 0 539 784 B2 bekannt. In dieser europäischen Patentschrift ist eine Stranggießanlage of- fenbart, bei welcher die Rollen einer Strangführungseinrichtung mit Hilfe von Hydraulikzylindern angestellt werden. Um die mechanischen Lasten zu messen, die während des Betriebs der Strangführungseinrichtung auf die einzelnen Rollen der Strangführungseinrichtung wirken, ist jeder Rolle jeweils eine Belastungszelle bzw. Kraftmessdose zugeordnet. Die Kraftmessdose ist dabei zwi- sehen dem Lagerblock in dem die Rolle gelagert ist und einer Segmenttraverse eingebaut.
Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine bekannte Vorrichtung und ein bekanntes Verfahren zum Führen eines Metallbandes dahingehend weiterzubilden, dass sie eine alternative Vorrichtung und ein alternatives Verfahren zum Messen der auf die Rolle einwirkenden Kraft aufweisen.
Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand des Vorrichtungsanspruchs 1 ge- löst. Konkret besteht die Lösung darin, dass die Messeinrichtung umfasst: eine Sensoreinrichtung zum Erfassen der Verformung des Lagerblocks für die Rolle beim Führen des Bandes und eine Auswerteeinrichtung zum Berechnen der auf die Rolle wirkenden Kraft aus der von der Sensoreinrichtung erfassten Verformung des Lagerblocks.
Der Begriff „Band" im Sinne der Erfindung ist grundsätzlich sehr breit gefasst. So meint er grundsätzlich Bänder aus beliebigem Material und mit beliebigen Querschnitten, auch Seile oder Fäden. Insbesondere meint der Begriff jedoch Metallbänder, speziell auch Brammen.
Der Begriff „Rolle" ist im Sinne der Erfindung ebenfalls sehr breit zu verstehen. So kann es sich bei diesen Rollen grundsätzlich auch um Räder oder Umlenkrollen handeln. Insbesondere ist der Begriff „Rolle" hier jedoch im Sinne einer Strangführungsrolle in einer Strangführungseinrichtung, im Sinne einer Walze eines Walzgerüstes oder im Sinne einer Rolle eines Loopers bzw. Zwischen- Speichers für Metallband zu verstehen.
Die beanspruchte indirekte Methode zum Messen der Rollenkraft bietet den Vorteil, dass sie mit recht geringem Aufwand installiert werden kann und auch über einen längeren Zeitraum betriebssicher und zuverlässig Messergebnisse für die Rollenkräfte liefert.
Eine Ausbildung der Sensoreinrichtung in Form eines Ultraschallsensors, eines Wirbelstromsensors oder eines optischen Abstandssensors bieten vorteilhafterweise die Möglichkeit einer berührungslosen Messung der Verformung, bei der nur geringe konstruktive Maßnahmen an dem Lagerblock erforderlich sind.
Wenn der Lagerblock oder die Trägereinrichtung einen Hohlraum oder eine Aussparung aufweisen zur Aufnahme der Sensoreinrichtung und/oder der Auswerteeinrichtung, so hat dies den Vorteil, dass diese Einrichtungen dann räum- lieh nahe an dem Ort der zu messenden Verformung angeordnet sind und dass sie in dem Hohlraum oder der Aussparung vor Umwelteinflüssen, insbesondere Feuchtigkeit, geschützt werden kann.
Es ist vorteilhaft, wenn der Lagerblock eine geeignete Schwachstelle aufweist, wenn deren Verformung beim Führen des Bandes von der Sensoreinrichtung repräsentativ für die Verformung des Lagerblockes einfach erfassbar ist.
Besonders einfach ist die Ausgestaltung der Schwachstelle in Form eines Schlitzes. Die Sensoreinrichtung kann dann vorteilhafterweise als einfacher und preiswerter Abstandssensor ausgebildet sein, welcher dann die Verformung des Lagerblockes unter Belastung in Form einer Verengung des Schlitzes erfasst.
Vorteilhafte Ausgestaltungen für die Vorrichtung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Die oben genannte Aufgabe wird weiterhin durch ein Verfahren zum Betreiben der beanspruchten Vorrichtung gelöst. Die Vorteile dieses Verfahrens entsprechen den oben mit Bezug auf die beanspruchte Vorrichtung genannten Vorteilen.
Der Beschreibung sind insgesamt drei Figuren beigefügt, wobei
Figur 1 eine Vorrichtung zum Führen eines Metallbandes;
Figur 2 einen Lagerblock der Vorrichtung in unbelastetem Zustand;
Figur 3A einen Lagerblock in unbelastetem Zustand; und
Figur 3B den Lagerblock in belastetem Zustand
zeigt.
Die Erfindung wird nachfolgend in Form von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die genannten Figuren detailliert beschrieben. In allen Figuren sind gleiche Elemente mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet.
Figur 1 zeigt die erfindungsgemäße Vorrichtung 100 lediglich beispielhaft in Form einer Strangführungseinrichtung. Sie dient hier zum Führen eines Bandes
200 in Form eines Metallbandes, insbesondere in Form einer Bramme. Die Trägereinrichtung 110 dieser Vorrichtung 100 ist in Form eines Segmentrahmens ausgebildet. An dem Segmentrahmen bzw. an dessen Traversen sind Lagerblöcke 120 befestigt zur Aufnahme von Rollen 130. Bei der in Figur 1 gezeigten Strangführungseinrichtung sind zwei Rollen 130 gegenüberliegend angeordnet; sie bilden zusammen einen Rollenspalt, in dem das Metallband 200 geführt ist.
Figur 2 zeigt einen Querschnitt durch einen Lagerblock 120. Es ist eine Bohrung 121 zum Lagern der Rollen 130 durch Aufnahme von deren Zapfen ausgebildet. Der Lagerblock 120 ist mit Schraubverbindungen 128 an der Trä- gereinrichtung 110 befestigt. Der Lagerblock 120 weist eine künstliche
Schwachstelle 124 in Form eines Schlitzes auf. In Figur 2 ist darüber hinaus eine Messeinrichtung 140 zu erkennen, welche eine Sensoreinrichtung 142 und eine zugeordnete Auswerteeinrichtung 144 umfasst. Die Sensoreinrichtung 142 dient zum Erfassen der Verformung des Lagerblocks unter Last, d. h. beim Füh- ren des Bandes 200. Die Auswerteeinrichtung 144 dient zum Berechnen der gesuchten, auf die Rolle 130 wirkenden Rollenkraft im Belastungsfalle aus der von der Sensoreinrichtung 142 erfassten Verformung des Lagerblocks.
Figuren 3A und 3B zeigen einen Vergleich zwischen dem Lagerblock in unbe- lastetem Zustand, Figur 3A, und in belastetem Zustand, Figur 3B. Figur 3B lässt die aus der Belastung F resultierenden Verformungen, insbesondere Stauchung des Lagerblocks deutlich erkennen. Die Messeinrichtung 142 ist für das in den Figuren 2 und 3 gezeigte Ausführungsbeispiel in Form eines Abstandssensors ausgebildet, der eine Verengung des Schlitzes 124 unter Last im Vergleich zu einer größeren Schlitzhöhe in unbelastetem Zustand vorzugsweise kontinuierlich erfasst. Die erfasste Verengung des Schlitzes 124 repräsentiert die Verformung des Lagerblocks 120 unter Last. Der mathematische Zusammenhang zwischen dem Abstands-Messsignal des Abstandssensors und den auf die Rolle wirkenden Kräften wird durch die Kennlinie des Messsensors und die genaue Geometrie des Lagerblocks bestimmt. Es entsteht ein einfacher linear oder nahezu linear Zusammenhang mit polynomischen Anteilen, so dass die wirkenden
Kräfte auf einfachem Weg aus den gemessenen Verformungen berechnet werden können.
Aus dieser Verformung berechnet die Auswerteeinrichtung 144 dann die gesuchte auf die Rolle 130 einwirkende Kraft F im Belastungsfalle.
Figur 3B zeigt ein Beispiel für den unter Last verformten Lagerblock, allerdings stark überzeichnet. So beträgt die Verformung des Lagerblocks im Bereich der Schwachstelle bzw. des Schlitzes bei einer Strangführungseinrichtung bei maximaler zulässiger Rollenlast lediglich 0,02 - 0,3 mm. Geometrische Verände- rungen in dieser Größenordnung sind problemlos messbar und ermöglichen insofern ein ausreichend großes Messsignal als Repräsentant für die Verformung des Lagerblocks.
Dabei gilt es allerdings zu bedenken, dass die geometrischen Veränderungen in der genannten Größenordnung nur im Bereich der künstlich eingebauten
Schwachstelle auftreten; ansonsten liegen die Verformungen typischerweise in wesentlich kleineren, kaum noch messbaren Größenordnungen. Insofern bietet die Schwachstelle ein geeignetes Mittel, die Verformung des Lagerblocks in eine messbare Größenordnung zu transformieren bzw. diese sichtbar zu ma- chen. Die Schwachstelle ist zum einen dafür entsprechend auszubilden. Zum anderen muss jedoch auch gewährleistet sein, dass der Lagerblock 120 durch die Schwachstelle nicht unzulässig stark geschwächt wird. Vielmehr ist z. B. bei einer Ausführung der Vorrichtung als Strangführungseinrichtung zu gewährleisten, dass die Verformung der Schwachstelle so klein bleibt, dass die Strang- schale einer Bramme durch die Veränderung der Rollenposition unter Last nicht überbelastet wird.
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