Die Erfindung betrifft eine Kühleinrichtung zum Kühlen eines metallischen Gutes, insbesondere nach einem Walzen des metallischen Gutes. Darüber hinaus betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betreiben dieser Kühleinrichtung sowie ein Verfahren zum Herstellen oder Auswahlen eines Kühlbalkens für eine derartige Kühleinrichtung.

Derartige Kühleinrichtungen sowie Verfahren zur Herstellung und zum Betrieb von Kühlbalken sind im Stand der Technik grundsätzlich bekannt. So offenbart die WO 2016/189903 A1 einen binären Lösungsansatz, bei dem eine Überkühlung des metallischen Gutes im Kantenbereich ausgeglichen wird durch das Vorsehen von Breitenmaskierungen an den Rändern des metallischen Gutes in Verbindung mit Kühlmittelauffangbehältern. Das europäische Patent EP 2 155 411 B1 offenbart ebenfalls einen Lösungsansatz zur Verringerung einer ungleichförmigen Temperaturverteilung insbesondere an den Rändern eines metallischen Gutes. Auch hier sind Masken für die zur Abdeckung der Ränder vorgesehen, wobei diese Masken jedoch in Breitenrichtung verschiebbar bzw. einstellbar sind und auch eine gewisse Menge an Kühlmittel auf die Ränder des zu kühlenden Gutes durchlassen.

Die europäische Patentschrift EP 2 986 400 B1 offenbart einen Kühlbalken mit mehreren Kammern, welche individuell mit dem Kühlmittel beaufschlagt werden können. So lassen sich über der Breite des Düsenbalkens unterschiedliche Drücke oder Volumenströme für das Kühlmittel einstellen. Insbesondere kann die Druck- oder Volumenstromverteilung des Kühlmittels über der Breite des Kühlbalkens an den tatsächlichen Verlauf der Temperatur über der Breite des metallischen Gutes im Einlauf einer Kühleinrichtung angepasst werden. Bei einer konstanten Dichteverteilung der Spritzdüsen an dem Kühlbalken in Breitenrichtung lassen sich so insbesondere lineare Kühlmittelvolumenströme über der Breite des Kühlbalkens einstellen. Dies mag für lineare Temperaturverteilungen über der Breite gut sein.

Die tatsächlichen Verläufe der Temperaturverteilung über der Breite des zu kühlenden metallischen Gutes bzw. des Kühlbalkens verlaufen jedoch in der Regel nicht rein linear, sondern oftmals vielmehr degressiv oder progressiv. In diesen Fällen ist die in der EP‘ 400 B1 offenbarte lineare Verteilung des Kühlmittels in einzelnen Breitenabschnitten des Kühlbalkens im Hinblick auf eine gewünschte größere Genauigkeit bei der Kompensation von vorgegebenen Temperaturprofilen nicht zielführend. Insbesondere kann dies mitunter zu einer unerwünschten Überkühlung der Ränder des metallischen Gutes führen.

Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine bekannte Kühleinrichtung sowie bekannte Verfahren zu deren Herstellung und Betrieb dahingehend weiterzubilden, dass die von der Kühleinrichtung erzeugte Kühlwirkung auf das metallische Gut besser an eine reale Einlauf-Temperaturverteilung angepasst werden kann.

Diese Aufgabe wird vorrichtungstechnisch durch den Gegenstand des Patentanspruchs 1 gelöst. Demnach ist die erfindungsgemäße Kühleinrichtung dadurch gekennzeichnet, dass die Dichte der Querschnittsflächen der Austrittsöffnungen der Kühlmittelbeaufschlagungselemente in Breitenrichtung des Kühlbalkens nach Maßgabe des Betrags der Steigung der Verteilung der Temperatur des metallischen Gutes über dessen Breite vor dem Einlauf unter den Kühlbalken verteilt und bemessen ist. Der Begriff „Dichte der Querschnittsflächen“ bedeutet im Rahmen der vorliegenden Beschreibung die Summe der Querschnittsflächen der Austrittsöffnungen der Kühlmittelbeaufschlagungselemente pro Flächeneinheit des Kühlbalkens. Vereinfacht ausgedrückt bezeichnet diese Dichte das Verhältnis von Austrittsfläche für das Kühlmittel zu Flächeneinheit an dem Kühlbalken. Alternativ zu der Querschnittsfläche der Austrittsöffnung an dem Kü hl mittel be- aufschlagungselement kann der Begriff „Querschnittsfläche“ auch die Querschnittsfläche eines Sprühflecks auf dem zu kühlenden Gut bedeuten. Durch die beanspruchte Verteilung der Dichte der Querschnittsflächen nach Maßgabe bzw. entsprechend dem Betrag der Steigung der Verteilung der Temperatur des metallischen Gutes über dessen Breite ist es möglich, die Kühlleistung - auch bei Beaufschlagung des metallischen Gutes mit einem konstanten Kühlmittel-Volumenstroms oder Kühlmitteldruck - sehr viel genauer an die tatsächlichen Temperaturverhältnisse in dem metallischen Gut anzupassen. Insbesondere können auch progressive oder degressive Temperaturverläufe sehr genau kompensiert bzw. gekühlt werden. Wenn die Temperatur beispielsweise zu den Rändern des metallischen Gutes hin abfällt, wird die Steigung zu den Rändern hin zunehmend größer und dementsprechend ist die Dichte der Querschnittsflächen der Austrittsöffnungen der Kühlmittelbeaufschla- gungselemente zu verringern. Umgekehrt gilt: Wenn die Temperatur zu den Rändern hin beispielsweise ansteigt, dann bedarf es einer stärkeren Kühlung, was dadurch erreicht wird, dass die Kühlmittelaustrittsfläche der Beaufschlagungselemente in den entsprechenden Breitenbereichen vergrößert wird.

Gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel wird festgestellt, dass die Dichte der Querschnittsflächen der Austrittsöffnungen der Kühlmittelbeaufschlagungs- elemente repräsentiert wird bzw. repräsentiert werden kann durch den auf die Breitenrichtung des Kühlbalkens projizierten Abstand zwischen zwei benachbarten Kühlmittelbeaufschlagungselementen. Konkret wird vorgeschlagen, dass dieser projizierte Abstand in Breitenrichtung des Kühlbalkens zu einem Rand des Kühlbalkens hin vergrößert wird, wenn die Temperatur des metallischen Gutes zu diesem Rand des Kühlbalkens hin abfällt. Aufgrund des Abfallens der Temperatur ist dann in diesen Breitenbereichen weniger Kühlleistung erforderlich, was dadurch erreicht wird, dass der projizierte Abstand zwischen einzelnen, insbesondere benachbarten Düsen vergrößert wird. Dies ist gleichbedeutend mit einer Verringerung der Dichte der Querschnittsflächen der Austrittsöffnungen der Kühlmittelbeaufschlagungselemente. Zum Grundverständnis der vorliegenden Erfindung ist es wichtig, zu verstehen, dass trotz der beanspruchten Abhängigkeit zwischen der Dichte der Querschnittsflächen der Austrittsöffnungen und dem Betrag der Steigung die Dichte der Querschnittsflächen keineswegs null werden muss, wenn der Betrag der Steigung null ist, d. h. wenn die Temperaturverteilung in Breitenrichtung konstant ist. Typischerweise ist dann auch die Dichte der Querschnittsflächen der Austrittsöffnungen in Breitenrichtung über dem entsprechenden Breitenabschnitt konstant, aber typischerweise ungleich null, genauer gesagt größer null.

Wie bereits oben erwähnt, bietet die Erfindung den Vorteil, dass auch bei einer Beaufschlagung des zu kühlenden Gutes mit einem konstanten Volumenstrom bzw. einem konstanten Druck des Kühlmittels über der Breite des Kühlbalkens die besagte genaue Anpassung der Kühlleistung an den tatsächlichen Temperaturverlauf bereits alleine durch die entsprechende beanspruchte Dichteverteilung der Kühlmittelbeaufschlagungselemente mit ihren jeweiligen Querschnittsflächen erreicht werden kann. Dem steht nicht entgegen, dass neben der beanspruchten Verteilung der Dichte der Querschnittsflächen der Austrittsöffnungen auch zusätzlich der Volumenstrom oder der Druck des Kühlmittels in einzelnen Breitenbereichen unterschiedlich eingestellt werden kann, um die Verteilung des Kühlmittels und der Kühlleistung in Breitenrichtung an die reale Temperaturverteilung anzupassen. Der Kühlbalken kann zu diesem Zweck vorzugsweise mit mehreren einzelnen Kühlkammern ausgebildet sein, die entsprechend unterschiedlich mit Kühlmittel beaufschlagt werden. Dies erfolgt typischerweise über den einzelnen Kammern zugeordnete Ventile, die von einer Steuereinrichtung entsprechend individuell angesteuert werden.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche. Die oben genannte Aufgabe der Erfindung wird weiterhin gelöst durch ein Verfahren zum Betreiben der beanspruchten Kühleinrichtung nach Anspruch 5, wobei der Druck oder Volumenstrom des Kühlmittels, mit welchem die Kühlmittelbeaufschlagungselemente versorgt werden, für alle Kühlmittelbeaufschlagungselemente des Kühlbalkens gleich eingestellt wird.

Die oben genannte Aufgabe der Erfindung wird weiterhin durch ein Verfahren zum Herstellen oder Auswahlen eines Kühlbalkens für eine Kühleinrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche gemäß Anspruch 7 gelöst. Die beanspruchte Auswahl eines Kühlbalkens betrifft den Fall, dass der Anwender eine Mehrzahl von unterschiedlichen Kühlbalken auf Lager liegen hat und er für einen bestimmten Anwendungsfall jeweils einen geeigneten Kühlbalken auswählen muss.

Die Vorteile der beanspruchten Verfahren entsprechen den oben mit Bezug auf die beanspruchte Kühleinrichtung genannten Vorteilen.

Der Erfindung sind drei Figuren beigefügt, wobei

Figur 1 die erfindungsgemäße Kühleinrichtung 100 mit einer Dichteverteilung der Querschnittsflächen der Austrittsöffnungen der Kü hl mittel beauf- schlagungselemente gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel; Figur 2 die erfindungsgemäße Kühleinrichtung mit einem Kühlbalken mit einer Verteilung der Dichte der Querschnittsflächen gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel; und

Figur 3 die Kühleinrichtung mit einem Kühlbalken mit einer Verteilung der

Dichte der Querschnittsflächen der Austrittsöffnungen gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel zeigt.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der genannten Figuren in Form von Ausführungsbeispielen detailliert beschrieben. In allen Figuren sind gleiche technische Elemente mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet.

Figur 1 zeigt in der Mitte die erfindungsgemäße Kühleinrichtung 100 zum Kühlen eines metallischen Gutes 200, wie es in dem unteren Teilbild von Figur 1 gezeigt ist. Die Kühleinrichtung 100 umfasst mindestens einen Kühlbalken 110 mit einer Mehrzahl von Kühlmittelbeaufschlagungselementen 112. Dabei kann es sich um Spritzdüsen, Schlitze oder U-Rohre mit entsprechenden Austrittsöffnungen für das Kühlmittel handeln. Die in Figur 1 gezeigten Punkte bzw. kleinen Kreise innerhalb des Kühlbalkens 110 repräsentieren jeweils die Kü hl mittel beauf- schlagungselemente 112. Die konzentrischen Kreise um die Kühlmittelbeaufschla- gungselemente 112 herum symbolisieren die jeweiligen Querschnittsflächen 112‘ der Austrittsöffnungen der Kühlmittelbeaufschlagungselemente 112. Der Kühlbalken 110 wird mit Hilfe einer Pumpe 140 mit Kühlmittel beaufschlagt, welches mit Hilfe der Pumpe 140 aus einem Tank 130 in den Kühlbalken gepumpt wird. Das Pumpen des Kühlmittels erfolgt über ein Ventil 150, welches, vorzugsweise genauso wie die Pumpe 140 von einer Steuereinrichtung 160 individuell eingesteuert wird. Der Kühlbalken, bei dem in Figur 1 gezeigten Ausführungsbeispiel bildet lediglich eine Kammer für das Kühlmittel aus; dementsprechend werden alle Kühlmittelbeaufschlagungselemente 112 über der gesamten Breite des Kühlbalkens mit demselben Druck oder demselben Volumenstrom an Kühlmittel beaufschlagt. Die Kühlmittelbeaufschlagungselemente 112 sind in Figur 1 an der Unterseite des Kühlbalkens 110 in Form von parallelen Reihen in Breitenrichtung angeordnet. Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann dies so sein; diese Reihenanordnung ist jedoch keineswegs zwingend. Alternativ können die Kühlmittelbeaufschlagungselemente 112 auch beliebig an der Unterseite des Kühlbalkens verteilt angeordnet sein. Es ist auch nicht erforderlich, dass die Kühlmittelbeaufschlagungselemente 112 in mehreren parallelen Reihen angeordnet sein müssen; beispielsweise können die Kühlmittelbeaufschlagungselemente auch in lediglich einer Reihe in

Breitenrichtung nebeneinander angeordnet sein. Auch können beispielsweise einzelne der Kühlmittelbeaufschlagungselemente 112 z. B. in y-Richtung versetzt angeordnet sein. Im Sinne der Erfindung kommt es lediglich auf die Verteilung der Dichte der Querschnittsflächen in Breitenrichtung y des Kühlbalkens 110 an. Der Abstand zwischen zwei in Breitenrichtung beabstandeten Kühlmittelbeaufschlagungselementen bzw. deren entsprechenden Querschnittsflächen ist in Figur 1 mit a bezeichnet.

Bei dem in Figur 1 gezeigten ersten Ausführungsbeispiel ist die Dichte der Querschnittsflächen 112‘ der Austrittsöffnungen der Kühlmittelbeaufschla- gungselemente 112 in Breitenrichtung y des Kühlbalkens 110 gleichverteilt. Diese Gleichverteilung ist erfindungsgemäß bedingt durch die in Figur 1 über dem Kühlbalken 110 gezeigte gleichverteilte Temperatur des metallischen Gutes über seiner Breite y. Die Temperatur beträgt hier beispielhaft T ₀ und ist über der gesamten Breite des metallischen Gutes konstant, d. h. die Steigung d der T- Verteilung ist hier Null. In diesem Fall ist über der gesamten Breite des Kühlbalkens eine gleiche Kühlleistung erforderlich, die jedoch ungleich null, genauer gesagt größer null sein muss. Dies wird durch die besagte Gleichverteilung der Querschnittsflächen der Austrittsöffnungen der Kühlmittelbeaufschlagungselemente realisiert. In der Konsequenz bedeutet dies, dass die durch die Kühlmittelbeaufschlagung erzeugten Kühlmittelspuren auf dem zu kühlenden metallischen Gut vorzugsweise ohne axialen Abstand dicht aneinander liegen, wie dies in der unteren Abbildung von Figur 1 gezeigt ist.

Generell gilt, dass die Querschnittsflächen 112‘ der Austrittsöffnungen der Kühlmittelbeaufschlagungselemente 112 an dem Kühlbalken 110 alle gleich groß sein können, aber nicht müssen. So können als Kühlmittelbeaufschlagungselemente 112 beispielsweise Spritzdüsen mit jeweils zylinderförmigem Kühlmittelstrahl vorgesehen sein, wobei die Querschnittsflächen 112 der Austrittsöffnungen der Kühlmittelbeaufschlagungselemente 112 einander berühren, wie dies in Figur 1 in einer Detailfigur von Figur 1 gezeigt ist. Bei der konstanten Temperaturverteilung und konstanten Dichteverteilung der Querschnittsflächen empfiehlt sich die Verwendung von Spritzdüsen mit jeweils gleichen Querschnittsflächen; deren Radien r1 und r2 wären dann gleich groß bemessen. Grundsätzlich besteht jedoch auch die Möglichkeit, die

Querschnittsflächen unterschiedlich groß zu wählen, insbesondere mit dann unterschiedlich großen Radien r1 und r2.

Der erfindungsgemäße Kühlbalken wird jeweils individuell im Hinblick auf eine vorgegebene Temperaturverteilung des metallischen Gutes vor Einlauf in die Kühleinrichtung hergestellt oder ausgewählt. Unterschiedliche Temperaturverteilungen erfordern unterschiedliche Dichteverteilungen der Querschnittsflächen der Austrittsöffnungen der Kü hl mittel beauf- schlagungselemente. Für die Fierstellung sind erfindungsgemäße folgende Schritte durchzuführen:

Zunächst muss die Temperatur-Verteilung des zu kühlenden metallischen Gutes über dessen Breite vor Einlauf unter den Kühlbalken ermittelt werden. Diese ermittelte Temperatur-Verteilung ist dann im Hinblick auf Breitenabschnitte Ay auszuwerten, in welchen die Temperatur ansteigt, konstant bleibt oder abfällt. Diese Auswertung erfolgt durch Auswerten bzw. Ermitteln der Steigung der Temperaturverteilung. Im Sinne der Erfindung wird die Temperaturverteilung als ein funktionaler Zusammenhang zwischen der Temperatur und der Breitenrichtung des metallischen Gutes bzw. des Kühlbalkens verstanden, wobei dieser funktionale Zusammenhang durch Interpolation von einzelnen Temperaturmesswerten in Breitenrichtung ermittelt werden kann.

Für die vorliegende Erfindung ist das Vorzeichen der Steigung nicht von Bedeutung; deswegen sind jeweils die Beträge der Steigungen an einzelnen Orten bzw. Punkten in Breitenrichtung zu ermitteln. Der erfindungsgemäße Kühlbalken ist dann derart mit Kühlmittelbeaufschlagungselementen in Breitenrichtung auszustatten, dass die Dichte der Querschnittsflächen der Austrittsöffnungen, d. h. die Dichte der Kühlmittelaustrittsflächen der Kühlmittelbeaufschlagungselemente in Breitenrichtung des Kühlbalkens nach Maßgabe des Betrags der Steigung der Verteilung der Temperatur des metallischen Gutes über dessen Breite vor dem Einlauf unter den Kühlbalken verteilt und bemessen ist. Bei einem Anstieg der Temperatur zu den Rändern des metallischen Gutes hin ist auch die Dichte der Querschnittsflächen der Austrittsöffnungen zu vergrößern, weil dann in den Randbereichen mehr Kühlleistung erforderlich ist. Umgekehrt ist bei einem Abfall der Temperatur zu den Rändern des metallischen Gutes hin weniger Kühlleistung erforderlich; deshalb genügt es dort die Dichte der Querschnittsflächen dann geringer zu bemessen als in dem Mittenbereich des metallischen Gutes bzw. des Kühlbalkens.

Figur 2 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung. Es unterscheidet sich von dem in Figur 1 gezeigten ersten Ausführungsbeispiel darin, dass die Dichte der Querschnittsflächen 112‘ der Austrittsöffnungen der Kühlmittelbeaufschlagungselemente 112 in Breitenrichtung des Kühlbalkens 110 zu den Rändern des Kühlbalkens bzw. des metallischen Gutes hin abnimmt. Dementsprechend werden in diesem Ausführungsbeispiel die Ränder des metallischen Gutes weniger stark gekühlt als dessen Mittenbereich. Dies ist der in dem oberen Teilbild von Figur 2 gezeigten Temperaturverteilung geschuldet, wo erkennbar ist, dass die Temperaturverteilung zu den Rändern hin abfällt. Die Steigungen der Tangenten an die Temperaturverteilung sind dort mit d bezeichnet.

Die verringerte Dichte der Querschnittsflächen in den Randbereichen des Kühlbalkens wird bei dem zweiten Ausführungsbeispiel dadurch realisiert, dass die Abstände zwischen den durch die Kühlmittelbeaufschlagung erzeugten Kühlmittelspuren 114 auf dem zu kühlenden metallischen Gut zu den Rändern hin größer werden. Insbesondere können diese Abstände a, a1 , a2, a3 größer null sein, d. h. die Kühlmittelspuren müssen nicht unmittelbar benachbart sein und dicht aneinander, sondern beabstandet zueinander liegen.

Aufgrund des zunehmenden Abfalls der Temperatur zu den Rändern des Metallbandes 200 hin, werden auch die Abstände a, a1 , a2, a3 zu den Rändern hin zunehmend größer.

Figur 3 zeigt ein drittes Ausführungsbeispiel der Erfindung, wobei die Dichte der Querschnittsflächen 112‘ der Austrittsöffnungen der Kühlmittelbeaufschlagungselemente 112 in Breitenrichtung y des Kühlbalkens 110 zunimmt. Vereinfacht bedeutet dies, dass in den Randbereichen mehr Kühlmittelbeaufschlagungselemente bzw. Kühlmittelbeaufschlagungselementen mit größeren Kühlmittelaustrittsflächen angeordnet sind. Dadurch können die von den einzelnen Kühlmittelbeaufschlagungselementen bzw. deren Kühlmittelstrahlen auf dem zu kühlenden metallischen Gut 200 verursachten Kühlmittelspuren 114 zu den Rändern hin zunehmend überlappen, wie dies in dem unteren Teilbild von Figur 3 dargestellt ist. Die Abstände a, a1 , a2, a3 werden deshalb zu den Rändern hin zunehmend kleiner. Diese besagte Dichteverteilung der Kü hl mittel be- aufschlagungselemente bzw. deren Querschnittsflächen ist der in der oberen Abbildung von Figur 3 gezeigten Temperaturverteilung geschuldet. Bei diesem dritten Ausführungsbeispiel steigt die Temperatur gegenüber dem Mittenbereich des metallischen Gutes zu dessen Rändern hin an. Die Steigung der Temperaturverteilung ist auch hier wieder mit dem Bezugszeichen d gekennzeichnet.

Bezugszeichenliste

100 Kühleinrichtung

1 10 Kühlbalken

1 12 Kühlmittelbeaufschlagungselement

1 12 Querschnittsfläche der Austrittsöffnung des Kü hl mittel be- aufschlagungselementes

1 14 Kühlmittelspuren

130 Tank für Kühlmittel

140 Pumpe

150 Ventil

160 Steuereinrichtung

200 zu kühlendes metallisches Gut a, a1 , a2, a3 Abstand

r1 , r2 Radius der Querschnittsfläche der Austrittsöffnungen der Kühlmittel- beaufschlagungselemente

T Temperatur

x Massenflussrichtung bzw. Transportrichtung des metallischen Gutes y Breitenrichtung des Kühlbalkens und des metallischen Gutes d Steigung der Tangente an die Temperaturverteilung