Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Kühlen einer Arbeitswalze gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 beziehungsweise 2.

Im Stand der Technik werden Strömungskühlungen beschrieben, bei denen Wasser bzw. ein Kühlmittel zwischen einer Kühlschale und einer Walze vorbei geführt wird. Die

Ausführungen beziehen sich dabei: a) auf die Anwendung der Zwangskonvektion oder b) auf die Einstellbarkeit des Spalts zwischen der Arbeitswalze und einer Kühlschale.

Beispiele hierfür sind aus der JP 3161105 A, der JP 6015313 A, der DE 3616070 C2 oder der EP 998 993 B2 bekannt.

Hierzu sei erläutert, dass Arbeitswalzen einen Abschliffbereich haben und somit die Kühlschalen sich der Krümmung der Arbeitswalzen anpassen müssen, um eine genügende Kühlwirkung zu erreichen. Eine wesentliche Voraussetzung für eine genügende Kühlwirkung ist die Einhaltung eines Spaltbereiches bei einem gegebenen Volumenstrom an Kühlmittel.

Der Spalt und der Volumenstrom bewirken eine entsprechende Geschwindigkeit des Kühlmittels. Eine möglichst hohe Relativgeschwindigkeit wird dadurch erreicht, dass das Kühlmittel entgegen der Arbeitswalzendrehrichtung strömt. Die Strömungsgeschwindigkeit hat einen maßgeblichen Einfluss auf die Kühlwirkung und somit auf den Wärmeübergangskoeffizienten.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Kühlwirkung auf die Walze zu verbessern. Gelöst wird diese Aufgabe erfindungsgemäß durch ein Verfahren zum Kühlen einer Arbeitswalze während des Walzens zur Herstellung von bandförmigen Gut, wobei ein Kühlmittel auf den Walzenumfang aufgebracht wird,

dadurch gekennzeichnet,

dass das Kühlmittel entgegen der Drehrichtung der Arbeitswalze tangential auf die

Walzenoberfläche aufgebracht wird und in Drehrichtung der Arbeitswalze hinter dem Aufbringbereich des Kühlmittels durch Dichtmittel das durch die Schleppwirkung sowie den Staudruck im Aufbringbereich auf der Arbeitswalzenoberfläche mitgenommene Kühlmittel abgestreift und in den Aufbringbereich zurückgedrückt wird.

Zur Durchführung des Verfahren dient eine Vorrichtung zum Kühlen einer Arbeitswalze in einem Walzgerüst, die sich über einen Teilumfang der Arbeitswalze und der Ballenlänge angepasst erstreckt und mittels der ein Kühlmittel auf die Walzenoberfläche aufgebbar und durch einen räumlich entfernt angeordneten, das Auftreffen des Kühlmittels auf das zu walzende Gut weitgehend verhindernden, Abstreifer von dieser abziehbar ist, die dadurch gekennzeichnet ist,

- dass die Düse durch eine Kühlschale gebildet wird, die einen Düseneintritt und einen Düsenaustritt aufweist ,

- dass die Strömung innerhalb der Düse zwischen dem Düseneintritt und dem Düsenaustritt um einen Winkel α derart umgelenkt ist, dass der Düsenaustritt im Wesentlichen tangential zur Arbeitswalzenoberfläche verläuft, wobei der Winkel α durch die Tangente an die Arbeitswalzenoberfläche im Bereich des Düsenaustritts und die Seelenlinie durch den Düseneintritt gebildet wird, und

- dass sich die lichte Weite der Düse nach der Umlenkung bis zum Düsenaustritt verringert,

Vorzugsweise weist die lichte Weite der Düse im Bereich der Umlenkung einen Außenradius und einen Innenradius aufweist, wobei der Außenradius größer ist als der Innenradius.

Die Kühlschale erstreckt sich über den Düsenaustritt hinaus über einen Teilbereich der Arbeitswalze in Richtung Abstreifer, wobei die Kühlschale nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung am vom Düseneintritt abgewandten Ende einen Drehpunkt aufweist, mit dem der Spalt zwischen Kühlschale und Arbeitswalzenoberfläche nach dem Düsenaustritt einstellbar ist. Weitere Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen und werden nachfolgend an Hand der Zeichnungen beschrieben.

Die Erfindung soll nachfolgend mit Bezug auf die Zeichnungen erläutert werden. Dabei zeigt:

Fig. 1 schematisch die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Kühlen,

Fig. 2-4 verschiedene Abdichtmöglichkeiten der Außenseite der Düse gegenüber der Arbeitswalzenoberfläche.

Um eine gerichtete Strömung im Spalt 5 zu erzielen, ist es nötig, dass das Kühlmittel entsprechend in diesen Spalt eingeführt wird. Zu diesem Zweck ist eine Düse notwendig, die den Volumenstrom des Kühlmittels möglichst tangential in den Spalt 5 einführt.

Charakteristisch für eine Düse 3 ist, dass sie den Volumenstrom über ihre Länge verjüngt und somit die Strömungsgeschwindigkeit ansteigen lässt. In Verbindung mit dem Spalt 5 muss der Volumenstrom einen systembedingten Druckwiderstand überwinden. Der

Strömungswiderstand im Spalt 5 und die Schleppwirkung der Arbeitswalzenoberfläche 10 führen dazu, dass ein nicht unerheblicher Teil des Volumenstroms des Kühlmittels

(Untersuchungen ergaben Raten zwischen 8 u. 20%) durch den Spalt 14 ausgetragen werden. Dies bedeutet, dass dieser Volumenstrom für die Kühlung der Arbeitswalze verloren geht. Hier ist zu beachten, dass die Walze möglichst nahe am Walzspaltaustritt zu kühlen ist. Es soll dadurch erreicht werden, dass möglichst wenig Wärme in die Walze eindringt und somit die mittlere Walzentemperatur niedrig bleibt. Eine Abdichtung 2 verhindert das Entweichen eines Volumenstroms, der zwischen der Arbeitswalze 10 und dem Außenteil der Düse 3 strömt. Durch die Kombination einer Düse, die das Kühlmittel möglichst tangential in den Spalt 5 führt, und der Abdichtung 2 wird ein Verfahren vorgestellt, das den kompletten Volumenstrom für die Kühlung der Arbeitswalze zur Verfügung stellt. Hierdurch kann die Arbeitswalze ohne Verluste und energetisch optimal gekühlt werden. .

Eine Düse 3, die den Ansprüchen nach dem oben beschriebenen Verfahren genügt, besitzt einen Winkel a, der mindestens 60° und maximal 120° beträgt. Um den Umgebungsbedingungen in einem Walzgerüst gerecht zu werden, liegt der Winkel α vorzugsweise zwischen 80° und 100°. Der Winkel α wird gebildet von der Tangente 7' und der Seelenlinie 7, also der Tangente an die Arbeitswalzenoberfläche im Bereich des Düsenaustritts und die Seelenlinie durch den Düseneintritt .

Die Umgebungsbedingungen in einem Walzgerüst werden bestimmt von der Stützwalze 1 , der Arbeitswalze 10, dem Abstreifer 1 1 , den Arbeitswalzeneinbaustücken (nicht dargestellt) etc.. Sie geben die Grenzen für das Raumangebot einer Schalenkühlung bestehend aus Düsen 3 und Kühlschalen 6 vor.

Die gezeigte Düse 3 ist vorzugsweise in der Kühlschale 6 integriert. Die Kühlschale 6 besitzt einen Drehpunkt 8, der mit einem nicht dargestellten Mechanismus verbunden ist. Dieser Mechanismus ist mit mindestens einer weiteren Kühlschale (nicht dargestellt) verbunden. Sie führt den Spalt 5 bis zum Abstreifer 1 1 fort.

Ein Spalt 5 mit der Größe h ist eine notwendige Bedingung für eine funktionierende

Strömungs- bzw. Schalenkühlung. Die Erfüllung dieser Bedingung ist aber nicht

ausreichend, sie muss durch die beschriebene Düse 3 mit Abdichtung 2 ergänzt werden, um eine funktionstüchtige Arbeitswalzenkühlung bilden zu können.

Die Düse 3 wird gebildet durch einen Düseneintritt 3' und einen Düsenaustritt 3". Sie erstreckt sich vorzugsweise über die gesamte Ballenlänge der Arbeitswalze 10. Mindestens überdeckt die Düse oder eine Folge von gleichartigen Düsen die Ballenlänge der

Arbeitswalze 10 über die Ballenlänge, die der maximalen Metallbandbreite +50 mm entspricht. Die beschriebene Düse 3 verjüngt sich vom Düseneintritt 3' zum Düsenaustritt 3" bei gleichzeitiger Strömungsumlenkung um den Winkel a. Dabei ist die Düse derart ausgeführt, dass sie einen Außenradius R und einen Innenradius r besitzt. Der Außenradius R ist größer als der Innenradius r. Die größte Verdichtung der Stromfäden findet nach der Strömungsumlenkung statt. Hierdurch wird gewährleistet, dass der Druckverlust minimiert ist. Am Düsenaustritt trifft das Kühlmedium vorzugsweise tangential (gemäß der Tangente 7') auf die Arbeitswalze 10. Da der Arbeitswalzendurchmesser variieren kann und die Krümmung der Kühlschale 6 fix ist, kann die Strömung um +/- 10° von der idealen Tangente 7' abweichend auf die Arbeitswalze 10 treffen.

Wie schon beschrieben, ist dann mit einer Strömung in Arbeitswalzendrehrichtung 21 zu rechnen. Diese Strömung fehlt zum Kühlen der Arbeitswalze 10. Sie wird im Folgenden als Verlustströmung bezeichnet. Die Verlustströmung versucht durch den Spalt 14 zu entweichen. Dichtelemente 15 bzw. 18 können dies verhindern und dafür Sorge tragen, dass der komplette Volumenstrom zum Kühlen zur Verfügung steht.

Die Vorspannelemente 16 bzw. 19 wirken dabei dem Impuls und Druck der Verlustströmung entgegen und garantieren so die Dichtheit. Das Befestigungselement 17 und das Gehäuse 20 sorgen für sicheren Halt und Schutz. Die Abdichtung kann sowohl mechanisch als auch hydraulisch oder pneumatisch geschehen.

Eine andere Möglichkeit wird in Figur 4 gezeigt.

Hier wird ein Abdichtmedium wie z. B. Wasser mit Überdruck in den Spalt 4 gepresst. Das Medium wird über einen Verteiler 23 und eine Zuführung 24 zur Abdichtstelle gefördert.

Bezugszeichenliste

Stützwalze

Abdichtung

Düse

' Düseneintritt

Düsenaustritt

Stromfäden des Kühlmittel

Spalt mit der Größe h

Kühlschale

Seelenlinie, die sich_mit der Tangente schneidet

' Tangente, mit der die Düse das Kühlmittel in den Spalt 5 spritzt Drehpunkt für Düse und Kühlschale

Bewegungsmöglichkeit der Düse / Kühlschale

0 Arbeitswalze

1 Abstreifer

2 Walzgut

3 Außenteil der Düsen

4 Spalt zwischen Düse und Arbeitswalze

5 Dichtelement

6 Vorspannelement

7 Befestigungselemente

8 Dichtelement

9 Vorspannelement

0 Gehäuse

1 Drehrichtung

2 Abdichtmedium

3 Verteiler des Abdichtmediums

4 Zuführung