(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ローラ（２００）の表面領域をカバーするための円弧の部分の形態の横断面を有する冷却シェル（１１０）を備え、この冷却シェル内に、円弧状の横断面に対して垂直に延在する回転軸（１２２）を備える回転ジョイントを有する唯一の軸受（１２０）が、この回転軸を中心として冷却シェル（１１０）を旋回させるために形成されている、ローラ（２００）を冷却するための装置（１００）において、
唯一の軸受（１２０）が、装置（１００）がローラ（２００）に対して取り付けられた状態で、冷却シェル（１１０）の円弧状の横断面に対して半径方向（ｒ）の自由度を備え、これにより、冷却シェルが、唯一の軸受（１２０）内に、冷却ギャップ内へ噴射される冷媒の圧力又は容積流の大きさに依存して半径方向（ｒ）に移動可能に支承されていること、を特徴とする装置（１００）。
【請求項２】
冷却シェル（１１０）は、冷却シェル（１１０）の周方向の一方の終端の領域に配置された唯一の軸受（１２０）の回転ジョイント内に、冷却ギャップ内へ噴射される冷媒の圧力又は容積流の大きさに依存して揺動するように懸架されていること、を特徴とする請求項１に記載の装置（１００）。
【請求項３】
冷却シェル（１１０）の凸に湾曲した外側に、−オプションで更にレバーアーム（１１４）を介して外側に対して間隔を置いて−、バラストウエイト（１１２）が取り付けられていること、を特徴とする請求項１又は２に記載の装置（１００）。
【請求項４】
レバーアーム（１１４）及びバラストウエイト（１１２）は、バラストウエイトを有する冷却シェル（１１０）が、重力だけにさらされて懸架された静止位置から所定の偏位をした時に、所望のトルクが、回転ジョイントの回転軸（１２２）を中心として生じるように、設計及び配置されていること、を特徴とする請求項３に記載の装置（１００）。
【請求項５】
冷却シェル（１１０）の凹に湾曲した内側に実質的に接するように所定の圧力又は容積流で冷媒（４００）を噴射するためのノズル装置（１３０）が設けられていること、を特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の装置（１００）。
【請求項６】
唯一の軸受（１２０）に作用する位置決め装置（１４０）が、冷却シェル（１１０）を半径方向に移動可能に支承する唯一の軸受を、ローラ（２００）の周囲の所定の角度位置（α）に位置決めするために設けられていること、を特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の装置（１００）。
【請求項７】
唯一の軸受（１２０）が、球面軸受として形成されていること、を特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の装置（１００）。
【請求項８】
圧延材（３００）を圧延するためのロール（２００）の形態の少なくとも１つのローラと、請求項１〜７のいずれか１項に記載の装置（１００）とを備え、冷却シェル（１１０）が、ロール（２００）の周囲において、唯一の軸受（１２０）内に、冷却ギャップ内へ噴射される冷媒の圧力又は容積流の大きさに依存して半径方向（ｒ）に移動可能に支承されていること、を特徴とするロールスタンド。
【請求項９】
冷却シェル（１１０）は、唯一の軸受（１２０）の回転ジョイント内に、ロール（２００）の周囲において冷却ギャップ内へ噴射される冷媒の圧力又は容積流の大きさに依存して揺動するように支承されていること、を特徴とする請求項８に記載のロールスタンド。
【請求項１０】
唯一の軸受（１２０）は、位置決め装置（１４０）によって、ローラ（２００）の周囲の所定の角度位置（α）に支承されていること、を特徴とする請求項８又は９に記載のロールスタンド。
【請求項１１】
その回転ジョイント内に請求項１〜７のいずれか１項に記載の装置の冷却シェル（１１０）が冷却ギャップ内へ噴射される冷媒の圧力又は容積流の大きさに依存して揺動するように懸架された唯一の軸受（１２０）が、ロールスタンドに取り付けられていること、を特徴とする請求項８〜１０のいずれか１項に記載のロールスタンド。
【請求項１２】
その回転ジョイント内に請求項１〜７のいずれか１項に記載の装置の冷却シェル（１１０）が冷却ギャップ内へ噴射される冷媒の圧力又は容積流の大きさに依存して揺動するように懸架された唯一の軸受（１２０）が、ローラのチョックに取り付けられた２つの半体の形態で形成されていること、を特徴とする請求項８〜１０のいずれか１項に記載のロールスタンド。
【請求項１３】
その表面に、測定ローラに部分的に巻き付く圧延材の幅方向の圧力分布又は平面度分布を検出するためのセンサが配置された測定ローラの形態のローラと、請求項１〜７のいずれか１項に記載の装置とを有し、冷却シェル（１１０）が、ローラ（２００）の周囲において、唯一の軸受（１２０）内に、冷却ギャップ内へ噴射される冷媒の圧力又は容積流の大きさに依存して半径方向（ｒ）に移動可能に支承されていること、を特徴とする測定装置。
【請求項１４】
冷却シェル（１１０）は、唯一の軸受（１２０）の回転ジョイント内に、測定ローラ（２００）の周囲において冷却ギャップ内へ噴射される冷媒の圧力又は容積流の大きさに依存して揺動するように支承されていること、を特徴とする請求項１３に記載の測定装置。
【請求項１５】
唯一の軸受（１２０）は、位置決め装置（１４０）によって、ローラ（２００）の周囲の所定の角度位置（α）に支承されていること、を特徴とする請求項１３又は１４に記載の測定装置。
【請求項１６】
その回転ジョイント内に請求項１〜７のいずれか１項に記載の装置の冷却シェル（１１０）が冷却ギャップ内へ噴射される冷媒の圧力又は容積流の大きさに依存して揺動するように懸架された唯一の軸受（１２０）は、ローラのチョックに取り付けられた２つの半体の形態で形成されていること、を特徴とする請求項１３〜１５のいずれか１項に記載の測定装置。
【請求項１７】
・ローラの周囲の角度位置αにローラに対して所定の半径方向の間隔を置いて請求項１〜７のいずれか１項に記載の装置を事前位置決めするステップと、
・ローラの外側と冷却シェルの凹に湾曲した内側の間の冷却ギャップ内へ所定の圧力又は容積流で冷媒を噴射するステップと、
・圧延作業中に圧延材を圧延するため又は測定ローラの運転中に圧延材を搬送するためにローラを回転させるステップと
を備える、圧延作業中に請求項８〜１２のいずれか１項に記載のロールスタンドを運転するため又は請求項１３〜１６のいずれか１項に記載の測定装置を運転するための方法において、
冷媒の噴射中に半径方向（ｒ）に装置を解放し、これにより、回転ジョイント（１２０）の領域の冷却ギャップの大きさ（ｈ）が、半径方向の冷却シェル（１１０）のそこの自由な移動可能性に基づいて、冷却ギャップ内へ噴射される冷媒の圧力又は容積流の大きさに依存して自立的に適切に調整されること、を特徴とする方法。
【請求項１８】
冷却シェル全体にわたる冷却ギャップの大きさ（ｈ）は、半径方向内側に向かって作用する冷却シェルの揺動力の分布と、同様に半径方向内側に向かって作用する冷却ギャップ内の冷却材流の吸引力の分布と、冷媒の反作用抵抗力の分布との間の力のバランスの意味で適切に調整されること、を特徴とする請求項１７に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ローラを冷却するための装置及び方法に関する。ローラは、典型的に金属の圧延材を圧延するためのロールスタンド内のロール又は測定ローラである。ローラの冷却は、ローラに対して近接配置された冷却シェルの使用下で行なわれる。本発明は、更に、このような装置を有するロールスタンド及び測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
冷却シェルを使用したローラ特にロールを冷却するための装置は、従来技術から、従って例えば特開昭６３−３０３６０９号公報、独国特許第３６１６０７０号明細書、独国特許出願公開第２０  ２０１０  ２０２  ３４０号明細書、独国特許出願公開第１０  ２０１２  ２１９  ７２２号明細書及び独国特許出願公開第１０  ２０１２  ２１６  ５７０号明細書から、基本的に公知である。第１に挙げた両文献は、ロールを冷却するために強制対流を実現するための冷却シェルを有する冷却装置を開示する。前記の全ての文献で、それぞれ、冷却すべきロールに対して相対的な冷却シェルの固定的な位置決めが、従って、冷却剤を通過させるための冷却シェルと冷却すべきロールの表面の間の冷却ギャップの大きさの固定的な調整が行なわれていることが共通する。しかしながら、最適な冷却の達成のため、冷却ギャップの高さもしくは大きさが、変化した環境条件又はプロセス条件に適合されることが重要である。従って、ロールは、その寿命中に何度も再研磨され、各研磨は、典型的に冷却ギャップの再調整を必要とする。このために必要な、従来技術で公知の冷却装置もしくは冷却シェル用の近接配置装置における調整は、従来技術ではマニュアル又は半自動で調整ネジを介して行なわれる。これら調整は、ロールスタンド外で行なう必要がある。何故なら、これは、場所、時間及び危険の理由からロールスタンド内では可能でないからである。同様に、ロールスタンド内でのギャップ高さの前記のマニュアルでの調整が、一般に必要な精度で行なわれ得るか、疑わしく思える。
【０００３】
更に、従来技術に記載された冷却シェルが、ロールチョックと結合、即ちロールの軸受ブロックに固定されていることが認められる。これは、各ロールがこのような冷却シェル及び相応の近接配置メカニズムを備えている必要があることを意味する。従って、ロールを研磨するために、ロール自身も、チョック及び近接取付けされた冷却シェルも、解体し、次いで再び取り付け、マニュアルで調整する必要がある。実際の圧延作業でできるだけ常に第１のロールセットがロールスタンド内に組み込まれているのに対して、少なくとも第２のロールセットは、ロールワークショップ内に用意されるので、従来技術では典型的に、圧延作業のために仕上げトレイン内に必要である数の２倍の近接配置装置を付属した冷却シェルも用意される。
【０００４】
更に、従来技術から公知の冷却装置、即ち冷却シェル及びその近接配置装置において欠点であるのは、ロールのチョックへのその取付けにより、一方では、ロールスタンド内の圧延材のための入口と出口の間の重量配分が不均等になり、他方では、ロールの回転軸を中心として曲げるためのシステム全体の剛性が更に高まり、これが、両方ともロール曲げに対して不利に作用することである。これは、ロールの摩擦特性及びコントロール特性にとって欠点である。冷媒が、冷却シェルと冷却すべきロールの間の冷却ギャップの終端で自由にもしくは制限なく流出できるわけではない場合は、これは、冷却作用にとって欠点である。シミュレーションにより、その場合に、冷媒が、冷却ギャップの出側の終端で意図しない乱れた横断流を発生させ、これが、不均等な冷却を、従ってロール幅にわたって不均等なロールの摩耗を生じさせることを、示すことができる。これから生じるロールの幅にわたる直径差は、もはや均等になることもしくはもはや完治することはないので、その場合、ロールは、所望でないプロフィルを圧延材に刻み付け、これにより、圧延材の品質が低下させられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開昭６３−３０３６０９号公報
【特許文献２】独国特許第３６１６０７０号明細書
【特許文献３】独国特許出願公開第２０  ２０１０  ２０２  ３４０号明細書
【特許文献４】独国特許出願公開第１０  ２０１２  ２１９  ７２２号明細書
【特許文献５】独国特許出願公開第１０  ２０１２  ２１６  ５７０号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の根底にある課題は、ローラを冷却するための公知の装置及び公知の方法並びにこのような装置を有する公知のロールスタンド及び公知の測定装置を、冷却ギャップの大きさ、即ち冷却シェルと冷却すべきローラの表面との間の半径方向の間隔が、装置の運転中に常に自発的に最適に調整されるように発展させることである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この課題は、装置に関しては、請求項１の対象によって解決される。これは、唯一の軸受が、冷却シェルの円弧状の横断面に対して半径方向の自由度を備え、これにより、冷却シェルが、軸受内に半径方向に自由に移動可能に支承されていること、を特徴とする。
【０００８】
“ローラ”との概念は、本発明の範囲内で、例えば圧延材を圧延するためのロールスタンド内のロール又は圧延材用の加工設備内の測定ローラを意味する。測定ローラは、典型的に、圧延材が測定ローラに部分的に巻き付いた時に、圧延材の幅にわたって圧力分布又は平面度分布を検出するために使用される。
【０００９】
唯一の軸受は、全てが同じ回転軸を備える複数の部分軸受、特に２つの半体から成ることができる。
【００１０】
軸受は、ローラの傾斜時でも冷却シェルの旋回軸とローラ軸の平行度を保証し、これにより、装置の機能性をこの場合でも保証するために、球面軸受として形成することができる。
【００１１】
請求した半径方向の冷却シェルの自由な移動可能性は、有利には、圧延作業中の冷却シェルの内側とローラの表面の間の冷却ギャップの大きさもしくは高さが、冷媒を冷却ギャップ内へ導入する容積流又は圧力に依存して自動的もしくは自発的に、力の自由な遊びにより自動的に正しく調整されることを生じさせる。これは、一方で、達成すべき冷却作用に関して最適である。何故なら、冷却ギャップ高さの自由な調整により、特に不所望の乱流が、冷却ギャップ内の冷媒の流れに生じないからである。更に、半径方向の自由な移動可能性は、冷却シェルのマニュアル又は自動的な半径方向の近接配置をするための高価な近接配置装置を設けることを不要にする。この近接配置装置の廃止により、従来技術でこれと結びついた、必要な空間要求量、調整もしくは近接配置のために必要な時間及び従業員による調整と結びついた危険に関する問題もなくなる。加えて、冷却ギャップの大きさの調整の精度は、もはや疑問視される必要がない。何故なら、力の自由な遊びに基づいて、冷却ギャップの大きさもしくは高さは、圧延作業中のいつでも自動的もしくは自発的に最適に調整されるからである。
【００１２】
本発明の第１の実施例によれば、冷却シェルは、唯一の回転ジョイントに、自由に揺動するように懸架されている。冷却シェルのこの自由揺動式の懸架も、正確には半径方向の自由な移動可能性と同様であるが、冷却ギャップ内の冷媒が、周方向だけに強制案内されるが、半径方向には強制案内されないことのために使用される。半径方向の自由度は、特に、前記のように、冷却ギャップの入口及び出口における不所望の乱れた横断流の発生を防止し、それ故、常に均等で同じ向きの流れを保証し、これにより、均等な最適な冷却も得られる。この均等な冷却には、ロールスタンド内のロールとしてローラを使用する場合は、ロールの有利な均等な摩耗並びに圧延材の均等に高い品質が付随する。
【００１３】
別の実施例によれば、冷却シェルの凸に湾曲した外側に、−オプションで更にレバーアームを介して冷却シェルの外側に対して間隔を置いて−、バラストウエイトが取り付けられている。周方向の冷却シェルの外側のウエイトの適切な寸法設定及び分配により、並びに、回転ジョイントの回転軸に対するバラストウエイトのレバーアームの適切な長さ適合及び整向を介して、振り子静止位置に対して回転ジョイントの回転軸を中心とする冷却シェルの偏位時に生じる所望のトルクを設定し得る。“振り子静止位置”との概念は、冷却シェルが自由に揺動するように懸架されて重力だけにさらされている時に、バラストウエイトを有する冷却シェルが安定する位置もしくは状況を意味する。トルクは、冷却ギャップ内の冷却剤に作用する所定の面積当たりの負荷を意味する。所望の冷却能力は、所定の面積当たりの負荷の提供を介して、冷却ギャップ内の冷媒の与えられた圧力又は容積流に依存して所望のように設定し得る。
【００１４】
この場では、バラストウエイトが単にオプションで設けられており、決して強制的には設けられていないことを認めることが重要である。冷却シェル自身は、冷却シェルの製造時に既に確定される固有の質量配分を備えている。付加的なバラストウエイトの提供に対して選択的に、冷却シェル自身の質量配分は、また、製造時に既に、後からの適用例で所望されるトルクを顧慮して適切に形成することができる。
【００１５】
本発明による装置は、軸受に作用する位置決め装置を、冷却シェルを支承する軸受を所定の位置、典型的に冷却すべきローラの周囲の所定の角度位置α、に位置決めするために備える。冷却すべきローラの周囲の角度位置は、基本的に０°＜α＜３６０°の間で任意に選択することができる。角度位置αは、振り子静止位置からの冷却シェルの偏位の大きさに対する、これにより、トルクの大きさ及び圧延作業中に冷媒に作用する面積当たりの負荷の大きさに対する影響も有する。偏位が大きくなる程、トルク及び面積当たりの負荷が大きくなり、その逆もある。
【００１６】
本発明の前記の課題は、更に請求項８によるロールスタンド及び請求項１３による測定装置によって解決される。ロールスタンドは、圧延材を圧延するためのロールの形態の少なくとも１つのローラと、請求項１〜７のいずれか１項に記載の本発明による装置とを備える。測定装置は、測定ローラの形態のローラと、請求項１〜７のいずれか１項に記載の装置とを備える。両場合で、冷却シェルは、ロール又はローラの周囲に位置決めされ、そこで軸受内に半径方向に自由に移動可能に支承されている。これら解決策の利点は、請求した装置に関して前で述べた利点に一致する。
【００１７】
ロールスタンドの１つの実施例によれば、請求項１〜７のいずれか１項に記載の本発明による装置が自由に揺動するように懸架された回転ジョイントは、特に一部材での形成時には、例えばロールスタンドのトラバースの位置決め装置を介して、ロール幅に対して中心に取り付けられ、例えば冷却すべきロールのチョックには取り付けられていない。これは、一方で、摩耗時に交換すべきロール装置、即ちチョックを有するロールの重量が、近接取付けされた冷却装置によって更に高められてはいないとの利点を提供する。更に、請求した取付け場所は、ロールギャップの入側と出側の間の不均等な負荷が生じず、従ってここで与えられたこのような均等な負荷により、ロール曲げに対するマイナスの作用も生じないとの利点を提供する。
【００１８】
選択的に、軸受は、直前の段落で説明した欠点を有してローラのチョックに固定された２つの半体を備えることができる。
【００１９】
ロールスタンド及び／又は測定装置において、請求項１〜７のいずれか１項に記載の本発明による装置が自由に揺動するように懸架された回転ジョイントは、球面ジョイントとして形成することができる。球面形成は、回転ジョイントによって駆動側及び操作側に構成される冷却シェルの旋回軸が、ロールスタンド内のロール又は測定ローラが傾斜した場合でも、常にロール軸又は測定ローラ軸に対して平行なままとなるとの利点を提供する。それ故、その場合、冷却シェルは、ロール又は測定ローラに従うことができ、冷却シェルの機能は、ロール又は測定ローラが傾斜した場合でも、常に保証されている。
【００２０】
前記課題は、更に請求項１７で請求した方法によって解決される。この方法の利点も、請求した装置及び請求したロールスタンドに関して前で述べた利点に一致する。
【００２１】
本発明による装置、本発明によるロールスタンド、測定装置又は本発明による方法の別の有利な構成は、従属請求項の対象である。
【００２２】
この明細書には５つの図が添付されている。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明による装置及び本発明によるロールスタンドの横断面図
【図２】図１に対する補足
【図３】ロールの周囲に本発明による冷却シェルを配置するための別の実施例
【図４】冷却シェル用の唯一の軸受の第１の実施形態
【図５】冷却シェル用の唯一の軸受の第２の実施形態
【発明を実施するための形態】
【００２４】
本発明を、以下で前記の図に関係づけた実施例の形態で詳細に説明する。全ての図で、同じ技術的要素は、同じ符号で示されている。
【００２５】
図１は、本発明によるロールスタンドの横断面を示す。ロールスタンドのうち、圧延材３００を圧延するためのロール２００の形態の１つのローラだけが示されている。ロールは、回転方向Ｄに回転する。ロールには、その右側に、本発明による装置１００が付設されている。具体的に、装置１００は、ロール２００の表面領域をカバーするための円弧の一部の形態の横断面を有する冷却シェルを有する。冷却シェル１１０の上縁の領域に、回転ジョイントを有する軸受１２０が配置されている。軸受は、その回転軸１２２が、冷却シェル１１０の円形の横断面に対して垂直で、ロール２００の回転軸Ａに対して平行に延在するように整向されている。この唯一の回転ジョイント１２０に、冷却シェル１１０は、自由に揺動するように懸架されている。内部に冷却シェルが回転可能に支承された回転ジョイントを有する唯一の軸受は、冷却シェルの円形の横断面又はロール２００の回転軸Ａに対して半径方向ｒの自由度を備えるので、冷却シェルは、軸受１２０内に半径方向ｒに自由に移動可能に支承されている。それ故、軸受は、回転ジョイントとしてだけでなく、スライド軸受としても形成されている。
【００２６】
図４は、冷却シェルの唯一の軸受１２０用の第１の実施形態を示し、この軸受は、２つの軸受半体１２０−１，１２０−２から成り、これら軸受半体は、それぞれチョックの一方に、即ちローラ２００の軸受ハウジング２１０−１，２１０−２の一方に固定されている。その場合、これは、確かに、重量配分が完全なローラ２００の中心軸Ａに関してバランスしていないとの欠点を有する。しかしながら、ローラ２００は、本発明によりそれにもかかわらず排除されない。何故なら、軸受半体は、曲げモーメントを伝達する必要があるのではなく、自由に調整され得るからである。
【００２７】
図５は、唯一の軸受１２０用の第２の実施形態を示し、この軸受は、冷却シェルの中心に取り付けられている。軸受は、例えばジョイントアーム又は旋回アーム１４１の形態の位置決め装置１４０によって、例えばロールスタンドのトラバースに、ローラ２００に対して中心に取り付けられてもしくは懸架されている。
【００２８】
軸受１２０もしくは軸受半体の球面形成時には、両実施形態において、軸受もしくは冷却シェル１１０の回転軸は、ローラの傾斜に従い得るので、この場合も、冷却シェルの回転軸は、ローラの回転軸に対して平行のままである。軸受のこのために必要な旋回運動もしくは偏位は、図４及び５には、弧状の二重矢印によって象徴化されている。
【００２９】
軸受もしくは回転ジョイントは、両実施形態において、ロールの周囲Ｕの任意の角度位置αに位置決め可能である。
【００３０】
図１に示したような冷却シェルの上縁と冷却シェル１１０の下縁のいずれかに、冷却シェル１１０の内側とロール２００の周面の間の冷却ギャップ内へ冷媒４００を噴射するためのノズル装置が設けられている。冷却シェル１１０のどちらの側もしくはどちらの周縁で、ノズル装置１３０が、冷媒４００を冷却ギャップ内へ噴射するかは、ロールの回転方向Ｄと、向流冷却又は並流冷却が所望されているかの問題とに依存し；最後に述べた場合では、冷媒４００は、ロール２００の周方向及び回転方向Ｄに流れる。
【００３１】
冷却シェルの冷媒の供給部とは反対の周縁に、冷却シェルは、いかなる制限部、特に冷媒用の収集容器も備えないので、冷媒の妨げなしで無力の流出が、そこでは保証されている。これは、次の段落で述べる力の自由な遊びにとって有利である。
【００３２】
冷媒４００は、ノズル装置１３０から所定の容積流
【数１】
0006527945.tif 000002
と所定の圧力Ｐのどちらかで冷却ギャップ内へ押し込まれる。半径方向に自由に可動で自由に支承された回転ジョイント１２０に基づいて、力の自由な遊びから冷却ギャップ１６０の高さｈが、自動的もしくは自発的に最適に調整される。回転ジョイント１２０内での冷却シェルの自由揺動式の懸架に基づいて、冷却ギャップの高さｈは、回転ジョイントの高さに適合されるだけでなく、どこでも冷却シェルの角度領域β内で自動的もしくは自立的に正しく調整される。これにより、高さｈのマニュアル又は自動での固定的な調整は、不要になる。
【００３３】
調整される冷却ギャップの高さｈは、前記のように、力の自由な遊びに依存している。具体的には、ギャップ高さは、以下の物理的な大きさによって影響を受ける：即ち、冷却ギャップ内の冷媒４００の容積流又は圧力と、冷却シェルが、場合によってはそれに固定されたバラストウエイトが、圧延作業中に回転ジョイント１２０の回転軸１２２を中心とする偏位時に冷媒に加えるトルクもしくはこれから生じる面積当たりの負荷とである。数学的に表現すれば、以下の関係が当て嵌まる：
【数２】
0006527945.tif 000003
ここで、
ｈ：    ギャップ高さ
ｆ：    機能的な関係
ｍ：    バラストウエイトを有する冷却シェルの全質量もしくは相応の質量配分
ｇ：    重力定数
Ｃ：    振り子静止位置からの偏位時の冷却シェルのレバーアーム
【数３】
0006527945.tif 000004
Ｐ：    冷媒の圧力
である。
【００３４】
バラストウエイト１１２を有する冷却シェル１１０のトルクは、冷却シェル１１０の凸の外周におけるバラストウエイト１１２の配分と、冷却シェル１１０の凹の外側からのその間隔とに依存する。バラストウエイトが大きくなる程及び冷却シェル１１０の外側からのその間隔が大きくなる程、トルクは、これにより、冷却シェルがロールもしくは冷却ギャップ内の冷媒４００を押す力もしくは面当たりの負荷も大きくなる：この関係は、図２に明快に図示されている。破線は、更に内側にバラストウエイトが位置する（破線でない）時と比べて、更に外側にバラストウエイト１１２が取り付けられた時の大きい力もしくはモーメント作用を象徴化する。
【００３５】
理想的に、軸受１２０は、冷却シェルを自由揺動式に懸架するために内部に半径方向に自由に移動可能な回転ジョイントを有するスライド軸受として形成されている。この理想的な支承において、軸受の位置決めは、ロールの周囲における所定の角度位置αに固定的である。
【００３６】
実際に、通常は、周方向Ｕのロールの位置決めが単にほぼ一定である場合、即ち、角度位置における小さい変動が、通常は許容可能である場合で十分である。この前提のもとに、軸受１２０は、回転ジョイントが、ロール２００の回転軸に対して横の平面内で旋回可能な位置決め装置１４０に固定されていることによって実現することができる。位置決め装置のうち、図１には、その一端に回転ジョイント１２０が配置され、その他端が例えば不動の回転点に支承されたレバー１４１だけが示されている。その場合、このように形成された位置決め装置１４０は、回転ジョイント１２０に、ロール２００の半径方向の少なくとも１つの成分を有する円軌道を取ることを強制する。この半径方向に、回転ジョイントは、少なくとも圧延作業中は、必要なら角度位置αで若干の変動を許容してでも、自由に可動でなければならない。それ故、説明した実施形態における旋回可能な位置決め装置１４０は、半径方向の軸受１２０の自由度を保証する。位置決め装置１４０は、冷却作業の開始前及び開始時に初期位置へ回転ジョイントを位置決めするために、図１に図示してない駆動装置を備えることができる。この駆動は、機械的、電気機械的、空圧的、又は油圧的に行なうことができる。駆動装置は、ロールスタンドの内と外のどちらかに配置することができる。しかしながら、初期位置で、圧延作業及び冷却作業の開始と共に、半径方向の自由な移動可能性が保証されている必要があるか、許容される必要がある。
【００３７】
冷却シェル１１０の湾曲は、好ましくはロール２００の湾曲に一致するので、湾曲した冷却シェル１１０の中心点軸は、好ましくは、図１で点線及び角度βによって示されているように、ロール２００の回転軸と一致する。
【００３８】
更に、図１で、冷却シェル１１０の下端と圧延材３００の間に、ワイパー１５０が配置されている。このワイパー１５０は、その上の部品、即ち特に本発明による冷却装置１００を、圧延材３００の影響から保護する。更に、ワイパーは、圧延材３００がロール２００から導出され、圧延方向ＷＲに移送されることに尽力する。
【００３９】
ロールスタンド内のロールとしてのローラの形成に対して選択的に、ローラは、測定ローラとして形成することもでき、その場合、その表面には、センサ、典型的には圧力センサが配置されている。このような測定ローラは、例えば圧延トレインの後のローラテーブル内に取り付けることができる。運転中に、測定ローラは、部分的に高温の圧延材によって巻き付かれることができ、これにより、センサは、場合によっては強く加熱される。その場合、本発明による装置は、センサを冷却するために測定ローラの周囲に位置決めすることができる。このようにして、センサにおいて、センサを侵害しない温度領域が調整され得る。
【００４０】
ロールスタンド内のロールを冷却するため又は測定ローラの冷却をするための本発明による冷却装置は、以下のように機能する：
【００４１】
圧延作業又は測定ローラの運転の間に、冷媒４００は、ノズル装置１３０によって、図１に示したような所定の圧力Ｐ又は所定の容積流
【数４】
0006527945.tif 000005
で冷却ギャップ１６０内へ供給される。その場合、半径方向ｒの自由な移動可能性を有する回転ジョイント１２０における冷却シェル１１０の支承に基づいて、冷却ギャップの高さｈは、回転ジョイント１２０の領域内だけでなく、冷却シェル１１０の角度領域β全体にわたってどこでも最適に調整される。最適は、力及びモーメントの自由な遊びに応じることを意味する。力のこの自由な遊びに関与しているのは、特に、図２に示したような、冷却シェル１１０から冷却ギャップ内の冷媒に作用する角度領域β内の力分布である。この力分布の大きさは、前記のように、冷却シェル自身の質量配分に依存しており、存在する場合は、バラストウエイト１１２の大きさと、冷却シェル１１０の外周でのバラストウエイトの配分と、冷却シェルの外側からのバラストウエイトの間隔とに依存している。これから生じるトルクの大きさは、ロールの周囲の回転ジョイント１２０の回転軸の角度位置αにも依存する。何故なら、それに、レバーアームＣの大きさが従うからであり、このレバーアームは、冷却シェルが回転ジョイント１２０に自由揺動式に懸架されている（図１及び２内の左側の一点鎖線）時で、ロール２００に基づいて負荷を受けた冷却シェルが偏位した時の、冷却シェル１１０の重心線と、冷却ギャップ内の冷媒４００（図１及び２内の右側の一点鎖線参照）の間の間隔である。レバーアームＣの大きさは、実質的に、ロール２００の周囲における回転ジョイント１２０の位置によって影響を受ける。
【００４２】
冷却シェル１１０のトルクに基づく前記半径方向の力は、ローラもしくはロール２００の中心点もしくは回転軸に向かって作用する。均等に、冷却シェル１１０は、冷却ギャップ１６０内を流れる冷媒によっても、ローラもしくはロールの回転軸に向かって引き寄せられる。何故なら、冷却ギャップ内は、流れる媒体４００に基づいて負圧が支配するからである。ローラもしくはロールの回転軸に向かう前記両力分布は、その全体で、冷却ギャップ内の冷媒によって加えられる反作用力分布によって補償される。何故なら、冷却ギャップ内の冷媒は、基本的に圧縮できず、ノズル装置１３０によって設定される冷媒の容積流又は圧力が考慮されるからである。それ故、半径方向の反作用力分布は、冷却ギャップの高さが“ゼロ”になることを防止する。
【００４３】
冷却シェル１１０は、オプションで及び可変に位置決め可能なバラストウエイトに基づいて、その質量配分に関する、これによりこの質量配分によって加えられるトルクの調整可能な特性を備える。具体的には、バラストウエイト１１２は、その大きさが可変で、冷却シェルの凸の外側におけるその配分が自由に位置決め可能である。弧度βも、適切に選択することができる。ノズル装置１３０による冷媒４００の所定の容積流もしくは圧力と冷却シェル質量配分特性の組合せから、冷却ギャップ１６０の所定の高さｈが自動的に得られる。前記パラメータの組合せは、冷却シェル１１０が、冷媒が貫流する冷却ギャップ１６０内に生じる圧力特性によって、冷媒４００もしくはロール２００に対する冷却シェルの付着を生じさせることになる。方程式１から、冷却ギャップの高さｈが、バラストウエイト１１２の質量配分と角度位置αの変化によって影響可能であることが明らかになる。具体的には、より大きいバラストウエイトもしくはより大きいトルクは、より高い面荷重を生じさせ、この面荷重は、最終的に、冷却ギャップ１６０内の冷媒４００の流れによって支持されなければならない。プロセス変数内のノズル装置１３０の冷媒４００の容積流
【数５】
0006527945.tif 000006
又は圧力Ｐは、圧延プロセスの上位の制御の所定の限度のために使用され、これら限度は、冷却プロセスに提供される。
【００４４】
具体的に、それぞれ所望される熱出力は、冷却ギャップ１６０の高さｈと、冷却ギャップ１６０内の冷媒４００の容積流に依存した熱伝達率ａによって示されている。
【００４５】
所定の所望の冷却能力もしくは所定の熱伝達率ａの場合で、更にノズル装置１３０によって設定される冷媒の圧力又は容積流の場合、そのために必要な回転軸１２２を中心とする冷却シェル１１０のトルクが計算できる。その場合、具体的に、必要なトルクは、懸架点に対する、即ち軸受１２０の回転軸１２２に対する間隔にわたって積分した冷却シェル１１０の面積を掛けた、冷却ギャップ１６０内の冷媒４００の圧力分布の積分として得られる。
【００４６】
本発明により提案される冷却装置は、半径方向の冷却シェルの高さｈが、自立的に最適に調整され、冷却シェルが、ローラもしくはロール上で浮動するもしくは冷却ギャップ内の冷媒４００の流れ特性及び圧力特性によってロールに付着するとの利点を提供する。このように運転される冷却装置は、ロールの周方向に、及びロールの幅にわたって均等な冷却を生じさせる。
【００４７】
図３は、ロール２００の周囲に本発明による冷却装置１００を位置決めするための別の実施例を示す。
【００４８】
具体的に、図３は、冷却シェルが、四分円の領域ＩＩＩ及びＩＶ内のロールを冷却するために、ロール２００の下側に配置された、本発明による装置１００の実施例を示す。ここでも、回転軸受１２０が位置決め装置１４０に固定され、この位置決め装置は、実質的にレバーアーム１４１を備え、このレバーアームは、旋回点１４３を中心として旋回可能に支承されている。位置決め装置１４０は、少なくとも角度領域γ内の旋回アーム１１４の旋回を許容するように形成され、これにより、半径方向ｒの回転ジョイント１２０の自由な移動可能性が可能にされる。
【００４９】
この実施例の場合でも、冷却シェル１１０は、自由揺動式に回転軸受１２０に懸架されている；ただし、バラストウエイト１１２は、この例では、レバーアーム１１４を介して、冷却シェル１１０が全体的に面荷重ＦもしくはトルクＭでロール２００の下側に押し付けられ、重力の方向の重心線内へ、即ち振り子静止位置へ落ち込むことは全くないように、回転ジョイント１２０の回転軸１２２に対して配置されている。
【符号の説明】
【００５０】
１００                    装置
１１０                    冷却シェル
１１２                    バラストウエイト
１１４                    レバーアーム
１２０                    軸受、特に回転ジョイント
１２０−１                軸受半体
１２０−２                軸受半体
１２２                    回転軸
１３０                    ノズル装置
１４０                    位置決め装置
１４１                    旋回アーム
１４３                    旋回点
１５０                    ワイパー
１６０                    冷却ギャップ
２００                    ローラ、特にロール
２１０−１                チョック
２１０−２                チョック
３００                    圧延材、ストリップ
４００                    冷媒
ｈ                        冷却ギャップの大きさ／高さ
ｒ                        半径方向
Ｄ                        回転方向
Ｆ                        面荷重
Ｍ                        トルク
Ｕ                        周方向
Ａ                        ローラの回転軸
Ｃ                        レバーアーム
【数６】
0006527945.tif 000007
Ｐ                        冷媒の圧力
ａ                        熱伝達率
α                        角度位置
β                        冷却シェルの角度範囲
ＷＲ                      圧延方向
Ｉ，ＩＩ，ＩＩＩ，ＩＶ    ローラ横断面の四分円
【図１】
0006527945.tif 000008
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
0006527945.tif 000012