Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Entzundern eines Werkstücks nach dem Oberbegriff von Anspruch 1 und ein entsprechendes Verfahren nach dem Oberbegriff von Anspruch 9.

Zum Entzundern von Werkstücken, insbesondere von Warmwalzgut, ist es nach dem Stand der Technik bekannt, auf die Oberflächen des Werkstücks Hochdruck-Wasser zu spritzen. Für ein lückenloses und somit vollständiges Entzundern der Oberflächen des Werkstücks wird das Hochdruck-Wasser in der Regel aus einer Mehrzahl von Düsen eines Zunderwäschers ausgespritzt. In diesem Zusammenhang wird als Zunderwäscher bei einer Warmwalzanlage eine Baugruppe bezeichnet, die zur Entfernung von Zunder, d. h. von Verunreinigungen aus Eisenoxid, von der Oberfläche des Warmwalzgutes vorgesehen ist.

Auf dem Gebiet der Warmwalzproduktion findet bislang eine Überwachung bzw. Inspektion der Oberflächen eines in einer Bewegungsrichtung transportierten Warmwalzgutes nur am Ende des Walzvorgangs statt. Hierbei wird ein Zunderwäscher, der vor bzw. bezogen auf der Bewegungsrichtung stromaufwärts von einem Endgerüst angeordnet ist, in der Regel mit maximalem Druck und Volumenstrom für das Hochdruck-Wasser betrieben. Dies erfolgt zu dem Zweck, an den Oberflächen des Warmwalzgutes eine möglichst intensive Entzunderung zu erzielen. Nachteilig bei einer solchen Betriebsweise eines Zunderwäschers ist der große Bedarf an Energie zur Erzeugung von Hochdruck-Wasser.

Aus JP-10 282029 A ist ein Verfahren zum Messen der Dicke einer Stahlplatte und zum Bestimmen der Beschaffenheit von deren Oberfläche bekannt. Hierbei kommt ein Röntgen-Detektor zum Einsatz.

Aus KR 144 3097 B1 ist eine Vorrichtung zum Detektieren von Zunder auf einem Warmwalzgut bekannt. Bei dieser Vorrichtung kommt eine Zunderdetektion-Einrichtung zum Einsatz, die auf dem Prinzip der Temperaturmessung beruht und zu diesem Zweck ein Pyrometer umfasst.

Aus DE 198 17 002 A1 ist eine Einrichtung zum Entzundern von Halbzeugen bekannt, die eine Düsenvorrichtung aufweist, mittels der auf die Oberfläche des relativ zur Düsenvorrichtung bewegten Halbzeugs unter Hochdruck ein Fluid aufgebracht wird. Zur Vergleichmäßigung des Entzunderungspralldrucks sind Mittel vorgesehen, mit denen das Bandprofil direkt erfasst werden kann, wobei abhängig hiervon die Düsenvorrichtung höhenverstellbar ist.

Aus WO 2014/191168 A1 sind eine gattungsgemäße Vorrichtung nach dem Oberbegriff von Anspruch 1, und ein gattungsgemäßes Verfahren nach dem Oberbegriff von Anspruch 9 bekannt.

Bei den bislang bekannten Anlagen bzw. Verfahren zum Entzundern von Warmwalzgut ist erst am Ende der Walzstraße eine Oberflächeninspektion installiert. Eine solche Oberflächeninspektion ist räumlich weit von einem Zunderwäscher entfernt und insbesondere prozesstechnisch nicht mit dem Zunderwäscher verbunden. Falls mittels der Oberflächeninspektion festgestellt werden sollte, dass das Warmwalzgut Oberflächenfehler aufweist, sind bereits mehrere Produktionsschritte, insbesondere Walzvorgänge, durchlaufen worden. Dies hat zur Folge, dass eine saubere Zuordnung von möglichen Zunderfehlern zu den erkannten Oberflächenfehlern nicht oder nur eingeschränkt möglich ist. Anders ausgedrückt, gestaltet sich bei den bislang bekannten Anlagen zum Entzundern von Warmwalzgut eine sichere Identifikation von Oberflächenfehlern als Zunderreste mindestens schwierig, bis gar unmöglich. Jedenfalls unterliegen die bislang bekannten Ansätze zum Entzundern von Werkstücken dem Nachteil, dass eine Einordnung in Primär- und Sekundärzunderfehler sowie die Unterscheidung zwischen eingewalztem Restzunder in Folge einer zuvor unzureichenden Entzunderung und im Laufe des Walzprozesses herabgefallener Zunderbrocken nicht realisierbar ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, dass Entzundern von Werkstücken hinsichtlich der Oberflächenqualität zu optimieren und dabei auch den Bedarf an Energie und Hochdruck-Flüssigkeit auf ein erforderliches Minimum zu senken.

Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung zum Entzundern eines Werkstücks mit den im Anspruch 1 angegebenen Merkmalen, und durch ein Verfahren gemäß Anspruch 9 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen definiert.

Die Erfindung sieht eine Vorrichtung zum Entzundern eines Werkstücks vor, vorzugsweise ein Warmwalzgut, das relativ zur Vorrichtung in einer Bewegungsrichtung bewegt wird. Zu diesem Zweck umfasst die Vorrichtung zumindest eine erste Strahldüsen-Anordnung mit einer Mehrzahl von Strahldüsen, aus denen eine Flüssigkeit, insbesondere Wasser, auf eine Oberfläche des Werkstücks unter Hochdruck ausgebracht werden kann. Des Weiteren umfasst die Vorrichtung eine Steuereinrichtung und eine mit der Steuereinrichtung signaltechnisch verbundene Oberflächeninspektionseinrichtung, die in Bezug auf die Bewegungsrichtung des Werkstücks stromabwärts von der Strahldüsen-Anordnung angeordnet ist und eine Detektion von Zunder auf der Oberfläche des Werkstücks ermöglicht. Die Oberflächeninspektionseinrichtung ist unmittelbar angrenzend zur Strahldüsen-Anordnung angeordnet. Die Steuereinrichtung ist programmtechnisch derart eingerichtet, dass der spezifische Energieeintrag, mit dem eine Oberfläche des Werkstücks durch die aus den Strahldüsen ausgebrachte Flüssigkeit beaufschlagt wird, mittels der Steuereinrichtung in Abhängigkeit der Signale der Oberflächeninspektionseinrichtung regelbar ist, und dass auf Grundlage der Signale der Oberflächeninspektionseinrichtung eine Oberflächenqualität für das Werkstück bestimmt und mit einem vorbestimmten Sollwert verglichen wird. Hierbei wird der spezifische Energieeintrag derart geregelt, dass er erhöht wird, falls die Oberflächenqualität des Werkstücks den vorbestimmten Sollwert unterschreitet, und dass er vermindert wird, falls die Oberflächenqualität des Werkstücks den vorbestimmten Sollwert überschreitet.

In gleicher Weise sieht die Erfindung ein Verfahren zum Entzundern eines Werkstücks, vorzugsweise eines Warmwalzgutes, vor, welches relativ zu einer Strahldüsen-Anordnung mit einer Mehrzahl von Strahldüsen in einer Bewegungsrichtung bewegt wird. Zum Entzundern des Werkstücks wird eine Flüssigkeit, insbesondere Wasser, aus den Strahldüsen unter Hochdruck auf eine Oberfläche des Werkstücks gespritzt. Zur Durchführung des Verfahrens ist eine Steuereinrichtung vorgesehen, die mit der Strahldüsen-Anordnung und mit einer Oberflächeninspektions-Einrichtung jeweils signaltechnisch verbunden ist. Mittels der Oberflächeninspektionseinrichtung wird eine Oberfläche des Werkstücks- in Bezug auf die Bewegungsrichtung des Werkstücks - stromabwärts von der Strahldüsen-Anordnung, und unmittelbar angrenzend an die Strahldüsen-Anordnung überprüft. Der spezifische Energieeintrag, mit dem eine Oberfläche des Werkstücks durch die aus den Strahldüsen ausgebrachte Flüssigkeit beaufschlagt wird, wird mittels der Steuereinrichtung in Abhängigkeit der Signale der Oberflächeninspektionseinrichtung geregelt, wobei auf Grundlage der Signale der Oberflächeninspektionseinrichtung eine Oberflächenqualität für das Werkstück bestimmt und mit einem vorbestimmten Sollwert verglichen wird. Hierbei wird der spezifische Energieeintrag derart geregelt, dass er erhöht wird, falls die Oberflächenqualität des Werkstücks den vorbestimmten Sollwert unterschreitet, und dass er vermindert wird, falls die Oberflächenqualität des Werkstücks den vorbestimmten Sollwert überschreitet.

Der Erfindung liegt die wesentliche Erkenntnis zugrunde, dass eine Oberflächeninspektionseinrichtung ortsnah zur Strahldüsen-Anordnung angeordnet ist. Diesbezüglich bedeutet das Merkmal "ortsnah" im Sinne der vorliegenden Erfindung, dass die Oberflächeninspektionseinrichtung - in Bezug auf die Bewegungsrichtung, mit der das Werkstück an der Strahldüsen-Anordnung mit einer Vorschubgeschwindigkeit vorbeibewegt wird - stromabwärts von der Strahldüsen-Anordnung und unmittelbar angrenzend hierzu positioniert ist. Hierdurch ist es möglich, das Ergebnis der Beaufschlagung der Oberflächen des Werkstücks mit einer Flüssigkeit unter Hochdruck und die daraus resultierende Entzunderungsqualität zu überwachen und ggf. zu beeinflussen, insbesondere bevor das Werkstück weitere Produktionsschritte wie z. B. weitere Walzvorgänge durchläuft. Auf Grundlage der Signale der Oberflächeninspektions-Einrichtung wird somit eine Führungsgröße gewonnen, mit der anschließend eine bedarfsangepasste Steuerung des spezifischen Energieeintrags möglich ist, mit dem eine Entzunderung des Werkstücks erzielt wird.

Der spezifische Energieeintrag bestimmt sich nach der vorliegenden Erfindung aus dem Aufpralldruck [engl.: Impact], mit dem die Flüssigkeit auf eine Oberfläche des Werkstücks auftrifft, sowie dem spezifischen Volumenstrom pro Breite des Werkstücks, d.h. dem Volumenstrom der auf das Werkstück gespritzten Flüssigkeit dividiert durch die Spritzbreite bezogen auf die Bewegungsrichtung des Werkstücks. Der Aufpralldruck ist abhängig von dem Druck, mit dem die Flüssigkeit den Strahldüsen zugeführt wird, dem ausgespritzten Volumenstrom, und dem Abstand der Strahldüsen von der Oberfläche des Werkstücks. Des Weiteren ist der spezifische Energieeintrag abhängig von der Vorschubgeschwindigkeit, mit der das Werkstück in der Bewegungsrichtung bewegt wird. Eine Veränderung des spezifischen Energieeintrags, in Abhängigkeit der Signale der Oberflächeninspektionseinrichtung kann durch eine Anpassung der vorstehend genannten Parameter erfolgen, nämlich mittels der Steuereinrichtung, wie nachfolgend noch im Detail erläutert.

Erfindungsgemäß ist die Steuerungseinrichtung programmtechnisch derart eingerichtet, dass auf Grundlage der Signale der Oberflächeninspektions-Einrichtung eine Regelung des spezifischen Energieeintrags erfolgt. Zu diesem Zweck wird mittels der Steuereinrichtung, nämlich auf Grundlage der Signale der Oberflächeninspektionseinrichtung, eine Oberflächenqualität für das Werkstück bestimmt und dann mit einem vorbestimmten Sollwert verglichen. Falls im Anschluss daran mittels der Steuereinrichtung festgestellt wird, dass die Oberflächenqualität des Werkstücks den vorbestimmten Sollwert unterschreitet, wird sodann der spezifische Energieeintrag erhöht. Im Umkehrschluss bedeutet dies, dass, falls die Oberflächenqualität des Werkstücks den vorbestimmten Sollwert überschreitet, dann der spezifische Energieeintrag entsprechend vermindert wird. Eine solche Einstellung bzw. Anpassung des spezifischen Energieeintrags, auf Basis der Signale der Oberflächeninspektionseinrichtung, erfolgt nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung geregelt, d. h. durch Vorsehen eines entsprechenden Regelkreises in der Steuereinrichtung.

Als Stellglieder zur Steuerung und/oder Regelung des spezifischen Energieeintrags stehen der Systemdruck der Entzunderung, die Höhenverstellung der Strahldüsen, d.h. die Veränderung des Abstands der Strahldüsen zur Oberfläche des Werkstücks, die Zu-/Abschaltung einer zusätzlichen Strahldüsen-Anordnung, und die Vorschubgeschwindigkeit des Werkstücks zur Verfügung.

Zur soeben genannten Verminderung des spezifischen Energieeintrags, nämlich für den Fall, dass die mittels der Oberflächeninspektionseinrichtung festgestellte Oberflächenqualität des Werkstücks einen vorbestimmten Sollwert überschreitet, wird vorteilhaft eine geringere Menge an Hochdruck-Flüssigkeit benötigt, und dadurch auch eine verminderte Abkühlung des Werkstücks erzielt. Eine solche verminderte Abkühlung kann zur Senkung einer Ofentemperatur oder zur Senkung des Energiebedarfs für einen nachfolgenden Walzprozess, d. h. stromabwärts von der Strahldüsen-Anordnung, genutzt werden. Des Weiteren wird durch eine verminderte Abkühlung des Werkstücks die Endtemperatur des Produkts erhöht, wodurch das Produktspektrum auf geringere Enddücken ausgeweitet werden kann.

Wie erläutert, führt eine mögliche Senkung des spezifischen Energieeintrags bzw. des Entzunderungsdrucks, jedenfalls bis auf einen Druckwert, der gerade noch hinreichend ist, um den vorbestimmten Sollwert für die Oberflächenqualität des Werkstücks zu erreichen, zu dem Vorteil eines geringeren Energiebedarfs zur Erzeugung der Hochdruck-Flüssigkeit für die Entzunderung. Im Zuge dessen wird vorteilhaft auch der Verschleiß von Anlagenkomponenten der erfindungsgemäßen Vorrichtung bzw. der gesamten Entzunderungsanlage gesenkt. Dies betrifft sowohl die Strahldüsen selbst, als auch in hohem Maße die damit verbundenen Pumpen sowie Rohrleitungen und alle medienberührten Teile. Hinzu kommt noch der Vorteil von verlängerten Wartungsintervallen und somit von geringeren Wartungskosten, bedingt durch eine verminderte Abrasionswirkung der Hochdruck-Flüssigkeit auf alle umgebenden Materialien durch den verminderten Druck.

Durch eine Regelung des spezifischen Energieeintrags ist es möglich, auf detektierte Oberflächenfehler des Werkstücks, d. h. auf verbleibenden Restzunder auf dem Werkstück, unmittelbar zu reagieren, nämlich durch eine geeignete Erhöhung des spezifischen Energieeintrags durch die zuvor genannten Stellglieder . Hierdurch kann wirkungsvoll vermieden werden, dass Restzunder bei weiteren Produktionsschritten wie insbesondere Walzvorgängen, die sich für das Werkstück stromabwärts der Strahldüsen-Anordnung anschließen, in die Oberfläche des Werkstücks eingewalzt wird. Zusätzlich zur Einhaltung einer gewünschten Qualitätsgüte für das Werkstück lässt sich hierdurch vermeiden, dass Teile der Produktion - falls nämlich z. B. Restzunder nicht erkannt bzw. beseitigt werden würde - verschrottet werden muss.

In vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung umfasst die Vorrichtung eine mit der Steuereinrichtung signaltechnisch verbundene Hochdruckpumpeneinheit, die mit den Strahldüsen der Strahldüsen-Anordnung in Fluidverbindung steht. Diese Hochdruckpumpeneinheit kann mittels der Steuereinrichtung gesteuert, vorzugsweise geregelt, werden, um den Druck, mit dem die Flüssigkeit den Strahldüsen zugeführt wird, zu verändern. In Folge dieses veränderten Drucks für die Flüssigkeit ändert sich entsprechend auch der Entzunderungs- bzw. Aufpralldruck, mit dem die Flüssigkeit auf einer Oberfläche des Werkstücks aufprallt, um dieses wie gewünscht zu entzundern. Im Hinblick auf die vorstehend erläuterte Abhängigkeit ändert sich hierdurch auch der spezifische Energieeintrag, mit dem die Flüssigkeit auf die Oberfläche des Werkstücks aufgebracht wird.

Die Hochdruckpumpeneinheit kann über eine Mehrzahl von einzelnen Pumpen verfügen. Bei einer Ansteuerung der Hochdruckpumpeneinheit mittels der Steuereinrichtung kann vorgesehen sein, dass im Falle einer Druckerhöhung eine weitere Pumpe hinzugeschaltet wird, oder dass im Falle einer gewünschten Druckverminderung eine der eingesetzten Pumpen abgeschaltet wird.

In vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung kann die Hochdruckpumpeneinheit mit zumindest einem Frequenzregler, oder vorzugsweise mit mehreren Frequenzreglern, ausgestattet sein. Eine Pumpe oder die Pumpen der Hochdruckpumpeneinheit ist/sind über diesen Frequenzregler an ein elektrisches Versorgungsnetz angeschlossen, wobei der jeweilige Frequenzregler steuerungstechnisch mit der Steuereinrichtung verbunden ist. Entsprechend ist es möglich, den Frequenzregler der Hochdruckpumpeneinheit mittels der Steuereinrichtung derart zu steuern oder zu regeln, dass dadurch der Druck, mit dem die Flüssigkeit den Strahldüsen einer Strahldüsen-Anordnung zugeführt wird, auch in geringem Maße bzw. mit kleinen Abstufungen, vorzugsweise auch stufenlos, eingestellt bzw. verändert werden kann.

Ergänzend oder alternativ kann nach einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung vorgesehen sein, dass ein Abstand, den die Strahldüsen-Anordnung zur Oberfläche des Werkstücks aufweist, mittels der Steuereinrichtung gesteuert, vorzugsweise geregelt, verändert wird, nämlich in Abhängigkeit der Signale der Oberflächeninspektionseinrichtung. Dies kann dadurch erfolgen, dass die Strahldüsen-Anordnung an einer höhenverstellbaren Halterung mit einem Stellantrieb angebracht ist, wobei der Stellantrieb mit der Steuereinrichtung signaltechnisch verbunden ist. Falls die von der Steuereinrichtung auf Grundlage der Signale der Oberflächeninspektionseinrichtung ermittelte Oberflächenqualität einen vorbestimmten Sollwert unterschreiten sollte, kann durch eine geeignete Ansteuerung des Stellantriebs mittels der Steuereinrichtung der Abstand der Strahldüsen-Anordnung zur Oberfläche des Werkstücks verringert werden, mit der Folge, dass dadurch der Aufpralldruck der Flüssigkeit bzw. der Entzunderungsdruck zunimmt. Diesbezüglich versteht sich, dass eine solche Veränderung des Abstands der Strahldüsen-Anordnung nur in dem Maße erfolgt, wie auch ein gewünschtes Spritzbild der Strahldüsen auf der Oberfläche des Werkstücks beibehalten bleibt.

In vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung kann zur Anpassung des spezifischen Energieantrags nach Maßgabe der Steuereinrichtung die Vorschubgeschwindigkeit des Werkstücks angepasst werden, sofern es der Gesamtprozess zulässt.

Durch Zunder- oder andere Partikel kommt es gelegentlich zum Verstopfen einzelner Strahldüsen. Nach dem bislang bekannten Stand der Technik kann dies erst zu einem viel späteren Zeitpunkt durch Zunderfehler bei der Endüberwachung festgestellt werden, verbunden mit dem Nachteil, dass bis dahin bereits einige Tonnen von Warmwalzgut bzw. Stahl fehlerbehaftet hergestellt worden sind. Demgegenüber kann eine solche Verstopfung einer Strahldüse durch eine direkte Überwachung des Entzunderungsergebnisses, nämlich auf Grundlage der Signale der Oberflächeninspektionseinrichtung, die ortsnah zur Strahldüsen-Anordnung angeordnet ist, unmittelbar nach der Entstehung dieses Fehlers erkannt und ein entsprechendes Wartungssignal an die Steuereinrichtung bzw. eine Leitstelle ausgegeben werden.

Ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass es dank eines verlässlichen Signals für die Oberflächengüte bzw. Oberflächenqualität des Werkstücks, die unmittelbar stromabwärts der Strahldüsen-Anordnung detektiert wird, möglich ist, für die Vorrichtung lediglich ein einziges Paar einer Strahldüsen-Anordnung, d. h. oberhalb und unterhalb des Werkstücks, vorzusehen. Anders ausgedrückt, kann eine erfindungsgemäße Vorrichtung auf ein solches Paar von Strahldüsen-Anordnungen beschränkt werden, wodurch erhebliche Investitionskosten für die ebenfalls reduzierte Hochdruckpumpeneinheit und zugehörige Verbindungsrohrleitungen eingespart werden können. Hieraus resultiert wiederum eine Platzeinsparung für die Hochdruckpumpeneinheit, eine Kürzung des Rollganges sowie eine Entlastung der Wasserwirtschaft, welche die Hochdruckpumpeneinheit mit Flüssigkeit versorgt.

Nachstehend sind Ausführungsformen der Erfindung anhand der schematisch vereinfachten Zeichnung im Detail beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1

eine prinzipiell vereinfachte Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Vorrichtung,

Fig. 2

eine prinzipiell vereinfachte Seitenansicht einer Strahldüsen-Anordnung nach einer weiteren Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 3

eine prinzipiell vereinfachte Draufsicht auf eine erfindungsgemäße Vorrichtung nach einer weiteren Ausführungsform,

Fig. 4

eine vereinfachte Seitenansicht eines Rotorkopf-Paars, das Teil einer Vorrichtung von Fig. 3 sein kann, und

Fig. 5

ein Ablaufdiagramm zur Ausführung der vorliegenden Erfindung.

Nachfolgend werden unter Bezugnahme auf die Figuren 1 bis 5 verschiedene Ausführungsformen der Erfindung detailliert beschrieben. In den Figuren sind gleiche technische Merkmale jeweils mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet. Des Weiteren wird darauf hingewiesen, dass die Darstellungen in der Zeichnung prinzipiell vereinfacht und insbesondere ohne Maßstab gezeigt sind. In einigen Figuren sind kartesische Koordinatensysteme eingetragen, zwecks einer räumlichen Orientierung für eine erfindungsgemäße Vorrichtung in Bezug auf ein zu entzunderndes und bewegtes Werkstück.

Eine erfindungsgemäße Vorrichtung 10 dient zum Entzundern eines Werkstücks 12, das relativ zur Vorrichtung 10 in einer Bewegungsrichtung X bewegt wird. Bei dem Werkstück kann es sich um Warmwalzgut handeln, das an der Vorrichtung 10 vorbeibewegt wird. Eine Vorschubgeschwindigkeit, mit der das Werkstück 12 an der Vorrichtung 10 in der Bewegungsrichtung X vorbeibewegt wird, ist in Fig. 1 und in Fig. 2 jeweils mit dem Pfeil "v" symbolisiert.

Eine erfindungsgemäße Vorrichtung 10 weist eine Strahldüsen-Anordnung mit einer Mehrzahl von Strahldüsen auf, aus denen eine Flüssigkeit, insbesondere Wasser, auf eine Oberfläche eines Werkstücks unter hohem Druck ausgespritzt wird. Die Strahldüsen-Anordnung kann aus einem um eine Rotationsachse drehbaren Rotorkopf (Fig. 1) oder aus einem Spritzbalken (Fig. 2) gebildet sein, wie nachstehend noch im Detail erläutert. Bei beiden dieser Ausführungsformen sind Strahldüsen 16 vorgesehen, aus denen eine Flüssigkeit 18 (in Fig. 1 vereinfacht gestrichelt symbolisiert) unter Hochdruck auf eine Oberfläche 20 des Werkstücks 12 gespritzt wird, um das Werkstück 12 geeignet zu entzundern.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung 10 umfasst bei der Ausführungsform von Fig. 1 eine Strahldüsen-Anordnung, die wie soeben erläutert in Form eines um eine Rotationsachse R drehbaren Rotorkopfes 14 ausgebildet ist. Eine Drehung des Rotorkopfes 14 um seine Rotationsachse R erfolgt durch (nicht gezeigte) motorische Mittel, zum Beispiel durch einen Elektromotor. An einer Stirnseite des Rotorkopfes 14, die dem Werkstück 12 zugewandt ist, sind die Strahldüsen 16 angebracht.

Die Strahldüsen 16 sind bei der Ausführungsform von Fig. 1 fest an dem Rotorkopf 14 angebracht. Hierbei sind die Längsachsen L der Strahldüsen 16 parallel zur Rotationsachse R des Rotorkopfes 14 ausgerichtet.

Die Strahldüsen 16 sind höhenverstellbar ausgebildet, z.B. durch Anbringung an einer höhenverstellbaren Halterung, die in der Fig. 1 und Fig. 2 vereinfacht durch den Doppelpfeil "H" symbolisiert ist. Die Halterung H kann einen Stellantrieb (in der Zeichnung nicht gezeigt) aufweisen. Somit lässt sich ein Abstand A, den eine Stirnfläche der Strahldüsen 16 zu der Oberfläche 20 des Werkstücks 12 aufweist, bei Bedarf durch eine Ansteuerung des Stellantriebs verstellen. Im Sinne der vorliegenden Erfindung ist dieser Abstand A als Spritzabstand zu verstehen. Bei einer Verringerung dieses Abstands A nimmt der resultierende Aufpralldruck der Flüssigkeit 18 auf der Oberfläche 20 des Werkstücks 12 zu.

Die Vorrichtung 10, wie z.B. für die Ausführungsform von Fig. 1 dargestellt, umfasst eine Steuereinrichtung 22, und eine Hochdruckpumpeneinheit 24, die mit der Steuereinrichtung 22 signaltechnisch verbunden ist. Der Rotorkopf 14 ist über eine Verbindungsleitung an die Hochdruckpumpeneinheit 24 angeschlossen, derart, dass die Strahldüsen 16 in Fluidverbindung mit der Hochdruckpumpeneinheit 24 stehen und somit von der Hochdruckpumpeneinheit 24 mit einer Flüssigkeit unter Hochdruck gespeist werden. Bei der Flüssigkeit 18, die dann unter Hochdruck aus den Strahldüsen 16 auf das Werkstück 12 gespritzt wird, handelt es sich vorzugsweise um Wasser, ohne dass hierin eine Einschränkung nur auf das Medium Wasser zu sehen ist.

Die Hochdruckpumpeneinheit 24 ist mit einem Frequenzregler 25 ausgestattet. Hierdurch ist es möglich, die Hochdruckpumpeneinheit 24 mittels der Steuereinrichtung 22 insbesondere stufenlos anzusteuern, um einen Druck, mit dem die Flüssigkeit 18 den Strahldüsen 16 zugeführt wird, auch in kleinen Schritten verändern zu können. Weitere Details für eine solche Ansteuerung der Hochdruckpumpeneinheit 24 werden nachfolgend noch im Detail dargelegt.

Die Vorrichtung 10 umfasst eine Oberflächeninspektionseinrichtung 26, die - bezogen auf die Bewegungsrichtung X des Werkstücks 12 - stromabwärts von dem Rotorkopf 14 und ortsnah hierzu angeordnet ist. Die Oberflächeninspektionseinrichtung 26 kann auf einem spezialisierten optischem Messprinzip basieren, bei dem für eine Oberfläche 20 des Werkstücks 12 eine 3D-Messung erfolgt und hieraus ein Höhenprofil für die Oberfläche 20 des Werkstücks 12 abgeleitet wird. Alternativ wird mittels der Oberflächeninspektionseinrichtung 26 eine Spektralanalyse an der Oberfläche 20 des Werkstücks 12 durchgeführt. Die Oberflächeninspektionseinrichtung 26 ist ebenfalls signaltechnisch mit der Steuereinrichtung 22 verbunden. Somit kann mittels der Oberflächeninspektionseinrichtung 26 und einer entsprechenden Auswertung in der Steuereinrichtung 22 Zunder bzw. Restzunder auf der Oberfläche 20 des Werkstücks 12 detektiert werden. Zu diesem Zweck ist die Oberflächeninspektionseinrichtung 26 derart ausgebildet, dass sowohl eine Oberseite als auch eine Unterseite des Werkstücks 12 überwacht werden.

Die signaltechnische Verbindung zwischen der Steuereinrichtung 22 und der Hochdruckpumpeneinheit 24 ist in der Fig. 1 durch das Bezugszeichen 23.1 bezeichnet. Die signaltechnische Verbindung zwischen der Steuereinrichtung 22 und der Oberflächeninspektionseinrichtung 26 ist durch das Bezugszeichen 23.2 bezeichnet. Die signaltechnische Verbindung zwischen der Steuereinrichtung 22 und der Höhenverstellung H ist durch das Bezugszeichen 23.3 bezeichnet. Die signaltechnische Verbindung zwischen der Steuereinrichtung 22 und einer (nicht gezeigten) Einrichtung, mittels der die Vorschubgeschwindigkeit v des Werkstücks 12 eingestellt bzw. verändert werden kann, ist durch das Bezugszeichen 23.4 bezeichnet. Bei diesen Verbindungen 23.1, 23.2, 23.3 und 23.4 kann es sich entweder um physische Leitungen handeln, oder um eine geeignete Funkstrecke oder dergleichen.

In Bezug auf die Steuereinrichtung 22, die Hochdruckpumpeneinheit 24 und die Oberflächeninspektionseinrichtung 26 gelten für die Ausführungsform von Fig. 2 die gleichen Zusammenhänge wie für die Ausführungsform von Fig. 1, wobei diese technischen Bauelemente zwecks Vereinfachung in Fig. 2 nicht gezeigt sind.

Fig. 3 zeigt eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung 10, nämlich in einer vereinfachten Draufsicht. Bei dieser Ausführungsform sind zwei Strahldüsen-Anordnungen14.1 und 14.2, in Bezug auf die Bewegungsrichtung X des Werkstücks 12, hintereinander angeordnet. Jede dieser Strahldüsen-Anordnungen 14.1 und 14.2 ist an die Hochdruckpumpeneinheit 24 angeschlossen, wie unter Bezugnahme auf die Fig. 1 erläutert. Bei der Ausführungsform von Fig. 3 ist die Oberflächeninspektionseinrichtung 26 stromabwärts von der Strahldüsen-Anordnung 14.2 positioniert. Zur Klarstellung darf darauf hingewiesen werden, dass in der Darstellung von Fig. 3 eine Breite des Werkstücks 12 in der Richtung y verläuft, wobei die Rotationsachsen R für die Rotorköpfe 14.1 und 14.2 jeweils senkrecht zur Zeichnungsebene verlaufen.

Bezüglich der Ausführungsform von Fig. 3 darf gesondert darauf hingewiesen werden, dass es sich bei der Strahldüsen-Anordnung 14.1 um ein Rotorkopf-Paar 28 (vgl. Fig. 4) handeln kann, wobei es sich bei der stromabwärts davon angeordneten Strahldüsen-Anordnung 14.2 um ein Spritzbalken-Paar 38 (vgl. Fig. 2) handeln kann. Alternativ hierzu kann bei der Ausführungsform von Fig. 3 das Spritzbalken-Paar 38 auch der Strahldüsen-Anordnung 14.1 entsprechen, wobei dann das Rotorkopf-Paar 28 stromabwärts davon, nämlich an der Stelle der Strahldüsen-Anordnung 14.2 angeordnet ist. Des weiteren ist es auch möglich, dass die Strahldüsen-Anordnungen 14.1 und 14.2 bei der Ausführungsform von Fig. 3 beide entweder jeweils aus einem Rotorkopf-Paar 28 (Fig. 4), oder jeweils aus einem Spritzbalken-Paar 38 (Fig. 2) gebildet sind.

Nachstehend sind unter Bezugnahme auf die Fig. 4 eine mögliche Anordnung von Rotorköpfen zur Vervollständigung gezeigt und erläutert, die bei der Ausführungsform von Fig. 3 zum Einsatz kommen können.

Fig. 4 zeigt eine Seitenansicht eines Rotorkopf-Paars 28, bei dem ein Rotorkopf 14 jeweils oberhalb und unterhalb des Werkstücks 12, d. h. sowohl an dessen Oberseite und an dessen Unterseite vorgesehen ist. Es ist zu erkennen, dass der Rotorkopf 14, welcher unterhalb des Werkstücks 12 angeordnet ist, in Bezug zur Bewegungsrichtung X des Werkstücks 12 stromabwärts von dem Rotorkopf 14, welcher oberhalb des Werkstücks 12 angeordnet ist, positioniert ist. Dies deshalb, damit die Flüssigkeit 18, die aus den Strahldüsen 16 des unterhalb des Werkstücks 12 angeordneten Rotorkopfes 14 gespritzt wird, nicht gegen den oberhalb des Werkstücks 12 angeordneten Rotorkopf 14 prallt, falls sich zwischen diesen beiden Rotorköpfen kein Werkstück 12 befinden sollte. Der in Fig. 4 gezeigte Versatz zwischen den oberhalb und unterhalb des Werkstücks 12 angeordneten Rotorköpfen ändert nichts daran, dass diese beiden Rotorköpfe, im Sinne der vorliegenden Erfindung, als Rotorkopf-Paar 28 zu verstehen sind. Analog zeigt Figur 2 den soeben erläuterten Versatz von Strahldüsen 16 für eine andere Strahldüsen-Anordnung, nämlich in Form des Spritzbalken-Paars 38.

Für die Darstellung von Fig. 4 wird ergänzend darauf hingewiesen, dass es sich hierbei auch um eine Seitenansicht eines Rotormodul-Paars handeln kann, bei dem mehrere Rotorköpfe 14 (vgl. Fig. 1) in y-Richtung zu einem Rotormodul oberhalb und unterhalb eines Werkstücks 12 zusammengefasst sind.

Bezüglich der Ausführungsformen nach den Fig. 2 und 4 wird darauf hingewiesen, dass die einzelnen Strahldüsen 16 an eine gemeinsame Druckwasserleitung D angeschlossen sind, die mit der Hochdruckpumpeneinheit 24 verbunden ist. Hierdurch ist eine Versorgung der Strahldüsen 16 mit Hochdruck-Wasser gewährleistet.

Fig. 2 zeigt eine vereinfachte Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 10 nach einer weiteren Ausführungsform. Hierbei ist eine Strahldüsen-Anordnung der Vorrichtung 10 nach Art eines sog. Spritzbalkens 36 ausgebildet, dessen Längserstreckung quer (d.h. in Fig. 2 in Richtung der y-Achse) zur Bewegungsrichtung X des Werkstücks 12 verläuft. Hierbei entspricht die Längserstreckung eines Spritzbalkens 36 in der Regel einer Breite des zu entzundernden Werkstücks 12. Entlang der Längserstreckung eines Spritzbalkens 36 sind mehrere Strahldüsen 16 angeordnet, von denen in der Darstellung von Fig. 7 nur die zuvorderst liegende Strahldüse 16 gezeigt ist.

Bei der Ausführungsform von Fig. 2 sind oberhalb und unterhalb des Werkstücks 12 je ein Spritzbalken 36 vorgesehen, die somit ein Spritzbalken-Paar 38 bilden. Die Strahldüsen 16 des Spritzbalken-Paars sind an den Spritzbalken 36 in einem Winkel bezüglich einer Orthogonalen auf die Oberfläche 20 des Werkstücks 12 geneigt angeordnet, derart, dass die Flüssigkeit 18, die aus den Strahldüsen 16 gespritzt wird, mit einem Winkel α auf der Oberfläche 20 des Werkstücks 12 auftrifft.

Nach einer weiteren Ausführungsform der Erfindung kann auch eine separate Oberflächenabtasteinheit 40 (Fig. 3) vorgesehen sein, die stromaufwärts einer Strahldüsen-Anordnung 14 angeordnet und signaltechnisch mit der Steuereinrichtung 22 verbunden ist. Eine solche Oberflächenabtasteinheit 40 funktioniert elektronisch und umfasst ein optisches Messsystem, das nach dem Laserstrahl-Prinzip arbeiten kann. Falls an der Oberfläche eine Unregelmäßigkeit auftreten sollte, wird dies von der Oberflächenabtasteinheit 40 detektiert und ein entsprechendes Signal erzeugt, auf Grundlage dessen dann die Steuereinrichtung 22 den Stellantrieb der höhenverstellbaren Halterung H (vgl. Fig. 1, Fig. 2) ansteuert, um den Abstand A der Strahldüsen-Anordnung zur Oberfläche des Werkstücks 12 unverzüglich zu vergrößern. Hierdurch ist sichergestellt, dass die Strahldüsen-Anordnung, falls das Werkstück 12 eine solche Unregelmäßigkeit aufweisen sollte, nicht geschädigt wird.

Bei allen der vorstehend genannten Ausführungsformen wird das Werkstück 12 an der Vorrichtung 10 vorbeibewegt, nämlich mit einer Vorschubgeschwindigkeit, die in den entsprechenden Figuren jeweils mit "v" symbolisiert ist. Durch das Aufspritzen von Wasser unter Hochdruck werden die Oberflächen 20 des Werkstücks 12 mit einem spezifischen Energieeintrag E (bzw. "Spray Energy") beaufschlagt, der sich wie folgt bestimmt: $$\mathrm{E}=\mathrm{I}\cdot \frac{{\dot{V}}_{\mathit{spez}}}{\mathrm{V}}$$

Hierin bedeuten:

E:

Spezifischer Energieeintrag [kJ/m²]

I:

Aufpralldruck [N/mm²]

V̇_spez:

Spezifischer Volumenstrom pro m Breite des Werkstücks [l/s•m]

v:

Vorschubgeschwindigkeit des Werkstücks [m/s]

Hierbei ist der Aufpralldruck [engl.: Impact], mit dem die Flüssigkeit 18 auf die Oberfläche 20 des Werkstücks 12 auftrifft, abhängig sowohl von dem Druck und dem Volumen, mit dem die Flüssigkeit aus den Strahldüsen 16 ausgespritzt wird, als auch von dem Abstand der Strahldüsen 16 von der Oberfläche 20 des Werkstücks.

Ohne Berücksichtigung der Vorschubgeschwindigkeit v erfolgt lediglich eine stationäre Betrachtung des Aufpralldrucks I, der für eine Regelung des Entzunderungsergebnisses unzureichend ist.

Des Weiteren bestimmt sich der spezifische Volumenstrom V̇_spez zu: $${\dot{V}}_{\mathit{spez}}=\frac{\dot{V}}{b}$$

Hierin bedeuten:

V̇_spez:

Spezifischer Volumenstrom pro m Breite des Werkstücks [l/s•m]

V̇:

Volumenstrom der ausgespritzen Flüssigkeit [l/s]

b:

Spritzbreite quer zur Bewegungsrichtung X [m]

Die Erfindung funktioniert nun wie folgt:
Für ein gewünschtes Entzundern der Oberflächen 20 des Werkstücks 12 wird dieses relativ zur erfindungsgemäßen Vorrichtung 10 in der Bewegungsrichtung X bewegt. Hierbei wird aus den Strahldüsen 16 die Flüssigkeit 18 unter Hochdruck auf die Oberflächen 20 des Werkstücks 12 gespritzt, nämlich sowohl an dessen Oberseite als auch an dessen Unterseite.

Unter Bezugnahme auf die vorstehend genannten Gleichungen und der dazu erläuterten Zusammenhänge kann der spezifische Energieeintrag E z.B. erhöht werden, indem der Druck, mit dem die Flüssigkeit den Strahldüsen zugeführt wird, und/oder der Volumenstrom V erhöht werden, und/oder indem der Abstand A der Strahldüsen zur Oberfläche 20 des Werkstücks 12 und/oder die Vorschubgeschwindigkeit v vermindert werden, und/oder indem eine weitere Strahldüsen-Anordnung zugeschaltet wird. Mutatis mutandis gilt dies auch umgekehrt: Eine Verminderung des spezifischen Energieeintrags E wird dadurch erreicht, indem der Druck, mit dem die Flüssigkeit den Strahldüsen zugeführt wird, und/oder der Volumenstrom V verringert werden, und/oder indem der Abstand A der Strahldüsen zur Oberfläche 20 des Werkstücks und/oder die Vorschubgeschwindigkeit v vergrößert werden, und/oder indem eine weitere Strahldüsen-Anordnung abgeschaltet wird.

Eine Erhöhung des spezifischen Energieeintrags E erfolgt nach der vorliegenden Erfindung z.B. für den Fall, dass auf Grundlage der Signale der Oberflächeninspektionseinrichtung 26 mittels der Steuereinrichtung 22 bestimmt wird, dass die Oberflächenqualität des Werkstücks 12 einen vorbestimmten Sollwert unterschreitet. Im Umkehrschluss bedeutet dies, dass der spezifische Energieeintrag E solange vermindert wird, solange die Oberflächenqualität des Werkstücks 12 einen vorbestimmten Sollwert einhält.

Insbesondere bei einer Primärentzunderung des Werkstücks 12 kann es sich empfehlen, den spezifischen Energieeintrag E, wie erläutert auf Grundlage der Signale der Oberflächeninspektionseinrichtung 26, vorzusgweise allein durch eine Veränderung der Vorschubgeschwindigkeit v einzustellen.

Fig. 5 zeigt ein Ablaufdiagramm, zur Veranschaulichung einer Betriebsweise der erfindungsgemäßen Vorrichtung 10 bzw. einer Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens.

Während sich das Werkstück 12 an der Vorrichtung 10 in der Bewegungsrichtung X vorbeibewegt und dabei entzundert wird, wird die Entzunderungsqualität fortwährend mittels der Oberflächeninspektionseinrichtung 26 überwacht. Hierdurch kann ortsnah und unmittelbar angrenzend an eine Strahldüsen-Anordnung, z. B. in Form eines Rotormodul-Paars oder eines Spritzbalken-Paars 38, festgestellt werden, ob die gewünschte Oberflächenqualität für das Werkstück 12 einen vorbestimmten Sollwert erreicht. Sollte dies nicht der Fall sein, so kann durch eine geeignete Ansteuerung der Hochdruckpumpeneinheit 24 bzw. des/der dafür vorgesehenen Frequenzregler/s 25 mittels der Steuereinrichtung 22 der Druck, mit dem die Flüssigkeit 18 den Strahldüsen 16 zugeführt wird, erhöht werden, wobei ggf. auch eine weitere Pumpe der Hochdruckpumpeneinheit 24 zugeschaltet wird.

Ergänzend oder alternativ zu der bereits genannten Anpassung des Drucks ist es auch möglich, eine zusätzliche Strahldüsen-Anordnung zuzuschalten. Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 3 handelt es sich hierbei um die Strahldüsen-Anordnung 14.2, beispielsweise in Form eines Rotormodul-Paars oder eines Spritzbalken-Paars 38, welches stromabwärts von der Strahldüsen-Anordnung 14.1 vorgesehen ist. Dies bedeutet, dass bei Einhaltung der gewünschten Oberflächenqualität für das Werkstück 12 - gemäß einem Normalbetrieb der vorliegenden Erfindung - lediglich eine einzige Strahldüsen-Anordnung zum Einsatz kommt. Lediglich für den Fall, dass die Oberflächenqualität für das Werkstück 12 den vorbestimmten Sollwert unterschreiten sollte, wird dann - gemäß einem Sonderbetrieb der vorliegenden Erfindung - eine zweite Strahldüsen-Anordnung (vgl. 14.2 in Fig. 3) zugeschaltet, wobei dann aus den Strahldüsen 16 dieser zugeschalteten zweiten Strahldüsen-Anordnung ebenfalls Flüssigkeit 18 unter Hochdruck auf die Oberflächen 20 des Werkstücks gespritzt wird. Die Tatsache, dass in einem Normalbetrieb der Erfindung lediglich eine einzige Strahldüsen-Anordnung zum Einsatz kommt, leistet einen Beitrag zur Einsparung von Energie zur Erzeugung von Hochdruck-Wasser.

Gemäß dem Ablaufdiagramm von Fig. 5 kann auch eine Anpassung der Betriebsparameter der Vorrichtung 10 vorgenommen werden: Durch eine geeignete Ansteuerung der Hochdruckpumpeneinheit 24 mittels der Steuereinrichtung 22 kann der Druck, mit dem die Flüssigkeit 18 den Strahldüsen 16 zugeführt wird, solange gesenkt werden, bis erkennbarer Restzunder das Unterschreiten eines minimalen Impacts anzeigt und dann dieser Druck wieder leicht erhöht werden muss. Hierbei wird der Druck für die den Strahldüsen 16 zugeführten Flüssigkeit 18 auf einen hinreichend großen Wert eingestellt, mit dem die Oberflächenqualität den vorbestimmten Sollwert erreicht.

Ergänzend und/oder alternativ kann die Veränderung des Aufpralldrucks bzw. des Entzunderungsdrucks durch eine Höhenverstellung einer Strahldüsen-Anordnung erfolgen. Diese Höhenverstellung ist in der Fig. 1 und in der Fig. 2 jeweils durch den Pfeil "H" symbolisiert, und wird erreicht, indem der Stellantrieb der höhenverstellbaren Halterung H, an der die Strahldüsen-Anordnung angebracht ist, von der Steuereinrichtung 22 geeignet angesteuert wird.

Ergänzend und/oder alternativ kann zur Veränderung des spezifischen Energieeintrags E die Vorschubgeschwindigkeit v des Werkstücks 12 angepasst werden.

Schließlich wird darauf hingewiesen, dass das Ablaufdiagramm gemäß Fig. 5 einen Regelkreis veranschaulicht, um den gewünschten spezifischen Energieeintrag E, mit dem das Werkstück 12 entzundert wird, festzulegen bzw. einzustellen. Hierbei werden die vorstehend genannten Möglichkeiten solange durchgeführt bzw. angewendet, bis die Oberflächenqualität für das Werkstück einen vorbestimmten Sollwert (in Fig. 5 als "Sollergebnis" bezeichnet) erreicht.

10

Vorrichtung

12

Werkstück

14

Strahldüsenanordnung

14.1

Strahldüsenanordnung

14.2

Strahldüsenanordnung

16

Strahldüsen

18

Flüssigkeit

20

Oberfläche

22

Steuereinrichtung

23.1

Signaltechnik

23.2

Signaltechnik

23.3

Signaltechnik

23.4

Signaltechnik

24

Hochdruckpumpeneinheit

25

Frequenzregler

26

Oberflächeninspektionseinrichtung

28

Strahldüsenanordnung

36

Strahldüsenanordnung

38

Strahldüsenanordnung

40

Oberflächenabtasteinheit

A

Abstand

H

höhenverstellbare Halterung

v

Vorschubgeschwindigkeit

X

Bewegungsrichtung