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TECHNISCHES GEBIET
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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Walzblock zum Walzen von metallischen Stäben, Drähten oder Rohren mit mehreren, in Walzrichtung eines Walzguts hintereinander angeordneten Walzgerüsten.
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STAND DER TECHNIK
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Die Walzblöcke aus dem oben genannten technischen Gebiet und entsprechende Walzstraßen sind grundsätzlich seit vielen Jahrzehnten bekannt. Durch solche Walzblöcke bzw. Walzstraßen werden häufig Rundprodukte hergestellt, die mehrere Walzgerüste hintereinander durchlaufen, um nach und nach ausgehend von einem Ausgangsprodukt an eine gewünschte Form und Größe eines Halbzeugs oder eines Fertigprodukts angepasst zu werden.
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Die erreichbare Genauigkeit, d.h. die erreichbaren Toleranzen und Rundheit, mit denen ein Stab, Draht oder Rohr gewalzt werden kann, ist von vielen Faktoren abhängig. Die Kalibrierung, die Geometrie der Walzen und die Festlegung der Walzendrehzahlen beeinflussen im Wesentlichen die erreichbaren Genauigkeiten des Produktes und werden üblicherweise im Vorfeld fest eingestellt.
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Für die Einstellung eines solchen Walzblocks bzw. einer solchen Walzstraße wird bisher im Wesentlichen auf viel Erfahrung und empirische Versuche zurückgegriffen, wobei jedoch Fertigungstoleranzen bei dieser Vorgehensweise naturgemäß relativ groß bleiben, da Störgrößen wie Ungenauigkeiten beim Durchmesser des Ausgangsmaterials, Variationen der Werkstoffeigenschaften oder der Temperatur des einlaufenden Materials durch das System nicht ausgeglichen werden können. Erst eine Steuerung und insbesondere eine Regelung des Systems ermöglicht es grundsätzlich, eine Verbesserung der Toleranzen hier zu erzielen.
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Aus dem Stand der Technik ist grundsätzlich bekannt, einen Walzblock zu regeln. Dabei wird unmittelbar hinter dem Walzblock ein Messsystem angeordnet, das die Geometrie des fertig gewalzten Stabes, Rohrs oder anderen Produktes vermisst und bei Bedarf eine Anpassung der Walzspalte eines oder mehrerer Walzgerüste in dem Walzblock vornimmt, um die Genauigkeit des Produktes zu erhöhen.
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Problematisch ist die Anpassung des Walzspaltes deshalb, weil eine Änderung des Walzspaltes in einem der Walzgerüste des Blocks den Massendurchsatz nur des jeweiligen Walzgerüstes, nicht jedoch der übrigen Walzgerüste des Blocks, verändert und zu einer fehlenden Abstimmung zwischen den einzelnen Walzgerüsten führt. Um die Anpassung des Walzspaltes des einen Walzgerüstes effektiv durchführen zu können, muss daher eine entsprechende Korrektur der Drehzahlen der Walzen der übrigen Walzgerüste des Blocks berechnet und angewendet werden, um dem veränderten Massendurchsatz gerecht zu werden. Dieses Vorgehen erfordert eine sehr genaue Berechnung der Walzendrehzahlen, die aufgrund der hohen Komplexität des Gesamtsystems praktisch nicht möglich ist.
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Die Folge sind zwischen den einzelnen Walzgerüsten entstehende Zug- und Druckkräfte im Walzgut, welche die Geometrie des Walzproduktes nachteilig beeinflussen, weil sie zu einer unzureichenden Maßhaltigkeit und einer Vergrößerung der Toleranzen führen.
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Die bisher übliche Praxis liegt daher in einer Kombination eines theoretischen Berechnungsmodells der Walzendrehzahlen mit empirisch ermitteltem Wissen und der Erfahrung des den Walzblock betreibenden Personals. Insbesondere kann durch ein nachgeschaltetes Messsystem der Einfluss der Korrektur der Walzspalte auf die Geometrie des Walzgutes ermittelt werden, um anschließend die Korrektur der Walzendrehzahlen zur Verbesserung des Walzergebnisses manuell durch den Bediener vorzunehmen. Dieses Vorgehen erreicht jedoch bei einem Walzblock mit mehreren, beispielsweise vier oder sechs Walzgerüsten schnell seine praktischen Grenzen, weil anhand der Messung stromab des Walzblocks kaum noch Rückschlüsse auf die Zustände des Walzgutes zwischen den einzelnen vorgelagerten Walzgerüsten des Blocks möglich sind. Um dennoch gute Walzergebnisse zu erzielen, bedarf es besonders großer Erfahrung.
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DE 27 45 684 A1 offenbart ein Schrägwalzwerk zum Reduzieren von Walzgut mit einem in einem Stator drehbar gelagerten Rotor und Arbeitswalzen. Eine Basis des Stators ist unter Einwirkung von das Schrägwalzwerk in Richtung der Achse seines Rotors beaufschlagenden Zug- oder Druckkräften messbar elastisch nachgebend gelagert und ein Regelvorrichtungen als Regelgröße zuführbarer Messwert ist durch ein Kraftmessgerät herstellbar, um im Walzgut auftretende Druck- bzw. stärkere Zugspannungen zu vermeiden, indem bereits bei der Tendenz zum Auftreten solcher Spannungen über Veränderungen der Drehzahlen der Antriebsmotoren reagiert wird.
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DE 12 84 921 A betrifft eine Anordnung zum Messen der Zugspannung in Walzwerken für Draht oder Band, bei der das Walzgerüst bei Änderung der Zugkraft im Walzgut eine Änderung seiner Lage in Richtung des Walzgutdurchlaufs erfährt, die über druckempfindliche Messgeräte für die Erzeugung eines der Lageänderung proportionalen Signals abtastbar ist. Hierzu ist das Gerüst über mindestens zwei, nur in horizontaler Richtung federnde, an beiden Enden fest eingespannte, senkrechte Stützen mit dem Fundament verbunden.
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DARSTELLUNG DER ERFINDUNG
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Vor dem Hintergrund des oben geschilderten Standes der Technik liegt eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, einen Walzblock bzw. eine Walzstraße oder ein Verfahren zum Steuern oder Regeln eines solchen Walzblocks bzw. einer solchen Walzstraße bereitzustellen, wodurch es möglich ist, die Genauigkeit des Produktes weiter zu verbessern und die Toleranzen des Walzblocks und/oder der Walzstraße zu minimieren.
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Diese Aufgabe wird durch einen Walzblock nach einem der Ansprüche 1 bis 3, eine Walzstraße nach Anspruch 9, ein Verfahren nacheinem der Ansprüche 10 bis 13 oder eine Vorrichtung nach Anspruch 16 gelöst. Vorteilhafte Ausführungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Ein erster erfindungsgemäßer Walzblock zum Walzen von stabförmigen oder rohrförmigen Produkten mit zwei oder mehr Walzgerüsten, die in Walzrichtung eines Walzguts hintereinander angeordnet sind, wobei die Walzgerüste in Walzrichtung durch eine Klemmvorrichtung oder mehrere Klemmvorrichtungen verspannt sind, umfasst zumindest eine Messeinrichtung, die in Walzrichtung vor den Walzgerüsten, zwischen den Walzgerüsten und/oder hinter den Walzgerüsten angeordnet ist, die eine Messgröße bestimmt und die zur Erzeugung eines Messsignals ausgebildet ist, das zum Steuern oder Regeln einer Walzendrehzahl in zumindest einem der Walzengerüste nutzbar ist. Ferner umfasst der erste erfindungsgemäße Walzblock eine Einrichtung zum Steuern oder zum Regeln der Walzendrehzahl auf Grundlage des Messsignals. Die Messeinrichtung kann dabei auch außerhalb des Walzblocks stromauf oder stromab des Walzblocks angeordnet sein und als Messgröße insbesondere eine Geometrie des Walzguts bestimmen, um auf dieser Grundlage die Walzendrehzahl zu steuern oder zu regeln.
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Der erste erfindungsgemäße Walzblock kann also beispielsweise eine Geometrie eines Walzguts innerhalb oder auch außerhalb des Walzblocks bestimmen lassen und auf dieser Grundlage die Walzendrehzahl von zumindest einem Walzgerüst steuern oder regeln.
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Ein zweiter erfindungsgemäßer Walzblock zum Walzen von stabförmigen oder rohrförmigen Produkten mit zwei oder mehr Walzgerüsten, die in Walzrichtung eines Walzguts hintereinander angeordnet sind, umfasst zumindest eine Kraftmesseinrichtung, die zwischen und/oder vor und/oder hinter den Walzgerüsten angeordnet ist, die eine zwischen und/oder vor und/oder hinter den Walzgerüsten wirkende Kraft bestimmt und die zur Erzeugung eines Messsignals ausgebildet ist, das zum Steuern oder Regeln eines Walzenspalts oder eines Walzenspalts und einer Walzendrehzahl in zumindest einem der Walzgerüste nutzbar ist. Auch dieser Walzblock umfasst ferner eine Einrichtung zum Steuern oder zum Regeln des Walzenspalts oder des Walzenspalts und der Walzendrehzahl auf Grundlage des Messsignals. Diese Kraft wirkt dabei im Walzblock und in Walzrichtung und stellt somit ein Maß für eine Verformungstendenz des Walzguts durch Zug- und Druckkräfte dar, die sich auf die Geometrie des Walzguts auswirkt.
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Der zweite erfindungsgemäße Walzblock ist kann also nicht nur die Walzendrehzahl, sondern auch den Walzenspalt auf Grundlage einer gemessenen Kraft einstellen, wobei die Kraft in der Gerüstaufnahme, d.h. innerhalb des Walzblocks, bestimmt wird.
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Ein dritter erfindungsgemäßer Walzblock zum Walzen von stabförmigen oder rohrförmigen Produkten mit zwei oder mehr Walzgerüsten, die in Walzrichtung eines Walzguts hintereinander angeordnet sind, umfasst eine Kraftmesseinrichtung, die in Walzrichtung vor dem ersten Walzgerüst und/oder hinter dem letzten Walzgerüst angeordnet ist und die dazu ausgestaltet ist, eine Kraft, die von außen auf den Walzblock wirkt, zu messen.
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Dabei umfasst der Walzblock in einer ersten Variante ferner eine Einrichtung zum Steuern oder zum Regeln einer Walzendrehzahl auf Grundlage der gemessenen Kraft, die dazu ausgebildet ist, die Walzendrehzahl so anzupassen, dass das Walzgut zugkraftfrei in den Walzblock ein- und/oder ausläuft. Diese Einrichtung kann auch so ausgebildet sein, dass sie die Walzendrehzahl so anpasst, dass das Walzgut unter einer vorbestimmten Zug- oder Druckkraft in den Walzblock ein- und/oder aus ihm ausläuft.
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Gemäß einer alternativen oder zusätzlichen Variante umfasst der Walzblock ferner eine Vorrichtung zum Steuern oder zum Regeln einer Einlaufgeschwindigkeit des Walzguts durch eine vorgelagerte Einrichtung und/oder einer Auslaufgeschwindigkeit des Walzguts durch eine nachgelagerte Einrichtung, so dass das Walzgut zugkraftfrei in den Walzblock ein- und/oder ausläuft. Auch hier kann diese Vorrichtung auch so ausgebildet sein, dass sie die Einlaufgeschwindigkeit und/oder die Auslaufgeschwindigkeit so anpasst, dass das Walzgut unter einer vorbestimmten Zug- oder Druckkraft in den Walzblock ein- und/oder aus ihm ausläuft.
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Der dritte erfindungsgemäße Walzblock ermöglicht die Anpassung einer Walzdrehzahl, Einlaufgeschwindigkeit oder Auslaufgeschwindigkeit auf der Grundlage einer von außen auf den Walzblock wirkenden und durch das Walzgut ausgeübten Kraft.
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Der erfindungsgemäße Walzblock beinhaltet insbesondere mehrere Walzgerüste. Jedes der Walzgerüste weist dabei mindestens zwei, eine Walzachse zwischen sich definierende Walzen auf. Bevorzugt weist jedes der Walzengerüste mindestens drei, eine Walzachse sternförmig umgebende Walzen auf. Es ist jedoch auch möglich, dass der Walzblock sowohl ein Walzgerüst oder mehrere Walzgerüste mit zwei Walzen als auch ein Walzgerüst oder mehrere Walzgerüste mit drei oder mehr Walzen aufweist.
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Durch einen solchen Walzblock und eine einen solchen umfassende Walzstraße werden vorzugsweise Rundprodukte, nämlich Stäbe, Drähte oder Rohre hergestellt. Bevorzugt betrifft die vorliegende Erfindung einen Walzblock mit Dreiwalzen- oder Vierwalzen-Walzgerüsten zum Walzen von stabförmigen Rundprodukten. Eine entsprechende Walzstraße ist auch als Reduzierwalzstraße und Maßwalzstraße bekannt. Gerüste mit mehr als vier Walzen sind grundsätzlich möglich, soweit die Raumverhältnisse im Walzgerüst weitere Walzen und deren Antriebe erlauben.
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Unter der Walzrichtung im Sinne der oben beschriebenen Erfindung wird vorliegend die Stromrichtung des Walzguts in der Walzstraße und dem Walzblock verstanden. Sie bezeichnet die Richtung, in der das Walzgut in den Walzblock eingeführt, durch den Walzblock hindurchgeführt und aus dem Walzblock hinausgeführt wird.
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Unter der erfindungsgemäßen Messeinrichtung kann neben der genannten Kraftmesseinrichtung auch eine Einrichtung zum Messen einer Geometrie, insbesondere einer Dicke des Walzgutes oder eines Massendurchsatzes verstanden werden.
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Als Kraftmesseinrichtung wird vorliegend besonders eine Piezomesseinrichtung bevorzugt, weil ein Piezoelement sowohl eine sehr hohe Messempfindlichkeit, als auch, auch unter großen Belastungen, wie sie beispielsweise bei großen Vorspannkräften zwischen den Walzgerüsten auftreten können, eine sehr hohe Steifigkeit aufweist. Wie aus der nachfolgenden Beschreibung noch deutlicher werden wird, ist eine hohe Steifigkeit bei der Kraftmesseinrichtung von großem Nutzen und führt insbesondere zu genaueren Messsignalen und daher zu einer genaueren Steuerung oder Regelung der Walzendrehzahl und/oder des Walzenspaltes.
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Durch den erfindungsgemäßen Walzblock ist es möglich, genaue Informationen über den Zustand des Walzgutes zwischen den einzelnen Walzgerüsten des Blocks zu erhalten und die Walzendrehzahl und/oder den Walzenspalt eines stromauf oder stromab angeordneten Walzgerüstes an die erhaltene Information anzupassen.
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Insbesondere ist es möglich, eine zwischen den Walzgerüsten, vor den Walzgerüsten und/oder hinter den Walzgerüsten wirkende Zug- oder Druckkraft zu bestimmten, beispielsweise durch das Piezoelement zu messen, die sich vor allem aufgrund einer Änderung des Massendurchsatzes an einem Walzgerüst bzw. zwischen dem Walzblock und vorgelagerten oder nachgelagerten Einrichtungen ergibt. Durch die Bestimmung dieser Kraft ist es möglich, bei einer Korrektur der Walzspalte sofort die hieraus resultierende Änderung des Massendurchsatzes zu erfassen und entsprechend auch die Walzdrehzahl einer oder mehrerer anderer Walzgerüste anzupassen, sodass es zu keinen unvorteilhaften Zug- oder Druckverhältnissen zwischen den Walzgerüsten kommt und die mit dem Stand der Technik verbundene unzureichende Maßhaltigkeit und die zu großen Toleranzen verhindert werden können. Auch wenn das einlaufende Walzgut geometrischen Schwankungen unterliegt, kann insbesondere durch eine Anpassung der Walzdrehzahl gezielt Einfluss auf das Walzgut genommen werden, vor allem, wenn die zwischen den Walzgerüsten wirkenden Kräfte bekannt sind, obwohl grundsätzlich auch eine andere Messgröße zwischen den Walzgerüsten bestimmt wird, die einen Rückschluss auf die Einwirkungen auf das Walzgut zwischen den Walzgerüsten, insbesondere eine Stauchung oder eine Streckung, zulässt.
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Insbesondere im Hinblick auf die Bestimmung der zwischen den Walzgerüsten wirkenden Kraft ist jedoch zu bemerken, dass hierbei eine stabile und sichere Fixierung der Walzgerüste im Walzblock weiterhin erforderlich ist, wenn die während des Walzens auf die Walzgerüste einwirkenden Kräfte sicher in die Gerüstaufnahme und dergleichen eingeleitet werden sollen. Die hierbei auftretenden Kräfte können sehr hoch sein, vor allem, wenn es zu einem Störfall wie dem sogenannten „Stecker“ kommt. Werden die Walzgerüste nicht sicher und stabil im Walzblock fixiert, kann es zu einer Gefährdung des Personals in der Umgebung des Walzblockes kommen.
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Um die Walzgerüste sicher zu fixieren und gleichzeitig zu ermöglichen, dass eine zwischen den Walzgerüsten wirkende Kraft bestimmt wird, wird bevorzugt, die Walzgerüste in Walzrichtung durch eine Klemmvorrichtung oder mehrere Klemmvorrichtungen, die insbesondere als ein oder mehrere hydraulisch betätigte Zylinder, ein Spindelelement oder mehrere Spindelelemente oder ein oder mehrere Kniehebel ausgebildet ist oder sind, zu verspannen. Im Fall eines hydraulisch betätigten Zylinders wird besonders bevorzugt, dass nach einem Spannvorgang durch Aufbringen eines entsprechenden Hydraulikdrucks und bevor Walzgut in den Walzblock eintritt, der Hydraulikdruck durch geeignete Ventile in dem Zylinder eingesperrt wird. Dies hat den Vorteil, dass sich der Hydraulikdruck während des Walzens nicht verändert, was die Messwerte der Kraftmesseinrichtung beeinflussen und verfälschen könnte. So wird der Hydraulikdruck im Zylinder beispielsweise von einer gegebenenfalls nachregelnden Pumpe abgeschnitten.
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Es ist beispielsweise möglich, die Walzgerüste durch eine Klemmkraft zu verspannen, welche durch beispielsweise vier Klemmzylinder aufgebracht werden kann, und alle Walzgerüste durch bewegliche Zwischenstücke gegen entsprechende Festpunkte zu klemmen. An den Zwischenstücken, den Klemmzylindern und/oder den Festpunkten können dann beispielsweise Piezoelemente als Kraftmesseinrichtungen integriert werden, um die Kräfte zwischen den Walzgerüsten zu messen. Es besteht jedoch auch die Möglichkeit, andere Kraftmesseinrichtungen wie sie aus dem Stand der Technik grundsätzlich bekannt sind, einzusetzen. Selbstverständlich können auch andere Klemmvorrichtungen und mehr oder weniger der Klemmvorrichtungen verwendet werden, um trotzdem die oben geschilderte Verspannung zu nutzen.
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In der Regel läuft das Walzgut frei in den Walzblock ein und auch aus dem Walzblock heraus. Es kann jedoch Situationen geben, in denen das Walzgut gleichzeitig in ein erstes Walzgerüst eingeführt wird, während es noch in einem Walzgerüst oder einer anderen Einrichtung einer davor gelagerten Walzstraße oder eines Walzblocks eingespannt ist. Dies kann beispielsweise aus Platzmangel in einem Walzwerk auftreten und wird heutzutage über einen Looper entschärft, der eine Entkopplung der Kräfte zwischen den aufeinander folgenden Walzgerüsten oder Walzblöcken ermöglicht.
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Bevorzugt ist eine Kraftmesseinrichtung in Walzrichtung vor dem ersten Walzgerüst und/oder hinter dem letzten Walzgerüst angeordnet, die dazu ausgestaltet ist, eine Kraft zwischen dem ersten und/oder letzten Walzgerüst und diese in Walzrichtung umgebenden Seitenkästen der Gerüstaufnahme zu bestimmen. Eine solche Kraftmesseinrichtung ermöglicht die Bestimmung, ob das Walzgut frei in den Walzblock einläuft oder aus ihm ausläuft. Beim Auftreten von Zug- oder Druckkräften kann somit bereits beim Einleiten oder Ausleiten des Walzguts in oder aus dem Walzblock eine Anpassung beispielsweise der Walzdrehzahl der Walzgerüste des Walzblocks vorgenommen werden. Auf diese Weise ist es also möglich, den Massendurchsatz durch den Walzblock an die Massenzuführung zu bzw. Massenabführung aus der davor oder dahinter liegenden Walzstraße anzupassen. Es kann deshalb auf einen vor- oder nachgelagerten Looper oder ähnliche Zusatzeinrichtungen in der Walzstraße verzichtet werden, wenn der Walzblock wie zuvor beschrieben bevorzugt ausgebildet ist.
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Bevorzugt wird ferner, eine Kraftmesseinrichtung in Walzrichtung vor dem ersten Walzgerüst und/oder hinter dem letzten Walzgerüst anzuordnen, die dazu ausgestaltet ist, eine Kraft, die von außen auf den Walzblock wirkt, zu messen, wobei die Einrichtung zum Steuern oder zum Regeln der Walzendrehzahl und/oder des Walzenspalts des Walzblocks dazu ausgebildet ist, die Walzendrehzahl und/oder den Walzenspalt so anzupassen, dass das Walzgut zugkraftfrei in den Walzblock ein- und/oder ausläuft, und/oder bevorzugt ferner umfassend eine Vorrichtung zum Steuern oder Regeln einer Einlaufgeschwindigkeit des Walzguts durch eine vorgelagerte Einrichtung und/oder einer Auslaufgeschwindigkeit des Walzguts durch eine nachgelagerte Einrichtung, so dass das Walzgut zugkraftfrei in den Walzblock ein- und/oder ausläuft.
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Auch eine solche Kraftmesseinrichtung ermöglicht die Bestimmung, ob das Walzgut frei in den Walzblock einläuft oder aus ihm ausläuft. Beim Auftreten von Zug- oder Druckkräften kann bereits beim Einleiten oder Ausleiten des Walzguts in oder aus dem Walzblock eine Anpassung nicht nur der der Walzdrehzahl und/oder des Walzspalts der Walzgerüste des Walzblocks vorgenommen werden, sondern bevorzugt auch die Einlaufgeschwindigkeit des Walzguts durch eine oder mehrere vorgelagerte Einrichtungen und/oder die Auslaufgeschwindigkeit des Walzguts durch eine oder mehrere nachgelagerte Einrichtungen vorgenommen werden. So kann der Massendurchsatz durch den Walzblock an die Massenzuführung zu bzw. Massenabführung aus der davor liegenden oder in die dahinter liegende Walzstraße angepasst werden und/oder bevorzugt auch die Massenzuführung bzw. Massenabführung aus der davor liegenden oder in die dahinter liegende Walzstraße an den Betrieb des dazwischen liegenden Walzblocks angepasst werden. Es kann deshalb auf einen vor- oder nachgelagerten Looper oder ähnliche Zusatzeinrichtungen in der Walzstraße verzichtet werden, wenn der Walzblock wie zuvor beschrieben bevorzugt ausgebildet ist.
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Die Walzgerüste eines Walzblocks sind üblicherweise sehr schwer und erzeugen daher eine sehr große Reibung auf ihren Standflächen der Gerüstaufnahme, die das Messergebnis verfälschen kann. Aufgrund der vorhandenen Reibung zwischen Gerüst und Gerüstaufnahme können Kräfte, die von dem Walzgut auf die Gerüste einwirken, in unbekannter Größe in die Gerüstaufnahme eingeleitet werden. Der Anteil der Reibungskräfte, die in die Gerüstaufnahme eingeleitet werden, ist jedoch auch von der Steifigkeit der Kraftmesseinrichtung abhängig. Dieser Anteil der zwischen den Walzgerüsten durch das Walzgut einwirkenden Kraft kann durch die Kraftmesseinrichtung also nicht oder nur eingeschränkt berücksichtigt werden.
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Daher wird bevorzugt, dass die Walzgerüste jeweils über eine elastische Anbindung in der Gerüstaufnahme elastisch gelagert sind, wobei die elastische Anbindung und die Kraftmesseinrichtung jeweils eine Steifigkeit aufweisen und die Steifigkeit der Kraftmesseinrichtung größer als die Steifigkeit der elastischen Anbindung ist. Weiter bevorzugt wird hierbei, dass die Steifigkeit der Kraftmesseinrichtung das 10-fache oder mehr, bevorzugt das 20-fache oder mehr der Steifigkeit der elastischen Anbindung beträgt.
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Unter der Steifigkeit ist im vorliegenden Zusammenhang der Widerstand eines Körpers gegen elastische Verformung durch eine Kraft oder ein Drehmoment, ein Biegemoment oder ein Torsionselement zu verstehen. Es wird also bevorzugt, dass die elastische Anbindung der zwischen den Walzgerüsten wirkenden Kraft deutlich eher nachgibt als die Kraftmesseinrichtung oder Kraftmesseinrichtungen. Auch aus diesem Grund werden die Piezoelemente als Kraftmesseinrichtungen besonders bevorzugt. Sobald das Verhältnis zwischen der Steifigkeit der Kraftmesseinrichtung und der Steifigkeit der elastische Anbindung den Faktor 20 überschritten hat, kann die Reibung bzw. die für die Bewegung im Bereich der Aufstandsflächen der Walzgerüste praktisch vernachlässigt werden. Ein besonders großes Verhältnis zwischen Steifigkeit der Kraftmesseinrichtung und Steifigkeit der elastischen Anbindung führt also zu einer erheblichen Verbesserung der Steuerung oder Regelung der Walzendrehzahl und/oder des Walzenspalts des Walzblocks bzw. der Walzstraße.
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Besonders bevorzugt wird dabei, dass die elastischen Anbindungen jeweils eine zusätzliche Kraftmesseinrichtung zur Messung einer auf die elastische Anbindung wirkenden Kraft aufweisen, um auch diesen Anteil der durch das Walzgut zwischen den Walzgerüsten aufgebrachten Kraft möglichst genau zu kennen. Hierfür bieten sich beispielsweise Dehnungsmessstreifen an, wobei grundsätzlich auch Piezoelemente oder ähnliche Kraftmesseinrichtungen zur Anwendung kommen können. Die zusätzliche Kraftmesseinrichtung misst dabei ebenfalls eine Kraft, die parallel zur Walzrichtung liegt.
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Alternativ ist es möglich, die anfangs genannte Kraftmesseinrichtung zum Bestimmen der zwischen den Walzgerüsten wirkenden Kraft zwischen den elastischen Anbindungen anzuordnen, d.h. zwischen den Aufstandsflächen, auf denen die Walzgerüste gelagert sind und sich elastisch bewegen lassen. Je nach Ausgestaltung des Walzblocks können dann zusätzliche Kraftmesseinrichtungen in einem oberen Bereich der Walzgerüste bei einer Verspannung der Walzgerüste gegeneinander angeordnet sein.
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Eine wie oben beschrieben vorgenommene Konstruktion des Walzblocks ermöglicht eine gezielte Steuerung oder Regelung der Walzdrehzahl und/oder des Walzenspaltes, sodass hiermit eine besonders gute Maßhaltigkeit mit kleinen Toleranzen beim durch den Walzblock hergestellten Produkt möglich ist.
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Bei einem ersten erfindungsgemäßen Verfahren zum Steuern oder Regeln einer Walzendrehzahl und/oder eines Walzenspalts in zumindest einem Walzgerüst eines Walzblocks zum Walzen von stabförmigen oder rohrförmigen Produkten mit zwei oder mehr Walzgerüsten, die in Walzrichtung eines Walzguts hintereinander angeordnet sind, wobei die Walzgerüste in Walzrichtung durch eine Klemmvorrichtung oder mehrere Klemmvorrichtungen verspannt sind, wird in Walzrichtung vor den Walzgerüsten, zwischen den Walzgerüsten und/oder hinter den Walzgerüsten eine Messgröße bestimmt und daraus ein Messsignal erzeugt. Dabei wird die Walzendrehzahl auf Grundlage dieses Messsignals gesteuert oder geregelt. Durch dieses Verfahren lassen sich die oben im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Walzblock beschriebenen Vorteile erreichen. Es löst daher ebenfalls die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe und entspricht im Wesentlichen der Grundidee des ersten erfindungsgemäßen Walzblocks.
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Bei einem zweiten erfindungsgemäßen Verfahren zum Steuern oder Regeln eines Walzenspalts oder eines Walzenspalts und einer Walzendrehzahl in zumindest einem Walzgerüst eines Walzblocks zum Walzen von stabförmigen oder rohrförmigen Produkten mit zwei oder mehr Walzgerüsten, die in Walzrichtung eines Walzguts hintereinander angeordnet sind, wird eine zwischen den Walzgerüsten und/oder vor und/oder hinter den Walzgerüsten in Walzrichtung im Walzblock wirkende Kraft bestimmt und daraus ein Messsignal erzeugt. Dabei wird der Walzenspalt oder der Walzenspalt und die Walzendrehzahl auf Grundlage des Messsignals gesteuert oder geregelt. Dieses Verfahren entspricht im Wesentlichen der Grundidee des zweiten erfindungsgemäßen Walzblocks.
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Bei einem dritten erfindungsgemäßen Verfahren zum Walzen von stabförmigen oder rohrförmigen Produkten durch einen Walzblock mit zwei oder mehr Walzgerüsten, die in Walzrichtung eines Walzguts hintereinander angeordnet sind, wird in Walzrichtung vor dem ersten Walzgerüst und/oder hinter dem letzten Walzgerüst eine Kraft, die von außen auf den Walzblock wirkt, gemessen.
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Ferner wird in einer ersten Variante eine Walzendrehzahl auf Grundlage der gemessenen Kraft so angepasst, dass das Walzgut zugkraftfrei in den Walzblock ein- und/oder ausläuft, wobei hier auch eine vorbestimmte Vorspannung statt einer Freiheit von Zugkräften zugrunde gelegt werden kann, so dass das Walzgut unter einer vorbestimmten Zugkraft oder Druckkraft in den Walzblock ein- und/oder ausläuft.
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Gemäß einer alternativen oder zusätzlichen Variante wird ferner eine Einlaufgeschwindigkeit des Walzguts durch eine vorgelagerte Einrichtung und/oder eine Auslaufgeschwindigkeit des Walzguts durch eine nachgelagerte Einrichtung so angepasst, dass das Walzgut zugkraftfrei in den Walzblock ein- und/oder ausläuft. Auch hier ist es möglich, dass statt eines zugkraftfreien Einlaufens oder Auslaufens eine vorbestimmte Vorspannung zugrunde gelegt werden kann, so dass das Walzgut unter einer vorbestimmten Zugkraft oder Druckkraft in den Walzblock ein- und/oder ausläuft. Dieses Verfahren entspricht im Wesentlichen der Grundidee des dritten erfindungsgemäßen Walzblocks.
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Bevorzugt ist die Messgröße eine Kraft zwischen den Walzgerüsten. Weiter bevorzugt wird oder werden die Walzendrehzahl und/oder der Walzenspalt so gesteuert oder geregelt, dass die Kraft zwischen den Walzgerüsten einen vorbestimmten Wert, insbesondere Null erreicht, während das Walzgut sich gleichzeitig in zwei der Walzgerüste befindet. Dieser vorbestimmte Wert ist dabei einer, der sich als für die Maßhaltigkeit des Fertigprodukts optimal herausgestellt hat. In den meisten Fällen wird bevorzugt werden, die Kraft zwischen den Walzgerüsten Null werden zu lassen, um ein Stauchen oder Strecken des Walzgutes zwischen den Walzgerüsten zu vermeiden. Es kann jedoch auch gewollt sein, beispielsweise durch unterschiedliche Walzdrehzahl von benachbarten Walzgerüsten ein Strecken des Walzgutes auch zwischen den Walzgerüsten zu erzielen, sodass die zwischen den Walzgerüsten wirkende Kraft auch von Null verschieden und insbesondere eine Zugkraft sein kann.
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Mit Vorteil wird ferner zwischen den Walzgerüsten eine Vorspannkraft aufgebracht, die beim Steuern oder Regeln als Zielwert berücksichtig wird. Unter dem Zielwert ist im vorliegenden Zusammenhang eine Nullpunktsverschiebung auf diesen Wert zu verstehen. Mit anderen Worten wird bei einem Vorspannen zwischen den Walzgerüsten eine Vorspannkraft zwischen diesen Gerüsten aufgebracht, die bestimmt wird, jedoch nicht auf eine Unregelmäßigkeit beim Massendurchsatz des Walzgutes zurückzuführen ist. Sofern also die Vorspannkraft gemessen wird, ist auf ein zug- und druckkraftfreies Überführen des Walzgutes zwischen den benachbarten Walzgerüsten zu schließen, weil keine zusätzliche Kraft über die Vorspannkraft hinaus bestimmt wird.
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Eine erfindungsgemäße Vorrichtung zum Steuern oder Regeln eines Walzblocks gemäß der obigen Beschreibung nach dem zuvor beschriebenen Verfahren löst ebenfalls die Aufgabe der vorliegenden Erfindung und kann insbesondere ein Elektronikbauteil sein, das mit dem erfindungsgemäßen oder einem bevorzugten Walzblock so verwendet werden kann, dass ein erfindungsgemäßes oder bevorzugtes Verfahren gemäß der obigen Beschreibung durchgeführt wird. Hierbei kann es sich grundsätzlich auch um ein Computerprogramm, d.h. eine virtuelle Vorrichtung handeln.
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Die vorliegende Erfindung beinhaltet auch eine Walzstraße mit einem Walzblock, wie er vorstehend beschrieben wurde. Eine solche Walzstraße erzielt auch die im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen und bevorzugten Walzblock genannten Vorteile.
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Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Figurenbeschreibung und der Gesamtheit der Patentansprüche.
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KURZE FIGURENBESCHREIBUNG
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- 1 zeigt eine perspektivische schematische Darstellung einer Gerüstaufnahme eines bevorzugten Walzblocks zum Herstellen von stabförmigen oder rohrförmigen Produkten.
- 2 zeigt eine schematische Seitenansicht einer bevorzugten Ausführungsform einer solchen Gerüstaufnahme wie in 1 gezeigt.
- 3 zeigt eine alternative Ausführungsform in einer schematischen Seitenansicht.
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WEGE ZUR AUSFÜHRUNG DER ERFINDUNG
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In der vorliegenden Figurenbeschreibung werden gleiche und ähnliche Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen und eine wiederholende Beschreibung weitgehend ausgelassen.
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1 zeigt eine Gerüstaufnahme 22 einer ersten bevorzugten Ausführungsform eines Walzblocks zum Walzen von stabförmigen oder rohrförmigen Produkten mit vier Walzgerüsten 24.1, 24.2, 24.3, 24.4, die in Walzrichtung eines Walzguts hintereinander angeordnet sind, und gemeinsam in der Gerüstaufnahme 22 angeordnet sind. In Walzrichtung vor den Walzgerüsten 24.1-24.4 befindet sich ein erster Seitenkasten 25.1 der Gerüstaufnahme 22 und in Walzrichtung hinter den Walzgerüsten 24.1-24.4 ein zweiter Seitenkasten 25.2 der Gerüstaufnahme. Die Seitenkästen 25.1, 25.2 sind mit dem Untergurt und dem Obergurt (nicht gezeigt) der Gerüstaufnahme 22 fest verbunden und ermöglichen es, eine Vorspannung zwischen den Walzgerüsten 24.1-24.4 auch in Bezug auf den die Walzgerüste umgebenden Raum zu realisieren. Zwischen dem Seitenkasten 25.1 und dem am weitesten stromauf gelegenen Walzgerüst 24.1 sind vier Klemmzylinder 14 angeordnet. Zwischen dem am weitesten stromab gelegenen Walzgerüst 24.4 und dem Seitenkasten 25.2 der Gerüstaufnahme sind vier Festpunkte 12 angeordnet. Zwischen benachbarten Walzgerüsten 24.1-24.4 sind Zwischenstücke 10 vorgesehen. Die vier Klemmzylinder 14 spannen die Gerüste 24.1-24.4 über die Zwischenstücke 10 gegen die Fixpunkte 12. Dabei ist in der in 1 gezeigten Ausführungsform eine fluchtende Anordnung der einzelnen Klemmzylinder 14 und Zwischenstücke 10 mit den Festpunkten 12 vorgesehen, um eine sichere Fixierung in der Gerüstaufnahme 22 des Walzblocks zu ermöglichen.
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In den Zwischenstücken 10, an den Festpunkten 12 und den Klemmzylindern 14 ist in der in 1 gezeigten Ausführungsform jeweils eine Kraftmesseinrichtung 16, 18 integriert, um die Kräfte zwischen den Walzgerüsten 24.1-24.4 und auch die Klemmkräfte zwischen den Seitenkästen 25.1, 25.2 und den Walzgerüsten 24.1, 24.4 zu messen. Die Kraftmesseinrichtungen 16, 18 in der in 1 gezeigten Ausführungsform werden durch Piezoelemente gebildet, die trotz sehr hoher Steifigkeit und großer Vorspannkräfte eine sehr hohe Messempfindlichkeit besitzen.
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1 zeigt Randmessstellen 18 am Anfang bzw. Ende der Anordnung der Walzgerüste 24.1-24.4, an denen eine Kraft zwischen den Walzgerüsten 24.1 bzw. 24.4 und den Seitenkästen 25.1 bzw. 25.2 gemessen wird. Weiter werden Zwischenmessstellen 20 zwischen den Gerüsten 24.1-24.4 gezeigt, an denen jeweils Kräfte zwischen den benachbarten Gerüsten 24.1-24.4 durch die entsprechenden Kraftmesseinrichtungen 16 bestimmt werden können.
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Auch wenn 1 jeweils vier Messkrafteinrichtungen an den Endmessstellen und den jeweiligen Zwischenmessstellen zeigt, können hier auch andere Zahlen von Kraftmesseinrichtungen verwendet werden und es ist auch möglich, eine abweichende Anzahl von Klemmstellen, zwei, drei oder mehr Klemmstellen zu nutzen, um die Walzgerüste 24.1-24.4 sicher zwischen den Seitenkästen 25.1, 25.2 einzuklemmen. Außerdem ist es selbstverständlich möglich, dass mehr als vier Walzgerüste 24.1-24.4 in einem Walzblock vorgesehen sind, aber auch weniger als vier Walzgerüste 24.1-24.4 zu einem Walzblock zusammengebracht werden können.
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2 zeigt eine schematische Seitenansicht der Ausführungsform der Gerüstaufnahme des Walzblocks aus 1. Sie zeigt eine elastische Anbindung 26 der Gerüstaufstandsflächen an den Untergurt der Gerüstaufnahme 22. Durch diese elastische Anbindung 26, die in der in 2 gezeigten Ausführungsform durch elastisch biegbare Sockel gebildet wird, kann ein besonders großes Verhältnis zwischen einer Steifigkeit der Kraftmesseinrichtungen und derjenigen der elastischen Anbindung 26 erzielt werden, was eine Genauigkeit der Bestimmung der zwischen benachbarten Walzgerüsten 24.1-24.4 wirkenden Kraft erhöht.
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An den elastischen Anbindungen 26 können wie in 2 gezeigt zusätzliche Messstellen 28 vorgesehen sein, an denen die durch die elastische Auslenkung der Gerüstaufstandsflächen umgesetzten Kräfte bestimmt werden können, die für die Steuerung oder Regelung der Walzdrehzahl und/oder des Walzenspaltes von Interesse sind.
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Auf der elastischen Anbindung 26 lagern die Walzgerüste 24.1-24.4, indem eine Standfläche 30 des jeweiligen Walzgerüsts 24.1-24.4 auf einer Gerüstauflageleiste 32 steht, die wiederum über die elastische Anbindung 26 zum Untergurt der Gerüstaufnahme 22 abgestützt wird. Auf diese Weise ist eine sichere Anordnung der Walzgerüste 24.1-24.4 möglich.
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3 zeigt eine vergrößerte Ansicht der Darstellung aus 2, wobei die Kraftmesseinrichtungen 16 zwischen den Zwischenstücken 10 deutlich zu erkennen sind.
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Durch die in den Figuren wiedergegebene Ausführungsform ist ein bevorzugter Walzblock gegeben, bei der eine Maßhaltigkeit des Fertigproduktes und Toleranzen auch bei Schwankungen des Ausgangsproduktes optimiert werden können, indem Informationen über die Verhältnisse, insbesondere den Massendurchsatz und die wirkenden Kräfte zwischen benachbarten Walzgerüsten erhalten und verarbeitet werden können.