DE10013229A1 - Verfahren und maschinelle Einrichtung zum Richten von Profilen - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren sowie eine maschinelle Einrichtung zum Richten von Profilen durch Beseitigung mehrachsiger Abweichungen vom geforderten Profil sowie von der geforderten Geradheit mit Hilfe ein oder mehrerer oberhalb und unterhalb des Richtgutes auf zueinander parallelen Richtachsen in Reihe angeordneter Richtwerkzeuge. Dabei erfolgt sowohl die Richtkraftanstellung wie auch die Verstellung der horizontalen Neigung der anstellbaren Richtachse hydraulisch, wobei das Hydrauliksystem so ausgelegt ist, dass sowohl eine schnelle Positionsveränderung am vorderen und hinteren Hydraulikzylinder wie auch ausschließlich am hinteren Hydraulikzylinder derart möglich ist, dass die Richtkraft und/oder die horizontale Neigung der anstellbaren Richtachse auch während des Richtens einstellbar sind.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren, sowie eine maschinelle Einrichtung zum Richten von Profilen mit Hilfe ein oder mehrerer oberhalb und unterhalb des Richtgutes auf zueinander parallelen Richtachsen in Reihe angeordneter Richtwerkzeuge zur Beseitigung mehrachsiger Abweichungen vom geforderten Profil.

Profile gelangen nach dem Walzen auf ein Kühlbett. Hier verbleiben sie zur Abkühlung im allgemeinen bis auf eine Temperatur von ca. 60°C. Durch den Walzprozess, wie aber insbesondere auch durch die Abkühlung verwerfen sich besonders unsymmetrische die Profile vertikal, wie auch horizontal und können sich zusätzlich noch um ihre Längsachse verdrehen. Die Folgen sind neben der geometrischen Ungleichförmigkeit des Walzgutes Eigenspannungen im Material, die sich bei Zerteilung des Profils noch deutlicher zeigen.

Zum Richten von langgestreckten, zylindrischen Werkstücken ist eine Maschine bekannt, bei der mindestens drei Richtkörper das Werkstück in einer Ebene umgreifen (DE 196 51 422 A1). Durch diese Anordnung der Richtkörper in einer Ebene ist ein Richten von Profilen nicht möglich.

Weiterhin ist aus der DE-AS 12 64 936 eine Einrichtung zum Nachbiegen dünnwandiger Profile in ihre Sollform bekannt, wobei je nach Art des Profils unterschiedliche Formrollen zur Anwendung kommen. Für U-förmig gewinkelte Profile ist dabei auch ein Formwerkzeug bekannt, dass ein scheibenartiges, sich in das Profil hinein erstreckendes Werkzeug aufweist. Um in dem verhältnismäßig engen Spalt beidseitig arbeiten zu können, ist das Werkzeug aufnehmende Antriebsaggregat kippbar gelagert.

Ein Richten von durch Walzen entstandenen, dickwandigen Profilen, ist mit dieser Einrichtung nicht möglich.

Bisher hat man mit Richtmaschinen, insbesondere solchen die für dickwandigere Profile verwendet wurden, eine zweiachsige Planlage erzeugt, indem das Profil an einigen Flächen mit Hilfe von ober- und unterhalb des Richtgutes angeordneten Richtwalzen, die auf jeweils in derselben Ebene angeordneten Richtachsen oder - Scheiben mit voreingestellter Teilung bzw. einem bestimmten Abstand gelagert sind, einer Wechselbiegung unterworfen wird. Die Wechselbiegungen führen dann idealerweise zu einer Verbesserung der Geradheit in vertikaler, wie auch ggf. in horizontaler Richtung.

Aufgrund der einseitigen Lagerung der bekannten Richtachsen kommt es beim Richtprozess zu einer Durchbiegung der Richtachsen. Dieses führt zu einer ungewollten, nicht kompensierbaren Richtspaltaufweitung zwischen den Richtrollen, die auf einer Welle befestigt sind, die letztlich eine Beeinträchtigung des Richtergebnisses durch ungleichförmige Wechselbiegung und damit Spannungsverteilungen, sowie ungleichförmige plastische Verformungen ergibt. Dabei ist zu berücksichtigen, dass der gesamte Auffederungsbetrag sich dabei aus der Verformung der Lager, der Einbaustücke, dem Ständer und - bei elektro­ mechanischer Anstellung - aus denen der Spindeln und Schneckenräder selbst zusammensetzt. Da für verschiedene Profile unterschiedlichste Richtkräfte erforderlich sind, resultieren daraus immer unterschiedliche Gesamtauffederungen.

Da bei einer elektro-mechanischen Anstellung der Richtachsen z. B. über eine Spindel der Richtspalt ohne Material voreingestellt wird, ist auch die Möglichkeit der genügend schnellen Korrektur des Richtspaltes unter Richtkraft nicht gegeben. Höhere Belastungen durch z. B. größere Ungeradheiten lassen sich deshalb systembedingt nicht kompensieren.

Auch eine Schnellzustellung, d. h. Einfädeln, des Profils bei geöffneter Anstellung und anschließendes Zufahren, ist mit elektro-mechanischer Anstellung nicht zu realisieren.

Ferner kann es aber auch zu einer Überlastung der Richtwellen - mit der Folge eines Bruches - kommen, falls ein Anstellwert zu hoch gewählt wurde.

Durch den Aufbau der Richtwalzen aus Scheiben ist zwar die gezielte Beeinflussung des Profils möglich, wodurch ihre Maßhaltigkeiten eingestellt werden können. Weil die Ungleichförmigkeiten über die Länge des Profils unterschiedliche Ausprägungen haben können, entstehen zusätzliche veränderliche Kräfte, die sich, wie oben dargestellt, auch auf die Richtachsendurchbiegung auswirken.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es ein Verfahren und eine maschinelle Einrichtung zum eigenspannungsarmen Richten von Profilen zu schaffen, mit dem bzw. der eine verbesserte Richtwirkung durch Berücksichtigung von Richtachsendurchbiegungen infolge veränderlicher Richtkräfte erzielt wird.

Zur Lösung der Aufgabe wird ein Verfahren vorgeschlagen, dass sowohl die Richtkraftanstellung wie auch die Verstellung der horizontalen Neigung der anstellbaren Richtachse hydraulisch erfolgen, wobei das Hydrauliksystem so ausgelegt ist, dass sowohl eine schnelle Positionsveränderung am vorderen und hinteren Hydraulikzylinder wie auch ausschließlich am hinteren Hydraulikzylinder derart möglich ist, dass die Richtkraft und/oder die horizontale Neigung der anstellbaren Richtachse auch während des Richtens einstellbar sind.

Das erfindungsgemäße Richtverfahren ermöglicht eine sehr schnelle Kompensation der Biegung der Richtachsen während des Richtprozesses und gestattet damit die Korrektur des Richtspaltes bei sich ändernden Richtkräften.

Zusätzlich ist nach einem anderen Merkmal der Erfindung jede Richtachse mit den Richtwerkzeugen unabhängig von der anderen Richtachse ohne Last in Achsrichtung verstellbar. Diese Verstellung erfolgt elektro-mechanisch, wobei dann eine hydraulische Verspannung vorgenommen wird, so dass eine spielfreie Axialposition erreicht wird.

Auf diese Weise können Profilungenauigkeiten auch in der Querebene ausgeglichen werden.

Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung ist vorgesehen, daß jede Verstelleinrichtung über ein Meßsystem verfügt, dessen Signal in ein computerbasiertes Regelmodell eingespeist wird, mit dem unter Berücksichtigung der Geometrie der Richtmaschine und der Meßergebnisse die Richtwalzenposition, sowie die Richtwalzenanstellung mit der sich einstellenden Richtachsenbiegung berechnet und Vorgaben zur Optimierung des Richtspaltes bestimmt werden, mit denen die Richtachsen eingestellt werden.

Der Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, daß mit Verstellung der Systeme der Richtspalt auch unter Richtkraft nachgeregelt werden kann. Auf diese Weise können Richtkraftschwankungen durch ungerade oder ungleichförmige Gestalt des Profils dynamisch ausgeglichen werden. Die hydraulische Anstellung erlaubt auch die einfache Realisierung der Überlastsicherung, weil hierzu nur ein Druckbegrenzungsventil in das Hydrauliksystem integriert werden muß. Durch die Optimierung des Richtspaltes wird neben einer Steigerung der Geradheit dem Profil auch die Verdrehung genommen und die Spannungsverteilung homogenisiert.

Eine maschinelle Einrichtung zum Richten von Profilen ist dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine, vorzugsweise die untere Richtrolleinheit, über an den beiden Enden der Richtachse angelenkte vertikal wirkende Hydraulikzylinder höhen- und neigungsverstellbar ist.

Vorteilhaft ist es, wenn der der Richteinheit zugewandte Hydraulikzylinder als Richtkraftzylinder vorrangig zur Einstellung des Richtspaltes vorgesehen ist und der der Richteinheit abgewandte Hydraulikzylinder als Neigungszylinder. Damit kann eine Kompensation der Richtachsendurchbiegung nur durch Hubänderung des Neigungszylinders realisiert werden. Dies hat für das Meßsystem zur Folge, dass der Einfluß der Neigung den Einstellwert nicht verfälscht.

Dadurch, dass alle Richtachsen über als Gewindespindeln und/oder Hydraulikzylinder ausgebildete horizontale Verstellantriebe unabhängig voneinander axial verschiebbar sind, läßt sich eine spielfreie Feststellung der axialen Position der oberen und unteren Richtachse erreichen.

Erfindungsgemäß sind am Richtkraftzylinder, am Neigungszylinder und an dem horizontalen Verstellantriebe Wegmeßgeber sowie am Richtkraftzylinder Kraftmeßeinrichtungen vorgesehen, deren Meßwerte zusammen mit dem die gemessene Stromaufnahme an den Hauptantrieben repräsentierenden Meßwerten einem Rechner zuführbar sind, in dem unter Zugrundelegung eines Rechenmodells die Einstellwerte für die Freiheitsgrade der maschinellen Einrichtung errechenbar sind. Auf diese Weise läßt sich eine geregelte Einstellung und Nachregelung der Achsneigung zur Kompensation der Biegung um einen parallelen Richtspalt erzeugen, so daß mit dem erfindungsgemäßen Richtverfahren, sowie der maschinellen Einrichtung eine unabhängig voneinander spielfreie Festlegung der axialen Position der oberen und der unteren Richtachse ebenso möglich ist, wie neben der vertikalen auch eine horizontale Richt- und Kallibrierfähigkeit. Die erfindungsgemäße Einstellung und Nachregelung der Achsneigung erzeugt auch unter Walzlast einen parallelen Richtspalt.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnungen näher erläutert.

Dabei zeigt:

Fig. 1 eine Richtvorrichtung mit oberer und unterer Richtachse und

Fig. 2 nur die untere Richtachse der Richtrolleneinheit, teilweise im Schnitt.

Die Richtmaschine besteht im Wesentlichen aus einer, in ihren Einzelheiten nicht näher dargestellten oberen und unteren Richtrolleneinheit 4. Die obere Richtrolleneinheit beinhaltet jeweils einen Antrieb incl. Getriebe 1 welcher mit der oberen Richtachse 2 verbunden ist, auf der eine oder mehrere Richtscheiben 3 z. B. unterschiedlichen Durchmessers oberhalb des nicht dargestellten Profils auf einer Hülse zu der Richtrolleneinheit 4 vormontiert angeordnet sind.

Jede untere Richtrolleneinheit 4 ist höhenverstellbar. Über einen Hydraulikzylinder 5, 6 wird die Richtachse 12 in ihre Position gebracht. Während der der Richtrolleneinheit 4 zugewandte Richtzylinder 5 vorrangig den Richtspalt einstellt, wird über den am freien Ende der Richtachse befindlichen Neigungszylinder 6 die sich unter Last einstellende Richtachsenbiegung kompensiert. Hierzu ist die untere Richtachse 12 über dem Richtkraftzylinder 5 in einer Kugelkallotte 10 gelenkig gelagert.

Die untere Richtachse 12 wird in einem Schlitten 11 geführt der im Grundrahmen der Maschine befestigt ist. Die untere 12 wie auch obere 2 Richtachse sind in Wälzlagern gelagert und werden durch einen Getriebemotor 13 axial verstellt. Die angefahrene Position wird über einen hydraulischen Klemmechanismus spielfrei verspannt. Zur gezielten Einstellung sind am Achsenende Wegmeßsysteme angebracht, welche in die Steuerung eingebunden sind. Über die Wegmeßeinrichtung für die horizontale Verstellung des Richtrollensatzes 4 sind auch hier die Voraussetzungen zur genauen Positionierung gegeben. Dieser Freiheitsgrad kommt insbesondere dem Richten und Kallibrieren von unsymetrischen Profilen zugute.

Das zur Regelung und Einstellung der Maschine gehörige Computermodel bezieht für den Set-Up profilbezogene Werte, die aus einer Datenbank stammen. Der Richtkraftzylinder 5 besitzt zusätzlich eine Richtkraftmessung 7. Der Neigungszylinder 6 am freien Ende der Richtachse hat wie das Richtachsenende ebenfalls ein Wegmeßsystem 9. Alle Wegmeßsysteme haben die Aufgabe ihren Istwert für die Steuerung bereit zu stellen, und dienen auch dazu Lageveränderungen gezielt anzufahren.

Bei der in Fig. 2 gezeigten Ausführung, ist die Wegmeßeinrichtung nicht an der Basis der Vertikalverstellung - also unterhalb der Richtachse - angeordnet, sondern an der der Richtachse gegenüberliegenen Städerseite.

Die Wegmeßeinrichtung kann ein Lineargeber 14 sein, zu dem ein Magnet gehört, der - wie bisher - an der verstellbaren Achse befestigt ist.

Durch diese Ausgestaltung wird erreicht, dass die Auffederung der Einbaustücke und des Ständers selbst mit gemessen wird, so dass als zusätzlicher Kompensationswert nur noch die Walzenaufbiegung zu berücksichtigen ist.

Bezugszeichenliste

1

Getriebe

2

obere Richtachse

3

Richtscheiben

4

Profils

5

Richtzylinder

6

Neigungszylinder

7

Walzkraftmessung

8

Wegmeßeinrichtung (Lineargeber)

9

Wegmeßsystem

10

Kugelkalotte

11

Schlitten

12

untere Richtachse

13

Getriebemotor

Claims (10)

1. Verfahren zum Richten von Profilen durch Beseitigung mehrachsiger Abweichungen vom geforderten Profil sowie von der geforderten Geradheit mit Hilfe ein oder mehrerer oberhalb und unterhalb des Richtgutes auf zueinander parallelen Richtachsen in Reihe angeordneter Richtwerkzeuge, dadurch gekennzeichnet, dass sowohl die Richtkraftanstellung wie auch die Verstellung der horizontalen Neigung der anstellbaren Richtachse hydraulisch erfolgen, wobei das Hydrauliksystem so ausgelegt ist, dass sowohl eine schnelle Positionsveränderung am vorderen und hinteren Hydraulikzylinder wie auch ausschließlich am hinteren Hydraulikzylinder derart möglich ist, dass die Richtkraft und/oder die horizontale Neigung der anstellbaren Richtachse auch während des Richtens einstellbar sind.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass jede Richtachse mit den Richtwerkzeugen unabhängig von der anderen Richtachse des Richtprozesses in Achsrichtung verstellbar ist.

3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass jede Verstelleinrichtung über ein Meßsystem verfügt, dessen Signal in ein computerbasiertes Regelmodell eingespeist wird, mit dem unter Berücksichtigung der Geometrie der Richtmaschine und der Meßergebnisse die Richtwalzenposition, sowie die Richtwalzenanstellung mit der sich einstellenden Richtachsenbiegung berechnet und Vorgaben zur Optimierung des Richtspaltes bestimmt werden, mit denen die Richtachsen eingestellt werden.

4. Maschinelle Einrichtung zum Richten von Profilen durch Beseitigung mehrachsiger Abweichungen vom geforderten Profil sowie von der geforderten Geradheit mit Hilfe mehrerer oberhalb und unterhalb des Richtgutes auf zueinander parallelen Richtachsen in Reihe angeordneter Richtwerkzeuge, dadurch gekennzeichnet, dass die anstellbare Richtachse (12), über an den beiden Enden der Richtachse (12) angelenkte vertikal wirkende Hydraulikzylinder (5, 6) höhen- und neigungsverstellbar ist.

5. Maschinelle Einrichtung nach Anspruch 4; dadurch gekennzeichnet, dass der der Richteinheit zugewandte Hydraulikzylinder als Richtkraftzylinder (5) und der abgewandte Hydraulikzylinder als Neigungszylinder (6) ausgebildet sind, und dass zur Kompensation der Richtachsendurchbiegung die Neigungsverstellung nur durch den Neigungszylinder (6) erfolgt.

6. Maschinelle Einrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 4 bis 5; dadurch gekennzeichnet, dass beide Richtachsen (2, 12) über horizontale Verstellantriebe unabhängig voneinander mechanisch axial verschiebbar und hydraulisch klemmbar sind.

7. Maschinelle Einrichtung nach Anspruch 4; dadurch gekennzeichnet, dass die horizontalen Verstellantriebe als hydraulisch spielfrei verspannte Gewindeverstellbuchsen ausgebildet sind.

8. Maschinelle Einrichtung nach Anspruch 4; gekennzeichnet durch am Richtkraftzylinder (5), am Neigungszylinder (6) und an dem horizontalen Verstellantriebe vorgesehene Wegmeßgeber (9, 14) sowie am Richtkraftzylinder vorgesehene Kraftmeßeinrichtungen (7), deren Meßwerte zusammen mit dem die gemessene Stromaufnahme an den Hauptantrieben (1) repräsentierenden Meßwerten einem Rechner zuführbar sind, in dem unter Zugrundelegung eines Rechenmodells die Einstellwerte für die Freiheitsgrade der maschinellen Einrichtung errechenbar sind.

9. Maschinelle Einrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Wegmeßgeber (14) an der der vertikal verstellbaren Richtachse gegenüberliegenden Ständerseite befestigt ist.

10. Maschinelle Einrichtung nach einem der Ansprüche 8 und 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Wegmeßgeber (14) ein Lineargeber ist, dessen zugehöriger Magnet an der verstellbaren Richtachse befestigt ist.