DE10126220C2 - Verfahren und Vorrichtung zum Betreiben einer Drahtwalzstraße - Google Patents

Verfahren und Vorrichtung zum Betreiben einer Drahtwalzstraße

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Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Drahtwalzstraße, bei der eine Anzahl von Drahtwalzgerüsten hintereinander angeordnet ist, in denen ein zu walzender Draht jeweils mittels mindestens zweier Arbeitswalzen gewalzt wird, wobei der Draht zu den oder von den Arbeitswalzen mittels mindestens einer Führungsrolle geführt wird und wobei der Draht in das jeweilige Drahtwalzgerüst mit einer Drahtgeschwindigkeit eintritt. Des weiteren betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 7.
Bei der Herstellung von Draht in einem Drahtwalzwerk wird zunächst Draht mit einer nominalen Ausgangsdicke hergestellt. Die Ausgangsdicke entspricht meist einem Vielfachen des Durchmessers, den der fertige Draht haben soll. Daher wird der Draht einer Drahtwalzstraße zugeleitet. In dieser sind mehrere Drahtwalzgerüste in Reihe angeordnet, durch die der Draht geführt wird. In jedem Drahtwalzgerüst wirken mindestens zwei Arbeitswalzen auf den Draht ein, wodurch dieser in seinem Durchmesser reduziert wird. Die exakte Führung des Drahts zu den einzelnen Drahtwalzgerüsten bzw. von diesen weg wird durch Führungsrollen bewerkstelligt, die an ihrem Außenumfang ein zur Führung des Drahtes geeignetes Profil aufweisen.
Eine Führungsrolle für ein Drahtwalzgerüst in einem Drahtwalzwerk ist aus der DE 20 25 640 A bekannt. In dieser Schrift wird ein Mehrgerüst-Walzwerk zur Fertigung von Draht beschrieben, das neben ortsfesten und halbschalenförmigen Führungen gerillte Führungsrollen aufweist. Der zu fertigende Draht kann damit präzise durch das Walzwerk geführt werden.
Bei bekannten Drahtwalzstraßen befinden sich die Führungsrollen vor und/oder hinter den einzelnen Drahtwalzgerüsten in der Position, in der der Draht in das Drahtwalzgerüst eintritt. Dabei kommt es allmählich - von Drahtwalzgerüst zu Drahtwalzgerüst - in dem Maße, in dem sich der Durchmesser des Drahtes verringert, zu einer Erhöhung der Drahtgeschwindigkeit: Die ersten Drahtwalzgerüste, in Drahtförderrichtung betrachtet, walzen den Draht noch mit relativ geringer Geschwindigkeit, während sich von Drahtwalzgerüst zu Drahtwalzgerüst die Geschwindigkeit erhöht. Die letzten Drahtwalzgerüste empfangen den Draht bereits mit extrem hoher Geschwindigkeit (bis zu 120 m pro Sekunde) und walzen mit entsprechender Geschwindigkeit den Draht in seine endgültige Form.
Während im kontinuierlichen Prozess diesbezüglich keine Probleme entstehen - die einzelnen Führungsrollen in den jeweiligen Drahtwalzgerüsten rotieren lediglich mit ihrer entsprechenden Geschwindigkeit - kommt es zu Schwierigkeiten, wenn ein neuer zu walzender Draht erstmals in die Drahtwalzstraße eintritt. Während im vorderen Bereich der Straße bei noch relativ geringen Geschwindigkeiten kein problematischer Betrieb zu beobachten ist, tritt der Draht in die letzten Drahtwalzgerüste bzw. auf die entsprechenden Führungsrollen mit erheblicher Geschwindigkeit auf, so dass insbesondere an den Führungsrollen große Lastspitzen beobachtet werden. Der mit großer Geschwindigkeit herannahende Draht muss beim Auftreffen auf die Führungsrolle diese aus der Ruheposition heraus auf die entsprechende Drehzahl beschleunigen, was zu hohen Lagerbelastungen führt. Die Mäntel der Führungsrollen und die Lager der Rollen verschleißen daher schon nach relativ kurzer Zeit, was entsprechend häufige Reparaturen notwendig macht, die wiederum jeweils zu einer vorübergehenden Stilllegung der Drahtwalzstraße führen.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine zugehörige Vorrichtung zu schaffen, mit dem bzw. mit der es möglich ist, die Drahtwalzstraße so zu betreiben, dass die Lagerungen der Führungsrollen eine deutlich erhöhte Lebensdauer aufweisen und häufige Reparaturen entbehrlich werden.
Gelöst wird die Aufgabe durch ein Verfahren nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1, welches dadurch gekennzeichnet ist, dass die mindestens eine einem Drahtwalzgerüst zugeordnete Führungsrolle derart angetrieben wird, dass deren Führungsgeschwindigkeit im wesentlichen der Drahtgeschwindigkeit vor oder hinter diesem Drahtwalzgerüst entspricht, und durch eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach den Merkmalen des Patentanspruchs 7.
Der Kerngedanke der Erfindung stellt also darauf ab, dass die Führungsrollen im Unterschied zum Stand der Technik gezielt angetrieben werden, so, dass diese auch dann, wenn gerade kein Draht die Drahtwalzstraße passiert, mit einer vorgegebenen Drehgeschwindigkeit drehen. Es hat sich herausgestellt, dass durch diese Maßnahme der "Eingriffsstoß" verhindert werden kann, der ansonsten dann entsteht, wenn sehr schnell herannahender Draht auf eine stillstehende Führungsrolle trifft und diese dann in kürzester Zeit hoch beschleunigt werden muss. Durch die geschilderte Maßnahme wird indes verhindert, dass es zu einer impulsartigen Lagerbelastung kommt. Die Standzeit der Rollenmäntel und der Lagerungen ist um ein Vielfaches verlängert.
Bevorzugt ist vorgesehen, dass folgende Schritte ausgeführt werden:
  • a) Messen der Drahtgeschwindigkeit oder einer dieser äquivalenten Größe;
  • b) Zuleiten der gemessenen Drahtgeschwindigkeit oder einer dieser äquivalenten Größe zu einer Steuer- oder Regeleinrichtung;
  • c) Steuern oder Regeln mindestens eines Antriebsmittels von mindestens einer Führungsrolle durch die Steuer- oder Regeleinrichtung, so dass die Führungsgeschwindigkeit mindestens einer Führungsrolle im wesentlichen der Drahtgeschwindigkeit entspricht.
Es kann also vorgesehen werden, dass an einem einzelnen Drahtwalzgerüst die Drahtgeschwindigkeit erfasst wird und über die Antriebsmittel der Führungsrolle diese auf eine solche Drehgeschwindigkeit gebracht wird, dass die sich über den Radius ergebende Führungsgeschwindigkeit im wesentlichen der Drahtgeschwindigkeit an diesem Drahtwalzgerüst entspricht.
Weiterbildungsgemäß kann jedoch auch wie folgt vorgegangen werden:
  • a) Messen der Drahtgeschwindigkeit oder einer dieser äquivalenten Größe an einem Drahtwalzgerüst;
  • b) Zuleiten der gemessenen Drahtgeschwindigkeit oder einer dieser äquivalenten Größe zu einer Steuer- oder Regeleinrichtung;
  • c) Steuern oder Regeln mindestens zweier Antriebsmittel von Führungsrollen durch die Steuer- oder Regeleinrichtung, so dass die Führungsgeschwindigkeit der jeweiligen Führungsrollen im wesentlichen der Drahtgeschwindigkeit des jeweiligen Drahtwalzgerüsts entspricht.
Durch den bekannten, abnehmenden Durchmesser des zu walzenden Drahtes von einem Drahtwalzgerüst zum nächsten ist gleichzeitig die Geschwindigkeitszunahme des Drahts ermittelbar. Gemäß dem zuletzt dargestellten Vorschlag ist also vorgesehen, dass mindestens zwei verschiedene Drahtwalzgerüste von einer Steuer- oder Regeleinrichtung angesteuert werden, wobei entsprechend kalkulierte Geschwindigkeiten bzw. Drehgeschwindigkeiten für die Führungswalzen ermittelt und steuerungs- bzw. regelungstechnisch den Antrieben der jeweiligen Führungsrollen zugeleitet werden.
Die der Drahtgeschwindigkeit äquivalente Größe kann dabei die Drehzahl einer Arbeitswalze sein. Weiterhin kann vorgesehen werden, dass die Ermittlung der Drahtgeschwindigkeit durch mehrere Geschwindigkeitsmessungen an verschiedenen Stellen und durch Mittelwertbildung erfolgt.
Ein vereinfachtes Verfahren kann schließlich darauf abstellen, dass die mindestens eine Führungsrolle gemäß einem Vorgabewert für die Drahtgeschwindigkeit gesteuert angetrieben wird, die von der Walzwerkssteuerung vorgegeben wird. In diesem Falle wird also direkt ein Geschwindigkeitssollwert für den Draht aus der Walzwerkssteuerung abgegriffen und - ggf. umgerechnet auf die lokalen Verhältnisse an einem Walzgerüst - dem Antrieb der Führungsrolle vorgegeben.
Die Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens weist folgende Elemente auf:
eine Drahtwalzstraße mit einer Anzahl hintereinander angeordneter Drahtwalzgerüsten, in denen zu walzender Draht jeweils mittels mindestens zweier Arbeitswalzen gewalzt wird und
mindestens eine Führungsrolle zur Führung des Drahts zu den oder von den Arbeitswalzen.
Erfindungsgemäß ist die Vorrichtung durch mindestens ein Antriebsmittel zum Antreiben der Führungsrolle mit einer vorgegebenen Drehgeschwindigkeit gekennzeichnet.
Weiterhin kann die Vorrichtung durch folgende Elemente fortgebildet sein:
mindestens ein Geschwindigkeitssensor zur Messung von Drahtgeschwindigkeiten und
eine Steuer- oder Regeleinrichtung zur Erfassung des gemessenen Geschwindigkeitswertes und zur Ansteuerung des oder der Antriebsmittel der Führungsrolle(n).
Bevorzugt handelt es sich bei den Antriebsmitteln um solche, die einen elektrischen, einen hydraulischen oder einen pneumatischen Motor aufweisen.
Weiterhin kann die Führungsrolle schließlich einen Freilauf aufweisen, der ein Drehen der Führungsrolle mit einer Drehgeschwindigkeit größer als die von den Antriebsmitteln erzeugten Drehgeschwindigkeit zulässt. In vorteilhafter Weise können bei einer Vorrichtung, die das letztgenannte Merkmal aufweist, die Führungsrollen mit einer geringfügig unter der erwarteten Drahtgeschwindigkeit liegenden Geschwindigkeit angetrieben werden. Der auf die Rolle auftreffende Draht muss diese dann nur noch um einen geringen Differenzbetrag beschleunigen, wodurch die Lagerung der Führungsrolle geschont wird.
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Es zeigen:
Fig. 1 schematisch einen Teil einer Drahtwalzstraße mit drei hintereinander angeordneten Drahtwalzgerüsten,
Fig. 2 schematisch die Führungsrollen für den Draht samt Antriebsmittel.
In Fig. 1 ist eine Drahtwalzstraße 1 schematisch skizziert, die von einem Draht 5 in Förderrichtung R (von links nach rechts) durchlaufen wird. Dabei sind drei Drahtwalzgerüste 2, 3 und 4 in Reihe hintereinander angeordnet. Jedes Drahtwalzgerüst weist zwei Arbeitswalzen 6 auf, die den Draht walzen und dabei seinen Durchmesser reduzieren. Durch die Kontinuität des Massendurchsatzes bedeutet dies, dass die Drahtgeschwindigkeit von Drahtwalzgerüst zu Drahtwalzgerüst allmählich zunimmt. Die Drahtgeschwindigkeit v2 vor dem ersten Drahtwalzgerüst 2 ist daher geringer als die Drahtgeschwindigkeit v3 vor dem Drahtwalzgerüst 3. Entsprechend ist die Drahtgeschwindigkeit v4 vor dem Drahtwalzgerüst 4 nochmals erhöht.
Vor den Arbeitswalzen 6 sind jeweils zwei zusammenwirkende Führungsrollen 7 angeordnet. Die Führungsrollen 7 jedes Drahtwalzgerüsts 2, 3, 4 sind mit Antriebsmitteln 8, 11, 12 verbunden. Zum Antrieb der oberen und unteren Führungsrolle 7 kommt grundsätzlich jeweils ein separates Antriebsmittel zum Einsatz; es ist aber auch möglich, dass eine Koppelung des Antriebsmittels der unteren und der oberen Führungsrolle 7 erfolgt.
Die Verhältnisse, die sich zwischen Draht 5 und Antriebsmittel 8 bzw. Führungsrolle 7 ergeben, sind in Fig. 2 skizziert: Das Antriebsmittel 8 treibt die Führungsrolle 7 so an, dass über deren Wirkradius r und der vom Antriebsmittel 8 erzeugten Drehgeschwindigkeit ω an der Kontaktstelle zwischen Draht 5 und Führungsrolle 7 die Führungsgeschwindigkeit vF entsteht (vF = r × ω). Wenn die Führungsgeschwindigkeit vF gleich ist mit der Drahtgeschwindigkeit v2 findet kein Eingriffsstoß statt, wenn der Draht 5 erstmals zwischen die beiden Führungsrollen 7 eintritt; diese sind dann vielmehr so synchronisiert, dass ein stoßfreier Eintritt des Drahts 5 zwischen die Führungsrollen 7 erfolgt.
Wie aus Fig. 1 zu sehen ist, befindet sich ein Geschwindigkeitssensor 9 zwischen erstem Drahtwalzgerüst 2 und zweitem Drahtwalzgerüst 3. Dieser Geschwindigkeitssensor erfasst die Geschwindigkeit des Drahtes v3 vor seinem Eintritt in das dritte Drahtwalzgerüst 3.
Der gemessene Wert für die Drahtgeschwindigkeit v3 wird einer Steuer- bzw. Regeleinrichtung 10 zugeleitet. In dieser wird die benötigte Führungs­ geschwindigkeit vF ermittelt, mit der die Führungsrolle 7 betrieben werden muss, damit ein stoßfreier Eintritt des Drahts 5 zwischen die Führungsrollen 7 möglich wird. Über den Wirkradius r der Führungsrolle 7 kann die benötigte Drehgeschwin­ digkeit ω und über das Übersetzungsverhältnis zwischen Antriebsmittel 8 und Führungsrolle 7 die benötigte Drehzahl des Antriebsmittels 8 ermittelt werden. Die Steuer- bzw. Regeleinrichtung 10 kann das Antriebsmittel 8 dann entsprechend ansteuern, so dass die Drahtgeschwindigkeit v3 des Drahts 5 mit der Führungsgeschwindigkeit vF synchronisiert ist.
Während oben und in der Figur ein gesteuerter Ablauf beschrieben ist, ist es genauso möglich, die Führungsgeschwindigkeit vF zu regeln. In diesem Falle würde also - was nicht dargestellt ist - die tatsächliche Drehgeschwindigkeit der Führungsrolle ermittelt und diese im geschlossenen Regelkreis auf einem Sollwert gehalten werden.
Nachdem es aufgrund der radialen Zustellung der Arbeitswalzen 6 bekannt ist, in welcher Weise von Drahtwalzgerüst zu Drahtwalzgerüst der Durchmesser des Drahts abnimmt und folglich dessen Geschwindigkeit zunimmt, können mit der Steuer- bzw. Regeleinrichtung 10 direkt entsprechende Antriebsmittel 11 im Drahtwalzgerüst 2 bzw. 12 im Drahtwalzgerüst 4 angesteuert werden. Der Vorgabewert für die Führungsgeschwindigkeit vF der Führungsrollen 7 im Drahtwalzgerüst 2 liegt niedriger als die Führungsgeschwindigkeit vF im Drahtwalzgerüst 3. Hingegen liegt die Führungsgeschwindigkeit vF der Führungsrolle im Drahtwalzgerüst 4 entsprechend höher.
Auf den Geschwindigkeitssensor 9 kann auch verzichtet werden, indem direkt die über den Radius und die Drehgeschwindigkeit der Arbeitswalzen definierte Führungsgeschwindigkeit vF abgegriffen wird, die an den Arbeitswalzen selber vorliegt. Dieser Wert kann direkt in die Steuer- bzw. Regeleinrichtung 10 eingespeist und entsprechend bei der Steuerung bzw. Regelung der Antriebsmittel 8, 11, 12 zugrunde gelegt werden.
Durch die dargestellten Maßnahmen wird erreicht, dass es beim Eintritt des Drahts zwischen zwei Führungsrollen keinen oder nur minimalen Schlupf zwischen Draht und Führungsrollen-Mantelfläche gibt, so dass die Mäntel und die Lager der Führungsrollen entsprechend schonend behandelt werden. Die Haltbarkeit der Mantel bzw. der Lagerungen ist daher gegenüber vorbekannten Ausführungsformen erheblich gesteigert.
Bezugszeichenliste
1
Drahtwalzstraße
2
,
3
,
4
Drahtwalzgerüste
5
Draht
6
Arbeitswalzen
7
Führungsrolle
8
Antriebsmittel
9
Geschwindigkeitssensor
10
Steuer- oder Regeleinrichtung
11
,
12
Antriebsmittel
R Förderrichtung des Drahtes
v2
, v3
, v4
Drahtgeschwindigkeit
vF
Führungsgeschwindigkeit der Führungsrolle
r Wirkradius der Führungsrolle
ω Drehgeschwindigkeit der Führungsrolle

Claims (10)

1. Verfahren zum Betreiben einer Drahtwalzstraße (1),
bei der eine Anzahl von Drahtwalzgerüsten (2, 3, 4) hintereinander angeordnet ist, in denen ein zu walzender Draht (5) jeweils mittels mindestens zweier Arbeitswalzen (6) gewalzt wird,
wobei der Draht (5) zu den oder von den Arbeitswalzen (6) mittels mindestens einer Führungsrolle (7) geführt wird und
wobei der Draht (5) in das jeweilige Drahtwalzgerüst (2, 3, 4) mit einer Drahtgeschwindigkeit (v2, v3, v4) eintritt,
dadurch gekennzeichnet,
dass die mindestens eine einem Drahtwalzgerüst (2, 3, 4) zugeordnete Führungsrolle (7) derart angetrieben wird, dass deren Führungsgeschwindigkeit (vF) im wesentlichen der Drahtgeschwindigkeit (v2, v3, v4) vor oder hinter diesem Drahtwalzgerüst (2, 3, 4) entspricht.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es folgende Schritte aufweist:
  • a) Messen der Drahtgeschwindigkeit (v2, v3, v4) oder einer dieser äquivalenten Größe;
  • b) Zuleiten der gemessenen Drahtgeschwindigkeit (v2, v3, v4) oder einer dieser äquivalenten Größe zu einer Steuer- oder Regeleinrichtung (10);
  • c) Steuern oder Regeln mindestens eines Antriebsmittels (8, 11, 12) von mindestens einer Führungsrolle (7) durch die Steuer- oder Regeleinrichtung (10), so dass die Führungsgeschwindigkeit (vF) mindestens einer Führungsrolle (7) im wesentlichen der Drahtgeschwindigkeit (v2, v3, v4) entspricht.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass es die Schritte aufweist:
  • a) Messen der Drahtgeschwindigkeit (v3) oder einer dieser äquivalenten Größe an einem Drahtwalzgerüst (3);
  • b) Zuleiten der gemessenen Drahtgeschwindigkeit (v3) oder einer dieser äquivalenten Größe zu einer Steuer- oder Regeleinrichtung (10);
  • c) Steuern oder Regeln mindestens zweier Antriebsmittel (8, 11, 12) von Führungsrollen (7) durch die Steuer- oder Regeleinrichtung (10), so dass die Führungsgeschwindigkeit (vF) der jeweiligen Führungsrollen (7) im wesentlichen der Drahtgeschwindigkeit (v2, v3, v4) des jeweiligen Drahtwalzgerüsts (2, 3, 4) entspricht.
4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die der Drahtgeschwindigkeit (v2, v3, v4) äquivalente Größe die Drehzahl einer Arbeitswalze (6) ist.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Ermittlung der Drahtgeschwindigkeit (v2, v3, v4) durch mehrere Geschwindigkeitsmessungen an verschiedenen Stellen und Mittelwertbildung erfolgt.
6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Führungsrolle (7) gemäß einem Vorgabewert für die Drahtgeschwindigkeit (v2, v3, v4) gesteuert angetrieben wird, der von der Walzwerkssteuerung vorgegeben wird.
7. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 6, die aufweist:
eine Drahtwalzstraße (1) mit einer Anzahl hintereinander angeordneter Drahtwalzgerüsten (2, 3, 4), in denen ein zu walzender Draht (5) jeweils mittels mindestens zweier Arbeitswalzen (6) gewalzt wird, und
mindestens eine Führungsrolle (7) zur Führung des Drahts (5) zu den oder von den Arbeitswalzen (6),
gekennzeichnet durch
mindestens ein Antriebsmittel (8, 11, 12) zum Antreiben der Führungsrolle (7) mit einer vorgegebenen Drehgeschwindigkeit.
8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass sie des weiteren aufweist:
mindestens einen Geschwindigkeitssensor (9) zur Messung von Drahtgeschwindigkeiten (v2, v3, v4) und
eine Steuer- oder Regeleinrichtung (10) zur Erfassung des gemessenen Geschwindigkeitswertes und zur Ansteuerung des oder der Antriebsmittel (8, 11, 12) der Führungsrolle(n) (7).
9. Vorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebsmittel (8, 11, 12) einen elektrischen, einen hydraulischen oder einen pneumatischen Motor aufweisen.
10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Führungsrolle (7) einen Freilauf aufweist, der ein Drehen der Führungsrolle (7) mit einer Drehgeschwindigkeit größer als die von den Antriebsmitteln (8, 11, 12) erzeugten Drehgeschwindigkeit zulässt.
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