DE102004060341B3

DE102004060341B3 - Walzgerüst

Info

Publication number: DE102004060341B3
Application number: DE102004060341A
Authority: DE
Inventors: Konrad Thiele
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2004-12-15
Filing date: 2004-12-15
Publication date: 2006-07-13
Anticipated expiration: 2024-12-16
Also published as: ES2293489T3; DE502005001879D1; EP1671713A1; EP1671713B1; ATE377461T1

Abstract

Im Gerüstrahmen (1) eines Walzgerüsts sind eine Oberwalze (2) und eine Unterwalze (3) gelagert. Zwischen ihnen soll ein Walzgut (4) gewalzt werden. Die Walzen (2, 3) sind über ein Getriebe (7) an einer Antriebsseite (6) mit einem gemeinsamen Antrieb (8) verbunden. Den Walzen (2, 3) ist je ein Drehstellungsgeber (9) zugeordnet, mittels derer die Drehstellung (P1, P2) der jweiligen Walze (2, 3) erfassbar ist. Die Drehstellungsgeber (9) sind an der Bedienseite (5) der Walzen (2, 3) angeordnet. Sie sind mit einer Steuereinrichtung (10) datentechnisch verbunden. Die von ihnen erfassten Drehstellungen (P1, P2) sind der Steuereinrichtung (10) zuführbar. Die Steuereinrichtung (10) ist mit einer Drehmomentverteilungseinrichtung (11) regelungstechnisch verbunden. Sie ermittelt beim Walzen des Walzguts (4) die Differenz (DELTAP) der Drehstellungen (P1, P2) von Oberwalze (2) und Unterwalze (3) und steuert bei einer Veränderung der Differenz (DELTAP) die Drehmomentverteilungseinrichtung (11) derart an, dass der Veränderung der Differenz (DELTAP) entgegengewirkt wird.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Walzgerüst gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1 mit einem Gerüstrahmen, einer im Gerüstrahmen gelagerten Oberwalze und einer im Gerüstrahmen gelagerten Unterwalze, zwischen denen ein zu walzendes Walzgut gewalzt werden soll, wobei die Oberwalze und die Unterwalze über ein Getriebe an einer Antriebsseite der Walzen mit einem gemeinsamen Antrieb verbunden sind.
Derartige Walzgerüste sind allgemein bekannt. Sie werden meist in Warmwalzwerken eingesetzt. Das Getriebe, über das die Walzen angetrieben werden, ist dabei in der Regel als sogenanntes Kammwalzgetriebe ausgebildet.
Beim Walzen ist die gleichmäßige Aufteilung des vom Antrieb abgegebenen Walzmoments auf die Oberwalze und die Unterwalze von großer Bedeutung. Denn wenn – egal aus welchen Gründen – eine ungleichmäßige Verteilung des Walzmoments auftritt, erniedrigt sich das Grenzmoment, bei dem das sogenannte Walzenrattern einsetzt. Das Walzgerüst kann daher in einem solchen Fall nur suboptimal, insbesondere nur mit verringerter Produktivität, betrieben werden.
Hält die ungleichmäßige Verteilung des Walzmoments über längere Zeit an, ergibt sich sogar ein ungleichmäßiger Verschleiß der Walzen. Vorzeitige Wartungs- und Austauschmaßnahmen sind die Folge. Dies verursacht zum Einen unmittelbare Kosten durch die ergriffenen Maßnahmen als solche, hat zum Anderen aber auch Produktionsunterbrechungen zur Folge, so dass auch deshalb zumindest das betroffene Walzgerüst, eventuell sogar eine ganze Walzstraße, nur suboptimal betreibbar ist.
Es besteht daher eine wirtschaftliche Notwendigkeit, eine gleichmäßige Aufteilung des vom Antrieb auf beide Walzen abgegebenen Walzmoments zu gewährleisten.
Es ist natürlich denkbar, in die Walzen bzw. in die Antriebsstränge Drehmomentsensoren einzubauen. Diese Lösung wäre jedoch mit erheblichen Kosten verbunden.

Aus der DE 44 08 289 A1 ist ein Walzwerk der eingangs gennanten Art für die Herstellung von gewalzten Bändern bekannt. Das hier beschriebene Walzwerk weist Walzgerüste auf, die zumindest Stütz- und Arbeitswalzen aufweisen und an denen, zumindest teilweise Einrichtungen zur Arbeitswalzen-Drehmomentaufteilung angeordnet sind, wobei zumindest ein Teil der Walzgerüste nur einen Antriebsmotor mit einem Verzweigungsgetriebe zum Antrieb der Walzen aufweist, wobei das von den einzelnen Arbeitswalzen abgegebene Drehmoment fortlaufend gemessen und die Messwerte zur Beeinflussung des von den einzelnen Arbeitswalzen abgegebenen Drehmoments verwendet werden.

Ausgehend von den vorangehend beschriebenen Stand der Technik besteht die Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, ein Walzgerüst der eingangs genannten Art dahingehend weiter zu bilden, dass eine ungleichmäßige Verteilung des Walzmoments einfach und insbesondere auf kostengünstige Weise erfassbar und korrigierbar ist.

Die Aufgabe wird gelöst durch ein Walzgerüst gemäß Patentanspruch 1, wobei die Signale, welche die Drehmomente von Oberwalze und Unterwalze repräsentieren, die über Drehstellungsgeber erfassten Drehstellungen von Oberwalze und Unterwalze sind, wobei die Drehstellungsgeber an einer der Antriebsseite gegenüberliegenden Bedienseite der Walzen angeordnet sind.

Prinzipiell ist es möglich, die Steuereinrichtung derart auszubilden, dass sie die momentane Änderungsgeschwindigkeit der Differenz ermittelt und anhand der Änderungsgeschwindigkeit der Differenz ein Stellsignal für die Drehmomentverteilungs einrichtung ermittelt. Bei dieser Vorgehensweise besteht jedoch eine Restgefahr dadurch, dass ein sehr langsames Driften möglicherweise nicht erkannt wird.

Vorzuziehen ist es daher, wenn die Steuereinrichtung derart ausgebildet ist, dass sie die momentane Differenz mit einer Referenzdifferenz vergleicht und anhand der Abweichung der momentanen Differenz von der Referenzdifferenz ein Stellsignal für die Drehmomentverteilungseinrichtung ermittelt. Die Referenzdifferenz kann dabei vorab im drehmomentfreien Zustand der Walzen ermittelt werden.

Wenn die Steuereinrichtung das Stellsignal mit der momentanen Differenz als Istwert und der Referenzdifferenz als Sollwert gemäß einem Regelalgorithmus ermittelt und der Regelalgorithmus einen Integralanteil aufweist, wird im Laufe der Zeit jeder auch noch so geringe Schleppfehler ausgeregelt. Dies wird durch den Integralanteil des Regelalgorithmus bewirkt.

Vorzugsweise weisen die Drehstellungsgeber je eine Maßverkörperung und eine die Maßverkörperung abtastende Sensorik auf. Die Maßverkörperungen sind dabei vorzugsweise an den Walzen angeordnet, die Sensoriken am Gerüstrahmen.

Wenn die Maßverkörperungen an den Walzen magnetisch gehalten sind, ist eine besonders schnelle und einfache Befestigung der Maßverkörperungen an den Walzen möglich.

Wenn die Maßverkörperungen an den Walzen relativ zu deren Drehachsen axial und radial positionsgeführt und verdrehsicher gehalten sind, ergibt sich auf einfache Weise eine exakte Positionierung der Maßverkörperungen, wobei zusätzlich ein durch ein Verrutschen der Maßverkörperungen bewirkter Signalfehler unmöglich ist.

In analoger Weise sind vorzugsweise auch die Sensoriken am Gerüstrahmen magnetisch, relativ zu den Drehachsen der Walzen axial und radial positionsgeführt sowie verdrehsicher gehalten.

In der Regel ist das Walzgerüst als Warmwalzgerüst ausgebildet. Prinzipiell wäre aber auch eine Ausgestaltung als Kaltwalzgerüst möglich.

Die Vorteile der vorliegenden Erfindung kommen besonders stark zum Tragen, wenn das Walzgerüst als Bandwalzgerüst ausgebildet ist.

Weitere Vorteile und Einzelheiten ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels in Verbindung mit den Zeichnungen. Dabei zeigen in Prinzipdarstellung
1 schematisch ein Walzgerüst,
2 einen Ausschnitt von 1,
3 schematisch ein Regelschema,
4 den Ausschnitt von 2 von der Bedienseite aus gesehen,
5 schematisch eine Befestigungsmöglichkeit für Drehstellungsgeber am Walzgerüst und
6 schematisch ein weiteres Regelschema.
Gemäß 1 weist ein Walzgerüst einen Gerüstrahmen 1 auf, in dem eine Oberwalze 2 und eine Unterwalze 3 gelagert sind. Zwischen den Walzen 2, 3 läuft ein Walzgut 4 durch, das von den Walzen 2, 3 gewalzt werden soll und auch gewalzt wird.
Gemäß 1 ist das Walzgut 4 ein Walzband. Das Walzgerüst ist daher als Bandwalzgerüst ausgebildet. Wie weiterhin durch die Temperaturangabe „T>723°C" ersichtlich ist, weist das Walzgut 4 eine Temperatur T oberhalb von 723°C auf. Es erfolgt also ein austenitisches Walzen eines Stahlbandes 4. Das Walzgerüst ist somit auch als Warmwalzgerüst ausgebildet.
Das Walzgerüst weist eine Bedienseite 5 und eine Antriebsseite 6 auf. An der Antriebsseite 6 sind die Walzen 2, 3 über ein Getriebe 7 mit einem gemeinsamen Antrieb 8 verbunden.
Durch entsprechendes Ansteuern des Antriebs 8 ist ohne weiteres einstellbar, mit welchem Walzmoment M die Walzen 2, 3 vom Antrieb 8 insgesamt beaufschlagt werden. Die Aufteilung des Walzmoments M auf die Walzen 2, 3 ist hingegen nicht so einfach ermittelbar.
Um die Aufteilung des Walzmoments M auf die Walzen 2, 3 erfassen zu können, ist der Oberwalze 2 und der Unterwalze 3 gemäß 2 je ein Drehstellungsgeber 9 zugeordnet. Mittels der Drehstellungsgeber 9 sind die Drehstellungen P1, P2 der jeweiligen Walze 2, 3 erfassbar. Die Drehstellungsgeber 9 sind an der Bedienseite 5 des Walzgerüsts angeordnet. Die Bedienseite 5 und die Antriebsseite 6 liegen einander gegenüber.
Die Ausgestaltung der Drehstellungsgeber 9 ist untergeordneter Natur. Beispielsweise können sie als Resolver oder als Inkrementalgeber ausgebildet sein. Auch eine Ausgestaltung als Impulsgeber oder Absolutweggeber ist möglich. Vorzugsweise erfassen sie die Drehstellungen P1, P2 simultan.
Die Drehstellungsgeber 9 sind mit einer Steuereinrichtung 10 datentechnisch verbunden. Dadurch sind die Drehstellungsgeber 9 in der Lage, die von ihnen erfassten Drehstellungen P1, P2 der Steuereinrichtung 10 zuzuführen.
Die Steuereinrichtung 10 ihrerseits ist mit einer Drehmomentverteilungseinrichtung 11 regelungstechnisch verbunden. Mittels der Drehmomentverteilungseinrichtung 11 ist die Verteilung des vom Antrieb 8 abgegebenen Walzmoments M auf die Walzen 2, 3 beeinflussbar. Hierzu kann die Drehmomentverteilungseinrichtung 11 beispielsweise ein Schmierungsmittel – typischerweise eine Öl-Wasser-Emulsion – gesteuert auf die Oberwalze 2 und die Unterwalze 3 aufbringen. Die Ausgestaltung derartiger Drehmomentverteilungseinrichtungen 11 ist allgemein bekannt und als solche nicht Gegenstand der vorliegenden Erfindung.
Die Steuereinrichtung 10 ist derart ausgebildet, dass sie – siehe 3 – beim Walzen des Walzguts 4 die Differenz ΔP der Drehstellungen P1, P2 von Oberwalze 2 und Unterwalze 3 ermittelt. Diese Differenz ΔP vergleicht die Steuereinrichtung 10 mit einer Referenzdifferenz ΔP*. Die Referenzdifferenz ΔP* kann der Regeleinrichtung 10 dabei von außen zugeführt werden. Alternativ ist es beispielsweise auch möglich, dass die Steuereinrichtung 10 im momentfreien Zustand des Walzgerüsts die zu diesem Zeitpunkt gegebene Differenz der Drehstellungen P1, P2 ermittelt und als Referenzdifferenz ΔP* abspeichert.
Die Steuereinrichtung 10 ermittelt dann anhand der Abweichung der momentanen Differenz ΔP von der Referenzdifferenz ΔP* ein Stellsignal S für die Drehmomentverteilungseinrichtung 11. Das Stellsignal S wird dabei in einem Signalaufteiler 12 in zwei Teilsignale S1, S2 aufgeteilt. Das Teilsignal S1 wirkt auf eine Teileinrichtung 13 der Drehmomentverteilungseinrichtung 11, welche der Oberwalze 2 zugeordnet ist. Das Teilsignal S2 wirkt auf eine Teileinrichtung 14 der Drehmomentverteilungseinrichtung 11, welche der Unterwalze 3 zugeordnet ist.
Die Steuereinrichtung 10 ermittelt das Stellsignal S in einem Regler 15. Der Regler 15 ermittelt gemäß einem vorbestimmten Regelalgorithmus das Stellsignal S. Er benutzt hierbei die momentane Differenz ΔP als Istwert, die Referenzdifferenz ΔP* als Sollwert. Der Regelalgorithmus weist dabei einen Integralanteil auf, wie in 2 durch entsprechende beispielhafte Darstellung des Reglers 15 als PI-Regler angedeutet ist.
Durch die obenstehend in Verbindung mit den 1 bis 3 beschriebene Ausgestaltung wird somit bewirkt, dass bei einer Veränderung der Differenz ΔP der Drehstellungen P1, P2 die Drehmomentverteilungseinrichtung 11 von der Steuereinrichtung 10 derart angesteuert wird, dass die Drehmomentverteilungseinrichtung 11 der Veränderung der Differenz ΔP entgegen wirkt.
Wie aus 2 ersichtlich ist, weisen die Drehstellungsgeber 9 je eine Maßverkörperung 16 und eine Sensorik 17 auf. Die Sensoriken 17 tasten die ihnen zugeordnete Maßverkörperung 16 ab und liefern das entsprechende Signal P1 bzw. P2 an die Steuereinrichtung 10. Gemäß 2 sind die Maßverkörperungen 16 an den Walzen 2, 3 angeordnet, die Sensoriken 17 am Gerüstrahmen 1.
Gemäß den 4 und 5 sind an den Walzen 2, 3 (bzw. an deren Lagerzapfen) und an den Maßverkörperungen 16 zusammenwirkende Magnethalterungselemente 18 angeordnet. Durch diese Magnethalterungselemente 18 sind die Maßverkörperungen 16 an den Walzen 2, 3 magnetisch gehalten. In analoger Weise weisen auch der Gerüstrahmen 1 und die Sensoriken 17 zusammenwirkende Magnethalterungselemente 19 auf. Dadurch sind auch die Sensoriken 17 am Gerüstrahmen 1 magnetisch gehalten.
Die Walzen 2, 3 und die Maßverkörperungen 16 weisen weiterhin zusammenwirkende Positionierelemente 20 auf. Durch das Zusammenwirken der Positionierelemente 20 wird erreicht, dass die Maßverkörperungen 16 an den Walzen 2, 3 relativ zu deren Drehachsen 21, 22 axial und radial positioniergeführt gehalten sind. Weiterhin sind sie durch die Positionierelemente 20 auch verdrehsicher gehalten.
In analoger Weise weisen auch der Gerüstrahmen 1 und die Sensoriken 17 zusammenwirkende Positionierelemente 23 auf. Auch hier wird durch das Zusammenwirken der Positionierelemente 23 erreicht, dass die Sensoriken 17 am Gerüstrahmen 1 relativ zu den Drehachsen 21, 22 der Walzen 2, 3 axial und radial positionsgeführt gehalten sind und darüber hinaus auch verdrehsicher gehalten sind.
Mittels der obenstehend beschriebenen Ausgestaltung des Walzgerüsts ist es ohne weiteres möglich, qualitativ zu erfassen, ob das vom Antrieb an die Walzen 2, 3 abgegebene Walzmoment M gleichmäßig oder ungleichmäßig auf die Walzen 2, 3 verteilt ist. Gegebenenfalls kann einer ungleichmäßigen Verteilung des Walzmoments M entgegen gewirkt werden. Bei einer entsprechenden Kalibrierung der Differenz ΔP der Drehstellungen P1, P2 kann sogar eine quantitative Verteilung des Walzmoments M erfasst werden.
Die obenstehend in Verbindung mit den 1 bis 5 beschriebene Ausgestaltung kann auch modifiziert werden, wie dies nachfolgend in Verbindung mit 6 näher erläutert wird. 6 entspricht dabei einer Abwandlung von 3. Die übrigen Ausführungen, also insbesondere die Ausführungen zu den 1, 2, 4 und 5 können weiterhin gültig bleiben.
Gemäß 6 ist der Regler 15 als Differenzierglied 15' ausgebildet. Ihm wird direkt die Differenz ΔP zugeführt. Das Differenzierglied 15' ermittelt die momentane Änderungsgeschwindigkeit der Differenz ΔP. Anhand dieser Änderungsgeschwindigkeit ermittelt das Differenzierglied dann das Stellsignal S für die Drehmomentverteilungseinrichtung 11.
Die in Verbindung mit 6 beschriebene Vorgehensweise hat den Vorteil, dass sie auch nach einem versehentlichen Durchrutschen einer der Walzen 2, 3 oder beider Walzen 2, 3 wieder eine stabile Regelung herbeiführt. Dem gegenüber steht der Nachteil, dass ein sehr langsames Driften der Differenz ΔP in der Regel nicht erkannt wird und daher auch nicht ausgeregelt werden kann.

Claims

Walzgerüst mit einem Gerüstrahmen (1), einer im Gerüstrahmen (1) gelagerten Oberwalze (2) und einer im Gerüstrahmen (1) gelagerten Unterwalze (3), zwischen denen ein zu walzendes Walzgut (4) gewalzt werden soll, – wobei die Oberwalze (2) und die Unterwalze (3) über ein Getriebe (7) an einer Antriebsseite (6) der Walzen (2, 3) mit einem gemeinsamen Antrieb (8) verbunden sind, – wobei der Oberwalze (2) und der Unterwalze (3) je ein Signalgeber (9) zugeordnet ist, mittels dessen ein auf die jeweilige Walze (2, 3) aufgebrachtes, deren Drehmoment repräsentierendes Signal erfassbar ist, – wobei die Signalgeber (9) mit einer Steuereinrichtung (10) datentechnisch verbunden sind, so dass die von den Signalgebern (9) erfassten Werte der Steuereinrichtung (10) zuführbar sind, – wobei die Steuereinrichtung (10) mit einer Drehmomentverteilungseinrichtung (11) regelungstechnisch verbunden ist und – wobei die Steuereinrichtung (10) derart ausgebildet ist, dass sie beim Walzen des Walzguts (4) die Differenz der die Drehmomente von Oberwalze (2) und Unterwalze (3) repräsentierenden Signale ermittelt und bei einer Veränderung der Differenz die Drehmomentverteilungseinrichtung (11) derart ansteuert, dass der Veränderung der Differenz entgegen gewirkt wird, dadurch gekennzeichnet, dass – die die Drehmomente von Oberwalze (2) und Unterwalze (3) repräsentierenden Signale die über Drehstellungsgeber (9) erfassten Drehstellungen (P1, P2) von Oberwalze (2) und Unterwalze (3) sind, – wobei die Drehstellungsgeber (9) an einer der Antriebsseite (6) gegenüber liegenden Bedienseite (5) der Walzen (2, 3) angeordnet sind.
Walzgerüst nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (10) derart ausgebildet ist, dass sie die momentane Änderungsgeschwindigkeit der Differenz (ΔP) ermittelt und anhand der Änderungsgeschwindigkeit der Differenz (ΔP) ein Stellsignal (S) für die Drehmomentverteilungseinrichtung (11) ermittelt.
Walzgerüst nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (10) derart ausgebildet ist, dass sie die Differenz (ΔP) mit einer Referenzdifferenz (ΔP*) vergleicht und anhand der Abweichung der momentanen Differenz (ΔP) von der Referenzdifferenz (ΔP*) ein Stellsignal (S) für die Drehmomentverteilungseinrichtung (11) ermittelt.
Walzgerüst nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (10) das Stellsignal (S) mit der momentanen Differenz (ΔP) als Istwert und der Referenzdifferenz (ΔP*) als Sollwert gemäß einem Regelalgorithmus ermittelt und dass der Regelalgorithmus einen Integralanteil aufweist.
Walzgerüst nach einem der obigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehstellungsgeber (9) je eine Maßverkörperung (16) und eine die Maßverkörperung (16) abtastende Sensorik (17) aufweisen und dass die Maßverkörperungen (16) an den Walzen (2, 3) und die Sensoriken (17) am Gerüstrahmen (1) angeordnet sind.
Walzgerüst nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Maßverkörperungen (16) an den Walzen (2, 3) magnetisch gehalten sind.
Walzgerüst nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Maßverkörperungen (16) an den Walzen (2, 3) relativ zu deren Drehachsen (21, 22) axial und radial positionsgeführt und verdrehsicher gehalten sind.
Walzgerüst nach Anspruch 5, 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoriken (17) am Gerüstrahmen (1) magnetisch gehalten sind.
Walzgerüst nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoriken (17) am Gerüst rahmen (1) relativ zu den Drehachsen (21, 22) der Walzen (2, 3) axial und radial positionsgeführt und verdrehsicher gehalten sind.
Walzgerüst nach einem der obigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es als Warmwalzgerüst ausgebildet ist.
Walzgerüst nach einem der obigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es als Bandwalzgerüst ausgebildet ist.