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Die Erfindung betrifft ein Walzgerüst zum Walzen, bevorzugt Kaltwalzen, von Metallprodukten, aufweisend wenigstens einen Aktor, der zur aktiven Dämpfung von Schwingungen in dem Walzgerüst ansteuerbar ist, und wenigstens eine nicht oder ausschließlich über eine Nachstelleinrichtung zur Passlineeinstellung des Walzgerüsts anstellbaren Walzensatz zum Abstützen und/oder Zwischenwalze einer Arbeitswalze des Walzgerüsts, wobei sämtliche Walzen endseitig über jeweils eine Lagereinheit an einem Ständer des Walzgerüsts geführt ist.
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Die Erfindung betrifft des Weiteren eine Walzanlage zum Walzen, bevorzugt Kaltwalzen, von Metallobjekten, aufweisend wenigstens ein Walzgerüst und wenigstens ein System zum aktiven Dämpfen von Schwingungen in dem Walzgerüst.
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Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zum aktiven Dämpfen von Schwingungen in einem Walzgerüst zum Walzen, bevorzugt Kaltwalzen, von Metallprodukten, wobei die Schwingungen in dem Walzgerüst erfasst und den Schwingungen entgegenwirkende Gegenschwingungen erzeugt werden, wobei die Gegenschwingungen mittels wenigstens eines Aktors erzeugt werden.
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In Quarto-Kaltwalzgerüsten und Sexto-Kaltwalzgerüsten treten unterschiedliche Schwingungsphänomene auf, die den durchgeführten Walzprozess und die Qualität des kaltgewalzten Metallprodukts, insbesondere Metallbands, negativ beeinflussen. Besonders charakteristisch beim Kaltwalzen bestimmter Aluminiumgüten und Stahlgüten sind die sogenannten 3rd-Octave- und 5th-Octave-Chatterschwingungen (Ratterschwingungen), die nach der Lage ihrer Schwingungsfrequenz in der jeweiligen musikalischen Oktavlage (3. Oktave: 110 Hz–220 Hz, 5. Oktave: 440 Hz–880 Hz) benannt sind.
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Bei 5th-Octave-Chatterschwingungen handelt es sich in der Regel um Eigenschwingungsformen des Walzensatzes eines Walzgerüsts im Frequenzbereich zwischen 500 Hz und 1000 Hz, die durch äußere Anregungen (sogenannte „Forcing Functions"), wie beispielsweise drehzahlproportionale Anregungsfrequenzen aus Wälzlagern oder der Walzen oder Zahneingriffsfrequenzen von Getriebestufen angeregt werden. Diese verursachen meist quer zur Produkt- bzw. Bandlaufrichtung orientierte Oberflächen- und/oder Formfehler im gewalzten Metallprodukt.
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Demgegenüber handelt es sich bei der 3rd-Octave-Chatterschwingung um eine selbsterregte Schwingungsform, die ebenfalls zu quer zur Produkt- bzw. Bandlaufrichtung orientierten Dickenfehlern und in der Folge bei hohen Amplituden zu Bandrissen führen kann. Die Instabilität entsteht hier dadurch, dass eine bestimmte Eigenschwingungsform des kompletten Walzensatzes im Walzgerüst durch eine im Walzprozess systemimmanente Rückkopplung destabilisiert wird. Die Chatter-relevante Eigenschwingungsform des Walzgerüsts ist in der Regel diejenige, bei der ein oberer und ein unterer Walzensatz im Walzgerüst im Wesentlichen gegeneinander schwingen. Dadurch besteht für die Anregung dieser Schwingungsform aus dem Walzspalt heraus ein hohes energetisches Potential. Die Frequenz dieser Eigenschwingungsform liegt üblicherweise zwischen 80 Hz und 160 Hz. Die destabilisierende Rückkopplung (Mitkopplung) entsteht durch den Walzprozess selbst, indem durch Änderungen der Auslaufdicke verursachte Änderungen der Einlaufgeschwindigkeit aufgrund des Massenflussgesetzes Schwankungen des Einlaufzuges verursachen, die ihrerseits auf die Walzkraft zurückwirken (sogenannte Zugrückwirkung) und so wiederum die Auslaufdicke beeinflussen.
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Die Entstehungsmechanismen sowie die technologischen Auswirkungen der 3rd-Octave- und 5th-Octave-Chatterschwingungen sind im Wesentlichen bekannt und in der einschlägigen Literatur beschrieben. Ihre Auswirkungen auf die Qualität des gewalzten Metallprodukts hinsichtlich Dicke, Planheit und Oberfläche sowie durch erhöhte Bandrissquoten und verminderten Walzgeschwindigkeiten auf die Produktionsleistung beeinträchtigen auch heute noch in erheblichem Umfang die Produktion von Stahl-Kaltband und Aluminium-Kaltband.
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Da die beiden Ständer eines Walzgerüsts an den Schwingungsformen des 5th-Octave-Chatter kaum beteiligt sind und da der Walzensatz des Walzgerüsts aufgrund der aus der jeweiligen Walzaufgabe resultierenden Randbedingungen zu gestalten ist, sind die Möglichkeiten zu Reduzierung oder Vermeidung dieser Schwingungsformen sehr eingeschränkt. Zur Vermeidung der selbsterregten 3rd-Octave Chatterschwingungen, die über die Limitierung der maximalen Walzgeschwindigkeit die Produktionsleistung von mehrgerüstigen Walzanlagen begrenzen, existiert eine Reihe von Ansätzen, die neben der Optimierung von Stichplan- und Prozessparametern die Erhöhung von passiver Dämpfung, beispielsweise durch Reibung, sowie Verfahren zur aktiven Bedämpfung umfassen. Die beiden erstgenannten Ansätze besitzen den Nachteil, dass sich hiermit die Chatter-Grenzgeschwindigkeit, also die Walzgeschwindigkeit, bei der die Stabilitätsgrenze für die selbsterregte 3rd-Octave-Chatterschwingung erreicht wird, in der Regel nur um vergleichsweise geringe Beträge, beispielsweise 50 m/min–200 m/min, erhöhen lässt. Die maximal mögliche Anlagengeschwindigkeit kann mit diesen Ansätzen in vielen Fällen nicht erreicht werden.
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Zur aktiven Bedämpfung von 3rd-Octave-Chatterschwingungen wird in der einschlägigen Literatur eine Reihe von Verfahren angegeben. Beispielsweise offenbart
EP 2 052 796 A1 ein solches Verfahren, nach dem Druckänderungen unmittelbar in einem an einen Kolben eines den Walzspalt einstellenden Hydraulikzylinders angrenzenden Druckraum erzeugt werden. Hierzu sind an dem Kolben mehrere kleine Kolben axial bewegbar geführt, die über Linearaktoren betätigbar sind.
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WO 2015/092775 A1 offenbart ein weiteres Verfahren zum aktiven Dämpfen von Schwingungen in einem Walzgerüst. Hierzu werden hydraulische Stellglieder eingesetzt, die zur aktiven Schwingungsdämpfung auf Lagereinheiten von Walzen wirken, über welche die Walzen an einem Ständer des Walzgerüsts geführt sind. An jedem hydraulischen Stellglied ist ein piezoelektrischer Injektor angeordnet, der direkt in die Druckkammer des hydraulischen Stellglieds eingeschoben ist. Der dämpfende Effekt wird durch eine Hochdruck-Öleinspritzung in die hydraulischen Stelleinheiten erzeugt.
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Eine Aufgabe der Erfindung ist es, eine optimale aktive Dämpfung von Schwingungen in einem Walzgerüst unter geringem konstruktivem Aufwand zu ermöglichen.
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Diese Aufgabe wird durch die unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind insbesondere in den abhängigen Patentansprüchen angegeben, die jeweils für sich genommen oder in verschiedener Kombination miteinander einen Aspekt der Erfindung darstellen können.
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Ein erfindungsgemäßes Walzgerüst zum Walzen, bevorzugt Kaltwalzen, von Metallprodukten umfasst wenigstens einen Aktor, der zur aktiven Dämpfung von Schwingungen in dem Walzgerüst ansteuerbar ist, und wenigstens eine nicht oder ausschließlich über eine Keilanstellung des Walzgerüsts anstellbare Stützwalze zum Abstützen einer Arbeitswalze oder Zwischenwalze des Walzgerüsts. Die Stützwalze ist endseitig über jeweils eine Lagereinheit an einem Ständer des Walzgerüsts geführt. Erfindungsgemäß stützt sich die Stützwalze über wenigstens eine Lagereinheit an dem Aktor ab und stützt sich der Aktor entweder unmittelbar oder mittelbar über wenigstens eine Nachstellvorrichtung zur Passlineeinstellung, z. B. einer Keileinstellung an einem Abschnitt des Ständers ab, so dass der Aktor somit im Hauptkraftfluss des Walzgerüstes liegt.
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Durch die aktive Dämpfung der Schwingungen in dem Walzgerüst mittels des Aktors können insbesondere 3rd-Octave- und 5th-Octave-Chatterschwingungen beseitigt werden. Hierdurch können schwingungsbedingte Qualitätseinbußen hinsichtlich Dicke, Planheit und Oberfläche am gewalzten, insbesondere kaltgewalzten, Metallprodukt, insbesondere Stahlband oder Aluminiumband, vermieden werden. Durch die aktive Schwingungsdämpfung können zudem die Produktivität bzw. die Walzgeschwindigkeit gesteigert werden. Hierdurch können von Kunden geforderte und vertraglich zugesicherte Anlagengeschwindigkeiten zuverlässig erreicht und auch überschritten werden.
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Weiterhin erlaubt es die aktive Dämpfung, Wartungsaufwände und – intervalle zu reduzieren, da sie die Auswirkungen von den oben genannten äußeren Anregungen auf die Produktqualität reduziert. D. h. mit aktiver Dämpfung ist für gleich bleibende Produktqualität ein schlechterer Anlagenzustand im Hinblick auf Anregungsamplituden zulässig, als ohne.
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Bei der Erfindung handelt es sich um eine einfache, kostengünstige, leicht integrierbare und nachrüstbare Lösung, insbesondere wenn der Aktor am Einbauort einer herkömmlichen Kraftmessdose an dem Walzgerüst angeordnet wird. Es sind dann praktisch keine konstruktiven Änderungen an einem Walzgerüst für die Integration des Aktors erforderlich. Daher kann die Erfindung sowohl im Zuge von Nachrüstungen vorhandener Walzgerüste als auch bei neuen Walzgerüsten realisiert werden. Im Gegensatz hierzu ist die mit
EP 2 052 796 A1 vorgeschlagene Lösung vergleichsweise aufwendig, teuer und wartungsintensiv.
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Herkömmliche Lösungen zur aktiven Dämpfung von Schwingungen in einem Walzgerüst arbeiten meist mit Stellgliedern einer technologischen Regelung einer Level-Automation, beispielsweise zur Biegung/Planheitsregelung, zusammen. Dadurch können gegebenenfalls wichtige Stellglieder zur Regelung der Produktqualität durch eine Vorrichtung oder Regelung zur aktiven Schwingungsbedämpfung beeinträchtigt werden. Dies ist bei der Erfindung nicht gegeben, da der Aktor des erfindungsgemäßen Walzgerüsts nicht mit entsprechenden Stellgliedern zusammenwirkt bzw. kombiniert ist.
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Ein weiterer Nachteil des Einbaus von piezohydraulischen Aktoren in hydraulische Steuerungen, wie es beispielsweise mit
WO 2015/092775 A1 vorgeschlagen wird, ist das viskose Verhalten des verwendeten Hydrauliköls. Trotz des hohen Systemdrucks von üblicherweise mehr als 200 bar besitzt das Hydrauliköl eine Elastizität, die für die Gesamtwirkung des Systems zu berücksichtigen ist. Dies ist bei der Erfindung nicht erforderlich, da der Aktor des erfindungsgemäßen Walzgerüsts nicht in eine entsprechende hydraulische Steuerung eingebaut ist.
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Darüber hinaus steht für den Einbau bekannter Lösungen in einem Ständerfenster eines Ständers eines Walzgerüsts meist nur ein begrenzter Einbauraum zur Verfügung. Dies gilt insbesondere in unmittelbarer Nähe zum Walzspalt sowie im Bereich von Walzenbiegesystemen, einer Walzenkühlung und einer Abblasung. Wenn dazu noch die Temperatursituation im Walzgerüst sowie die Wärmeentwicklung eines Piezoaktors selbst in Betracht gezogen werden, können für die oben genannten Einbauorte in der Nähe des Walzspaltes weitere thermische Probleme entstehen. Diese Probleme treten bei der Erfindung nicht auf, da der Aktor des erfindungsgemäßen Walzgerüsts nicht an einem der oben genannten Einbauorte angeordnet ist.
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Das erfindungsgemäße Walzgerüst kann auch zwei oder mehrere entsprechende Aktoren aufweisen, die zur aktiven Dämpfung der Schwingungen in dem Walzgerüst gemeinsam oder einzeln ansteuerbar sind. Die Ansteuerung des Aktors bzw. der Aktoren kann beispielsweise elektrisch erfolgen.
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Die Stützwalze kann entweder nicht oder ausschließlich über eine Nachstellvorrichtung zur Passlineeinstellung des Walzgerüsts anstellbar sein. Die Keilanstellung dient der Passlinienverstellung der Stützwalze und der damit abgestützten Arbeitswalze, was durch eine quer gerichtete Verlagerung des Anstellkeils der Keilanstellung erreicht wird. Die mit der Stützwalze gegebenenfalls über die Zwischenwalze abgestützte Arbeitswalze wirkt mit einer weiteren Arbeitswalze des Walzgerüsts zusammen, wobei zwischen diesen Arbeitswalzen ein Walzspalt vorhanden ist. Die weitere Arbeitswalze und gegebenenfalls Zwischenwalze kann ebenfalls mit einer weiteren Stützwalze abgestützt sein und gemeinsam mit dieser zur Einstellung des Walzspalts mittels wenigstens einer, insbesondere mechanischen oder hydraulischen, Anstelleinrichtung verlagerbar an dem Ständer geführt sein. Die Stützwalzen und die Arbeitswalzen und gegebenenfalls Zwischenwalze sind jeweils endseitig über jeweils eine Lagereinheit an dem Ständer geführt.
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Erfindungsgemäß stützt sich die nicht oder ausschließlich über die Keilanstellung des Walzgerüsts anstellbare Stützwalze über eine endseitige Lagereinheit oder beide endseitigen Lagereinheiten an dem Aktor ab. Ist die Stützwalze nicht anstellbar, stützt sich der Aktor vorzugsweise unmittelbar an dem Abschnitt des Ständers ab. Ist die Stützwalze ausschließlich über die Keilanstellung des Walzgerüsts anstellbar, stützt sich der Aktor vorzugsweise mittelbar über wenigstens einen Anstellkeil der Keilanstellung an einem Abschnitt des Ständers ab.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung ist der Aktor ein piezo-mechanischer Aktor oder ein piezo-hydraulischer Aktor. Der Aktor ist vorzugsweise als kompaktes bzw. bauraumsparendes Modul ausgebildet, das wahlweise mit einer piezo-mechanischen Aktorik oder einer piezo-hydraulischen Aktorik ausgestattet ist. Die piezo-mechanische Aktorik basiert auf piezokeramischen Wandlern, die direkt in die mechanische Struktur des schwingungsfähigen Systems integriert sind und dort unmittelbar dynamische Kräfte einleiten. Im Gegensatz hierzu wirken die piezokeramischen Wandler einer piezo-hydraulischen Aktorik mittelbar über zusätzliche hydraulische Wandler auf das System. In beiden Fällen wird über eine elektrische Ansteuerung der piezokeramischen Wandler die benötigte mechanische Stellamplitude (Kraft/Weg) erzeugt. Über einen piezo-mechanischen Aktor können dynamische Kräfte in einem Frequenzbereich von bis zu 1 kHz eingeleitet werden, so dass diese Technik grundsätzlich sowohl für die aktive Dämpfung der 3rd-Octave- als auch der 5th-Octave-Chatterschwingungen in Betracht kommt. Im Rahmen von theoretischen Voruntersuchungen wurden mehrere mögliche Einbauorte für den Aktor im Bereich des Walzgerüsts untersucht und bewertet. Der erfindungsgemäße Einbauort zwischen einer Lagereinheit der Stützwalze und dem Abschnitt des Ständers ist für den Einsatz von Piezo-Aktorik besonders geeignet, weil hier eine hohe Wirksamkeit im Hinblick auf die aktive Dämpfung der 3rd-Octave-Chatterschwingungen in Kombination mit einem relativ geringen Aktorvolumen gegeben ist. Insbesondere kann der Aktor zwischen einem unterem Ständerquerhaupt und einer Lagereinheit der Stützwalze angeordnet sein.
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Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist der Aktor zum Erfassen von Walzkräften eingerichtet. Hierzu kann eine vorhandene Kraftmessdose durch den Aktor ersetzt werden. Es kann dann auf übliche Kraftmessdosen im Einbaubereich verzichtet werden, da der Aktor die Messfunktion einer Kraftmessdose übernimmt. Als Messprinzip für die Kraftmessung kommt hierbei entweder die Kraftmessung über die als Aktor verwendeten Piezoelemente oder die Kraftmessung über eine separat in die Aktoreinheit zu integrierende Kraftmessung, z. B. über Dehnungsmessstreifen in Betracht. Eine Kraftmesszelle bzw. Kraftmessdose ist üblicherweise zwischen der der Einstellung der Passline dienenden Nachstellvorrichtung, z. B. einer Keilanstellung und einer Lagereinheit einer Stützwalze angeordnet. Durch den Verzicht auf Kraftmessdosen können Kosten eingespart werden.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung umfasst das Walzgerüst wenigstens zwei entsprechende Aktoren, wobei sich die Lagereinheiten der Stützwalze an jeweils einem Aktor abstützen und sich die beiden Aktoren jeweils entweder unmittelbar oder mittelbar über wenigstens eine Nachstellvorrichtung zur Passlineeinstellung an einem Abschnitt des Ständers abstützen. Somit kommen pro Walzgerüst zwei Aktoren zum Einsatz, wobei ein Aktor an einem antriebsseitigen Ständer und ein Aktor an einem bedienseitigen Ständer des Walzgerüsts angeordnet sein kann.
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Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung sieht vor, dass das Walzgerüst wenigstens einen an dem Ständer angeordneten Schwingungssensor zum Erfassen der Schwingungen des Walzgerüsts aufweist. Der Schwingungssensor kann zur Erfassung von Schwingungen in vertikaler Richtung eingerichtet sein. Mit dem Schwingungssensor können insbesondere die 3rd-Octave- und 5th-Octave-Chatterschwingungen erfasst werden. Das Walzgerüst kann auch zwei oder mehrere Schwingungssensoren aufweisen. Der Einsatz von zwei Schwingungssensoren pro Walzgerüst ist hinreichend, um die beschriebenen Schwingungsphänomene ausreichend genau zu erfassen und entsprechende Schwingungssignale bereitzustellen.
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Vorteilhafterweise ist der Schwingungssensor bezüglich eines Walzspalts, der zwischen zusammenwirkenden Arbeitswalzen des Walzgerüsts ausgebildet ist, an einem Abschnitt des Ständers angeordnet ist, der dem Abschnitt des Ständers, an dem sich der Aktor bzw. der Anstellkeil abstützt, gegenüberliegend angeordnet. Der Schwingungssensor kann beispielsweise auf einem oberen Ständerquerhaupt des Ständers des Walzgerüsts montiert sein. Das Walzgerüst kann zwei in Querrichtung beabstandet voneinander angeordnete Ständer aufweisen, an deren jeweiligem Ständerquerhaupt jeweils ein Schwingungssensor angeordnet ist.
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Vorzugsweise ist der Schwingungssensor eingerichtet, Schwingungen in einem Frequenzbereich von etwa 0,5 Hz bis etwa 2000 Hz zu erfassen. Hierdurch können mit dem Sensor insbesondere die 3rd-Octave- und 5th-Octave-Chatterschwingungen aber auch andere, die Qualität des Walzgutes beeinträchtigende Schwindungen erfasst werden.
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Es ist des Weiteren von Vorteil, wenn der Schwingungssensor ein Beschleunigungssensor ist. Mit dem Beschleunigungssensor können insbesondere Beschleunigungen in vertikaler Richtung erfasst werden.
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Eine erfindungsgemäße Walzanlage zum Walzen, bevorzugt Kaltwalzen, von Metallobjekten umfasst wenigstens ein Walzgerüst und wenigstens ein System zum aktiven Dämpfen von Schwingungen in dem Walzgerüst, wobei das Walzgerüst nach einer der vorgenannten Ausgestaltungen oder einer beliebigen Kombination derselben ausgebildet ist. Das System umfasst wenigstens eine signaltechnisch mit dem Schwingungssensor und dem Aktor verbundene Regelelektronik, mit der von dem Schwingungssensor erzeugte Schwingungssignale zur Erzeugung von Stellsignalen auswertbar sind und die eingerichtet ist, den Aktor zur Einleitung von Gegenschwingungen in das Walzgerüst mit den jeweiligen Stellsignalen anzusteuern.
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Mit der Walzanlage sind die oben mit Bezug auf das Walzgerüst genannten Vorteile entsprechend verbunden. Die Walzanlage kann auch zwei oder mehrere entsprechende Walzgerüste aufweisen, denen jeweils ein eigenes System zum aktiven Dämpfen von Schwingungen in dem Walzgerüst zugeordnet ist. Alternativ kann den Walzgerüsten ein einziges gemeinsames System zum aktiven Dämpfen von Schwingungen in dem Walzgerüst zugeordnet sein. Die Walzanlage kann insbesondere eine ein- oder mehrgerüstige Stahl- oder Aluminium-Kaltwalzanlage sein. Das System kann ein Regelsystem und einen damit signaltechnisch verbundenen Signalverstärker zum Verstärken der Stellsignale aufweisen.
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Die aktive Schwingungsbedämpfung kann somit wenigstens einen Schwingungssensor, über den die Schwingungen in dem Walzgerüst gemessen werden können, wenigstens einen Aktor, der dem zu bedämpfenden Walzgerüst an geeigneter Stelle eine Gegenschwingung einprägt sowie ein Regelsystem umfassen, welches die zur Auslöschung der Schwingungen am interessierenden Ort im Walzgerüst erforderliche Gegenschwingung in Frequenz, Amplitude und Phase berechnet und für die Ansteuerung des Aktuators aufbereitet. Aus regelungstechnischer Sicht kann die Reduzierung der Schwingungsamplitude über das Aufbringen einer Gegenschwingung auch als (gesteuerte) Erhöhung der Dämpfung interpretiert werden, weshalb man von „aktiver Dämpfung" spricht.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung ist die Regelelektronik zum Online-Überwachen der Schwingungen des Walzgerüsts, zum Online-Visualisieren von Schwingungspegeln der Schwingungen des Walzgerüsts, zum automatischen Anfahren wenigstens einer schwingungsarmen Walzgeschwindigkeit und/oder zum automatischen Verringern einer momentanen Walzgeschwindigkeit in Abhängigkeit der momentan erfassten Schwingungen des Walzgerüsts eingerichtet. Das Überwachen und Visualisieren der Schwingungen in dem Walzgerüst macht eine optische Kontrolle und ein eventuelles Eingreifen in einen Walzvorgang durch Bedienpersonal möglich. Das automatische Anfahren geeigneter, schwingungsarmer Walzgeschwindigkeitsbereiche dient der Verbesserung des Walzergebnisses bzw. der Produktqualität. Das automatische Verringern einer momentanen Walzgeschwindigkeit in Abhängigkeit der momentan erfassten Schwingungen des Walzgerüsts (Auto-SIow-Down-Funktionalität) dient insbesondere der Vermeidung von Bandrissen beim Auftreten von 3rd-Octave-Chatterschwingungen. Insgesamt kann die Regelelektronik auch aus mehreren separaten Modulen bestehen, die anlagenindividuell zusammengestellt werden
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Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist die Regelelektronik eingerichtet, Frequenzen, Amplituden und/oder Phasenlagen der zu erzeugenden Gegenschwingungen zu ermitteln. Die Regelelektronik kann die Schwingungssignale des Schwingungssensors bzw. der Schwingungssensoren verarbeiten, um eine optimale Signalform, das heißt die Frequenz und die Amplitude, sowie die Phasenlage einer oder mehrerer Gegenschwingungen zu berechnen, die erforderlich sind, um die jeweils korrespondierenden, unerwünschten Schwingungen in dem Walzgerüst auszulöschen.
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Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung sieht vor, dass die Regelelektronik eingerichtet ist, die Stellsignale unter Berücksichtigung eines Übertragungsverhaltens des Schwingungssensors, des Aktors und/oder eines Walzgerüsts des Walzwerks zu erzeugen. Hierdurch kann die gezielte Einleitung der Gegenschwingungen in das Walzgerüst verbessert werden.
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Vorteilhafterweise ist die Regelelektronik eingerichtet, auf zeitliche Änderungen von Charakteristika des Aktors und/oder einer angewendeten Regelstrecke zu reagieren. Die Regelelektronik basiert hierdurch auf einer adaptiven Regelung, so dass die Regelung sich selbsttätig an veränderte Bedingungen und Gegebenheiten anpassen kann, um die gezielte Einleitung der Gegenschwingungen in das Walzgerüst zu optimieren.
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Nach einem erfindungsgemäßen Verfahren zum aktiven Dämpfen von Schwingungen in einem Walzgerüst zum Walzen, bevorzugt Kaltwalzen, von Metallprodukten werden die Schwingungen in dem Walzgerüst erfasst und den Schwingungen entgegenwirkende Gegenschwingungen erzeugt, wobei die Gegenschwingungen mittels wenigstens eines Aktors erzeugt werden, wobei die Gegenschwingungen in wenigstens eine nicht oder ausschließlich über eine Keilanstellung des Walzgerüsts anstellbare Stützwalze zum Abstützen einer Arbeitswalze oder Zwischenwalze des Walzgerüsts eingeleitet werden, die über wenigstens eine Lagereinheit, über die sie an einem Ständer des Walzgerüsts geführt ist, an dem Aktor abgestützt wird, und wobei der Aktor entweder unmittelbar oder mittelbar über eine Nachstelleinrichtung zur Passlineeinstellung an einem Abschnitt des Ständers abgestützt wird.
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Mit dem Verfahren sind die oben mit Bezug auf das Walzgerüst und die Walzanlage genannten Vorteile entsprechend verbunden. Insbesondere kann das Walzgerüst bzw. die Walzanlage zur Durchführung des Verfahrens verwendet werden. Vorteilhafte Ausgestaltungen des Walzgerüsts und der Walzanlage, sofern sie Verfahrensmerkmale enthalten, sind vorteilhafte Ausgestaltungen des Verfahrens, auch wenn dies nicht explizit beschrieben ist.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung wird der Aktor zum Erfassen von Walzkräften verwendet. Mit dieser Ausgestaltung sind die oben mit Bezug auf die entsprechende Ausgestaltung des Walzgerüsts genannten Vorteile entsprechend verbunden.
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Im Folgenden wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die anliegenden Figuren anhand einer bevorzugten Ausführungsform exemplarisch erläutert, wobei die nachfolgend erläuterten Merkmale sowohl jeweils für sich genommen als auch in unterschiedlicher Kombination miteinander einen Aspekt der Erfindung darstellen können. Es zeigen:
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1: eine schematische und perspektivische Darstellung eines Ausführungsbeispiels für eine erfindungsgemäße Walzanlage; und
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2: eine schematische und perspektivische Detaildarstellung des Walzgerüsts der in 1 gezeigten Walzanlage.
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1 zeigt eine schematische und perspektivische Darstellung eines Ausführungsbeispiels für eine erfindungsgemäße Walzanlage 1 zum Walzen, insbesondere Kaltwalzen, von Metallobjekten. Die Walzanlage 1 umfasst ein Walzgerüst 2 und ein System 3 zum aktiven Dämpfen von Schwingungen in dem Walzgerüst 2.
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Das Walzgerüst 2 umfasst eine obere Arbeitswalze 4 und eine damit zusammenwirkende untere Arbeitswalze 5, zwischen denen ein Walzspalt 6 ausgebildet ist. Die Arbeitswalzen 4 und 5 sind jeweils endseitig über jeweils eine Lagereinheit 7 an jeweils einem Ständer 8 des Walzgerüsts 2 geführt. Des Weiteren umfasst das Walzgerüst 2 eine die obere Arbeitswalze 4 abstützende obere Stützwalze 9 und eine die untere Arbeitswalze 5 abstützende untere Stützwalze 10. Die Stützwalzen 9 und 10 sind jeweils endseitig über jeweils eine Lagereinheit 11 an jeweils einem Ständer 8 des Walzgerüsts 2 geführt. Das Walzgerüst 2 umfasst zudem zwei an jeweils einen Ständer 8 angeordnete Anstelleinheiten 12 zum Anstellen der oberen Arbeitswalze 4 gemeinsam mit der oberen Stützwalze 9 und zum Einstellen der Höhe des Walzspalts 6. Zudem dienen die Anstelleinheiten 12 zum Erzeugen der jeweiligen Walzkräfte. Ferner umfasst das Walzgerüst 2 eine an den Ständern 8 angeordnete Keilanstellung 13 mit einem Anstellkeil 14 und eine den Anstellkeil 14 betätigende Stelleinrichtung 15.
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Das Walzgerüst 2 umfasst zwei Aktoren 16, die zur aktiven Dämpfung von Schwingungen in dem Walzgerüst 2 ansteuerbar sind. Des Weiteren umfasst das Walzgerüst 2, wie oben ausgeführt, die ausschließlich über die Keilanstellung 13 des Walzgerüsts 2 anstellbare untere Stützwalze 10 zum Abstützen der unteren Arbeitswalze 5 des Walzgerüsts 2. Die untere Stützwalze 10 stützt sich über die Lagereinheiten 11 an jeweils einem der beiden Aktoren 16 ab. Die Aktoren 16 stützen sich mittelbar über den Anstellkeil 14 der Keilanstellung 13 an einem Abschnitt 17 des jeweiligen Ständers 8 ab, wobei es sich bei dem jeweiligen Abschnitt 17 um ein unteres Ständerquerhaupt handelt. Somit werden durch die Aktoren 16 die herkömmlich an diesem Einbauort befindlichen, nicht gezeigten Kraftmessdosen ersetzt.
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Die Aktoren 16 sind jeweils als piezo-mechanischer Aktor oder als piezohydraulischer Aktor ausgebildet. Die Aktoren 16 können zum Erfassen von Walzkräften eingerichtet sein, was einen Verzicht auf herkömmliche Kraftmessdosen ermöglicht.
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Das Walzgerüst 2 umfasst des Weiteren zwei an jeweils einem Ständer 8 angeordnete Schwingungssensoren 18 zum Erfassen der Schwingungen des Walzgerüsts 2. Jeder Schwingungssensor 18 ist bezüglich des Walzspalts 6 an einem Abschnitt 19 des jeweiligen Ständers 8 angeordnet, der dem Abschnitt 17 des jeweiligen Ständers 8, an dem sich der Anstellkeil 14 abstützt, gegenüberliegend angeordnet ist. Der Abschnitt 19 ist durch ein oberes Ständerquerhaupt des jeweiligen Ständers 8 gebildet. Jeder Schwingungssensor 18 kann eingerichtet sein, Schwingungen in einem Frequenzbereich von etwa 0,5 Hz bis etwa 2000 Hz zu erfassen. Jeder Schwingungssensor 18 kann ein Beschleunigungssensor sein.
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Das System 3 umfasst eine signaltechnisch mit den Schwingungssensoren 18 und den Aktoren 16 verbundene Regelelektronik 20, mit der von den Schwingungssensoren 18 erzeugte Schwingungssignale zur Erzeugung von Stellsignalen auswertbar sind und die eingerichtet ist, die Aktoren 16 zur Einleitung von Gegenschwingungen in das Walzgerüst 2 mit den jeweiligen Stellsignalen anzusteuern. Des Weiteren umfasst das System 3 einen Signalverstärker 21 zum Verstärken der den Aktoren 16 zuzuführenden Stellsignale.
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Die Regelelektronik 20 kann zum Online-Überwachen der Schwingungen des Walzgerüsts 2, zum Online-Visualisieren von Schwingungspegeln der Schwingungen des Walzgerüsts 2, zum automatischen Anfahren wenigstens einer schwingungsarmen Walzgeschwindigkeit und/oder zum automatischen Verringern einer momentanen Walzgeschwindigkeit in Abhängigkeit der momentan erfassten Schwingungen des Walzgerüsts 2 eingerichtet sein. Des Weiteren kann die Regelelektronik 20 eingerichtet sein, notwendige Frequenzen, Amplituden und/oder Phasenlagen der zu erzeugenden Gegenschwingungen zu ermitteln. Zudem kann die Regelelektronik 20 eingerichtet sein, die Stellsignale unter Berücksichtigung eines Übertragungsverhaltens der Schwingungssensoren 18, der Aktoren 16 und/oder eines durch die Walzen 4, 5, 9 und 10 gebildeten Walzwerks des Walzgerüsts 2 zu erzeugen. Ferner kann die Regelelektronik 20 eingerichtet sein, auf zeitliche Änderungen von Charakteristika der Aktoren 16 und/oder einer angewendeten Regelstrecke zu reagieren.
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2 zeigt eine schematische und perspektivische Detaildarstellung des Walzgerüsts 2 der in 1 gezeigten Walzanlage. Es ist insbesondere die Anordnung der Aktoren 16 an dem Anstellkeil 14 der Keilanstellung 13 besser ersichtlich, der sich an den unteren Abschnitten 17 der Ständer 8 abstützt. Im Übrigen wird zur Vermeidung von Wiederholungen auf die obige Beschreibung zu 1 verwiesen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Walzanlage
- 2
- Walzgerüst
- 3
- System
- 4
- obere Arbeitswalze
- 5
- untere Arbeitswalze
- 6
- Walzspalt
- 7
- Lagereinheit
- 8
- Ständer
- 9
- obere Stützwalze
- 10
- untere Stützwalze
- 11
- Lagereinheit
- 12
- Anstelleinheit
- 13
- Nachstellvorrichtung zur Passlineeinstellung in der Bauform einer Keilanstellung
- 14
- Bauteil der Nachstellvorrichtung in Form eines Anstellkeiles
- 15
- Stelleinrichtung
- 16
- Aktor
- 17
- unterer Abschnitt von 8
- 18
- Schwingungssensor
- 19
- oberer Abschnitt von 8
- 20
- Regelelektronik
- 21
- Signalverstärker
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- EP 2052796 A1 [0009, 0016]
- WO 2015/092775 A1 [0010, 0018]
