DE102019123836A1

DE102019123836A1 - Schrägwalzaggregat sowie Verfahren zum Anstellen des Walzkalibers eines Schrägwalzaggregats

Info

Publication number: DE102019123836A1
Application number: DE102019123836.6A
Authority: DE
Inventors: Martin Sauerland; Susanne Zeller; Matthias Krahn
Original assignee: SMS Group GmbH
Current assignee: SMS Group GmbH
Priority date: 2019-09-05
Filing date: 2019-09-05
Publication date: 2021-03-11
Also published as: WO2021043374A1; US20220339683A1; EP4025359A1; CN114375231A; JP2022548209A; DE112020004223A5

Abstract

Ein Schrägwalzaggregat sowie ein Verfahren zum Anstellen des Walzkalibers eines Schrägwalzaggregats mit zumindest zwei Walzen und mit einem Walzenständer, in welchem wenigstens einer der Walzen zur Veränderung des Walzkalibers in seiner Position anstellbar gelagert ist, ermöglichen auch während des Walzens ein Verstellen des Walzkalibers mit einer Walzenpositioniereinrichtung, welche sich durch einen Ständer gebundenen Teil und einen dazu während des Walzens verfahrbaren Walzstuhl gebundenen Teil auszeichnet, welche gegeneinander verstellbar sind und/oder die Walzenpositioniereinrichtung sich durch einen Antrieb auszeichnet, der derart dimensioniert ist um Walzkräfte aufbringen zu können.

Description

Die Erfindung betrifft ein Schrägwalzaggregat sowie ein Verfahren zum Anstellen des Walzkalibers eines Schrägwalzenaggregats.
Derartige Schrägwalzaggregate bzw. Anstellverfahren sind beispielsweise aus der EP 2 116 312 A1 bekannt. Hierbei umfasst das Schrägwalzaggregat zumindest zwei jeweils in Walzstühlen gelagerte Walzen, einen Walzenständer, in welchem wenigstens einer der Walzstühle zur Veränderung des Walzkalibers, dort des Vorschubs, in seiner Position über eine Walzstuhlanstellung, dort eine Exzenterbuchse, anstellbar gelagert ist.
Es ist Aufgabe vorliegender Erfindung, Schrägwalzaggregate sowie Verfahren zum Anstellen des Walzkalibers von Schrägwalzaggregaten bereitzustellen, die ein möglichst gutes Walzergebnis erzielen lassen.
Die Aufgabe der Erfindung wird durch Schrägwalzaggregate sowie Verfahren zum Anstellen des Walzkalibers von Schrägwalzaggregaten mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche gelöst. Weitere, ggf. auch unabhängig hiervon, vorteilhafte Ausgestaltungen befinden sich in den Unteransprüchen sowie in der nachfolgenden Beschreibung.
Hierbei geht die Erfindung von der Grunderkenntnis aus, dass ein gutes Walzergebnis erzielt werden kann, wenn auch während des Walzens ein Verstellen des Walzkalibers ermöglicht wird. Hierdurch kann das Walzkaliber dann entsprechend an sich verändernde Walzparameter, die beispielsweise durch geeignete Messungen gewonnen werden können, angepasst werden.
Das Schrägwalzaggregat umfasst zumindest zwei Walzen und einen Walzenständer, in welchem wenigstens einer der Walzen zur Veränderung des Walzkalibers in seiner Position anstellbar gelagert ist. Hierdurch können die Walzen mit einem bestimmten Walzkaliber angestellt werden.
Insbesondere können jeweils beide oder wenn mehr Walzen und zugehörige Walzenstühle zur Anwendung kommen, alle der Walzenstühle der beiden Walzen zur Veränderung des Walzkalibers in ihrer Position über einer Walzstuhlanstellung anstellbar gelagert sein, was eine präzisere Anpassung bzw. Ausrichtung des Walzkalibers ermöglicht.
Um Schrägwalzaggregate bereitzustellen, die ein möglichst gutes Walzergebnis erzielen lassen, kann sich in Umsetzung der vorstehend genannte Grunderkenntnis ein Schrägwalzaggregat mit zumindest zwei Walzen und mit einem Walzenständer, in welchem wenigstens einer der Walzen zur Veränderung des Walzkalibers in seiner Position anstellbar gelagert ist, dadurch auszeichnen, dass eine Walzenpositioniereinrichtung einen Ständer gebundenen Teil und einen dazu während des Walzens verfahrbaren, Walzstuhl gebundenen Teil umfasst, welche gegeneinander verstellbar sind.
Der erste Teil der Walzenpositioniereinrichtung ist hierbei vorzugsweise fest mit dem Ständer verbunden und der zweite Teil ist mit dem Walzstuhl verbunden. Der Ständer und somit auch der erste Teil der Walzenpositioniereinrichtung verbleiben während des Walzens stationär an derselben Stelle oder können auch ggf. während des Walzens in einer konstanten Bahn umlaufen. Der Walzstuhl und entsprechend auch der damit verbundene zweite Teil der Walzenpositioniereinrichtung sind gegen den ersten Teil bzw. den Walzenständer verstellbar, wobei der Ständer vorzugsweise an seiner Position ggf. auch in seiner umlaufenden Bahn verbleibt und sich der Walzstuhl entsprechend verstellt. Hierbei kann das Verstellen insbesondere während des Walzens erfolgen, wobei sich die Teile der Walzenpositioniereinrichtung auch unter Last verstellen können. So kann das Walzkaliber während des Walzens angepasst werden, um beispielsweise einen sich verändernden Durchmesser am Werkstück zu erzeugen bzw. um beispielsweise auf Geometrieänderungen am Werkstück oder auch auf sich während des Walzens, beispielsweise beim Einlaufen oder Auslaufen, verändernde Walzparameter entsprechend reagieren zu können. Beispielsweise könnte bei nicht konstanter Exzentrizität des Werkstücks das Walzkaliber der Form des Walzstücks individuell während des Walzens angepasst werden.
Darüber hinaus kann sich, um Schrägwalzaggregate bereitzustellen, die ein möglichst gutes Walzergebnis erzielen lassen, ein Schrägwalzaggregat mit zumindest zwei Walzen und mit einem Walzenständer, in welchem wenigstens einer der Walzen zur Veränderungen des Walzkalibers in seiner Position anstellbar gelagert ist, dadurch auszeichnen, dass ein Antrieb der Walzenpositioniereinrichtung derart dimensioniert ist, um Walzkräfte aufbringen zu können.
Ist die Walzenpositioniereinrichtung derart dimensioniert, dass sie die Walzkräfte aufbringen kann, kann sie auch während des Walzens in ihrer Anstellung verändert werden und somit zumindest eine der Walzen entsprechend anders positionieren, was wiederum eine Veränderung des Walzkalibers während des Walzens ermöglicht.
Kumulativ bzw. alternativ kann sich, um Schrägwalzaggregate bereitzustellen, die ein möglichst gutes Walzergebnis erzielen lassen, ein Schrägwalzaggregat mit zumindest zwei Walzen und mit einem Walzenständer, in welchem wenigstens einer der Walzen zur Veränderungen des Walzkalibers in seiner Position anstellbar gelagert ist, dadurch auszeichnen, dass die Dornlage eines Dorns während des Walzens mittels einer Dornlagenverstelleinrichtung verstellbar ist. Auch dieses bedingt dann bei geeigneter konkreter Umsetzung, dass das Walzkaliber entsprechend der oben erläuterten Grunderkenntnis während des Walzens verstellt bzw. angepasst werden kann.
Dadurch kann beispielsweise die Lage des Dorns bezüglich der Walzen verändert und somit auch der Einfluss der Walzkräfte auf das Werkstück bzw. auf den Dorn und mithin das Walzkaliber beeinflusst werden. Beispielsweise kann der Dorn mit der gleichen Geschwindigkeit wie das Werkstück während des Walzens verstellt werden, wodurch das Lochen des Werkstücks nur bis zu der Stelle reicht, bis zu der der Dorn sich nicht mit gleicher Geschwindigkeit und Richtung des Werkstücks verstellte. Auch kann der Dorn bei einem nicht vollständig gelochten Werkstück bzw. nach dem Walzen leichter aus dem Werkstück entfernt werden. Vorstehend genannte Vorteile können insbesondere durch eine Verstellbarkeit eines Dorns während des Walzens mittels einer Dornlagenverstelleinrichtung parallel zum Werkstück begünstigt werden.
Insbesondere durch eine Verstellung der Dornlagenverstelleinrichtung, wenn diese beispielsweise als Dornhalterung entlang der Walzachse von den Walzen beabstandet angeordnet ist, senkrecht zu der Walzachse können der Spreizwinkel oder ähnliches, also auch das Walzkaliber, auch über die Dornlagenverstelleinrichtung verändert werden, was, wie bereits vorstehend angedeutet ggf. auch durch eine geeignete Anstellung bzw. Verstellung der Walzen geschehen kann. Ersteres ermöglicht jedoch eine Änderung des Walzkalibers unabhängig von einer Bewegungsrichtung des Walzstuhls bzw. des Walzstuhl gebundenen Teils der Walzenpositioniereinrichtung bzw. unabhängig von einer Bewegungsrichtung der Walzenpositioniereinrichtung selbst, so dass hier ggf. Anstellmöglichkeiten für das Walzkaliber kostengünstiger bereitgestellt werden können.
Es ist von Vorteil, wenn das Schrägwalzaggregat eine Mehrgrößenregelung umfasst, welche wenigstens zwei Eingangsgrößen und wenigstens eine Ausgangsgröße umfasst, die beide von der Walzenpositioniereinrichtung ermittelbar sind bzw. an die Walzenpositioniereinrichtung übermittelt werden. Die Eingangsgrößen können sich aus Messgrößen zusammensetzen, die beispielsweise von der Walzenpositioniereinrichtung ermittelt bzw. von anderen Messsystemen ermittelt und an diese übermittelt werden. Hierdurch können anhand der gemessenen Daten Regelvorgänge vorgenommen werden, sodass das Schrägwalzaggregat bzw. ein zugehörige Steuerung entsprechend in den Walzprozess eingreifen kann.
Durch die Walzenpositioniereinrichtung ermittelte Messgrößen stehen dem Schrägwalzaggregat auf baulich verhältnismäßig einfache Weise zur Verfügung. Hier sind insbesondere die Walzkraft aber auch die Position der Walzen bzw. auch der Walzstühle als geeignete Messgrößen zu nennen.
So können insbesondere als Eingangsgrößen kumulativ bzw. alternativ hierzu die Messgrößen Werkstückeinlaufgeschwindigkeit, Werkstückauslaufgeschwindigkeit, Wanddicke, Exzentrizität, Außendurchmesser, Ovalität, Walzkraft und Dornhaltekraft aufgenommen werden, die dann kumulativ bzw. alternativ für die Mehrgrößenregelung genutzt werden.
Insofern ist eine Mehrgrößenregelung von Vorteil, die zumindest zwei Eingangsgrößen und wenigstens eine Ausgangsgröße umfasst, da hierdurch der Walzprozess genauer überwacht und entsprechend reagiert werden kann. Hierbei versteht es sich, dass durch noch weitere Eingangs- bzw. Ausgangsgrößen dieser Vorteil noch verstärkt werden kann. Andererseits ist es auch denkbar, dass lediglich eine Eingangsgröße und/oder lediglich eine Ausgangsgröße zum Einsatz kommen, wenn dieses für den konkreten Anwendungsfall ausreichend erscheint.
Die Werkstückeinlaufgeschwindigkeit beschreibt die Geschwindigkeit Werkstücks relativ zu den Walzen vor dem Walzen. Je nach Werkstückeinlaufgeschwindigkeit kann sich auch das erforderliche oder vorteilhafte Walzkaliber ändern. Auch können die Dimensionen des Werkstücks entscheidend dafür sein, welche Werkstückeinlaufgeschwindigkeiten beispielsweise möglich sind. Außerdem kann diese Geschwindigkeit eine erforderliche zu regelnde Größe sein, wenn der Dorn in einem bestimmten Geschwindigkeitsverhältnis zum Werkstück verstellt werden soll. Hierbei versteht es sich, dass, da als Werkstücke Blöcke oder Hohlblöcke zum Einsatz kommen können, die dann gelocht oder auch nicht gelocht das Schrägwalzaggregat durchlaufen, entsprechend die Einlaufgeschwindigkeit der Blöcke oder Hohlblöcke als Messgröße dienen können.
Die Werkstückauslaufgeschwindigkeit beschreibt hingegen die Geschwindigkeit des Werkstücks relativ zu den Walzen nach dem Walzen, nach einem Lochen bzw. beim Herausfahren oder Auslaufen des Werkstücks. Die Hohlblockauslaufgeschwindigkeit ist häufig höher als die Blockeinlaufgeschwindigkeit, da durch das Walzen häufig Material in Richtung der Bewegungsrichtung des Werkstücks verlagert wird. Insbesondere bei Aufweitprozessen, beim Lochen oder auch in anderen Walzprozessen kann die Werkstückauslaufgeschwindigkeit jedoch auch höher als die Werkstückeinlaufgeschwindigkeit sein.
Ggf. kann auch die Differenz zwischen der Werkstückeinlauf- und -auslaufgeschwindigkeit als Messgröße oder als hiervon abgeleitet Größe entsprechend vorteilhaft genutzt werden, da auch diese Größe unter bestimmten Umständen wichtige Informationen über den Walzprozess liefern kann.
Insbesondere beim Schrägwalzen kann auch die Rotationsgeschwindigkeit des Werkstücks, ggf. auch eingangsseitig und/oder ausgangsseitig differenziert, als Messgröße dienen, da auch hieraus Informationen über den Walzprozess gewonnen werden können.
Auch die Position des Werkstücks, wie beispielsweise der Länge des bereits gewalzten oder auch die Länge des nicht zu walzenden Werkstücks kann ggf. eine geeignete Messgröße sein, um den Walzprozess gezielt zu optimieren. Hierdurch können beispielsweise beim Walzbeginn oder auch beim Walzende andere Stellgrößenwerte oder auch eine andere Wichtung von Messgrößen bei der Ermittlung der Stellgrößen vorgesehen sein.
Die Wanddicke beschreibt die Differenz zwischen Außendurchmesser und Innendurchmesser des Werkstücks, insbesondere eines gelochten Blocks oder eines Hohlblocks. Die geforderte bzw. gemessene Wanddicke kann kumulativ bzw. alternativ als Messgröße dienen.
Die Exzentrizität beschreibt die Abweichung einer Ellipse von der Kreisform. Diese Messgröße kann bei einer präventiven Kontrolle notwendig sein, um schon vor dem Walzen die Exzentrizität des Werkstücks feststellen und entsprechend reagieren zu können. Beispielweise kann das Walzen so geregelt werden, dass trotz der Exzentrizität des Werkstücks der Walzvorgang bzw. insbesondere weitere Stell- oder Ausgangsgrößen derart angepasst werden, dass das das gewünschte Walzergebnis erzielt werden kann bzw. dass die Exzentrizität beispielsweise durch geeignete verfahrenstechnische Maßnahmen optimiert und geometrische Unregelmäßigkeiten korrigiert werden können. Auch kann die Exzentrizität ein nachträgliches Kontrollkriterium sein, um zu überprüfen, ob das Walzen die Exzentrizität des Werkstücks verändert hat. Die Exzentrizität kann hierbei sowohl am Außendurchmesser als auch beim Innendurchmesser von Bedeutung sein.
Der Außendurchmesser beschreibt den äußeren Durchmesser des Werkstücks. Unter Bezugnahme der Wanddicke kann beispielsweise auch der Innendurchmesser des Werkstücks, insbesondere eines Rohres, ermittelt und als Eingangsgröße genutzt werden.
Die Ovalität des Werkstücks beschreibt die Differenz zwischen größten und kleinsten Außendurchmesser in einer Ebene. Diese kann zum einen hilfreich sein zu erkennen, ob verfahrenstechnische Anpassungen der Stellgrößen notwendig sind, um ein möglichst gutes Walzergebnis zu erzielen. Zum anderen kann die Ovalität unter anderem als nachträgliche Kontrolle dienen, um beispielsweise Toleranzen zu überprüfen bzw. zu prüfen, inwiefern das Walzen die Dimensionen des Werkstücks beeinflusst hat.
Die Walzkraft beschreibt die Kraft, die das Werkstück während des Walzens erfährt bzw. die Kraft, die die Walzen während des Walzens auf das Werkstück geben. Die Walzkraft kann je nach Dimension und je nach Eigenschaften des Werkstücks variieren. Die Walzkraft muss jedoch während der gesamten Dauer des Walzens aufgetragen werden, um ein betriebssicheres Walzen zu gewährleisten.
Die Dornhaltekraft beschreibt die Kraft, mit der der Dorn, insbesondere während des Walzens auf das Werkstück wirkt und entspricht der Kraft, mit welcher der Dorn während des Walzen gehalten werden muss. Die Größe der Dornhaltekraft kann insbesondere von der Beschaffenheit des Werkstücks und der Werkstückeinlaufgeschwindigkeit abhängen. Auch kann diese Kraft beim Verstellen der Dornlage bzw. des Spreizwinkels entsprechend variieren.
Die Ausgangsgrößen umfassen vorzugsweise Stellgrößen welche beispielsweise zum Regeln des Walzkalibers, insbesondere während des Walzens, verstellt werden.
Die Stellgrößen können insbesondere eine dynamische Positionierverstellung zumindest einer der Walzen, eine Verstellung der Walzmitte durch Verstellen aller Walzen, eine dynamische Verstellung der Dornlage und/oder eine Verstellung des Spreizwinkels umfassen. Die Stellgrößen dienen der Mehrgrößenregelung, indem mit den Stellgrößen auf die Eingangsgrößen reagiert werden kann bzw. die Eingangsgrößen entsprechend geregelt werden. Die Stellgrößen beschreiben allesamt Anstellmöglichkeiten der einzelnen Elemente des Schrägwalzaggregats, wie beispielsweise die Anstellung der Walzen und des Dorns. Diese Anstellmöglichkeiten, welche durch die Stellgrößen bestimmt werden, dienen dazu, aktiv die Messgrößen zu beeinflussen. Beispielsweise kann nur durch eine entsprechende Positionsverstellung der Ober- bzw. Unterwalze eine bestimmte Walzkraft festgelegt werden.
Als Ausgangsgrößen können aber auch die Rotationsgeschwindigkeit der Walzen bzw. die auf die Walzenwirkende Drehantriebskraft und ähnliches kumulativ bzw. alternativ hierzu genutzt werden.
Um Verfahren zum Verstellen des Walzkalibers von Schrägwalzaggregaten bereitzustellen, die ein möglichst gutes Walzergebnis erzielen lassen, können sich die Verfahren zum Anstellen des Walzkalibers eines Schrägwalzaggregats mit zumindest zwei Walzen dadurch auszeichnen, dass zumindest eine der Walzen während des Walzens verstellt wird. Es versteht sich, dass entsprechend vorteilhaft auch zwei oder alle Walzen der Schrägwalzaggregate entsprechend verstellt werden können. Auch hierdurch wird kumulativ bzw. alternativ die eingangs erläutert Grunderkenntnis, dass während des Walzens ein Verstellen des Walzkalibers ermöglicht werden sollte, umgesetzt.
Kumulativ bzw. alternativ kann sich ein Verfahren zum Anstellen des Walzkalibers eines Schrägwalzaggregats mit zumindest zwei Walzen dadurch auszeichnen, dass ein Spreizwinkel bzw. Anstellwinkel und/oder die axiale Position eines Dorns während des Walzens verstellt werden, um ein möglichst gutes Walzergebnis zu erzielen. Auch durch eine Verlagerung des Dorns, sei es in seinem Spreiz- oder Anstellwinkel oder aber in seiner axialen Position in Bezug auf die Walzen kann ebenfalls das Walzkaliber während des Walzens an etwaige Änderungen oder Auffälligkeiten des jeweiligen konkreten Walzprozesses angepasst werden.
Hierbei sei an dieser Stelle festgehalten, dass die axiale Position des Dorns in der Regel in Bezug auf die Walzmittellinie bzw. in Bezug auf die Durchlauflinie der Werkstücke durch das jeweilige Schrägwalzaggregat definiert ist und dann die relative Position des Dorns auf der Walzmittellinie oder auf der Durchlauflinie in Bezug auf die Walzen ermittelt bzw. vorgegeben wird. Diese axiale Position kann insbesondere durch eine Dornhalterung, durch eine Dornstangenhalterung oder durch eine den Dorn haltende Dornlageverstelleinrichtung festgelegt und nach Bedarf verstellt werden.
Vorzugsweise kann der Spreizwinkel bzw. Anstellwinkel des Dorns verstellt werden, welcher den Winkel zwischen Dorn und Werkstück bestimmt. Dadurch ändert sich die Form bzw. der Bereich des Dornkopfes, welcher unmittelbar beim Lochen oder Walzen des Werkstücks mit dem Werkstück in Kontakt kommt und somit die beim Walzen entstehende Position bestimmt. Hierbei können sich ggf. noch erforderliche Walzkräfte bzw. Geschwindigkeit des Werkstücks verändern. Durch den verstellbaren Spreizwinkel können beispielsweise Ovalität, Exzentrizität oder generell die Form des Lochs nach Bedarf verändert bzw. optimiert werden.
Es ist von Vorteil, wenn eine einzelne Walze bezüglich der zweiten feststehenden Walze mit einem bestimmten Walzkaliber angestellt bzw. während des Walzens verstellt wird, um ein bestimmtes Walzkaliber bereitzustellen. Hierbei ist der Aufwand zum Verstellen des Walzkalibers möglichst gering, da lediglich eine Walze angetrieben bzw. verstellt bzw. angestellt werden muss. Je nach ermittelten Messgrößen und je nach anderen Erfordernissen kann dieses bereits ausreichen, um gute Walzergebnisse zu erzielen.
Auch denkbar ist, dass zumindest zwei korrespondierende Walzen mit einem bestimmten Walzkaliber angestellt bzw. während des Walzens verstellt werden. Dadurch, dass die gesamt aufzubringende Walzkraft nicht vom Antrieb einer Walze, sondern von zumindest zwei Antrieben der zwei Walzen aufgegeben werden kann, bringt jeder Antrieb der Walzen weniger Kraft als beim Verstellen mit einer Walze auf. So kann beispielsweise beim Verstellen von zwei Walzen die Hälfte der beim Verstellen von einer Walze benötigten Kraft aufzubringen sein.
Vorteilhafterweise werden beim Verstellen zumindest zweier korrespondierender Walzen die korrespondierenden Walzen synchron mit einem bestimmten Walzkaliber angestellt bzw. synchron während des Walzens angestellt. Bei dem synchronen Verstellen der korrespondierenden Walzen kann sich die Walzmittellinie ggf. verschieben, was jedoch ggf. auch gewollt sein kann. Je nach konkreter Ausgestaltung einer Walzenpositionierung kann dieses jedoch auch verhindert werden, indem die Walzen genau gegeneinander bewegt werden oder nur in ihrem Schrägheitswinkel verändert werden. Das ist sehr vorteilhaft für die gesamte Vorrichtung, da auch das Werkstück auf seiner Linie weiter bewegt werden kann. Beim Verschieben der Walzmittellinie kann ein Walzen mit gradlinigen Transport des Werkstücks ggf. nicht mehr betriebssicher gewährleistet werden.
Auch kann bei geeigneter Ausgestaltung durch ein Verstellen bzw. Anstellen zumindest zweier korrespondierender Walzen eine präzisere Walzkaliberverstellung bzw. Walzkaliberanstellung als beim Verstellen bzw. Anstellen einer Walze bereitgestellt werden.
Um einen betriebssicheren bzw. möglichst fehlerfreien Walzvorgang bereitstellen zu können, können stetig Walzkräfte durch den Antrieb der Walzenstuhlpositioniereinrichtung aufgebracht werden. Hierdurch kann eine An- oder Verstellung der Walzen auch während des Walzens ermöglicht werden, da die Gefahr eines Festbackens oder ähnlicher Schwierigkeiten minimiert werden kann.
Je nach konkreter Ausgestaltung kann ein Walzenstuhl über mehrere oder auch nur über eine einzige Walzenpositioniereinrichtung anstellbar gelagert sein. Bei mehreren Walzenpositioniereinrichtungen für einen Walzenstuhl können über die Walzenpositioniereinrichtungen beispielsweise gezielt Winkelveränderungen der Walzen über die Walzenpositioniereinrichtungen vorgenommen werden. Andererseits ermöglicht die Anstellung eines Walzenstuhls lediglich über eine Walzenpositioniereinrichtung einen einfacheren Aufbau, was insbesondere bei Walzenstühlen, welche beide Walzenseiten lagern, entsprechend von Vorteil sein kann.
Vorzugsweise erfolgt die Verstellung der Walze, der Walzen oder des Dorns in Abhängigkeit von ermittelten Messgrößen, wie sie beispielsweise bereits vorstehend bereits erwähnt sind, insbesondere als nicht lediglich nach einem zuvor festgelegt Walzplan, der lediglich von der Position des Werkstücks oder von der Zeit abhängt.
In der Regel ist die Walzmittellinie eine theoretisch und maschinenbaulich vorgegebenen Ideallinie, auf welcher das Walzgut das Schrägwalzaggregat durchläuft. In vorliegendem Zusammenhang sei nochmals betont, dass Schrägwalzen bzw. Schrägwalzaggregate sich in Abgrenzung zu Längswalzen bzw. Längswalzaggregaten dadurch auszeichnen, dass die Achsen der beiden Walzen eine Komponente parallel zu einer Walzmittellinie des Schrägwalzaggregats bzw. der Schrägwalzen aufweisen. Bei Schrägwalzaggregaten bzw. Schrägwalzen weist die Walzoberfläche der Walzen beim Walzen eine Umdrehungskomponente senkrecht zur Walzmittellinie des Schrägwalzaggregats bzw. der Schrägwalzen auf, was eine andere Abgrenzung gegen Längswalzen darstellt, bei denen die Walzenoberfläche jeweils parallel zur Walzmittellinie bzw. parallel zur Bewegungsrichtung des Materials bewegt wird. Dieses bedeutet im Ergebnis, dass die genaue Walzenposition wesentlich schwieriger und komplexer für einen bestimmten Walzvorgang zu ermitteln ist, als beim Längswalzen. Auch hat die Position der Walzen beim Schrägwalzen in der Regel einen wesentlich komplexeren Einfluss auf den Walzprozess. Insbesondere sind auch die entsprechenden Walzstühle und ihre Anbindung an den Walzenständer sehr komplex.
Das Walzkaliber beschreibt in vorliegendem Zusammenhang insbesondere den freien Raum, den das Schrägwalzaggregat dem Werkstück während des Walzens belässt. Es umfasst somit insbesondere die Lage der Walzen und, falls vorhanden, des Dorns. Es beschreibt insbesondere in dem Zusammenhang mit Schrägwalzaggregaten aber auch die Anstellung der Walzenoberfläche in Bezug auf die Werkstücke in ihrem Winkel in Bezug auf die Walzmittellinie.
Es versteht sich, dass die Merkmale der vorstehend bzw. in den Ansprüchen beschriebenen Lösungen ggf. auch kombiniert werden können um die Vorteile entsprechend kumuliert umsetzen zu können.
Weitere Vorteile, Ziele und Eigenschaften vorliegender Erfindung werden anhand nachfolgender Beschreibung von Ausführungsbeispielen erläutert, die insbesondere auch in anliegender Zeichnung dargestellt sind. In der Zeichnung zeigen:

1 eine schematische Aufsicht auf zwei Schrägwalzen eines Schrägwalzaggregats;
2 eine schematische Seitenansicht eines ersten Schrägwalzaggregats;
3 eine schematische Seitenansicht eines zweiten Schrägwalzaggregats;
4 eine schematische Frontansicht eines dritten Schrägwalzaggregats;
5 eine schematische Seitenansicht des dritten Schrägwalzaggregats;
6 eine schematische Frontansicht eines vierten Schrägwalzaggregats;
7 eine schematische Seitenansicht des vierten Schrägwalzaggregats;
8 eine schematische Seitenansicht eines durch ein Schrägwalzaggregat mit Dorn laufenden Werkstücks mit Mess- und Stellgrößen; und
9 eine schematische Darstellung der Mehrgrößenregelung mit Ein- und Ausgangsgrößen.

Die in den Figuren dargestellten Schrägwalzaggregate 10 umfassen jeweils zumindest zwei Walzen 20 (siehe 1 bis 3) bzw. drei Walzen 20 (siehe 4 bis 7), die in Walzenstühlen 21 getragen werden, welche ihrerseits über eine Walzenpositioniereinrichtung 22 anstellbar an einem Walzenständer 27 gelagert ist.
Die Walzen 20 können um Walzenachsen 25 rotieren und weisen Walzoberflächen 26 auf, welche sukzessive mit einem lediglich in 8 näher dargestellten länglichen Werkstück 32 in Kontakt kommen.
Hierbei läuft das Werkstück 32 im Wesentlichen entlang einer Walzmittellinie 11, welche grob den Materialschwerpunkt des durchlaufenden Materials darstellt und - genauer ausgedrückt - die Achse von einem nicht dargestellten Einlaufrollgang durch die Walzaggregatmitte zu einem nicht dargestellten Auslaufrollgang repräsentiert.
Die Walzenachsen 25 sind hierbei im Wesentlichen parallel zu der Walzenmittellinie 11 ausgerichtet, wobei bei vorliegendem Ausführungsbeispiel ein leichter Neigungswinkel zwischen 5° und 8° vorgesehen ist. In abweichenden Ausführungsformen können hier selbstverständlich auch andere Neigungswinkel, ggf. auch gegenüber der Horizontalen, vorgesehen sein.
Die Walzen 20 selbst weisen eine verhältnismäßig komplexe Walzoberfläche 26 auf, welche ihrerseits dann wiederum zu einem verhältnismäßig komplexen Walzkaliber und insbesondere auch zu einer unterschiedlichen Belastung der jeweiligen Walzenstühle 21 einer Walze 20 führt. Dieses bedingt, dass die Walzenachsen 25 auch gegenüber der Horizontalen geneigt sein können, was gegebenenfalls auch bereits ohne Last entsprechend bei Schrägwalzaggregaten 10 vorgesehen sein kann.
Die Walzenpositioniereinrichtung 22 der in 1 und 2 dargestellten Ausführungsbeispiele sind über Längsholme, die als Angriffsstellen 24 dienen, mit dem Walzenständer 27 verbunden, sodass über die Angriffsstellen 24 bzw. über die Verbindung zwischen den Angriffsstellen 24 und dem Walzenständer 27, die als Angriff 23 bezeichnet werden kann, die Walzkräfte in den Walzenständer 27 geleitet werden, was zu einer entsprechenden Auffederung des Walzenständers 27 führt, welche letztlich entsprechend der vorstehend bereits angedeuteten ungleichförmigen Belastungen der Walzen 20 und der Walzenstühle 21 zu einer entsprechenden ungleichförmigen Belastung des Walzenständers 27 führen kann.
Bei den in 4 bis 7 dargestellten Ausführungsbeispielen ist ein massiver Walzenständer 27 vorgesehen, in welchem bei dem Ausführungsbeispiel nach 4 und 5 eine Gewinde zu einer Walzenpositioniereinrichtung 22 und bei dem Ausführungsbeispiel nach 6 und 7 eine Hydraulikzylinder- und -kolbenanordnung eingebracht sind, die zum Anstellen der Walzen 20 genutzt und als Angriff 23 definiert werden können.
Bei den Anordnungen nach 2 bis 5 ist jeder Walzenstuhl 21 durch zwei Walzenpositioniereinrichtung 22 an dem Walzengerüst 27 anstellbar gelagert. Hierdurch können insbesondere auch die Walzenachsen 25 in ihrem Winkel zur Walzmittellinie 11 angestellt oder es kann auch ungleichförmigen Laständerungen begegnet werden.
Die Ausführungsbeispiele nach 6 und 7 hingegen weisen je Walzenstuhl 21 lediglich eine Walzenpositioniereinrichtung 22 auf, was konstruktiv einfacher zu realisieren ist.
Es versteht sich, dass auch bei den Ausführungsbeispielen nach 2 bis 5 jeweils lediglich eine Walzenpositioniereinrichtung und/oder eine hydraulische Walzenpositioniereinrichtung 22 vorgesehen sein kann, während bei dem Ausführungsbeispiel nach 6 und 7 ggf. auch zwei Walzenpositioniereinrichtungen 22 bzw. mechanische Walzenpositioniereinrichtungen 22 vorgesehen sein können. Auch können mechanische und hydraulische Walzenpositioniereinrichtung 22 ggf. kombiniert werden. Ebenso können andere Walzenpositioniereinrichtungen 22, wie beispielsweise piezoelektrische oder pneumatische Anstellungen, vorgesehen sein.
Die Walzoberfläche 26 der Walzen 20 weist, wie aus den Figuren unmittelbar ersichtlich, beim Walzen eine Bewegungskomponente senkrecht zur Walzmittellinie 11 des Schrägwalzaggregats 10 auf. In der Regel folgt hieraus dementsprechend, dass die Walzoberfläche 26 der Walzen 20 beim Walzen eine Bewegungskomponente senkrecht zur Bewegungsrichtung des Werkstücks 32 durch das Schrägwalzaggregat 10 aufweisen. Auch weisen die Achsen 25 der beiden Walzen 20 eine Komponente parallel zu der Walzmittellinie 11 des Schrägwalzaggregats 10 auf, wie unmittelbar aus den Figuren erkennbar ist.
Bei dem in 2 dargestellten Ausführungsbeispiel wird der Weg 40 zwischen den beiden Walzenstühlen 21 beider Walzen 20 gemessen, indem ein Wegmesssystem 41 jeweils zwischen Walzenbezügen 50 an den Walzenstühlen 21 und an dem jeweiligen Walzenstuhl 21 angeordneten Referenzbezügen 60 angeordnet ist, wobei die Messung ohne weiteres auch während des Walzens erfolgen kann. Hierbei kann konkret der Walzenbezug 50 eines ersten Walzenstuhls 21 als Referenzbezug 60 des dasselbe Wegmesssystem 41 nutzenden zweiten Walzenstuhls 21 bezeichnet werden.
Es versteht sich, dass in einer abweichenden Ausführungsform auch nur ein einziges Wegmesssystem 41, welches dann nur zwischen zwei Walzenstühlen 21 bzw. Bezügen 50, 60, die jeweils an einer der beiden Walzen 20 vorgesehen sind, zur Anwendung kommen kann, was jedoch dann ggf. jedoch nur entsprechend eine etwas ungenauere Aussage über das jeweilige Walzkaliber treffen kann.
Bei diesem Ausführungsbespiel sind die jeweiligen Enden des Wegemesssystems 41 an den Walzenstühlen 21 unmittelbar angebracht, sodass die Walzenstühle 21 selbst als Walzenbezugsstellen 51 bzw. Referenzbezugsstellen 61 dienen. Dementsprechend dienen auch die Walzenstühle 21 als jeweilige Referenz für die Messung des Wegs 40 zu dem jeweils anderen Walzenstuhl 21.
Es versteht sich, dass bei dem Ausführungsbeispiel nach 2 gegebenenfalls auch separate Baugruppen als Walzenbezugsstellen 51 bzw. Referenzbezugsstellen 61 dienen können, wie dieses bei dem Ausführungsbeispiel nach 3 exemplarisch dargestellt ist. Auch können andere Baugruppen, wie beispielsweise zwischen den Walzenpositioniereinrichtungen 22 und den Walzenstühlen 21 vorgesehene Baugruppen oder die Längs- bzw. Ständerholme, entsprechend genutzt werden bzw. entsprechende separate Baugruppen als Träger der Walzenbezugsstellen 51 bzw. Referenzbezugsstellen 61 dienen.
Bei dem in 3 dargestellten Ausführungsbeispiel sind jeweils Ansätze als Walzenbezugsstelle 51 bzw. Referenzbezugsstelle 61 vorgesehen, wobei die Ansätze für die Walzenbezugsstelle 51 an den Walzenstühlen 21 und die Ansätze für die Referenzbezugsstellen 61 an einem separaten Referenzgestell 62 angeordnet sind.
Das Referenzgestell 62 ist von dem Walzenständer 27 entkoppelt, sodass dieses unabhängig von den jeweiligen Walzkräften eine Referenz bzw. einen Referenzbezug 61 bereitstellt. Letzteres ist auch bei dem Ausführungsbeispiel nach 4 und 5 der Fall, wobei hier die Walzenbezugsstellen 51 bzw. die Walzenbezüge 50 an den Walzenstühlen 21 vorgesehen sind, was jedoch in abweichenden Ausführungsformen auch an anderen Baugruppen vorgesehen sein kann, wie dieses bei dem Ausführungsbeispiel nach 6 und 7 der Fall ist, welches ebenfalls ein Referenzgestell 62 nutzt.
Es versteht sich, dass in einer abweichenden Ausführungsformen der in 3, 6 und 7 dargestellten Ausführungsbeispiele auch auf separate Ansätze zum Bereitstellen der Walzenbezugsstellen 51 bzw. der Referenzbezugsstellen 61 verzichtet werden kann, wenn dieses baulich insbesondere hinsichtlich des Platzes umsetzbar ist, wobei gegebenenfalls die schräge Anordnung der Walzen 20 mit der hieraus resultierenden versetzten Anordnung der Walzenstühle 21 genutzt werden kann, um das Wegmesssystem 41 ohne separate Ansätze ankoppeln zu können.
Auch kann bei den in 3 bis 7 dargestellten Ausführungsbeispielen kann ggf. eine Wegmessung zwischen den Walzen 20 oder den Walzenstühlen 21 untereinander erfolgen, wie dieses exemplarisch anhand des in 2 dargestellten Ausführungsbeispiels dargestellt ist.
Bei dem in 3 dargestellten Ausführungsbeispiel ist lediglich ein Walzenstuhl 21 jeder Walze 20 entsprechend in seinem Weg 40 erfasst, wobei es sich versteht, dass, wie gestrichen dargestellt, auch ein weiteres Referenzgestell 62 für die Messung der jeweils anderen Walzenstühle 21 jeder Walze 20 vorgesehen sein kann, um noch genauere Aussagen über das Walzkaliber treffen zu können. Ebenso kann bei den Ausführungsbeispielen nach 4 bis 7 auf einzelne Wegmesssysteme 41 unter Verzicht auf entsprechende Messgenauigkeit ggf. auch verzichtet werden.
Wie unmittelbar ersichtlich, wird bei den Ausführungsbeispielen nach 3 bis 7 der Weg 40 zwischen den Walzenstühlen der Walzen 20 und einer außerhalb der Angriff 23 vorgesehenen Referenz gemessen. Hierzu ist der Referenzbezug 61 außerhalb der an dem Walzenständer 27 angreifenden Angriffsstelle 24 der Walzenpositioniereinrichtung 22 des Walzenstuhls 21 angeordnet.
Bei vorliegenden Ausführungsbeispielen kommen Widerstandssensoren, kapazitive Sensoren und/oder induktive Sensoren als Wegmesssysteme 41 bzw. zur Wegemessung zum Einsatz. Alternativ können auch optische Entfernungsmesser, Ultraschallsensoren oder Radarsensoren dementsprechend zum Einsatz kommen.
Dementsprechend kann eine berührende oder auch berührungslose Messung vorgenommen werden.
In dem in 8 dargestellten Ausführungsbeispiel ist schematisch ein Lochvorgang eines Werkstücks 32 mittels eines Dorns 30 und zwei Walzen 20 verdeutlicht. Eine entsprechende Vorgehensweise kann insbesondere im Zusammenspiel mit den übrigen hier vorgestellten Schrägwalzaggregaten 20 zur Anwendung kommen.
Es versteht sich, dass alternativ auch Hohlblöcke mit einem Dorn 30 als Innenwerkzeug mit entsprechenden Schrägwalzaggregaten 10 gewalzt werden können. Auch kann ggf. auf Innenwerkzeuge bzw. Dorne 30 verzichtet werden, unabhängig davon, ob ein Block oder ein Hohlblock als Werkstück 32 schräggewalzt werden.
Auch sind in 8 und 9 exemplarisch Stell- und Messgrößen dargestellt, die unter anderen Stell- und Messgrößen als Eingangsgrößen bzw. als Ausgangsgrößen in sämtlichen hier dargestellten Ausführungsformen vorteilhaft für eine Mehrgrößenregelung 70 zur Anwendung kommen können. Es versteht sich, dass ggf. auch lediglich einzelne Mess- und Stellgrößen genutzt sowie auf einzelne dieser Mess- und Stellgrößen verzichtet oder auch weitere Mess- und Stellgrößen sowie hiervon abgeleitete Größen für die Mehrgrößenregelung 70 genutzt werden können.
So können beispielhaft die Werkstückeinlaufgeschwindigkeit 71, die Werkstückauslaufgeschwindigkeit 72, die Wanddicke 73, die Exzentrizität 74, der Außendurchmesser 75, die Ovalität 76, die Walzkraft 77 und die Dornhaltekraft 78 als Messgrößen dienen und sind in der 8 schematisch dargestellt. Diese Messgrößen und weitere Messgrößen sowie von den Messgrößen abgeleitete Größen können dann als Eingangsgrößen der Mehrgrößenregelung 70 dienen, wie in 9 exemplarisch dargestellt.
Ebenfalls sind in den 8 und 9 exemplarisch als Stellgrößen eine Verstellung 80 des Spreizwinkels, eine dynamische Positionierverstellung 81 der hier als Ober- und Unterwalze genutzten Walzen 20, eine dynamische Verstellung 82 der Walzmitte durch Verstellen der als Ober- und Unterwalze genutzten Walzen synchron und die dynamische Verstellung 83 der Dornlage schematisch dargestellt.
Im konkreten können diese Stellgrößen ggf. durch einzelne Ausgangsgrößen zu den jeweiligen Walzenpositioniereinrichtungen 22 und einer den Dorn 30 haltenden Dornlagenverstelleinrichtung 31 umgesetzt sein, während bei vorliegendem Ausführungsbeispiel diese Stellgrößen jeweils die zugehörigen Stellglieder, also die Walzenpositioniereinrichtungen 22 bzw. die Dornlagenverstelleinrichtung 31, gemeinsam ansprechen, um beispielsweise eine synchrone Bewegung der Walzen 20 zu gewährleisten.
Es versteht sich, dass die Verstellung 80 des Spreizwinkels beispielsweise durch eine entsprechende Verstellung des Dorns 30 mit der Dornlagenverstelleinrichtung 31 senkrecht zur Walzenmittellinie 11 oder aber auch durch die dynamische Verstellung 82 der Walzenmitte.
Die Dornlagenverstelleinrichtung 31 kann im Übrigen auch die axiale Position des Dorns 30, also dessen Position in Bezug auf die Walzen 20 gesehen in Bezug entlang der Walzenmittellinie 11, verstellen, was ggf. auch als Stellgröße genutzt werden kann.
Sämtliche in diesem Ausführungsbeispielen dargestellten Stellgrößen können insbesondere während des Walzens verstellt werden.
Bezugszeichenliste

10: Schrägwalzaggregat
11: Walzenmittellinie
20: Walze
21: Walzstuhl
22: Walzenpositioniereinrichtung
23: Angriff
24: Angriffsstelle
25: Walzenachsen
26: Walzenoberfläche
27: Walzenständer
30: Dorn
31: Dornlageverstelleinrichtung
32: Werkstück
40: Weg (exemplarisch dargestellt)
41: Wegmesssystem
50: Walzenbezug (exemplarisch beziffert)
51: Walzenbezugsstelle (exemplarisch beziffert)
60: Referenzbezug (exemplarisch beziffert)
61: Referenzbezugsstelle (exemplarisch beziffert)
62: Referenzgestell
70: Mehrgrößenregelung
71: Werkstückeinlaufgeschwindigkeit
72: Werkstückauslaufgeschwindigkeit
73: Wanddicke
74: Exzentrizität
75: Außendurchmesser
76: Ovalität
77: Walzkraft
78: Dornhaltekraft
80: Verstellung des Spreizwinkels
81: dynamische Positionierverstellung individuell
82: dynamische Verstellung der Walzmitte
83: dynamische Verstellung der Dornlage

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

EP 2116312 A1 [0002]

Claims

Schrägwalzaggregat (10) mit zumindest zwei Walzen (30) und mit einem Walzenständer (27), in welchem wenigstens einer der Walzen (30) zur Veränderung des Walzkalibers in seiner Position anstellbar gelagert ist, dadurch gekennzeichnet, dass eine Walzenpositioniereinrichtung (22) einen Ständer gebundenen Teil und einen dazu während des Walzens verfahrbaren, Walzstuhl (21) gebundenen Teil umfasst, welche gegeneinander verstellbar sind, und/oder dass ein Antrieb der Walzenpositioniereinrichtung (22) derart dimensioniert ist, um Walzkräfte aufbringen zu können und/oder dass die Dornlage eines Dorns (30) während des Walzens mittels einer Dornlagenverstelleinrichtung (31) verstellbar ist.
Schrägwalzaggregat (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Dornlage des Dorns (30) während des Walzens mittels der Dornlagenverstelleinrichtung (31) parallel zum Werkstück (21) verstellbar ist.
Schrägwalzaggregat (10) nach einem der Ansprüche 1 oder 2, gekennzeichnet durch eine Mehrgrößenregelung (70), welche wenigstens zwei Eingangsgrößen und wenigstens eine Ausgangsgröße umfasst, welche.
Schrägwalzaggregat (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Eingangsgrößen und die Ausgangsgrößen beide von der Walzenpositioniereinrichtung (22) ermittelbar sind und/oder an die Walzenpositioniereinrichtung (22) übermittelt werden, und/oder dass die Eingangsgrößen die Messgrößen Werkstückeinlaufgeschwindigkeit (71), Werkstückauslaufgeschwindigkeit (72), Wanddicke (73), Exzentrizität (74), Außendurchmesser (75), Ovalität (76), Walzkraft (77) und/oder Dornhaltekraft (78) umfassen und/oder dass die Ausgangsgrößen die Stellgrößen dynamische Positionsverstellung (81) zumindest einer der Walzen (20), Verstellung der Walzmitte (82) durch Verstellen aller Walzen (20), dynamische Verstellung der Dornlage (83) und/oder Verstellung des Spreizwinkels (80) umfassen.
Verfahren zum Anstellen des Walzkalibers eines Schrägwalzaggregats (10) mit zumindest zwei Walzen (20), dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine der Walzen (20) und/oder ein Spreizwinkel (80) und/oder die axiale Position eines Dorns (30) während des Walzens verstellt werden.
Walzkaliberanstellverfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass eine einzelne Walze (20) bezüglich der zweiten feststehenden Walze (20) mit einem bestimmten Walzkaliber angestellt und/oder während des Walzens verstellt wird.
Walzkaliberanstellverfahren nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest zwei korrespondierende Walzen (20) mit einem bestimmten Walzkaliber angestellt werden.
Walzkaliberanstellverfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest zwei korrespondierende Walzen (20) während des Walzens verstellt werden.
Walzkaliberanstellverfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest zwei korrespondierende Walzen (20) synchron mit einem bestimmten Walzkaliber angestellt und/oder synchron während des Walzens verstellt werden.
Walzkaliberanstellverfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass stetig Walzkräfte durch den Antrieb der Walzenstuhlpositioniereinrichtung (22) aufgebracht werden.
Walzkaliberanstellverfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Verstellung der Walze (20) und/oder des Dorns (30) in Abhängigkeit von ermittelten Messgrößen erfolgt.