DE10349056A1

DE10349056A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Walzen von Walzgut in einer Walzanlage mit einem Schrägwalzwerk

Info

Publication number: DE10349056A1
Application number: DE2003149056
Authority: DE
Inventors: Ali Bindernagel Sen.
Original assignee: Kocks Technik GmbH and Co KG
Current assignee: Kocks Technik GmbH and Co KG
Priority date: 2003-10-17
Filing date: 2003-10-17
Publication date: 2005-05-19
Also published as: CN1608761B; RU2004130361A; CN1608761A; ITRM20040495A1; RU2366524C2

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Walzanlage mit einem Planeten-Schrägwalzwerk und einem Längswalzwerk sowie einem Meßgerät zur Erfassung der Rotation des Walzguts am Auslauf des Schrägwalzwerks und einer Regelung mindestens eines Antriebsparameters des Planeten-Schrägwalzwerks in Abhängigkeit von den Meßwerten.

Description

Die Erfindung betrifft Verfahren und Vorrichtung zum Walzen von Walzgut in einer Walzanlage mit einem Schrägwalzwerk.
Walzanlagen mit Schrägwalzwerken werden eingesetzt, um beispielsweise metallische nahtlose Rohre oder anderes Walzgut mit rundem Querschnitt zu walzen, wie beispielsweise Stäbe.
Bei einem Schrägwalzwerk sind mehrere Walzen am Umfang eines zu walzenden Walzguts angeordnet. Das Walzgut wird zwischen diesen mit gleichem Drehsinn rotierenden Walzen in Drehung versetzt und dabei umgeformt. Um eine Bewegung des Walzguts in Längsrichtung zu erhalten, sind die Walzen in der Tangentialebene in einem bestimmten Winkel zu der Walzgutlängsachse gekippt. Diese Anordnung sorgt somit für eine spiralförmige Bewegung des Walzguts.
Die vorgenannten Bauweisen von Schrägwalzwerken weisen eine Anzahl von Nachteilen auf, die insbesondere aus der Rotation des Walzguts um seine Längsachse resultieren. Dies sind insbesondere die Begrenzung der maximalen Walzgutlänge, aufwendige Lagerungen und Führungseinrichtungen und eine niedrige Durchlaufgeschwindigkeit. Für die Güte des Walzguts sind Schwankungen in der Rotation des Walzguts nachteilig.
Diese Nachteile haben zu der Entwicklung von Planeten-Schrägwalzwerken geführt, die durch Überlagerung von Rotationsbewegungen mehrerer Baugruppen ein Walzen ohne Drehung des Walzguts um die eigene Längsachse grundsätzlich ermöglichen. Die deutsche Patentschrift 195 10 715 C2 beschreibt ein solches Planeten-Schrägwalzwerk. Der Aufbau der Vorrichtung der DE 195 10 715 C2 weist einen über einen Hauptantrieb bewegten Rotor auf, der das Walzgut umschließt und in dem vier Planetenwalzen drehbar gelagert sind. Diese Planetenwalzen drehen als solches mit dem Rotor. Zusätzlich zu der Drehung mit dem Rotor werden die Planetenwalzen durch einen Zusatzantrieb rotatorisch um ihre Längsachse angetrieben. Es hat sich jedoch gezeigt, dass auch die aus DE 195 10 715 C2 bekannten Maßnahmen eine Rotation des Walzguts während des Walzens nicht vollständig verhindern können.
Problematisch sind solche Rotationen des Walzguts insbesondere dann, wenn das Walzgut direkt am Auslaß des Schrägwalzwerks in ein Längswalzwerk eingeführt wird. In einem Längswalzwerk ist das Walzgut in der Regel rotatorisch fest eingespannt, so dass die Drehbewegungen, die aus dem Schrägwalzen resultieren, zu einer Torsionsbelastung des Walzguts führen. Diese Torsionsbelastungen verringern die Walzgüte und führen im schlimmsten Fall, insbesondere bei besonders dünnwandigem Walzgut, zu Querfalten im Walzgut.
Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung vorzuschlagen, die die oben genannten Nachteile vermeidet und bei denen das Walzgut während des Walzens so gut wie keine Rotation durchführt.
Diese Aufgabe wird durch die Gegenstände der nebengeordneten Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen angegeben.
Das erfindungsgemäße Verfahren sieht vor, die Rotation des in einem Planeten-Schrägwalzwerk (nachfolgend auch: Schrägwalzwerk) gewalzten Walzguts zu messen und diesen Meßwert zur Regelung mindestens eines Antriebsparameters des Schrägwalzwerks zu verwenden. Durch die Messung der Rotation des Walzguts ist es möglich, eine Rotation des Walzguts festzustellen und durch Anpassung mindestens eines Antriebsparameters des Schrägwalzwerks, beispielsweise der Rotationsgeschwindigkeit der Schrägwalzen, die Rotation zu stoppen.
Indem durch das erfindungsgemäße Verfahren die Rotation des Walzguts verhindert wird, wird eine Torsionsbelastung des sowohl in dem Planeten-Schrägwalzwerk als auch in dem Längswalzwerk eingespannten Walzguts verhindert. Das Walzgut weist gegenüber in herkömmlicher Weise gewalztem Walzgut eine höhere Qualität auf.
Es wurde erkannt, daß trotz den aus DE 195 10 715 C2 bekannten Maßnahmen eine Rotation des Walzguts während des Walzens nicht vollständig vermieden wird. Dies beruht darin, daß ein gewähltes Verhältnis von Rotordrehzahl zu Planetenwalzendrehzahl nur bei bestimmten Walzverhältnissen die Rotation des Walzguts verhindert. Ändern sich die Walzverhältnisse durch geringfügige Materialunterschiede im Walzgut oder Schlackeablagerungen, Temperaturänderungen, Änderungen der Reibwerte der Oberflächen oder anderes, so erfolgt eine Rotation des Walzguts. Diese Rotation des Walzguts ist häufig sehr gering (kriechen), insbesondere wenn die Änderung der Walzverhältnisse gering ist. Dieses Kriechen ist häufig mit dem bloßen Auge nicht wahrnehmbar, führt in dem Endprodukt jedoch zu großen Qualitätseinbußen.
Das erfindungsgemäße Verfahren wird vorzugsweise zum Walzen von rohrförmigen Walzgut zu sogenannten Luppen oder beim Walzen von runden Vollkörpern, beispielsweise Stäben eingesetzt. Das Walzgut ist vorzugsweise metallisch, kann jedoch auch aus anderem Material, beispielsweise Plastik, sein.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform wird die Messung kontinuierlich, vorzugsweise in Echtzeit, durchgeführt. Ebenso kann die Regelung kontinuierlich, vorzugsweise in Echtzeit, durchgeführt werden, so dass schnell auf sich ändernde Walzbedingungen eingegangen werden kann. Insbesondere werden Messung und/oder Regelung während des gesamten Walzprozeß durchgeführt.
Vorzugsweise wird das Walzgut in einem Planeten-Schrägwalzwerk gewalzt, bei dem ein Hauptantrieb einen das Walzgut umfassenden Rotor antreibt, in dem die Planetenwalzen drehbar gelagert sind, und ein Zusatzantrieb die Planetenwalzen zusätzlich um ihre jeweilige Längsachse dreht. Für ein bevorzugtes Walzverfahren bei einem Planeten-Schrägwalzwerks wird auf die DE 195 10 715 C2 verwiesen, deren Beschreibung eines Walzverfahrens für ein Planeten-Schrägwalzwerks zum Bestandteil dieser Beschreibung gemacht wird.
Vorzugsweise kann die Rotationsgeschwindigkeit und Rotationsrichtung des Rotors und/oder der Planetenwalzen anhand von vorgegebenen Sollwerten eingestellt werden. Die Sollwerte können von Hand eingestellt werden oder bei einer rechnerunterstützen Regelung einer Datenbank entnommen werden. Die Sollwerte werden vorzugsweise in Abhängigkeit des zu walzenden Walzgutmaterials, des Walzgutaußendurchmessers und – bei Hohlkörpern – des Walzgutwanddurchmessers vorgegeben. Sie geben vorzugsweise die Drehzahlen wieder, bei denen bei den gegebenen Walzbedingungen erfahrungsgemäß keine Rotation zu erwarten ist.
Durch die erfindungsgemäß vorgesehene Regelung wird vorzugsweise einer der Sollwerte in Abhängigkeit der Meßwerte variiert, wodurch ein einfacher Regelungsaufbau erreicht wird.
Vorzugsweise wird nur die Drehzahl eines Antriebs und insbesondere des Zusatzantriebs durch die Regelung angepaßt. Dadurch wird der Regelungsaufbau weiter vereinfacht.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung werden zur Bestimmung der Rotation des Walzguts berührungslose Meßverfahren verwendet. Jedoch sind auch andere Meßverfahren einsetzbar, beispielsweise mechanische, wie auf Reibschluss beruhende Meßverfahren.
Die erfindungsgemäße Walzanlage weist ein Meßgerät zur Bestimmung der Rotation des Walzguts auf. Durch diese Messung kann erfaßt werden, ob das Walzgut rotiert. Abweichungen von der gewünschten geradlinigen Bewegung können angezeigt werden oder beispielsweise einem Regelkreis zugeführt werden.
Eine vorteilhafte Anordnung eines entsprechenden Meßgeräts kann am Auslauf des Schrägwalzwerks und insbesondere direkt hinter den Schrägwalzen sein.
Das Planeten-Schrägwalzwerk weist insbesondere einen Hauptantrieb für die Rotation eines das Walzgut umfassenden Rotors, in dem die Planetenwalzen drehbar gelagert sind, und einen Zusatzantrieb zur Rotation der Planetenwalzen um ihre Längsachse auf. Für einen bevorzugten Aufbau eines Planeten-Schrägwalzwerks wird auf die DE 195 10 715 C2 verwiesen, deren Beschreibung eines Aufbaus für ein Planeten-Schrägwalzwerks zum Bestandteil dieser Beschreibung gemacht wird. Das Planeten-Schrägwalzwerk weist vorzugsweise drei oder mehr Planetenwalzen, insbesondere vier Planetenwalzen auf.
Besonders bevorzugt weist das Schrägwalzwerk eine Regeleinrichtung zur Beeinflussung eines Antriebsparameters des Schrägwalzwerks, beispielsweise der Schrägwalzen- oder Planetwalzenrotation, in Abhängigkeit der Meßwerte des Meßgeräts auf.
Bei einem Planeten-Schrägwalzwerk weisen Haupt- und Zusatzantrieb vorzugsweise voneinander unabhängige Regelsysteme auf. Es ist jedoch auch möglich eine kombinierte Regeleinrichtung zu verwenden, die anhand der Meßwerte die Antriebsparameter lediglich eines oder gleichzeitig beider Antriebe beeinflußt. Besonders bevorzugt ist die Regelung lediglich des Zusatzantriebs unter Konstanthalten der Drehzahl des Hauptantriebs.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist das Meßgerät ein berührungslos messendes Meßgerät. Es sind aber auch andere Meßverfahren einsetzbar, beispielsweise mechanische, wie auf Reibschluss beruhende Meßverfahren.
Das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Walzanlage eignen sich besonders gut zum Walzen besonders dünnwandigen Walzguts. Dünnwandiges Walzgut, das mit einem Bereich im Schrägwalzwerk und einem anderen Bereich im Längswalzwerk gewalzt wird, ist bei Torsionsbelastung besonders anfällig für Faltenwurf.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiel näher erläutert.
In den Zeichnungen zeigen:
1: die erfindungsgemäße Walzanlage mit einem Planeten-Schrägwalzwerk und einem Längswalzwerk mit einem zu walzenden Walzgut vor Eintritt in das Längswalzwerk in einer schematischen Seitenansicht,
2: die erfindungsgemäße Walzanlage mit einem Planeten-Schrägwalzwerk und einem Längswalzwerk mit einem zu walzenden Walzgut nach Eintritt in das Längswalzwerk in einer schematischen Seitenansicht, und
3: den Regelkreis der erfindungsgemäßen Walzanlage in einer schematischen Darstellung.
In 1 ist eine Walzanlage, bestehend aus einem Planeten-Schrägwalzwerk 20, einem Längswalzwerk 25 und einem dazwischen angeordneten Meßgerät 8 gezeigt.
Das Planeten-Schrägwalzwerk 20 besteht aus mehreren Planetenwalzen 1, die mit ihrem unteren Abschnitten auf dem Walzgut 6 abrollen. Dabei sind die Planetenwalzen 1 in Bezug zur Längsachse des Walzguts 6 sowohl in der vertikalen als auch in der horizontalen Ebene geneigt.
Die Planetenwalzen 1 sind an ihrem hinteren Ende in einem Rotor 2 drehbar gelagert, dessen Drehachse mit der Längsachse des Walzguts übereinstimmt. Der Rotor 2 wird über ein Getriebe von der Abtriebswelle 3 eines Hauptantriebs angetrieben. Der Rotor 2 und die in ihm gelagerten Planetenwalzen 1 führen eine Drehbewegung um das Walzgut 6 aus.
Weiterhin befindet sich an den Planetenwalzen 1 Zahnräder 4, welche mit einem Sonnenrad 5 kämmen. Durch dieses Kämmen mit dem Sonnenrad 5 werden die Planetenwalzen 1 infolge der Rotation des Rotors 2 in eine Drehung um die eigene Achse gezwungen.
Das Sonnenrad 5 wird über ein Getriebe von der Abtriebswelle 7 eines Überlagerungsantriebs (Zusatzantriebs) angetrieben. Diese Drehbewegung des Sonnenrads führt zu einer überlagerten Rotation der Planetenwalzen 1, welche aus der Summe der beiden Rotationsbewegungen resultiert.
Durch die Überlagerung der Drehungen der Planetenwalzen 1 und des Rotors 2 kann ein Walzen ohne eine Drehbewegung des Walzguts 6 erfolgen. Das hierfür notwendige Verhältnis zwischen den Drehzahlen des Rotors 2 und der Planetenwalzen 1 ändert sich während des Walzfortschritts aufgrund variierender Parameter, wie beispielsweise bereichsweiser Änderungen der Materialeigenschaften des Walzgutwerkstoffs, Temperaturschwankungen, Zunderablagerungen oder Änderungen der Oberflächenreibwerte. Am Auslaß des Schrägwalzwerks ist ein Meßgerät 8 angeordnet, welches die möglicherweise durch Parameteränderungen hervorgerufene Drehbewegungen n_Rohr des Walzguts 6 erfaßt und an einen Rechner 9 weiterleitet. Aus der Drehzahl n_Rohr wird eine Differenzdrehzahl Δn abgeleitet, die zu einer externen Sollwertvorgabe für den Zusatzantrieb 35 summiert wird. Daraus ergibt sich die Solldrehzahl n_Soll für den Motor des Zusatzantriebs 35, die somit abhängig von der Rohrdrehzahl n_Rohr ist. Eine zusätzliche Motorregelung 30 sorgt für das Einhalten der Vorgabe n_Soll.
Der Hauptantrieb 45 weist einen von dem des Zusatz- oder Überlagerungsantriebs unabhängigen Regelkreis 40 auf, der einzig die Einhaltung der externen Sollwertvorgabe für den Hauptantrieb 45 regelt.
In 1 ist die Walzanlage während des Einregelvorgangs dargestellt, welcher vorzugsweise abgeschlossen ist, bevor das Walzgut 6 in das Längswalzwerk 25 einläuft. In 2 ist das Walzgut 6 bereits in das Längswalzwerk 25 eingelaufen. Es führt keine Drehbewegung mehr um die eigene Achse aus. Das System befindet sich im eingeregelten Zustand.

Claims

Verfahren zum Walzen von Walzgut in einer Walzanlage mit einem Planeten-Schrägwalzwerk und einem dem Planeten-Schrägwalzwerk folgenden Längswalzwerk, bei dem teilweise während des Walzens ein Bereich des Walzguts vom Planeten-Schrägwalzwerk und gleichzeitig ein anderer Bereich vom Längswalzwerk gewalzt wird, dadurch gekennzeichnet, dass eine Rotation des Walzguts (6) um seine Längsrichtung erfaßt wird und anhand dieses Meßwerts mindestens ein Antriebsparameter des Planeten-Schrägwalzwerks (20) geregelt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine kontinuierliche Meßwerterfassung und kontinuierliche Regelung des mindestens einen Antriebsparameters des Schrägwalzwerks (20).
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Walzgut in einem Planeten-Schrägwalzwerk (20) gewalzt wird, bei dem – ein Hauptantrieb einen das Walzgut umfassenden Rotor (2) antreibt und in dem Rotor (2) die Planetenwalzen (1) drehbar gelagert sind, und – ein Zusatzantrieb die Planetenwalzen (1) zusätzlich um ihre jeweilige Längsachse dreht.
Verfahren nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch – das Einstellen der Rotationsgeschwindigkeiten von Rotor (2) und Planetenwalzen (1) anhand von vorgegebenen Sollwerten und – das Variieren mindestens eines der Sollwerte in Abhängigkeit von den Meßwerten.
Verfahren nach einem der Ansprüche 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass nur die Drehzahl eines Antriebs in Abhängigkeit von dem erfaßten Meßwert geregelt wird.
Verfahren nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch die Regelung des Zusatzantriebs.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine berührungslose Messung.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine mechanische Messung.
Walzanlage zum Walzen von Walzgut in einem Planeten-Schrägwalzwerk und in einem darauffolgenden Längswalzwerk, gekennzeichnet durch ein zwischen dem Planeten-Schrägwalzwerk (20) und dem Längswalzwerk (25) angeordnetes Meßgerät (8) zur Bestimmung der Rotation des Walzguts (6).
Walzanlage nach Anspruch 9, gekennzeichnet durch – einen Hauptantrieb zur Rotation eines das Walzgut (6) umfassenden Rotors (2) und in dem Rotor drehbar gelagerten Planetenwalzen (1) und – einen Zusatzantrieb zur Rotation der Planetenwalzen (1) um ihre Längsachse.
Walzanlage nach einem Ansprüche 9 oder 10, gekennzeichnet durch eine Regeleinrichtung zur Beeinflussung eines Antriebsparameters des Schrägwalzwerks (20) in Abhängigkeit von den Meßwerten des Meßgeräts (8).
Walzanlage nach einem der Ansprüche 10 oder 11, gekennzeichnet durch eine Regeleinrichtung bestehend aus zwei voneinander unab hängigen Einzelregelsystemen für den Hauptantrieb und den Zusatzantrieb.
Walzanlage nach einem der Ansprüche 9 bis 12, gekennzeichnet durch ein berührungsloses Meßgerät (8).
Walzanlage nach einem der Ansprüche 9 bis 12, gekennzeichnet durch ein mechanisches Meßgerät.