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HINTERGRUND
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1. Gebiet der Erfindung
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Diese Erfindung bezieht sich auf
Führungen mit
Rollen bzw. Walzen des Typs, welcher in Walzwerken verwendet wird,
um Stangen- und Stabprodukte in Walzdurchgänge zu führen.
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2. Beschreibung des Standes
der Technik
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Beim Walzen von Stabstahl (Stahlstangen und
Stahlstäbe)
kann ein signifikanter betrieblicher Nutzen durch Verwenden von
sogenannten „Reducing-Sizing
Mills" („RSM": größenreduzierende
Walzwerke) des Typs realisiert werden, welcher im Dokument US-A-5,325,697
offenbart ist. Die Vorteile des Walzens mit solchen Walzwerken umfassen
die verbesserte Größenkontrolle
der fertiggestellten Produkte, die höhere Walzwerkauslastung und
die erweitere Fähigkeit
der freien Größenanpassung.
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Die 1 stellt
eine typische Durchgangsvergrößerung (Progression)
des größenreduzierenden
Verfahrens dar, welches mit einem führenden Oval beginnt, gefolgt
von drei runden Durchgängen 12, 14 und 16.
Relativ kleine Änderungen
in der/dem fertiggestellten runden Stange/oder Stab können durch Ändern der
Walzentrennungen auf den letzten drei Runddurchgängen ausgeführt werden. Alternativ kann
der Zuführabschnitt,
welcher typischerweise rund ist, leicht geändert werden, aber dies führt zu einer
Einstellung der stromaufwärtigen
Walzeinrichtung, die zu einem nicht runden Zufuhrabschnitt führt, was
andere Verfahrensbeschränkungen
auferlegen kann.
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Es hat eine Abneigung des Fachmanns
gegeben, jegliche Trennungsänderungen
an dem ovalen Durchgang 10 zu unternehmen, aufgrund der Probleme,
welche das Einstellen der stromabwärtigen Walzeneintrittsführungen
mit sich brachten, um exakt das resultierende modifizierte Oval
zu treffen. Frühere
technologische Walzenführungen
weisen nicht die Fähigkeit
auf, genau eingestellt zu werden, solange sie auf dem Walzwerk positioniert
sind, und eine Offline-Ausrichtungsstation wird gewöhnlich dafür verwendet,
welche offensichtlich erfordert, dass die Führung aus dem Walzwerk entfernt
wird und daher eine Walzwerkunterbrechung erfordert.
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Das Zuführen eines Abschnittes bzw.
Formstahls mit Übergröße durch
eine Walzeneintrittsführung
ist nicht wünschenswert,
weil dies die Lebensdauer der Lager innerhalb der Führungswalzen
drastisch vermindert und zu einigen weiteren Bearbeitungsproblemen
führen
kann. Wenn der ovale Abschnitt derart eingestellt wird, dass er
schmaler ist als die Führungseinstellung,
tritt eine ernstzunehmende Schwingung des gewalzten Produktes innerhalb
der Führung
auf, welche ernste Verarbeitungsprobleme und eine schlechte Qualität der fertiggestellten
Produkte verursacht.
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Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung
ist es, einen Führungsaufbau
mit Walzen darzustellen, welcher im Betrieb (online) genau eingestellt
werden kann, um Formstähle
zur Bearbeitung (sog. process sections) unterschiedlicher Größen aufzunehmen, wodurch
es möglich
gemacht wird, zum Beispiel die Trennung des ovalen Durchganges 10 zu ändern, was
wiederum die Fähigkeit
des Walzwerkes zur freien Größenanpassung
vorteilhaft vergrößert.
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US-A-4790164 beschreibt einen Führungsaufbau
mit Walzen zum Führen
von Walzwerkstoffen zwischen die Durchgänge von Walzgerüsten. Der
bekannte Aufbau weist ein Paar von Führungswalzen auf, welche drehbar
auf parallelen Achsen auf entgegengesetzten Seiten des gewalzten
Materials getragen werden. Ein lokaler Sensor dient dazu, den Druck
zu bestimmen, welcher auf die Walzen durch das gewalzte Material
ausgeübt
wird, und stellt ein Signal zur Verfügung, welches dazu verwendet
wird, die Führungswalzen
einzustellen.
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US-A-4680953 beschreibt einen Führungsaufbau
mit Walzen mit drehbar montierten Armen, welche die Walzen tragen.
Federn wirken auf die Arme, um die Walzen auseinander zu drücken, während ein
einstellbarer Bügel
gegen die Federkraft arbeitet, um den Walzenspalt einzustellen.
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Gemäß der Erfindung und wie aus
der US-A-4680953 bekannt ist, wird ein Führungsaufbau mit Rollen bzw.
Walzen zum Führen
eines Werkstücks
in einen Walzdurchgang eines Walzwerks zur Verfügung gestellt, wobei der gesagte
Führungsaufbau
umfasst:
eine steife Gehäusestruktur;
ein
Paar von Walzenhaltern, die sich in Längsrichtung der Gehäusestruktur
auf entgegengesetzten Seiten der beabsichtigten Bewegungsrichtung
des Werkstücks
erstrecken;
Drehmittel zum Montieren der gesagten Walzenhalter
auf der gesagten Gehäusestruktur
für eine
Drehbewegung über
parallele erste Achsen, die gesagten Drehmittel sind zwischen vorderen
und hinteren Abschnitten der gesagten Walzenhalter angeordnet;
Führungswalzen,
welche auf dem vorderen Abschnitt der gesagten Walzenhalter für eine Drehung über zweite
Achsen, welche parallel zu den ersten Achsen sind, getragen werden,
die gesagten Führungswalzen
bilden einen Spalt zwischen sich und sind derart konfiguriert, dass
sie an dem Werkstück
angreifen und es führen
in den Walzendurchgang des Walzwerks;
ein Einstellungsmittel,
das auf dem hinteren Abschnitt der gesagten Walzenhalter arbeitet,
zum Drehen der gesagten Walzenhalter in entgegengesetzte Richtungen über den
gesagten ersten Achsen, um dadurch die Größe des gesagten Spaltes einzustellen;
und
ein kraftausübendes
Mittel zum Ausüben
von nachgebenden Kräften,
welche die vorderen Abschnitte der gesagten Walzenhalter auseinander
drücken, während sie
die hinteren Abschnitte der gesagten Walzenhalter in einen Kontakt
mit dem gesagten Einstellmittel drücken; dadurch gekennzeichnet,
dass die Größe der gesagten
nachgebenden Kräfte
in einer im wesentlichen linearen Beziehung in Bezug auf die Änderungen
der Größe des Spaltes,
welcher durch die gesagten Führungswalzen
gebildet wird, variiert; und dadurch, dass
ein krafterfassendes
Mittel dem gesagten Einstellungsmittel zugeordnet ist, zum Erzeugen
eines Ausgabesignals, welches für
die Größe der gesagten nachgebenden
Kräfte
repräsentativ
ist.
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Weitere vorzuziehende Merkmale der
Erfindung sind in den abhängigen
Ansprüchen
beschrieben.
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KURZE BESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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Die 1 ist
eine schematische Darstellung einer typischen Progression eines
Durchgangs in einem größenreduzierenden
Verfahren;
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die 2 ist
eine teilweise geschnittene Draufsicht eines Führungsaufbaus mit Walzen gemäß der vorliegenden
Erfindung;
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die 3 ist
eine teilweise geschnittene Seitenansicht des Führungsaufbaus mit Walzen;
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die 4 ist
eine teilweise geschnittene Seitenansicht des Führungsaufbaus mit Walzen, wobei diese
Ansicht in der Richtung von rechts nach links in der 3 gezeigt ist;
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die 5a stellt
schematisch die Kräfte
dar, welche auf einen der Führungsarme
wirken; und
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die 5b ist
ein Graph, welcher die Beziehung zwischen der gemessenen Kraft,
welche auf jeden Walzenhalter wirkt, und ihre Abweichung von einer
anfänglichen
Referenzeinstellung zeigt.
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DETAILLIERTE
BESCHREIBUNG DER VORZUZIEHENDEN AUSFÜHRUNG
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Mit Bezugnahme zunächst auf
die 2 bis 4 wird ein Führungsaufbau
mit Rollen bzw. Walzen gemäß der vorliegenden
Erfindung im allgemeinen mit 18 bezeichnet. Der Führungsaufbau
umfasst eine steife Gehäusestruktur,
auf welche im allgemeinen als ein „Führungskasten" Bezug genommen wird, welcher
eine Basis 20 aufweist mit integralen quer zueinander mit
Abstand angeordneten Seitenelementen 22 und einem Nasenstück 24.
Ein Paar von Walzenhaltern 26 erstreckt sich in Längsrichtung
der Gehäusestruktur
auf entgegengesetzten Seiten der beabsichtigten Richtung der Bewegung „T" des Werkstücks, in
diesem Fall ein ovaler Formstahl zur Bearbeitung (process section),
aufgenommen von dem ovalen Durchgang 10, zum Liefern in
den nächsten
nachfolgenden runden Durchgang 12.
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Die Führungswalzen 28 werden
drehbar an den vorderen Enden der Walzenhalter 26 getragen. Die
Führungswalzen
bilden einen Spalt zwischen sich aus und sind derart konfiguriert,
dass sie den ovalen Verarbeitungsformstahl greifen und führen, so dass
dieser korrekt in den runden Durchgang geführt wird, wobei die Längsachse „A" des Ovals (in der 1 gezeigt) senkrecht zu
den Achsen der Walzen des runden Durchganges 12 steht.
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Die Gehäusestruktur umfasst ferner
Drehzapfen 30, auf welchen die Walzenhalter 26 für eine Bewegung über Achsen
montiert sind, welche sich im wesentlichen parallel zu den Drehachsen
der Führungswalzen 28 erstrecken.
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Druckfedern 32 sind in Bohrungen
in den Walzenhaltern 26 positioniert. Die Federn stoßen an die
Seitenelemente 22 der Gehäusestruktur an und sind in
ihren jeweiligen Bohrungen durch Deckplatten 34, welche
an den Walzenhaltern befestigt sind, eingefangen. Die Federn 32 sind
druckbelastet und üben
somit nachgebende Kräfte „F" (siehe 5a) auf die Walzenhalter
aus, welche die Walzenhalter dazu zwingen, sich in entgegengesetzte
Richtungen über
die Drehzapfen 30 zu drehen, wie schematisch durch die
Pfeile in der 2 dargestellt
ist.
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Der federinduzierten Drehung der
Walzenhalter wird durch Stoppelemente widerstanden, welche Einstellschrauben 36 umfassen,
welche derart positioniert sind, dass sie durch lastsensitive Sensoren 38 berührt werden,
welche auf den hinteren Verlängerungen
der Walzenhalter getragen werden.
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Wie man am besten in der 4 sehen kann, sind die Einstellungsschrauben 36 in
rechts- und linksseitige mit Gewinde versehene Abschnitte der Seitenelemente 22 der
Gehäusestruktur
eingeschraubt. Die viereckigen beziehungsweise quadratischen Enden 42 der
Einstellungsschrauben gleiten axial innerhalb der viereckigen beziehungsweise quadratischen
Bohrung 40 eines Zahnrads 44, welches mit einem
Zahnrad 46 auf einer Antriebswelle 48, welche
zwei Antriebspunkte 48a, 48b aufweist, kämmt. Der
Antriebspunkt 48a dient der manuellen Einstellung, welche
im allgemeinen für
die Offline-Einstellung
der Führung
verwendet wird. Der andere Punkt 48b paart sich mit der
Ausgangswelle 50 eines 90°-Getriebes 52, welches
entweder manuell oder durch einen Motor (nicht gezeigt), welcher
ferngesteuert werden kann, angetrieben wird.
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Wie in der 5a gezeigt ist, ist die Kraft L der Kraft
F, welche durch die Feder 32 ausgeübt wird, entgegengesetzt, wobei
die Sensoren 38 dazu dienen, die Größe der Kraft F zu messen.
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Verschiedene Betriebsmodi sind nach
einer anfänglichen
Einrichtung/Konfiguration möglich.
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1. Positionssteuermodus
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Die 5b zeigt,
dass, wenn die Führung auf
ihre gewünschte
Einstellung „G1" eingestellt
wird, die Ausgabe von jedem Sensor als „F1" aufgenommen wird.
Die Führung
wird dann abweichend auf eine andere bekannte Einstellung „G2" mittels
einer Kalibrierstange oder eines anderen Mittels der gesteuerten
abweichenden Einstellung (nicht gezeigt) eingestellt, und die neue
Sensorausgabe „F2" wird aufgenommen.
Dies kann für
mehrere andere Einstellungen für
eine verbesserte Genauigkeit wiederholt werden, wenn dies gewünscht wird.
Zwei Punkte sind jedoch gewöhnlich
ausreichend, um die Beziehung zwischen der Führungseinstellung und der Sensorausgabe
zu beschreiben, welche im wesentlichen linear ist.
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Die Kenntnis der Beziehung zwischen
der Führungseinstellung
und der Sensorausgabe ermöglicht,
dass die Führung
auf eine vorbestimmte Sensoreinstellung „Fx" eingestellt wird,
welche der gewünschten
Trennung zwischen den Führungswalzen „Gx" entspricht.
Mithin kann die Führung
genau positioniert werden, ohne aus dem Walzwerk/der Walzeinrichtung
entfernt zu werden.
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Wenn Änderungen an dem Bearbeitungsoval
erforderlich sind, kann die Führung
ferngesteuert eingestellt werden, um die Führungswalzen wieder auf die
gewünschte
ovale Höhe
zu positionieren, was zu einer Vergrößerung des möglichen
Bereiches der freien Größeneinstellung
der Verkleinerungs- und Größenanpassungsoperation
führt.
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2. Sensorausgabesteuerungsmodus
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Für
diesen Modus wird angenommen, dass die Federelemente, welche innerhalb
der Führung verwendet
werden, eine vernachlässigbare Änderung aufweisen,
wenn die Führungstrennung
um sehr kleine Ausmaße
verstellt/eingestellt wird.
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Die Führung wird, wie oben im Detail
beschrieben, eingestellt, und sobald sich die Walzen in der korrekten
Einstellung für
den Formstahl, welcher gewalzt wird, eingestellt sind, wird die
Ausgabe des Sensors (oder der Sensoren) aufgezeichnet.
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Die Führung wird dann auf dem Walzwerk
installiert, und wenn der Stabstahl in die Führung eintritt, wird die Sensorausgabe
wiederum erfasst und aufgezeichnet. Wenn das Walzwerk korrekt eingestellt
ist, sollte die Sensorausgabe während
des Walzens sehr nahe zu der anfänglichen
Einstellung liegen. Wenn nicht, dann kann der Walzwerk-Walzspalt derart
eingestellt werden, dass die Höhe
des führenden
Ovals geändert
wird, bis dieser Zustand erreicht wird.
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Wenn Einstellungen für den ovalen
Durchgang erforderlich sind, kann die Führung durch Verwendung der
fernsteuerbaren Einstellungsvorrichtung eingestellt werden, wie
oben im Detail beschrieben ist, so dass die Trennung zwischen den
Führungswalzen
näherungsweise
die Größe aufweist, welche
durch die neue Einstellung gefordert wird. Wenn der erste Stab der
neuen Größe in die
Führung eintritt,
wird die Sensorausgabe überwacht
und mit dem anfänglichen
Einstellungswert/Setupwert verglichen. Wenn notwendig, kann die
Führung
entsprechend eingestellt werden, bis die korrekte Ausgabe erreicht
wird. Idealerweise wird dies in einer automatischen Steuerung mit
geschlossenem Regelkreis unternommen, aber dies kann ebenso manuell
gesteuert werden.
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Dieser Betriebsmodus stellt sicher,
dass die Führungen
jederzeit derart eingestellt sind, dass sie die Ausmaße des Verarbeitungsovals
treffen. Wenn das Verarbeitungsoval/zu verarbeitende Oval geändert wird,
kann die Führung
veranlasst werden, sich entsprechend anzupassen, wodurch eine Vergrößerung der
Fähigkeit
hinsichtlich des Bereiches der freien Größenanpassung der Reduzierungs-
und Größenanpassungsoperation
erreicht wird.
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Dieser Modus ermöglicht ebenso, dass die Führung derart
eingestellt wird, dass sie eine Überlastung
oder ein Schwingen des Stabstahls vermeidet, genauso wie sie ermöglicht,
dass die Führung ferngesteuert
eingestellt werden kann in Übereinstimmung
mit Änderungen
der Temperatur und der Umformfestigkeit, welche Produkten unterschiedlicher
Güte zugeordnet
sind.
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Alle Maßnahmen des obigen Konzeptes
können
auf das Walzen von Profilen und flachen Produkten sowie runden angewendet
werden.
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Im Lichte des Vorhergehenden wird
es nun für
den Fachmann selbstverständlich
sein, dass verschiedene Änderungen
und Modifikationen an der hierin zum Zwecke der Offenbarung beschriebenen Ausführung vorgenommen
werden können,
ohne vom Schutzumfang der Erfindung, wie er durch die beigefügten Ansprüche beschrieben
wird, abzuweichen. Zum Beispiel können, obwohl die Druckfedern 32 offenbart
worden sind, andere kraftausübende Komponenten
ersatzweise verwendet werden, umfassend Tellerfedern, fluidbetätigte Einrichtungen, Elastomere,
etc. Die Sensoren können
andere sein als belastungssensitive, umfassend zum Beispiel solche,
welche sensitiv auf Zug, Druckverformungen, etc. sind. Ebenso würde, obwohl
zwei Sensoren gezeigt sind, einer für jeden Walzenhalter, eine
akzeptierbare Alternative sein, dass nur ein Sensor auf einem der
Walzenhalter verwendet wird.