EP2493634B1

EP2493634B1 - Drahtwalzgerüst mit einzelantrieb als bestandteil einer walzgerüstgruppe in einer hochgeschwindigkeits- drahtwalzstrasse

Info

Publication number: EP2493634B1
Application number: EP10776565.3A
Authority: EP
Inventors: Hermann-Josef Klingen; Siegmund Bulert; Detlef Breunung; Guido Sonnenschein; Friedhelm Schellscheidt; Thomas Nerzak; Frank Theobald
Original assignee: SMS Meer GmbH
Current assignee: SMS Group GmbH
Priority date: 2009-10-26
Filing date: 2010-10-26
Publication date: 2015-02-18
Anticipated expiration: 2030-10-26
Also published as: WO2011054461A3; RU2012121818A; JP5678074B2; US20120216588A1; DE102009050710B4; EP2493634A2; CN102686324A; RU2528931C2; PL2493634T3; ES2532474T3; KR101502087B1; SI2493634T1; WO2011054461A2; DE102009050710A1; CN102686324B; US9808843B2; JP2013508172A; KR20120060892A

Description

1. Gebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Walzgerüst als Bestandteil einer Walzgerüst-Gruppe in einer Hochgeschwindigkeits-Drahtwalzstraße, mit wenigstens einem Walzen- oder Walzringpaar und einer mit einem Motor verbundenen Antriebswelle.

2. Stand der Technik

Walzgerüste der in Rede stehenden Art werden üblicherweise blockweise hintereinander angeordnet und bewirken Querschnittsänderungen, die das Walzgut aufeinanderfolgend unter Einwirken von jeweils wenigstens zwei Walzen oder Walzringen in jedem Walzgerüst in den Walzgerüst-Gruppen erfährt. Im Bereich von Hochgeschwindigkeits-Drahtwalzstraßen wird der Walzdraht beim Durchtritt durch die Fertigblöcke der Drahtwalzwerke und vor allem beim Austritt aus dem letzten Walzgerüst auf Endwalzgeschwindigkeiten von mehr als 60 m/sec, vorzugsweise im Bereich von bis zu 130 m/sec befördert.
Generell bestehen Hochgeschwindigkeits-Drahtwalzstraßen aus einer Vielzahl hintereinander angeordneter Einzelwalzgerüste, die zusammen oder aufgeteilt eine Vorstraße (roughing mill) ergeben, einer Zwischenstraße (intermediate mill) und einer Fertigstraße (finishing mill), ggf. unter Einsatz eines Vorblocks (prefinisher) zwischen der Zwischenstraße und der Fertigstraße. Die Fertigstraße wiederum umfasst üblicherweise einen Vorblock sowie einen Fertigblock, optional mit nachgeschalteter Einheit für die abschließende Formgebung (sizing). Die vorliegende Erfindung betrifft die o.a. Fertigstraße in einer Hochgeschwindigkeits-Drahtwalzstraße, somit den Vorblock, den Fertigblock sowie ggf. die nachgeschaltete Maßansatz(sizing)-Einheit.
Die in derartigen Drahtwalzwerken eingesetzten Vor- und Fertigblöcke bestehen üblicherweise aus einer Reihe von hintereinander angeordneten Einzelwalzgerüsten, den diesen zugeordneten Anstellvorrichtungen für die Walzspalte sowie Walzarmaturen für die Führung des Walzgutes. Die einzelnen Walzgerüste sind dabei vorzugsweise auf einem gemeinsamen Grundrahmen angeordnet und die Walzen dieser Gerüste, vorzugsweise in der Form von Walzringen, sind meist fliegend auf Tragwellenpaaren angeordnet. Die Tragwellenpaare wiederum werden über gemeinsam auf dem Grundrahmen angeordnete Getriebe aus Stirn- und Kegelradkombinationen über beidseitig zur Gerüstreihe angeordnete Längswellen angetrieben.
Derartige Walzgerüst-Anordnungen sind beispielhaft in der DE 199 19 778 A1 , der DE 198 00 201A1 , der DE 196 25 811A1 , der DE 102 61 632B4 und der DE 3 109 633A1 beschrieben.
Die Gerüste eines jeden Blocks werden dabei üblicherweise in V-Form (die Walzgerüste sind zueinander V-förmig angeordnet und sämtliche Walzgerüste stehen unter einem vorgegebenen Winkel schräg zum Hüttenflur) oder aber H-V-Form (die Walzgerüste sind zueinander V-förmig angeordnet, wobei eine Hälfte horizontal parallel zum Hüttenflur und die andere Hälfte senkrecht zum Hüttenflur vertikal angeordnet ist) zueinander alternierend mit vorgegebenem Winkelversatz so angeordnet, dass sich die Walzgerüste mit ungerader Durchgangsnummerierung zu einer ersten Seite des Walzblocks und die Walzgerüste mit gerader Durchgangsnummerierung zu einer zweiten Seite des Walzblocks hin erstrecken, oder umgekehrt.
Die zu beiden Seiten eines solchen Walzblocks angeordneten Längswellen werden wiederum durch ein gemeinsames Verteilergetriebe mit einem gemeinsamen oder mehreren in Reihe geschalteten Motoren angetrieben. Der Antrieb der einzelnen Walzgerüste schließlich wird über einen Antrieb der Tragwellenpaare und schließlich der Walzen oder Walzringe über den Tragwellen zugeordnete, gemeinsam an dem Grundrahmen angeordnete Getriebe aus Stirn- und Kegelradkombinationen bewirkt, wobei notwendigerweise nichtlineare und abgeknickte Getriebe oder Antriebswellen zwischen den Längswellen und den einzelnen Walzen oder Walzringen jedes Walzgerüsts angeordnet sind. Eine schematische Ansicht derartiger im Stand der Technik verwendeter Antriebe ist in Figur 1 dargestellt. Hieraus ist ersichtlich, dass die Abknickung in der Antriebs-Getriebe-Einheit räumlich über zwei Winkel von üblicherweise 90° bzw. 45° erfolgt.
Bekannte Vor- oder Fertigblöcke dieser Bauart bestehen aus 2, 4, 6, 8 oder 10 Gerüsten. Abhängig von der zu produzierenden Materialgüte werden in einem Drahtauslass auch Kombinationen von Walzblöcken, wie z. B. 6 + 4- oder 8 + 4Gerüste eingesetzt. Jeder dieser Blöcke aber besitzt separate Verteilergetriebe zur Anbindung an die Längswellen.
Die Querschnittsänderungen, die das Walzgut aufeinanderfolgend in den Gerüsten erfährt, sind dabei durch das Antriebskonzept und die erforderliche Getriebesystematik vollständig festgelegt. Eine Änderung der Querschnittsabnahme erfordert dabei den Einsatz aufwendiger Schaltgetriebe oder die Veränderung bzw. den Austausch einzelner Getriebeübersetzungen. Wegen der festgelegten Übersetzung jedes Getriebesystems ist für jede Änderung des Auslaufdurchmessers des Drahtes eine entsprechende Veränderung der Ein- und Durchlaufquerschnitte der Kaliber der Walzen aller Gerüste erforderlich, was den aufwendigen Wechsel aller Walzringe oder eine umfangreiche und komplizierte Bevorratung von Walzen bedingt. Dies führt zu mehr oder weniger langen Umbauzeiten an dem Gerüst, während derer auch vor- und nachgeschaltete Bereiche der Drahtwalzstraße stillliegen müssen.
Erfahrungsgemäß können bei derartigen festen Getriebesystemen die Walzringdurchmesser einer Kaliberreihe nur um verhältnismäßig geringe Beträge von ca. +/- 0,5 mm voneinander abweichen, da sonst der Längszug bzw. Längsdruck der Drahtwalzader nicht kontrolliert eingestellt werden kann. Die Gesamtformänderung des Drahtes beim Durchgang durch den Fertigblock liegt vielmehr fest und kann nicht variiert werden. Dies führt bei einigen Werkstoffarten leicht zu Überhitzungen im Walzgutkern oder zur Überschreitung der Grenzformänderung des Werkstoffs. Eine Anpassung der Querschnittsannahme pro Stich ist daher nicht möglich; sie würde nach dem heutigen Stand der Technik vielmehr jeweils die Verwendung eines Vor- oder Fertigblocks mit entsprechend anderen Übersetzungsverhältnissen mittels Schaltgetrieben der gesamten Getriebeanordnung erfordern.
Das mechanische Getriebesystem wiederum besitzt aufgrund der Vielzahl von drehschwingungsfähigen Massen mehrere Eigenresonanzfrequenzen, die von einem gemeinsamen Antriebsmotor mit seinem hohen Massenträgheitsmoment nur bedingt beherrscht werden könnten. Dies kann dazu führen, dass eine Drahtstraße bestimmte Geschwindigkeitsbereiche nicht betriebssicher nutzen kann.

3. Aufgabe der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Walzgerüst in einem Vor- oder Fertigblock einer Hochgeschwindigkeits-Drahtwalzstraße zur Verfügung zu stellen, bei dem die Gesamtformänderung hochflexibel variiert werden kann und bei dem eine Anpassung der Querschnittsabnahme pro Stich bei gleichzeitiger freier Wahl der Walzringdurchmesser, der Anzahl der Walzgerüste und der Abstände der Walzgerüste untereinander möglich ist.
Diese Aufgabe wird im erfindungsgemäßen Sinne mittels eines Walzgerüsts, umfassend die Merkmale des Anspruchs 1, gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungsformen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen definiert.

4. Zusammenfassung der Erfindung

Die Erfindung betrifft Einrichtungen in Hochgeschwindigkeits-Drahtwalzstraßen. Derartige Walzstraßen werden bei Austrittsgeschwindigkeiten des Drahts aus dem letzten Walzschritt von etwa 60 bis 130 m/s betrieben, wobei die Endquerschnitte des Drahts üblicherweise etwa 4 - 20 mm, vorzugsweise 5 bis 16 mm, betragen. Bei derartigen Geschwindigkeiten des Drahts und der damit einhergehenden Umdrehungsgeschwindigkeiten speziell der Wellen für die Walzen oder Walzringe finden Gleitlager anstelle der sonst üblichen Wälzlager Verwendung.
Derartige Hochgeschwindigkeits-Drahtwalzstraßen weisen aus technologischen Gründen hinsichtlich Walzqualität (Drahtführung) einen Walzgerüstabstand von jeweils 800 - 1000 mm auf.
Im erfindungsgemäßen Sinne wird jedem Walzgerüst eine eigene Antriebseinheit mit jeweiligem Motor und jeweiliger Antriebswelle zugeordnet, wobei der Motor, die Antriebswelle und das wenigstens eine Walzen- oder Walzringpaar linear zueinander angeordnet sind. Im erfindungsgemäßen Sinn betrifft die Linearanordnung eine im Wesentlichen gerade Anordnung ohne Abknickungen und demnach ohne die sonst notwendige, spezielle Getriebeanordnung wie etwa Kegelrad-Anordnungen verwenden zu müssen. Hierdurch wird die Antriebseinheit mit besonders einfachen Mitteln bei sehr hoher Zuverlässigkeit und Flexibilität bezüglich der Steuerung verwirklicht und deren Einbaugröße auf ein Minimum beschränkt.
Somit vereinfacht sich die Getriebestruktur erheblich im Vergleich zum Stand der Technik und wird auf ein die einzelnen Walzen oder Walzringe antreibendes Getriebe zwischen den Nebenwellen dieser Walzen oder Walzenringe und der Antriebswelle für das jeweilige Walzgerüst, ggf. noch zusätzlich ein Übersetzungsgetriebe, beschränkt. Die sonst für die Leistungsflussumlenkung notwendige Kegelradstufe kann entfallen, was auch zur Reduktion der rotierenden Massen und zur erhöhten Torsionssteifigkeit im Walzgerüst führt.
Innerhalb der einzelnen Walzgerüste kann eine schwingungstechnische Abstimmung der einzelnen mechanischen und elektrischen Antriebskomponenten aufeinander erfolgen. Damit können individuell die Eigenfrequenzen angepasst werden, was das gesamte Schwingungsverhalten beeinflusst. Weiterhin kann eine ggf. vorgesehene Steuereinrichtung schwingungstechnisch auf jedes einzelne Walzgerüst eingestellt werden. Darüber hinaus können vorzugsweise einstellbare Kerbfilter eingesetzt werden, die einer verbleibenden Resonanz je Antriebsstrang entgegenwirken können. Auch wird die Möglichkeit eröffnet, für jedes Walzgerüst individuelle Kerbfilter einzusetzen.
Die Erfindung ermöglicht eine Optimierung der Zugverhältnisse zwischen den Gerüsten, was zu einer verringerten Reibung im Walzspalt und somit zur Qualitätsverbesserung und signifikanten Erhöhung der Walzenstandzeit führen kann. Durch die Möglichkeit, freie Drehzahlverhältnisse bei den Antrieben der Einzelgerüste zu wählen, ist eine gezielte Stufung der Querschnittsabnahmen, beispielsweise im Fertigblock einer Hochgeschwindigkeits-Drahtwalzstraße möglich. Dies erlaubt eine flexible Abnahmeverteilung, um beispielsweise durch eine degressive Abnahmestufung die Gesamtaufheizung im Kern des Walzdrahts zu verringern.
Durch eine mögliche Kombination großer Reduktionen in dem ersten Gerüst mit Präzisionsreduktionen in den letzten Gerüsten sind optimale Anpassungen an gewünschte Querschnittsgrößen und Toleranzen möglich.
Da die Notwendigkeit eines jeweiligen Umbaus eines gesamten Moduls, beispielsweise des Fertigblocks einer Drahtwalzstraße, für jede Änderung des Auslaufquerschnitts wegfällt, reduzieren sich die notwendigen Stillstandszeiten der Drahtstraße insgesamt sowie auch der vorgelagerten und nachgelagerten Aggregate, was zu einer Produktivitätssteigerung der Walzstraße insgesamt führt.
Die freie Wahlmöglichkeit der Reduktionen und des dabei auftretenden Längszugs zwischen den Gerüsten erlaubt überdies werkstoffangepasste und querschnittsorientierte Umformungen und Umformwirkungsgrade, was den Leistungsbedarf für jedes einzelne Walzgerüst und der Walzstraße insgesamt reduzieren kann. Ebenfalls ist durch individuelle Änderung des Längszugs zwischen den Walzgerüsten eine Querschnittsbeeinflussung möglich, wodurch ein längenabhängiger Querschnittsfehler, vorzugsweise bei verdickten Drahtenden, reduziert werden kann.
Durch eine vorzugsweise vorhandene automatische Anstellung der Walzspalte und der Armatur jedes Walzgerüsts können ggf. unterschiedliche Fertigquerschnitte mit gleichen Vorkalibern der Walzen gewalzt werden, womit eine weitere Verringerung der Umbau- und Stillstandszeiten erreicht werden kann. Da die einzelnen Walzgerüste mit fertigmontierten Walzringen und Walzarmaturen verhältnismäßig gegen andere Walzgerüste ausgewechselt werden können und die Drehzahlanpassung vorzugsweise über eine Steuereinrichtung erfolgen kann, ist es überdies möglich, bei unverändertem Einlaufquerschnitt des Drahtes die Reduktion innerhalb des Blocks zu variieren.
Die freie Wahlmöglichkeit des Walzringdurchmessers erlaubt dabei eine bessere Ausnutzung der Walzringe, da sich neue und alte Ringe kombinieren lassen. Durch die Anpassung der Walzspaltanstellungen können die Oval- oder Rundkaliber an jeder gewünschten Stelle im Fertigblock eingesetzt werden. Da insgesamt keine starren Kaliberreihen mehr vorhanden sind, ist vorzugsweise nur ein dem Verschleiß entsprechendes Abdrehen der jeweiligen Walzen oder Walzenringe erforderlich, wodurch sich die jeweilige Standzeit der einzelnen Walzen oder Walzringe erhöhen lässt.
Bei einem erfindungsgemäßen Vor- und Fertigblocksystem können vorzugsweise nur die am Walzprozess beteiligten Walzgerüste mit hoher Geschwindigkeit angetrieben werden. Die nicht beteiligten Gerüste können mit einer beliebig langsamen Leerlaufdrehzahl rotieren, wodurch lagerungstechnisch schwer zu beherrschenden hohen Drehzahlen vermieden werden.
Insgesamt erlaubt die freie Wahlmöglichkeit der Belegung der einzelnen Gerüste innerhalb des Vor- oder Fertigblocks eine gezielte Einstellung der Abstände zwischen den Einzelgerüsten, wobei diese Abstände wiederum gezielt als Kühl- oder Ausgleichstrecke eingesetzt werden können. Der bisher im Stand der Technik vorgegebene feste Zusammenhang zwischen dem Eintrittsquerschnitt und dem Auslaufquerschnitt eines jeweils mehrere Walzgerüste umfassenden Walzgerüst-Gruppen, sogenannter Module, besteht daher im erfindungsgemäßen Sinne vorzugsweise nicht, da gewünschte Änderungen des Auslaufquerschnitts nicht mehr zwangsläufig eine Änderung des Eintrittsquerschnitts und den damit verbundenen Wechsel aller Walzen oder Walzringe und Kaliber erfordert.
Generell kann durch Variationen der Querschnittsabnahme in einer erfindungsgemäßen Hochgeschwindigkeits-Drahtwalzstraße aus einem einzelnen Anstichquerschnitt eine große Anzahl von unterschiedlichen Endquerschnitten im gleichen Vor- oder Fertigblock gewalzt werden. Der Ausfall einzelner Walzgerüste führt dabei nicht zwangsläufig zum Stillstand der gesamten Drahtwalzstraße, unter Umgehung einzelner ausgefallener oder abgeschalteter Walzgerüste kann vielmehr der Walzbetrieb für einen großen Umfang von Walzprodukten weiter fortgesetzt werden.
Im erfindungsgemäßen Sinne kann aufgrund der reduzierten Massenträgheit gegenüber Längswellen verwendenden Walzmodulen, bestehend aus wenigstens 2 Walzgerüsten mit gemeinsamem Antrieb, sogenannten Modulen, eine deutlich verbesserte Anregelzeit des Antriebsstrangs erreicht werden, wodurch sich das dynamische Verhalten der Walzgerüst-Gruppe oder des Blocks insgesamt und insbesondere während des Anstichvorgangs verbessert. Diese hohe Dynamik und die bevorzugte schwingungstechnische Abstimmung der einzelnen mechanischen und elektrischen Antriebskomponenten aufeinander reduziert die Gefahr von gefährlichen Resonanzen, was insgesamt zu einer sicheren Betriebsweise im gesamten Geschwindigkeitsbereich von Hochgeschwindigkeits-Drahtwalzstraßen führt.
Die einzelnen Walzgerüste sind im erfindungsgemäßen Sinne untereinander mechanisch weitestgehend entkoppelt, so dass der Anstichstoß in einem Walzgerüst keine Eigenresonanzschwingungen an anderen Walzgerüsten anregen kann, woraus schließlich eine stabilere Betriebsweise im Gesamtgeschwindigkeitsbereich der Walzgerüst-Gruppe und ggf. der gesamten Walzstraße resultieren kann.
Das Walzgerüst gemäß der Erfindung ist Teil einer Walzgerüst-Gruppe, insbesondere eines Vor- oder Fertigwalzmoduls von Hochgeschwindigkeits-Drahtwalzstraßen mit wenigstens zwei derartigen Walzgerüsten. In derartigen Vor- oder Fertigwalzblöcken sind der Abstand der jeweiligen Walzgerüste untereinander sowie deren Anzahl vorgegeben. Eine derartige blockweise Anordnung ermöglicht auch die Anbindung an eine ggf. vorkalibrierte Steuerungseinheit und überdies den Austausch ganzer Walzgerüst-Gruppen ohne die Notwendigkeit, einzelne Walzgerüste oder Untergruppen von Walzgerüsten austauschen zu müssen.
Die blockweise Zusammenfassung mehrerer Walzgerüste ist dabei insbesondere besonders vorteilhaft verwirklicht, wenn zwischen zwei und zwölf Walzgerüsten mit aufeinander abgestimmtem Walzspaltdurchmesser zusammengefasst sind. Besonders bevorzugt wird überdies, wenn die Walzgerüste des jeweiligen Walzmoduls alternierend mit vorgegebenem Winkelversatz zueinander angeordnet sind. Eine derartige alternierende Anordnung ist immer dann verwirklicht, wenn der Winkelversatz zwischen einem ersten und seinem nachfolgenden Walzgerüst festgelegt ist. Eine alternierende Anordnung im erfindungsgemäßen Sinne ist überdies immer dann verwirklicht, wenn die Walzgerüste mit ungerade Nummerierung, gezählt von der Einlaufseite zur Auslaufseite der Gruppe, im Wesentlichen parallel zueinander angeordnet sind und die Walzgerüste mit gerader Nummerierung zwischen diesen Walzgerüsten mit ungerader Nummerierung ebenfalls parallel zueinander angeordnet sind oder umgekehrt. Der Winkelversatz ist demnach zwischen sämtlichen Walzgerüsten mit ungerader Nummerierung und sämtlichen Gerüsten mit gerader Nummerierung realisiert.
Besonders bevorzugt wird, wenn die Walzgerüste des Walzmoduls zueinander in V-Form angeordnet sind, wobei der oben definierte Winkelversatz vorzugsweise etwa 90° beträgt. Eine V-Form im erfindungsgemäßen Sinne kann jedoch auch bei Abweichen vom rechten Winkel, beispielsweise bei einem Winkelversatz von 60 bis 120°, verwirklicht werden.
Dabei können die Walzgerüste vorzugsweise sämtlich unter einem vorgegebenen Winkel von beispielsweise 45° zum Hüttenflur angeordnet sein, sodass die Zugänglichkeit zu jedem Walzgerüst der Walzgerüst-Gruppe gleich ist und ggf. automatisiert werden kann, wobei jedoch die gleichen Effekte im Wesentlichen auch bei einer Abweichung von etwa +/- 15° erreicht werden können. In einer alternativen und ebenso bevorzugten Ausgestaltungsform der Erfindung sind die Walzgerüste jedoch in einer so genannten H-V-Anordnung zueinander festgelegt, wobei der Winkelversatz ebenfalls etwa 90° beträgt. Hierbei wird eine Hälfte der Walzgerüste horizontal (H), somit parallel zum Hüttenflur, und eine Hälfte vertikal (V), somit senkrecht zum Hüttenflur, angeordnet. In einer weiteren alternativen und ebenfalls bevorzugten Ausgestaltungsform erfolgt die winkelversetzte Anordnung der aufeinanderfolgenden Walzgerüste spiral- oder sternförmig mit einem gleichbleibenden Winkelversatz von etwa 120° (Sternanordnung) oder etwa 60° (Spiralversatz), wobei jeweils nach 3 bzw. 6 Versatzschritten wieder die Ausgangsstellung erreicht ist und ein Walzen des Drahts ohne die Notwendigkeit einer Tordierung des Drahts zwischen einzelnen oder allen Walzgerüsten möglich ist.
In einer weiteren alternativen Ausgestaltungsform der Erfindung beträgt der Winkelversatz zwischen den benachbarten Walzgerüsten jedoch 180°, wodurch eine vollständig ebene Anordnung der Vor- oder Fertigblöcke erhalten werden kann, welche überdies in jeder gewünschten Neigung zum Hüttenflur vorgesehen sein kann. Eine derartige ebene Anordnung erfordert jedoch üblicherweise die Verwendung von geeigneten Tordierelementen für den Draht zumindest zwischen einigen Walzgerüsten, um so eine Rundwalzung des Drahts zu ermöglichen.
Durch sämtlich o.g. Alternativen wird insbesondere ein vereinfachter und auch standardisierter Aufbau mit leichter Zugangsmöglichkeit zu sämtlichen Walzgerüsten und insbesondere zu sämtlichen Walzgerüsten eines Moduls zur Verfügung gestellt, wobei vor allem in der 45°-Anordnung aller Walzgerüste im Vergleich zum Hüttenflur eine alternierende Anordnung von 90° der jeweiligen Walzgerüste zueinander mit entsprechender symmetrischer Anordnung des Walzblocks insgesamt verwirklicht wird.
Wie bereits eingangs erwähnt, erfolgt die Umformung des Walzdrahts unter Einwirkung von wenigstens zwei Walzen oder Walzringen. Die Erfindung ist jedoch nicht auf die Umformung des Drahts mit derartiger Walzen- oder Walzringpaaren beschränkt. Ebenso bevorzugt wird, wenn zumindest einem Walzgerüst einer Walzgerüst-Gruppe drei oder vier Walzen oder Walzringe zugeordnet sind und die Umformung des Materials in dem durch die drei oder vier Walzen oder Walzringe gebildeten Walzspalt bewirkt wird. Hierdurch wird die Flexibilität und Einsatzvielfalt des erfindungsgemäßen Walzgerüsts mit besonders einfachen Mitteln erhöht.
Im erfindungsgemäßen Sinne ist jedem Walzgerüst ein eigener Motor zugeordnet, über den der Antrieb der Walzen oder Walzringe erfolgt. Besonders bevorzugt wird, wenn der Motor ein Elektro- oder Hydromotor ist, der in einer sehr bevorzugten Ausgestaltungsform der Erfindung überdies regelbar ausgelegt ist. Derartige Elektro- oder Hydromotoren sind besonders bauraumsparend und erleichtern zudem die lineare Anordnung des Antriebsstrangs, welcher zumindest aus Motor und Antriebswelle sowie ggf. einer Kupplung besteht.
Der Antriebswelle ist in einer bevorzugten Ausgestaltungsform der Erfindung überdies ein Übersetzungsgetriebe zugeordnet, das vorzugsweise in den Antriebsstrang integriert ist. Dieses Übersetzungsgetriebe erlaubt die Bereitstellung besonders hoher Drehzahlen, wie sie in Hochgeschwindigkeits-Drahtwalzstraßen auftreten, ohne die Notwendigkeit, hierfür den Motor selbst modulieren oder gar austauschen zu müssen, da bei derartigen Hochgeschwindigkeits-Drahtwalzstraßen Umdrehungsgeschwindigkeiten der einzelnen Walzen von bis zu 17 000 U/ min auftreten, wobei durch Verwendung eines Übersetzungsgetriebes die Drehzahl nicht allein vom Motor bereitgestellt werden muss.
Dem Antrieb in einem erfindungsgemäßen Walzgerüst kann zusätzlich zum Motor und ggf. zum Übersetzungsgetriebe auch eine Anstelleinheit zugeordnet sein, über die Anstellung der einzelnen Walzen oder Walzringe zueinander verwirklichbar ist. Hierdurch wird ein Walzgerüst zur Verfügung gestellt, bei dem der Walzspalt vorzugsweise gesteuert eingestellt werden kann, ohne dass hierfür die Walzen oder Walzringpaare ausgetauscht werden müssen, um einen bestimmten Umformgrad beim Stich zu bewirken.
Vorteilhafterweise erfolgt der Antrieb der einzelnen gruppenweise zusammengefassten Walzgerüste über jeweilige Steuereinrichtungen, insbesondere über eine gemeinsame Steuereinrichtung, mit der die jeweiligen Motoren verbunden sind. Eine derartige Steuereinrichtung kann nicht nur dazu dienen, Längszug und -druck zwischen zwei benachbarten Walzgerüsten innerhalb einer jeden Walzgerüst-Gruppe vorteilhaft einzustellen, sondern kann überdies auch das Auftreten von Resonanzschwingungen innerhalb eines Walzgerüsts oder des gesamten Systems unterbinden oder zumindest gerüstspezifisch dämpfen.
Besonders bevorzugt wird eine Steuereinrichtung, welche Drehzahl-Sollwerte der jeweiligen Antriebsstränge der einzelnen Walzgerüste basierend auf technologischen Vorgaben, wie etwa dem Walzgutwerkstoff, den maximalen Umformwerten dieses Werkstoffs, der Walzgerüst-Konstanten, der Einlauf- und Auslaufquerschnitte, der Einlauftemperatur, der verfügbaren Walzensätze, der Losgrößen und/oder der Identifikationsnummer und ggf. Abdrehmaßen der Walzen, verarbeitet.
Besonders bevorzugt wird eine Steuereinrichtung, die mit Messsensoren verbunden ist, welche Ist-Werte zumindest für die Drehzahl der jeweiligen Antriebsstränge ermittelt. Basierend auf dieser Ist-Wert-Ermittlung wird dann ein Vergleich mit den vorab ermittelten Drehzahl-Sollwerten und Drehzahl-Istwerten erfolgen können. Dies erfolgt in überaus bevorzugter Weise unter Verwendung regelbarer Antriebsspeisungen für Elektro- oder Hydromotoren in den jeweiligen Walzgerüsten.
Die wenigstens eine Steuereinrichtung kann dann die Drehzahl vorzugsweise jedes Walzgerüsts dynamisch mit der Drehzahl wenigstens eines benachbarten Walzgerüsts, vorzugsweise mit den Drehzahlen sämtlicher in Modulweise zusammengefasster Walzgerüste, synchronisieren.

5. Kurze Beschreibungen der Figuren

Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf vier Figuren 1 - 4 näher erläutert, wobei die Figur 1 den Stand der Technik, die Figuren 1 - 3 dagegen schematisch bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung darstellen.
In den Figuren zeigt:

Figur 1a: eine schematische Ausschnittsdarstellung eines Antriebsstrangs eines Drahtwalzgerüsts gemäß dem Stand der Technik sowie eine IIlustration der Abknickwinkel innerhalb des Antriebs,
Figur 1b: eine Illustration der Abknickwinkel aus Figur 1a,
Figur 2: eine schematische Draufsicht auf einen sechs Walzgerüste umfassenden Walzblock;
Figur 3: eine vergrößerte Detailansicht einer Getriebestruktur in einem der Walzgerüste aus Figur 1; und
Figur 4: ein Schema zur elektrischen Steuereinrichtung für drei nacheinander geschaltete Walzgerüste.

6. Wege zur Ausführung der Erfindung

Figur 1 a zeigt eine schematische Ausschnittsdarstellung eines Antriebsstrangs eines (nicht dargestellten) Drahtwalzgerüsts gemäß dem Stand der Technik sowie eine Illustration der Abknickwinkel α, β zwischen den Ebenen A,B,C innerhalb des Antriebs. Die Hälfte der in V-Form unter einem Winkel von 45° zum Hüttenflur angeordneten Walzgerüste eines Walzblocks wird über eine gemeinsame Antriebswelle 20 angetrieben. Über eine Kegelradstufe 21, bestehend aus zwei zueinander unter einem Winkel von 90° angeordneten Kegelzahnrädern 21 a, 21 b, wird die Walzgerüst-Antriebswelle 22 angetrieben. Diese Walzgerüst-Antriebswelle 22 wiederum erstreckt sich in ihrer (nicht dargestellten) Verlängerung bis zu einem (nicht dargestellten) Übersetzungsgetriebe zum Antreiben der (nicht dargestellten) Walzen oder Walzenringe des Walzgerüsts. Der gesamte Antrieb des Walzgerüsts gemäß dem Stand der Technik weist somit zwei räumliche Abknickungen oder Umlenkungen auf, nämlich eine erste Abknickung um einen Winkel α=90° zwischen der Ebene A, die parallel zum Hüttenflur angeordnet ist und in der sich die Antriebswelle 20 erstreckt, und der Ebene B, die senkrecht zur Ebene A angeordnet ist und in der sich die Walzgerüst-Antriebswelle 22 erstreckt, sowie eine zweite Abknickung um einen Winkel β=45° zwischen der Ebene A und der Ebene C, in der sich die Walzgerüst-Antriebswelle 22 ebenfalls erstreckt. Die Figur 1b zeigt diese Ebenen A, B, C sowie ihren Winkelversatz zueinander nochmals zur besseren Verständlichkeit gesondert, ohne die Darstellung der Getriebe-Anordnung aus Figur 1 a.
Figur 2 zeigt eine Walzgerüst-Gruppe 2, welche auf einem Walzenbock 3 angeordnete Walzgerüste 1a-1f aufweist. Die Walzgerüste 1a-1f sind jeweils unter einem Winkel von 45° zum Hüttenflur 4 gegeneinander so angeordnet, dass die linken Walzgerüste 1a,b,c alternierend mit den rechten Walzgerüsten 1d,e,f unter einem Winkel von 90° zueinander angeordnet sind. Die Anordnungen der Walzgerüste 1a-1f erfolgt dabei so auf dem Walzenbock 3, dass die Walzspalte der jeweiligen Walzenpaare 5a-5f im Wesentlichen fluchtend zueinander angeordnet sind, so dass ein (nicht dargestellter) Draht ohne Verbiegungen oder Verknickungen durch sämtliche Walzgerüste 1a-1f der Walzgerüst-Gruppe 2 hindurchgeführt werden kann. Die einzelnen Walzgerüste 1a-1f bestehen im Wesentlichen aus einem Motor 6, einer Antriebswelle 7, einer Getriebeeinheit 8 und schließlich dem jeweiligen Walzenpaar 5. Wie dargestellt, sind diese Bestandteile 5,6,7,8 des jeweiligen Walzgerüsts 1 linear zueinander ohne Stirn- und Kegelradkombinationen und ohne die Notwendigkeit des Einsatzes längs dem Walzenbock 3 verlaufender Längswellen angeordnet. Die Längsachsen dieser Bauteile 5,6,7,8 liegen dementsprechend im Wesentlichen auf einer Linie, wobei insbesondere im Bereich der Walzen selbstverständlich eine Parallelverschiebung in dem von der Getriebeanordnung 8 insgesamt vorgegebenen Maß erfolgen kann, ohne hierdurch vom Prinzip der linearen Anordnung im jeweiligen Walzgerüst 1a-1f abzuweichen.
Figur 3 zeigt eine vergrößerte Draufsicht auf die Getriebeeinheit 8 des Walzgerüsts 1f aus Figur 1, welche als Übersetzungs- und Antriebsgetriebe dient. Wie dargestellt, ist die Getriebeeinheit 8 zwischen dem Motor 6 und der Antriebswelle 7 einerseits sowie dem Walzenpaar 5f angeordnet. Auf dem dem Walzenpaar 5f zugewandten Ende der Antriebswelle 7 sitzt ein (schematisch angedeutetes) Getriebe-Zahnrad 9 auf, welches mit einer Zwischenwelle 10 für die Walzen des Walzenpaares 5f im kämmenden Eingriff steht. Durch die unterschiedliche Zahnanzahl der Zahnräder der Antriebswelle 7 und der Zwischenwelle 10 wird ein vorgegebenes Übersetzungsverhältnis zwischen der Drehzahl der Antriebswelle 7 und der Drehzahl der Zwischenwelle 10 bewirkt. Ein auf der Zwischenwelle 10 aufgeschrumpftes Getriebe-Zahnrad 11 wiederum steht im kämmenden Eingriff mit einer Walzen-Antriebswelle 12a für eine Walze des Walzenpaares 5f sowie mit der Nebenwelle 13, die wiederum mit der zweiten Walzen-Antriebswelle 12b für eine Walze des Walzenpaares 5f im kämmenden Eingriff steht, wobei auch zwischen der Zwischenwelle 10 bzw. der Nebenwelle 13 und den Walzen-Antriebswellen 12a, 12b ein vorgegebenes Übersetzungsverhältnis vorliegt, die beiden Walzen-Antriebswellen 12a,12b jedoch mit gleicher Rotationsgeschwindigkeit, aber unterschiedlichem Drehsinn angetrieben werden. Ein Austausch der Walzen 5f erfolgt einzeln oder paarweise, während ein Austausch der Antriebswellen 12a,12b vorzugsweise modular erfolgt, wobei die Walzenpaare 5f zusammen mit ihren Walzen-Antriebswellen 12a,12b, der Halteplatte 15 sowie der (nicht dargestellten) Anstelleinheit für den Walzspalt aus dem Übersetzungsgetriebe 8 herausgezogen und durch Einsetzen eines Austauschmoduls ersetzt werden.
Figur 4 schließlich zeigt ein schematisches Schaltdiagramm der elektrischen Steuereinrichtung 15 für nur exemplarisch dargestellte Walzgerüste 1 d, 1 b, 1e. Die Steuereinrichtung 15 besteht im Wesentlichen aus einer Berechnungseinheit 17 und je einer Antriebsspeisung 19. Die Regelungen (Drehzahl und -moment) jeder Antriebsspeisung 19 kann je Walzgerüst schwingungstechnisch individuell eingestellt werden. Darüber hinaus wirken einstellbare Kerbfilter 19a den verbleibenden Resonanzen je Antriebsstrang entgegen. Die Berechnungseinheit 17 ist mit sämtlichen Walzgerüsten 1 d, 1b, 1e des Walzenmoduls 2 verbunden und erhält von diesem Ist-Werte sämtlicher Messsensoren. In Bezug auf die Walzgerüste 1 d, 1 b, 1 e wird jeweils die Drehzahl der Motoren 6 und deren Belastung (Motorstrom, Drehmoment sowie im Falle von Hydromotoren Druck und Durchfluss) gemessen. Die Berechnungseinheit 17 ermittelt mittels technologischer und maschinentechnischer Parameter die Arbeitsdrehzahl der einzelnen Walzgerüste. Die Motoren 6 der einzelnen Walzgerüste sind untereinander sowohl durch die Berechnungseinheit 17 als auch über einen Antriebsdatenbus 16 verbunden. Damit wird eine mehrschichtige, dynamische Synchronisierung der einzelnen Walzgerüste erreicht. Wahlweise können Dimensionsmessgeräte 14a und 14b einlauf- und auslaufseitig angeschlossen werden, die die Dimensionsänderung des Walzdrahtes (Höhe, Breite, Ovalität) erfassen. In der Berechnungseinheit 17 wird ein erster Drehzahlzusatzsollwert von der nominierten Drehzahldifferenz zum benachbarten Antrieb je Walzgerüst 1d, 1b, 1e abgeleitet. Dazu ist die Berechnungseinheit 17 mit einem Beobachter ausgerüstet, der basierend auf einem mathematischen Modell eine dynamische Echtzeitsollwerkkorrektur je Gerüst ermittelt. Die Drehzahlkorrektur je Gerüst wird an die Antriebsspeisungen übertragen. Parallel dazu läuft ein nominierter Istwertabgleich der Drehzahlen zu den anderen Walzgerüsten via Antriebsdatenbus 16. Die Kopplung der Drehzahlregelungen ist steuerbar und wird abhängig von der Materialverfolgung des Drahtkopfes schrittweise zu- und abgeschaltet. Die Materialverfolgung wird durch Sensoren 18a, 18b vor und hinter den Walzgerüsten 1d, 1b, 1e durch die Motorströme gesteuert und abhängig von Materialgeschwindigkeit und Voreilung rechnerisch korrigiert. Die Berechnungseinheit 17 ist mit einem weiteren variablen 2. Zusatzsollwert für jedes Walzgerüst ausgerüstet, welcher für jedes Walzgerüst 1 d, 1 b, 1 e den individuellen Drehzahleinbruch im Anstichvorgang begrenzen soll. Dieser 2. Zusatzsollwert wird abhängig von der Materialverfolgung innerhalb der Berechnungseinheit schrittweise zu- und abgeschaltet. Die Auswirkungen des 2. Zusatzsollwerts werden messtechnisch überwacht, in einem Adaptionsalgorithmus ausgewertet und für den nächsten Anstich variiert. Ein 3. Zusatzsollwert für die Drehzahl jedes Walzgerüsts 1 d, 1 b, 1 e dient zu Veränderung der Drehzahlverhältnisse der Walzgerüste untereinander. Der 3. Zusatzsollwert kann aus einer Handkorrektur oder aus einem 1. Rechenwert der Berechungseinheit 17, der während des Walzens mit Hilfe eines mathematischen Simulationsmodells ie Zug-Druckverhältnisse repräsentiert, oder aus einem 2. Rechenwert, der beispielsweise vor oder hinter den Walzgerüsten 1 d, 1b, 1e angeordneten Dimensionsmessgeräten 14a,14b, und der berechneten Form- und Durchmesserabweichung stammt, abgeleitet werden. Der 3. Zusatzsollwert kann abhängig von der Materialverfolgung schrittweise zu- und abgeschaltet werden. Weiterhin steuert die Materialverfolgung innerhalb der Berechnungseinheit 17 eine zustandsabhängige Sollwertvorgabe, die verschiedene Drehzahlsollwerte für den Fall des Einfädelns, des Walzens und des Ausfädelns definiert.
Eine Speicherschaltung 17b erfasst die aktuell ermittelten Korrekturwerte und sorgt für eine adaptive Nachbesserung der Synchronisierung für den nächsten Walzdraht.

Claims

Walzgerüst (1) als Bestandteil einer Walzgerüst-Gruppe (2) in einer Hochgeschwindigkeits-Drahtwalzstraße, mit wenigstens einem Walzen- oder Walzringpaar (5) und einer mit einem Motor (6) verbundenen Antriebswelle (7),
dadurch gekennzeichnet, dass
jedem Walzgerüst (1) dieser Walzgerüst-Gruppe (2) genau eine eigene Antriebseinheit mit jeweils einem Motor (6) und jeweiliger Antriebswelle (7) zugeordnet ist und der Motor (6), die Antriebswelle (7) und das wenigstens eine Walzen- oder Walzringpaar (5) linear zueinander angeordnet sind.
Walzgerüst (1) gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es Teil eines Vor- oder Fertigwalzblocks ist.
Walzgerüst (1) gemäß einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Walzgerüst-Gruppe (2) wenigstens 2, vorzugsweise 4, insbesondere 6, ganz besonders bevorzugt 8, überaus bevorzugt 10 Walzgerüste (1) umfasst.
Walzgerüst (1) gemäß einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Walzgerüste (1) der Walzgerüst-Gruppe (2) alternierend mit vorgegebenem Winkelversatz zueinander angeordnet sind.
Walzgerüst (1) gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Walzgerüste (1) der Walzgerüst-Gruppe (2) in V-Form zueinander angeordnet sind, wobei der Winkelversatz vorzugsweise 90° +/- 15° beträgt.
Walzgerüst (1) gemäß einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Walzgerüst (1) unter einem vorgegebenen Winkel zum Hüttenflur (4) auf einem Walzblock (3) befestigt ist.
Walzgerüst (1) gemäß Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der vorgegebene Winkel 45° +/- 15° beträgt.
Walzgerüst (1) gemäß Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der vorgegebene Winkel für die erste Hälfte der Walzgerüste (1) der Walzgerüst-Gruppe (2) 90° +/- 15° und für die zweite Hälfte der Walzgerüste (1) der Walzgerüst-Gruppe (2) 180° +/- 15° beträgt.
Walzgerüst (1) gemäß einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ihm wenigstens drei, vorzugsweise vier, Walzen oder Walzringe (5) zugeordnet sind.
Walzgerüst (1) gemäß einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Motor (6) ein vorzugsweise regelbarer Elektro- oder Hydromotor ist.
Walzgerüst (1) gemäß einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Antriebswelle (7) ein vorzugsweise integriertes Übersetzungsgetriebe (8) zugeordnet ist.
Walzgerüst (1) gemäß einem der Ansprüche 2 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Motoren (6) einer Walzgerüst-Gruppe (2) mit vorzugsweise einer gemeinsamen Steuereinrichtung (15) verbunden sind, wobei vorzugsweise die wenigstens eine Steuereinrichtung (15) die Drehzahl vorzugsweise jedes Walzgerüsts (1) dynamisch mit der Drehzahl wenigstens eines benachbarten Walzgerüsts (1) synchronisiert.
Walzgerüst (1) gemäß einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jedes Walzgerüst (1) ein modulares Wechselsystem, umfassend zumindest die Walzen oder Walzringpaare (5) sowie deren Antriebswellen (12), ggf, zusammen mit einer Anstellvorrichtung für den Walzspalt zwischen der Walzen oder Walzringpaaren (5), aufweist, und dass vorzugsweise die Anstellvorrichtung Exzenterbuchsen umfasst.
Walzgerüst (1) gemäß einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es Teil eines Hochgeschwindigkeits-Drahtblocks ist.
Hochgeschwindigkeits-Drahtwalzstraße, umfassend wenigstens zwei Walzgerüste (1) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 14.