EP2646883A1 - Concept for adjusting process parameters of a rolling process by means of a measured bearing slip - Google Patents

Concept for adjusting process parameters of a rolling process by means of a measured bearing slip

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EP2646883A1
EP2646883A1 EP11790949.9A EP11790949A EP2646883A1 EP 2646883 A1 EP2646883 A1 EP 2646883A1 EP 11790949 A EP11790949 A EP 11790949A EP 2646883 A1 EP2646883 A1 EP 2646883A1
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EP
European Patent Office
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rolling
bearing
slip
rolling mill
bearing slip
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP11790949.9A
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German (de)
French (fr)
Inventor
Kurt Kemmer
Andreas Kern-Trautmann
Rupert Motschenbacher
Thomas Peuschel
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SKF AB
Original Assignee
SKF AB
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Filing date
Publication date
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Application filed by SKF AB filed Critical SKF AB
Publication of EP2646883A1 publication Critical patent/EP2646883A1/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • G05CONTROLLING; REGULATING
    • G05BCONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B15/00Systems controlled by a computer
    • G05B15/02Systems controlled by a computer electric
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    • B21MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21BROLLING OF METAL
    • B21B37/00Control devices or methods specially adapted for metal-rolling mills or the work produced thereby
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16CSHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C13/00Rolls, drums, discs, or the like; Bearings or mountings therefor
    • F16C13/02Bearings
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16CSHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
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    • F16C19/52Bearings with rolling contact, for exclusively rotary movement with devices affected by abnormal or undesired conditions
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    • B21B37/46Roll speed or drive motor control
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B21BROLLING OF METAL
    • B21B37/00Control devices or methods specially adapted for metal-rolling mills or the work produced thereby
    • B21B37/74Temperature control, e.g. by cooling or heating the rolls or the product
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16CSHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C2322/00Apparatus used in shaping articles
    • F16C2322/12Rolling apparatus, e.g. rolling stands, rolls

Definitions

  • the present invention relates to a concept for controlling process parameters of a rolling process by means of a measured bearing slip.
  • sheets in different thicknesses and qualities can be produced by a variety of different rolling processes.
  • the process of rolling can be considered as rotary pressure forming. It is possible to distinguish between hot and cold forming as well as longitudinal, transverse and inclined rolls. Most flat and profiled products are produced by longitudinal rolls in corresponding rolling mills. Under a rolling mill or a rolling mill is understood to mean a total of necessary for a rolling process mechanical assemblies, both for a forming and a rolling drive, as well as devices for introducing and exporting a rolling stock, which are engaged during a rolling process.
  • Core elements of rolling mills are roller assemblies having a plurality of rotating, roller bearing rollers.
  • roller arrangements which can also be referred to as so-called rolling mills or rolling mills.
  • rolling mills There are, for example, horizontal and vertical scaffolding.
  • horizontal stands several rotating rolls with horizontally oriented axes of rotation are vertically stacked in a stack, so that a rolling stock, such as an aluminum sheet, can be rolled horizontally from the superposed rotating rolls.
  • a rolling stock such as an aluminum sheet
  • it is processed by two work rolls, which can additionally be supported by support rolls in order to zen the rolling stock occurring partly high forces to compensate.
  • the axes of rotation of the rollers are aligned vertically.
  • the rolling is characterized by the power flows rolling drive, forming and neighboring aggregates, which are mainly coupled by the rolling stock with each other, so that one can speak of a power grid.
  • the rolling process in an information network is regulated by numerous, superimposed and linked process parameters or manipulated variables, such as rolling speed, rolling force, drive, strip thickness, strip tension, flatness, etc.
  • the different modules are therefore both mechanically and electrically or electronically networked together, resulting in a complicated, heavily loaded, highly dynamic and sensitive overall mechatronic system.
  • rolling bearing loads are determined on the basis of theoretical load specifications by calculation models depending on bearing size and design.
  • rolling process parameters are defined for rolling mills in order to always keep bearing loads above the respective minimum load.
  • Due to different operating conditions, corresponding (multi-dimensional) application fields are prescribed in parameter maps which are provided with corresponding, sometimes high safety margins.
  • These partly high security surcharges stand in the way of a tendency to ever higher productivity of rolling mills. It is therefore an object of the present invention to be able to operate rolling process parameters, such as rolling speed or rolling force, of rolling mills closer to their respective actual productivity limits, without, however, damaging rolling bearings of rotating rolls due to bearing slippage.
  • this object can be achieved by a control or regulation according to which a bearing slip of a rolling roller of the rolling mill measured during the rolling process is used as the controlled variable or variable to be controlled.
  • a basic principle is therefore to measure a bearing slip of a roller bearing roller as a control variable or variable to be controlled (actual value) and depending on its deviation to a bearing slip setpoint by influencing (control) at least one process parameter manually or automatically (with an actuator) corrective intervene.
  • a closed control loop can also be created within the rolling process.
  • Exemplary embodiments provide a method for controlling a plurality of process parameters that determine an interaction of a plurality of rolls of a rolling mill in a rolling process.
  • the method comprises measuring, during the rolling process, a bearing slip of at least one rolling bearing, with which one of the rolls is mounted, and adjusting at least one of the process parameters based on the measured value, so that the bearing slip of the roll during the rolling process in a predefined range a bearing slip setpoint is.
  • Embodiments of the method can be executed manually or automatically.
  • a rolling mill with a plurality of rolls, the interaction of which in a rolling process is determined by a plurality of process parameters.
  • the rolling mill comprises means for determining, during the rolling process, a bearing slip measurement for a rolling bearing supporting one of the rolls, and means for adjusting at least one of the process parameters based on the measured value so that the bearing slip of the roll during the rolling process Rolling process is in a predefined range to a bearing slip setpoint.
  • a rolling mill often also includes support rollers in addition to the actual work rolls in order to reduce a deflection of the work rolls in contact with the rolling stock.
  • the device for determining the measured value of the bearing slip can be designed in accordance with exemplary embodiments in order to measure the bearing slip in at least one roller bearing with which one of the working and / or support rollers is mounted. For this purpose, it can, for example, measure a rotational speed of a rolling element in the rolling bearing and, based thereon, determine the measured value for the bearing slip. For speed determination, there are basically several alternative concepts, such as mechanical, optical, magnetic and / or electrical concepts. According to an exemplary embodiment, the means for determining the measured value may be designed to measure the bearing slip based on a magnetic field generated by a magnetized rolling element by means of an annular coil arranged approximately concentrically to a rotational axis of the rolling bearing.
  • the measured value for the bearing slip can also be determined based on a slippage of a bearing cage of the rolling bearing.
  • bearing slippage according to the present invention can be understood to include both rolling element slippage and bearing cage slippage. Also combinations of rolling element and Lagerkarfigschlupf can be subsumed under the term bearing slip here.
  • the (predetermined) bearing slip setpoint is zero. That is, the means for adjusting may be configured to adjust at least one of the process parameters of the rolling process such that the bearing slip is substantially zero and thus a predefined minimum load of the roll is always reached or exceeded.
  • the device for setting the process parameters may preferably be designed to set at least one of the process parameters based on the bearing slip measured value such that an optimum, in the best case even maximum, productivity of the rolling process without bearing slip is achieved.
  • the adjustable or controllable process parameters may be, for example, a rolling speed, a rolling temperature, a rolling force, or a roll spacing of the rolling mill.
  • an adaptation of further rolling process parameters used in rolling mills is also possible and therefore encompassed by embodiments of the present invention.
  • one or a plurality of the process parameters can be adjusted by manual or automatic regulation or control in accordance with the present invention, in order to return the measured bearing slip to its desired range (preferably, by Zero).
  • an optimized operating point can be set in a multi-dimensional parameter characteristic field of the rolling process.
  • Fig. 1 is a schematic representation of a controlled rolling mill according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 2 shows a detailed illustration of a four-high rolling mill with two working and support rollers according to an exemplary embodiment of the present invention
  • Fig. 4 is an enlarged view of a support roller of the roll stand of FIG. 2;
  • Fig. 5 is a still further enlarged view of the lower support roller according to FIGS. 2 and 3 with a device for determining a measured value for a bearing slip of the support roller, according to an exemplary embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is a schematic flow diagram of a method for controlling a rolling mill based on the bearing slip, according to an embodiment of the present invention.
  • Fig. 1 shows a schematic representation of a rolling mill 10 according to an embodiment of the present invention.
  • the rolling mill 10 has a plurality of supported rollers 11a, 11b and 12a, 12b, the interaction of which in a rolling process is typically determined by a plurality of rolling process parameters 13-1, 13-2, ..., 13 -N.
  • the rollers are exemplarily arranged in a horizontal stand with two inner work rolls 1 la, b and two outer support rolls 12a, b, the present invention is equally applicable to other stands and arrangements such as e.g. Vertical scaffolding, applicable.
  • the device 14 for determining the measured value 15 is designed to measure or determine an actual rotational speed n w, g of a rolling element of the roller bearing 16b and to determine the measured value 15 for the bearing slip Sw based thereon.
  • ni is the rotational speed of the inner ring
  • D w is the diameter of a rolling element
  • P is the pitch diameter
  • is a contact angle of the rolling elements.
  • the measured value 15 for the bearing slip Sw then results with the actually measured rotational speed n w, g of the rolling elements
  • any alternative concepts such as, for example, mechanical, optical, magnetic and / or electrical concepts, or combinations thereof, can be used to determine the actual rolling body rotational speed n w, g .
  • the focus is placed on a concept for measuring the rolling-element rotational speed n w, g by measuring and evaluating a magnetic field generated by at least one magnetized rolling element in the rolling bearing 16 b.
  • FIG. Fig. 2 shows a rolling mill 20, which is formed by way of example only as a four-high rolling stand.
  • the four-high rolling stand 20 comprises a stack of rolls arranged vertically one above the other, wherein inside the stack there are two work rolls 11a, 11b and externally two support rolls 12a, 12b supporting the work rolls.
  • the horizontal work rolls I Ia, I Ib exert a rolling or rolling force F w on a rolling stock 21 to be passed between them.
  • the roller force F w results from laterally on the work rolls I Ia, I Ib on these exerted bending forces F, wherein the bending forces F may alternatively be directed up or down, as indicated by the corresponding arrows in Fig. 2.
  • the bearings 16a, 16b of the two support rollers 12a, 12b comprise left and right two similar, juxtaposed radial roller bearings 22, which are prepared such that the rotational speeds of the therein rolling elements, such as cylindrical rollers, for determining the measured value 15 for the bearing slip Sw can be measured. This will be discussed in more detail below.
  • the predetermined bearing slip setpoint may generally be any value between 0% and 100%, a zero or 0% bearing slip setpoint is mostly of particular interest, as it can cause rolling bearing damage again and again in a rolling mill, for example, by falling below necessary Minimal loads and thus bearing slippage of roller bearings, in particular of backup roller bearings, come.
  • This is illustrated in the operating point 31 shown in FIG. 3 in a characteristic diagram 30.
  • the operating point 31 is located in a working area (shown in bright color) defined by various rolling process parameters, in which bearing slippage occurs.
  • FIG. 3 shows an example of a rolling stock-dependent characteristic diagram. Shown is a dependence of the roller force F w of a roller speed n at a predetermined support zenwalzkraft Fs t and further dependent on various factors, such as an influence 33 of the bending force F. With certain settings of the rolling parameters results in an optimal work area or point 32. There is a difficulty in rolling processes, however, to predict real load conditions and load cases in different application or rolling scenarios and thus to hit the optimum operating point. Due to frictional resistances caused by lubricant and bearing cage, a rotational speed of the rolling elements in the bearings 22 may decrease or even decrease to zero if the load on the bearings 22 is too low, ie below a required minimum load.
  • a corresponding bearing 22 may get into such a zero-load situation, e.g. B. at high rolling speeds (speeds n) and low roll forces F w (see Fig. 3). Sliding or rolling of the rolling elements in the bearing may reduce the thickness of the lubricating film, or even cause failure of the entire lubricating film, resulting in metal-to-metal contact, resulting in surface damage and possible bearing damage.
  • the predetermined bearing slip setpoint could be between 0% and 5%.
  • the operating point 32 could thereby be displaced either vertically downwards in the direction of the slip area or horizontally to the right (in the direction of the slip area), for example by changing the bending force F and / or the rotational speed n.
  • parameters such as the bending force F b , support roll force Fs t , rolling speed or speed n, rolling temperature, roll force or roll spacing the rollers I Ia, b and 12a, b of a rolling mill.
  • an adaptation of other rolling process parameters used in rolling processes and influencing the bearing slip Sw is also possible and is therefore included in embodiments of the present invention.
  • Measuring the bearing slip and adjusting the at least one process parameter 13-n (n 1,2, N), such.
  • bearing slip measured value 15 corresponds to the predetermined bearing slip setpoint value
  • a corresponding automatic or manual adjustment or readjustment of the rolling process parameters 13-n (n 1, 2,. necessary.
  • the bearing slip measured value 15 can, according to some (automated) embodiments, be fed back as a control variable, similar to that shown in FIG. 1, whereby a closed bearing slip control loop for the rolling process can then be produced.
  • a closed bearing slip control loop for the rolling process can then be produced.
  • constant eg at about 0%
  • the Fign. 4 and 5 show enlarged views of the support roller bearing 16a shown in FIG. 2 with a measuring device for the rolling element and bearing ring speeds.
  • the support roller bearing 16a comprises two adjacent, similar radial roller bearings 22 in order to achieve the most symmetrical load.
  • Each of the radial roller bearing 22 comprises a bearing inner ring 41 and a bearing outer ring 42.
  • the inner ring 41 of the radial roller bearing 22 is clamped onto a shaft of the roller 12a and braced with this with a retaining ring 43 which is screwed to the shaft.
  • cylindrical rollers 44 are each arranged in two rows as rolling elements. In intermediate spaces between the rolling elements 43 by means of a lubricant supply 45 lubricant, such as oil, are placed in the bearings 22.
  • a bearing housing cover 46 is fastened by means of different fastening screws 47.
  • a sensor 48 is also provided to measure a Lagerkkfigschlupf.
  • a magnetic coil 50 and a cable feedthrough 51 assigned thereto are provided in order to be able to measure a rotational speed n & w and thus also a slip of the rolling bodies 44.
  • the magnet coil 50 is fastened to the housing cover 46 with a fastening screw 52.
  • the speed w of the rolling elements 44 and a bearing cage 53 need only be measured in the axially outer radial rolling bearing 22.
  • the axially outer radial roller bearing 22 is specially prepared for the measurement, as can be seen in particular from FIG.
  • the measuring device shown in FIG. 5 in particular allows the measurement of a slip Sw of a rolling element 44.
  • at least one rolling element 44 of the radial roller bearing 22 is magnetized such that its magnetization direction is perpendicular to the axis of rotation of the rolling element 44.
  • the annular measuring coil 50 is arranged, the radius of which corresponds approximately to a roller pitch circle radius.
  • the magnetized rolling element 44 generates an oscillating magnetic flux during a rolling movement through an area enclosed by the measuring coil 50.
  • the surface of the coil 50 is circular and concentric with the axis of rotation of the radial roller bearing 22.
  • the measuring coil 50 is connected via the cable feedthrough 51 in connection with the device 14 schematically shown in FIG. 1 for determining the bearing slip measured value 15, which induced in the measuring coil 50 and by the measurement voltage generated by the oscillating magnetic field generated by the rolling body 44 receives and evaluates to determine the measured value 15 for the bearing slip Sw.
  • the measuring coil 50 therefore forms a magnetic field sensor for the device 14 for determining the bearing slip measured value.
  • the magnetic field generated by the magnetized rolling element 44 is transmitted via the inner ring 41 to the roller shaft and the clamping ring 43, through the narrow gap on the fastening ring and thus through the measuring coil 50 via a housing of the measuring device on the outer ring 42 of the radial roller bearing 22nd transmitted, so that so closed magnetic field lines and the measuring coil 50 go through.
  • the bearing cage 53 may be formed, for example, brass and two parts.
  • the bearing cage 53 may comprise, according to embodiments, a bore (not shown) into which a pin may be inserted serving as a positioning means.
  • the inductive proximity sensor 48 of the measuring device can then generate a current pulse each time the positioning means is guided past the proximity sensor 48 after a rotation.
  • a rotational movement of the bearing cage 53 can be determined independently of the rotational speed of the rolling elements 44 and independently of the rotational speed of the bearing inner ring 41. Since the position of the magnetized rolling element 44 is uniquely determined by the rotational position of the bearing cage 53, the position of the rolling element 43 on the inner and / or the outer raceway can be calculated therefrom by means of the device 14.
  • the device 14 for determining the measured value 15 can thus be designed to additionally or alternatively measure the bearing slip Sw based on a slippage of a bearing cage 53 of the roller bearing 22.
  • Such a method can be carried out automatically, for example by means of an inventive rolling mill with the described measuring and control devices, or manually.
  • the method comprises a first step 62 in which, during a rolling process, the bearing slip Sw of at least one rolling bearing 22, with which one of the rolls of the rolling mill is mounted, is measured.
  • a possible measurement concept by means of an evaluation of rotating magnetic fields was explained in detail above.
  • a predefined area around the bearing slip setpoint FOG. preferably zero.
  • influence can be exerted on the take-off or rolling speed, the bending forces F b and / or the column rolling forces Fs t in order to avoid bearing damage.
  • the bearing slip measured values 15 can be determined depending on the material and the manipulated variables can either be controlled manually or automatically fed into the control in order to generate control.

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Abstract

The invention relates to a concept for regulating or controlling a plurality of process parameters (13-n) which determine an interaction of a plurality of rollers (11; 12) of a rolling mill (10) in a rolling process. A measured value (15) for a bearing slip of at least one rolling bearing (16) with which one of the rollers (11; 12) is supported is ascertained during the rolling process. At least one of the process parameters (13-n) is then adjusted on the basis of the measured bearing slip (15) such that the bearing slip of the roller (11; 12) lies in a predefined range containing a bearing slip target value during the rolling process.

Description

B e s c h r e i b u n g  Description
Konzept zum Einstellen von Prozessparametern eines Walzprozesses mittels eines gemessenen Lagerschlupfes Die vorliegende Erfindung betrifft ein Konzept zum Regeln bzw. Steuern von Prozessparametern eines Walzprozesses mittels eines gemessenen Lagerschlupfes. The present invention relates to a concept for controlling process parameters of a rolling process by means of a measured bearing slip.
Im Anschluss an verschiedene Urformprozesse können z. B. Bleche in unterschiedlichen Dicken und Qualitäten durch eine Vielzahl verschiedener Walzverfahren hergestellt wer- den. Der Vorgang des Walzens kann als rotierendes Druckumformen angesehen werden. Es kann zwischen Warm- und Kaltumformung, sowie in Längs-, Quer- und Schrägwalzen unterschieden werden. Die meisten Flach- und Profilerzeugnisse werden durch Längswalzen in entsprechenden Walzanlagen hergestellt. Unter einer Walzanlage bzw. einem Walzwerk versteht man eine Gesamtheit von für einen Walzprozess notwendigen mechanischen Baugruppen, sowohl für eine Umformung und einen Walzantrieb, als auch Vorrichtungen zum Ein- und Ausführen eines Walzgutes, die während eines Walzprozesses im Eingriff sind. Kernelemente von Walzanlagen sind Walzenanordnungen, die eine Mehrzahl von rotierenden, wälzgelagerten Walzen aufweisen. Following various primary processes z. For example, sheets in different thicknesses and qualities can be produced by a variety of different rolling processes. The process of rolling can be considered as rotary pressure forming. It is possible to distinguish between hot and cold forming as well as longitudinal, transverse and inclined rolls. Most flat and profiled products are produced by longitudinal rolls in corresponding rolling mills. Under a rolling mill or a rolling mill is understood to mean a total of necessary for a rolling process mechanical assemblies, both for a forming and a rolling drive, as well as devices for introducing and exporting a rolling stock, which are engaged during a rolling process. Core elements of rolling mills are roller assemblies having a plurality of rotating, roller bearing rollers.
Es existieren verschiedene Walzenanordnungen, die auch als so genannte Walzgerüste oder Walzstöcke bezeichnet werden können. Dabei gibt es beispielsweise Horizontal- und Vertikalgerüste. Bei Horizontalgerüsten liegen mehrere rotierende Walzen mit horizontal ausgerichteten Rotationsachsen in einem Stapel vertikal übereinander, so dass ein Walzgut, wie beispielsweise ein Aluminiumblech, von den übereinander angeordneten rotierenden Walzen in horizontaler Richtung gewalzt werden kann. Dazu wird es von zwei Arbeitswalzen bearbeitet, die zusätzlich von Stützwalzen gestützt werden können, um die beim Wal- zen des Walzguts auftretenden teils hohen Kräfte zu kompensieren. Bei Vertikalgerüsten sind die Rotationsachsen der Walzen entsprechend vertikal ausgerichtet. There are various roller arrangements, which can also be referred to as so-called rolling mills or rolling mills. There are, for example, horizontal and vertical scaffolding. In horizontal stands, several rotating rolls with horizontally oriented axes of rotation are vertically stacked in a stack, so that a rolling stock, such as an aluminum sheet, can be rolled horizontally from the superposed rotating rolls. For this purpose, it is processed by two work rolls, which can additionally be supported by support rolls in order to zen the rolling stock occurring partly high forces to compensate. For vertical stands, the axes of rotation of the rollers are aligned vertically.
Das Walzen ist durch die Kraftflüsse Walzantrieb, Umformung und Nachbaraggregate ge- kennzeichnet, die hauptsächlich durch das Walzgut untereinander verkoppelt sind, so dass man von einem Kraftnetz sprechen kann. In modernen Walzwerken wird der Walzprozess in einem Informationsnetz durch zahlreiche, einander überlagerte und verknüpfte Prozessparameter bzw. Stellgrößen, wie zum Beispiel Walzgeschwindigkeit, Walzkraft, Antrieb, Banddicke, Bandzug, Planheit, etc., geregelt. Die unterschiedlichen Baugruppen sind also sowohl mechanisch als auch elektrisch bzw. elektronisch miteinander vernetzt, was ein kompliziertes, stark belastetes, hoch dynamisches und empfindliches mechatronisches Gesamtsystem ergibt. The rolling is characterized by the power flows rolling drive, forming and neighboring aggregates, which are mainly coupled by the rolling stock with each other, so that one can speak of a power grid. In modern rolling mills, the rolling process in an information network is regulated by numerous, superimposed and linked process parameters or manipulated variables, such as rolling speed, rolling force, drive, strip thickness, strip tension, flatness, etc. The different modules are therefore both mechanically and electrically or electronically networked together, resulting in a complicated, heavily loaded, highly dynamic and sensitive overall mechatronic system.
Es kommt in einem solchen Walzgesamtsystem immer wieder zu Wälzlagerschädigungen durch Unterschreiten von notwendigen Minimalbelastungen im Einsatzfall von Stützwalzenlagerungen. Das beruht auf der Schwierigkeit, reale Lastverhältnisse und Belastungsfälle im Anwendungsfall vorherzusehen. Infolge von durch Schmiermittel und Lagerkäfig verursachten Reibungswiderständen kann sich eine Rotationsgeschwindigkeit der Wälzkörper verringern oder sogar auf Null sinken, wenn die Belastung des Lagers sehr gering ist. Bei gewissen Walzen einer Walzanlage, wie beispielsweise bei Stützwalzen, kann das Lager in eine solche Nulllastsituation geraten. Durch Gleiten bzw. Schlupf der Wälzkörper kann es zu einer Verringerung der Dicke des Schmierfilms oder sogar zu einem Versagen des gesamten Schmierfilms kommen. In dem Lager kann es zu einem Metall-Metall- Kontakt kommen mit der Folge einer Oberflächenbeschädigung und eines eventuellen La- gerschadens. It comes in such a rolling system repeatedly to rolling bearing damage by falling below necessary minimum loads in the application of backup roller bearings. This is due to the difficulty of predicting real load conditions and load cases in the application. As a result of frictional resistance caused by lubricant and bearing cage, a rotational speed of the rolling elements may decrease or even decrease to zero when the load on the bearing is very low. For certain rolls of a rolling mill, such as backup rolls, the bearing may get into such a zero load situation. Slipping of the rolling elements may result in a reduction in the thickness of the lubricating film or even failure of the entire lubricating film. Metal-to-metal contact may occur in the bearing, resulting in surface damage and possible damage to the bearing.
Bislang werden Wälzlagerlasten aufgrund von theoretischen Belastungsvorgaben durch Rechenmodelle in Abhängigkeit von Lagergröße und Bauart bestimmt. Hierdurch werden für Walzanlagen Walzprozessparameter definiert, um Lagerbelastungen stets oberhalb der jeweiligen Mindestlast zu halten. Aufgrund von unterschiedlichen Betriebsbedingungen werden in Parameterkennfeldern entsprechende (mehrdimensionale) Anwendungsfelder vorgeschrieben, die mit entsprechenden, teils hohen Sicherheitszuschlägen versehen sind. Diese teils hohen Sicherheitszuschläge stehen einer Tendenz zu einer immer höheren Produktivität von Walzanlagen entgegen. Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, Walzprozessparameter, wie beispielsweise Walzgeschwindigkeit oder Walzkraft, von Walzanlagen näher an ihren jeweiligen tatsächlichen Produktivitätsgrenzen zu betreiben zu können, ohne jedoch Wälzlage- rungen von rotierenden Walzen aufgrund von Lagerschlupf zu schädigen. So far, rolling bearing loads are determined on the basis of theoretical load specifications by calculation models depending on bearing size and design. As a result, rolling process parameters are defined for rolling mills in order to always keep bearing loads above the respective minimum load. Due to different operating conditions, corresponding (multi-dimensional) application fields are prescribed in parameter maps which are provided with corresponding, sometimes high safety margins. These partly high security surcharges stand in the way of a tendency to ever higher productivity of rolling mills. It is therefore an object of the present invention to be able to operate rolling process parameters, such as rolling speed or rolling force, of rolling mills closer to their respective actual productivity limits, without, however, damaging rolling bearings of rotating rolls due to bearing slippage.
Gemäß einem Kerngedanken der vorliegenden Erfindung kann diese Aufgabe durch eine Regelung oder Steuerung gelöst werden, gemäß der ein während des Walzprozesses gemessener Lagerschlupf einer wälzgelagerten Walze des Walzwerks als Regelgröße bzw. zu steuernde Größe verwendet wird. Ein Grundprinzip besteht also darin, einen Lagerschlupf einer wälzgelagerten Walze als Regelgröße oder zu steuernde Größe zu messen (Ist-Wert) und abhängig von seiner Abweichung zu einem Lagerschlupfsollwert mittels einer Beeinflussung (Steuerung) wenigstens eines Prozessparameters manuell oder automatisch (mit einem Stellglied) korrigierend einzugreifen. Durch eine evtl. Rückkopplung des gemesse- nen Lagerschlupfes kann gemäß Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung auch ein geschlossener Regelkreis innerhalb des Walzprozesses entstehen. According to one aspect of the present invention, this object can be achieved by a control or regulation according to which a bearing slip of a rolling roller of the rolling mill measured during the rolling process is used as the controlled variable or variable to be controlled. A basic principle is therefore to measure a bearing slip of a roller bearing roller as a control variable or variable to be controlled (actual value) and depending on its deviation to a bearing slip setpoint by influencing (control) at least one process parameter manually or automatically (with an actuator) corrective intervene. By a possible feedback of the measured bearing slip, according to embodiments of the present invention, a closed control loop can also be created within the rolling process.
Ausführungsbeispiele sehen dazu ein Verfahren zum Regeln einer Mehrzahl von Prozessparametern vor, die ein Zusammenwirken einer Mehrzahl von Walzen eines Walzwerks in einem Walzprozess bestimmen. Das Verfahren umfasst ein Messen, während des Walzprozesses, eines Lagerschlupfes wenigstens eines Wälzlagers, mit dem eine der Walzen gelagert ist, und ein Einstellen von wenigstem einem der Prozessparameter basierend auf dem Messwert, sodass der Lagerschlupf der Walze während des Walzprozesses in einem vordefinierten Bereich um einen Lagerschlupfsollwert liegt. Ausführungsbeispiele des Verfah- rens können manuell oder automatisiert ablaufen. Exemplary embodiments provide a method for controlling a plurality of process parameters that determine an interaction of a plurality of rolls of a rolling mill in a rolling process. The method comprises measuring, during the rolling process, a bearing slip of at least one rolling bearing, with which one of the rolls is mounted, and adjusting at least one of the process parameters based on the measured value, so that the bearing slip of the roll during the rolling process in a predefined range a bearing slip setpoint is. Embodiments of the method can be executed manually or automatically.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung ist auch ein Walzwerk mit einer Mehrzahl von Walzen vorgesehen, deren Zusammenwirken bei einem Walzprozess durch eine Mehrzahl von Prozessparametern bestimmt wird. Das Walzwerk umfasst eine Einrichtung zum Ermitteln, während des Walzprozesses, eines Messwerts für einen Lagerschlupf eines Wälzlagers, mit dem eine der Walzen gelagert ist, und eine Einrichtung zum Einstellen von wenigstens einem der Prozessparameter basierend auf dem Messwert, sodass der Lagerschlupf der Walze während des Walzprozesses in einem vordefinierten Bereich um einen Lagerschlupfsollwert liegt. Wie oben bereits beschrieben wurde, umfasst ein Walzwerk neben den eigentlichen Arbeitswalzen oftmals auch Stützwalzen, um eine Durchbiegung der mit dem Walzgut in Kontakt stehenden Arbeitswalzen zu verringern. Die Einrichtung zum Ermitteln des Messwerts des Lagerschlupfs kann gemäß Ausführungsbeispielen ausgebildet sein, um den Lagerschlupf in wenigstens einem Wälzlager zu messen, mit dem eine der Arbeitsund/oder Stützwalzen gelagert ist. Dazu kann sie beispielsweise eine Drehzahl eines Wälzkörpers in dem Wälzlager messen und basierend darauf den Messwert für den Lagerschlupf ermitteln. Zur Drehzahlbestimmung existieren grundsätzlich mehrere alternative Konzepte, wie beispielsweise mechanische, optische, magnetische und/oder elektrische Konzepte. Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann die Einrichtung zum Ermitteln des Messwerts ausgebildet sein, um den Lagerschlupf basierend auf einem Magnetfeld, welches von einem mit einer Magnetisierung versehenen Wälzkörper erzeugt wird, mittels einer in etwa konzentrisch zu einer Drehachse des Wälzlagers angeordneten Ringspule zu messen. Zusätzlich oder alternativ kann der Messwert für den Lagerschlupf auch basierend auf einem Schlupf eines Lagerkäfigs des Wälzlagers ermittelt werden. Demgemäß kann unter Lagerschlupf gemäß der vorliegenden Erfindung sowohl ein Wälzkörperschlupf als auch ein Lagerkäfigschlupf verstanden werden. Auch Kombinationen aus Wälzkörper- und Lagerkäfigschlupf können vorliegend unter den Terminus Lagerschlupf subsumiert wer- den. According to a further aspect of the present invention, there is also provided a rolling mill with a plurality of rolls, the interaction of which in a rolling process is determined by a plurality of process parameters. The rolling mill comprises means for determining, during the rolling process, a bearing slip measurement for a rolling bearing supporting one of the rolls, and means for adjusting at least one of the process parameters based on the measured value so that the bearing slip of the roll during the rolling process Rolling process is in a predefined range to a bearing slip setpoint. As has already been described above, a rolling mill often also includes support rollers in addition to the actual work rolls in order to reduce a deflection of the work rolls in contact with the rolling stock. The device for determining the measured value of the bearing slip can be designed in accordance with exemplary embodiments in order to measure the bearing slip in at least one roller bearing with which one of the working and / or support rollers is mounted. For this purpose, it can, for example, measure a rotational speed of a rolling element in the rolling bearing and, based thereon, determine the measured value for the bearing slip. For speed determination, there are basically several alternative concepts, such as mechanical, optical, magnetic and / or electrical concepts. According to an exemplary embodiment, the means for determining the measured value may be designed to measure the bearing slip based on a magnetic field generated by a magnetized rolling element by means of an annular coil arranged approximately concentrically to a rotational axis of the rolling bearing. Additionally or alternatively, the measured value for the bearing slip can also be determined based on a slippage of a bearing cage of the rolling bearing. Accordingly, bearing slippage according to the present invention can be understood to include both rolling element slippage and bearing cage slippage. Also combinations of rolling element and Lagerkäfigschlupf can be subsumed under the term bearing slip here.
Vorzugsweise beträgt der (vorbestimmte) Lagerschlupfsollwert Null. D.h., die Einrichtung zum Einstellen kann ausgebildet sein, um wenigstens einen der Prozessparameter des Walzprozesses derart einzustellen, sodass der Lagerschlupf im Wesentlichen Null ist und somit eine vordefinierte Mindestlast der Walze stets erreicht oder überschritten wird. Preferably, the (predetermined) bearing slip setpoint is zero. That is, the means for adjusting may be configured to adjust at least one of the process parameters of the rolling process such that the bearing slip is substantially zero and thus a predefined minimum load of the roll is always reached or exceeded.
Des Weiteren kann die Einrichtung zum Einstellen der Prozessparameter bevorzugt derart ausgebildet sein, um wenigstens einen der Prozessparameter basierend auf dem Lager- schlupfmesswert derart einzustellen, dass eine optimale, im günstigsten Fall sogar maxima- le Produktivität des Walzprozesses ohne Lagerschlupf erreicht wird. Das bedeutet, dass ein zu walzendes Walzgut, nahezu ohne Lagerschlupf, aber zugleich besonders effizient und unter Ausnutzung einer möglichst hohen Leistung des Walzwerks hergestellt werden kann. Bei den einstell- bzw. regelbaren Prozessparametern kann es sich beispielsweise um eine Walzgeschwindigkeit, eine Walztemperatur, eine Walzkraft, oder ein Walzenabstand des Walzwerks handeln. Selbstverständlich ist auch eine Anpassung weiterer in Walzwerken verwendeter Walzprozessparameter möglich und daher von Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung umfasst. Furthermore, the device for setting the process parameters may preferably be designed to set at least one of the process parameters based on the bearing slip measured value such that an optimum, in the best case even maximum, productivity of the rolling process without bearing slip is achieved. This means that a rolling stock to be rolled, almost without bearing slippage, but at the same time can be produced particularly efficiently and by exploiting the highest possible performance of the rolling mill. The adjustable or controllable process parameters may be, for example, a rolling speed, a rolling temperature, a rolling force, or a roll spacing of the rolling mill. Of course, an adaptation of further rolling process parameters used in rolling mills is also possible and therefore encompassed by embodiments of the present invention.
Weitere vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen von Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche. Befindet sich der gemessene Lagerschlupf also außerhalb eines Toleranzbereichs um den Lagerschlupfsollwert, kann gemäß der vorliegenden Erfindung einer oder eine Mehrzahl der Prozessparameter durch manuelle oder automatische Regelung oder Steuerung ange- passt werden, um durch diese Anpassung den gemessenen Lagerschlupf wieder in seinen Sollbereich (vorzugsweise um Null) zu bewegen. Mit Ausführungsbeispielen der vorlie- genden Erfindung kann also ein optimierter Arbeitspunkt in einem mehrdimensionalen Parameterkennlinienfeld des Walzprozesses eingestellt werden. Further advantageous developments and refinements of embodiments of the present invention are the subject of the dependent claims. If the measured bearing slip is thus outside of a tolerance range around the bearing slip setpoint, one or a plurality of the process parameters can be adjusted by manual or automatic regulation or control in accordance with the present invention, in order to return the measured bearing slip to its desired range (preferably, by Zero). Thus, with exemplary embodiments of the present invention, an optimized operating point can be set in a multi-dimensional parameter characteristic field of the rolling process.
Durch eine Schlupfmessung an Wälzkörpern und/oder an einem Wälzlagerkäfig, beispielsweise der Stützwalzenlager, während des Betriebes können mit Ausführungsbeispie- len reale Umdrehungswerte erfasst und Gefahrenbereiche des Schlupfes erkannt werden. Daraufhin kann in den Fertigungsablauf durch Adaption von Prozessparametern regelnd oder steuernd eingegriffen werden, um Wälzlagerschädigungen zu vermeiden, Verschleiß zu reduzieren und eine Laufzeit zu erhöhen. Durch die vorliegende Erfindung können Schädigungen im Einsatzfall durch Messung realer Schlupfwerte vermieden werden. Dazu können die gemessenen Werte zur Kennwertermittlung einer Walzanlagensteuerung genutzt werden, wodurch nicht zuletzt auch Grenzbereiche der Produktivität gefahrlos angefahren werden können, ohne Wälzlager des Walzwerks zu schädigen. Through a slip measurement on rolling elements and / or on a roller bearing cage, for example the back-up roller bearing, during operation, real rotational values can be detected with execution examples and danger areas of the slip can be detected. As a result, control processes or control can be intervened in the production process by adapting process parameters in order to prevent damage to the rolling bearing, reduce wear and increase the running time. By means of the present invention, damage in the case of use can be avoided by measuring real slip values. For this purpose, the measured values can be used to determine the characteristic value of a rolling mill control system, as a result of which not only marginal ranges of productivity can be safely approached without damaging roller bearings of the rolling mill.
Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend bezugnehmend auf die beiliegenden Figuren näher erläutert. Es zeigen: Fig. 1 eine schematische Darstellung eines gesteuerten bzw. geregelten Walzwerks gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung; Embodiments of the present invention will be explained below with reference to the accompanying figures. Show it: Fig. 1 is a schematic representation of a controlled rolling mill according to an embodiment of the present invention;
Fig. 2 eine detaillierte Darstellung eines Quarto-Walzgerüsts mit jeweils zwei Arbeitsund Stützwalzen gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung; FIG. 2 shows a detailed illustration of a four-high rolling mill with two working and support rollers according to an exemplary embodiment of the present invention; FIG.
Fig. 3 eine Darstellung einer Abhängigkeit von Walzenkraft Fw von einer Walzendrehzahl n und anderen Prozessparametern; 3 shows a depiction of a dependency of roll force F w on a rolling speed n and other process parameters;
Fig. 4 eine vergrößerte Darstellung einer Stützwalze des Walzgerüsts gemäß Fig. 2; Fig. 4 is an enlarged view of a support roller of the roll stand of FIG. 2;
Fig. 5 eine noch weiter vergrößerte Darstellung der unteren Stützwalze gemäß der Fign. 2 und 3 mit einer Einrichtung zum Ermitteln eines Messwerts für einen Lagerschlupf der Stützwalze, gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung; und Fig. 5 is a still further enlarged view of the lower support roller according to FIGS. 2 and 3 with a device for determining a measured value for a bearing slip of the support roller, according to an exemplary embodiment of the present invention; and
Fig. 6 eine schematisches Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Steuern bzw. Regeln eines Walzwerks basierend auf dem Lagerschlupf, gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. 6 is a schematic flow diagram of a method for controlling a rolling mill based on the bearing slip, according to an embodiment of the present invention.
Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung eines Walzwerks 10 gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Fig. 1 shows a schematic representation of a rolling mill 10 according to an embodiment of the present invention.
Das Walzwerk 10 weist eine Mehrzahl von gelagerten Walzen I Ia, I Ib und 12a, 12b auf, deren Zusammenwirken bei einem Walzprozess typischerweise durch eine Mehrzahl von Walzprozessparametern 13-1, 13-2, ... , 13 -N bestimmt wird. Obwohl in Fig. 1 die Walzen beispielhaft in einem Horizontalgerüst mit zwei innenliegenden Arbeitswalzen 1 la, b und zwei äußeren Stützwalzen 12a, b angeordnet sind, ist die vorliegende Erfindung gleichermaßen auch auf andere Walzgerüste und -an Ordnungen, wie z.B. Vertikalgerüste, anwendbar. The rolling mill 10 has a plurality of supported rollers 11a, 11b and 12a, 12b, the interaction of which in a rolling process is typically determined by a plurality of rolling process parameters 13-1, 13-2, ..., 13 -N. Although in Fig. 1 the rollers are exemplarily arranged in a horizontal stand with two inner work rolls 1 la, b and two outer support rolls 12a, b, the present invention is equally applicable to other stands and arrangements such as e.g. Vertical scaffolding, applicable.
Neben den Walzen I Ia, I Ib und 12a, 12b umfasst das Walzwerk 10 eine Einrichtung 14 zum Ermitteln, während des Walzprozesses, eines Messwerts 15 für einen Lagerschlupf Sw wenigstens eines Wälzlagers 16b, mit dem eine der Walzen 12b gelagert ist. Es ist auch eine Einrichtung 18 zum Einstellen von wenigstens einem der Prozessparameter 13-n (n = 1, 2, N) basierend auf dem Messwert 15 vorgesehen, so dass der Lagerschlupf Sw der Walze 12b während des Walzprozesses in einem vordefinierten Bereich um einen bestimmten Lagerschlupfsollwert liegt. In addition to the rolls 11a, 11b and 12a, 12b, the rolling mill 10 comprises a device 14 for determining, during the rolling process, a measured value 15 for a bearing slip Sw of at least one rolling bearing 16b with which one of the rolls 12b is mounted. It is also means 18 for adjusting at least one of the process parameters 13-n (n = 1, 2, N) based on the measured value 15 so that the bearing slip Sw of the roller 12b lies in a predefined range around a specific bearing slip setpoint during the rolling process.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist die Einrichtung 14 zum Ermitteln des Messwerts 15 ausgebildet, um eine tatsächliche Drehzahl nw,g eines Wälzkörpers des Wälzlagers 16b zu messen bzw. zu ermitteln und basierend darauf den Messwert 15 für den Lagerschlupf Sw zu ermitteln. According to one exemplary embodiment, the device 14 for determining the measured value 15 is designed to measure or determine an actual rotational speed n w, g of a rolling element of the roller bearing 16b and to determine the measured value 15 for the bearing slip Sw based thereon.
Um den Schlupf Sw von Wälzkörpern in einem (Radial-) Wälzlager zu ermitteln, sollte neben der tatsächlichen Drehzahl nw,g der Wälzkörper auch eine tatsächliche Drehzahl eines Innen- oder Außenrings des Wälzlagers bekannt sein. Liegt beispielsweise die Drehzahl ni des Lagerinnenrings entsprechend der Drehzahl einer Welle oder Walze vor, so kann eine theoretische (schlupffreie) Drehzahl nw der Wälzkörper gemäß dem Zusammenhang nw = -0.5 ni P/Dw (1 - Dw/P cos a) (1 - Dw/P cos a) (1) berechnet werden. Dabei bedeutet ni die Drehzahl des Innenrings, Dw der Durchmesser eines Wälzkörpers, P den Teilkreisdurchmesser und α einen Kontaktwinkel der Wälzkörper. Für Zylinderrollen als Wälzkörper ergibt sich beispielsweise ein Kontaktwinkel von αIn order to determine the slip Sw of rolling elements in a (radial) roller bearing, in addition to the actual rotational speed n w, g of the rolling elements, an actual rotational speed of an inner or outer ring of the rolling bearing should be known. If, for example, the rotational speed ni of the bearing inner ring corresponds to the rotational speed of a shaft or roller, a theoretical (slip-free) rotational speed n w of the rolling elements can be determined according to the relationship n w = -0.5 ni P / D w (1-D w / P cos a ) (1 - D w / P cos a) (1). Here, ni is the rotational speed of the inner ring, D w is the diameter of a rolling element, P is the pitch diameter and α is a contact angle of the rolling elements. For cylindrical rollers as rolling elements, for example, results in a contact angle of α
= 0°. = 0 °.
Der Messwert 15 für den Lagerschlupf Sw ergibt sich dann mit der tatsächlich gemessenen Drehzahl nw,g der Wälzkörper zu The measured value 15 for the bearing slip Sw then results with the actually measured rotational speed n w, g of the rolling elements
Sw = (1 - nw,g/nw) 100%. (2) S w = (1-n w , g / n w ) 100%. (2)
Zur Bestimmung der tatsächlichen Wälzkörperdrehzahl nw,g können grundsätzlich beliebi- ge alternative Konzepte, wie beispielsweise mechanische, optische, magnetische und/oder elektrische Konzepte, oder Kombinationen daraus, eingesetzt werden. Im Folgenden wird jedoch der Fokus auf ein Konzept zur Messung der Wälzkörperdrehzahl nw,g durch Messen und Auswerten eines Magnetfelds gelegt, das von wenigstens einem mit einer Magnetisierung versehenen Wälzkörper in dem Wälzlager 16b erzeugt wird. Eine detailliertere Darstellung einer möglichen Walzenanordnung ist in Fig. 2 dargestellt. Fig. 2 zeigt ein Walzgerüst 20, welches lediglich beispielhaft als Quarto-Walzgerüst ausgebildet ist. In principle, any alternative concepts, such as, for example, mechanical, optical, magnetic and / or electrical concepts, or combinations thereof, can be used to determine the actual rolling body rotational speed n w, g . In the following, however, the focus is placed on a concept for measuring the rolling-element rotational speed n w, g by measuring and evaluating a magnetic field generated by at least one magnetized rolling element in the rolling bearing 16 b. A more detailed illustration of a possible roller arrangement is shown in FIG. Fig. 2 shows a rolling mill 20, which is formed by way of example only as a four-high rolling stand.
Das Quarto-Walzgerüst 20 umfasst einen Stapel vertikal übereinander liegend angeordneter Walzen, wobei sich innenliegend in dem Stapel zwei Arbeitswalzen I Ia, I Ib und außenliegend zwei die Arbeitswalzen abstützende Stützwalzen 12a, 12b befinden. Die horizontalen Arbeitswalzen I Ia, I Ib üben auf ein zwischen ihnen durchzuführendes Walzgut 21 eine Walz- bzw. Walzenkraft Fw aus. Die Walzenkraft Fw ergibt sich aus seitlich an den Arbeitswalzen I Ia, I Ib auf diese ausgeübten Biegekräften F , wobei die Biegekräfte F alternativ nach oben oder unten gerichtet sein können, wie es durch die entsprechenden Pfeile in Fig. 2 angedeutet ist. Um eine Durchbiegung der mit dem Walzgut 21 in Kontakt stehenden Arbeitswalzen I Ia, I Ib zu verringern, werden diese durch die Stützwalzen 12a, 12b, deren Lagerungen 16a, 16b Stützenwalzkräfte Fst aufnehmen müssen, gestützt. Die Lagerungen 16a, 16b der beiden Stützwalzen 12a, 12b umfassen links und rechts jeweils zwei gleichartige, nebeneinander angeordnete Radialwälzlager 22, die derart präpariert sind, dass Drehzahlen der darin befindlichen Wälzkörper, wie z.B. Zylin- derrollen, zur Bestimmung des Messwerts 15 für den Lagerschlupf Sw gemessen werden können. Darauf wird weiter unten noch detaillierter eingegangen. The four-high rolling stand 20 comprises a stack of rolls arranged vertically one above the other, wherein inside the stack there are two work rolls 11a, 11b and externally two support rolls 12a, 12b supporting the work rolls. The horizontal work rolls I Ia, I Ib exert a rolling or rolling force F w on a rolling stock 21 to be passed between them. The roller force F w results from laterally on the work rolls I Ia, I Ib on these exerted bending forces F, wherein the bending forces F may alternatively be directed up or down, as indicated by the corresponding arrows in Fig. 2. In order to reduce a deflection of the work rolls I Ia, Ib which are in contact with the rolling stock 21, they are supported by the support rolls 12a, 12b whose supports 16a, 16b have to receive support roll forces Fs t . The bearings 16a, 16b of the two support rollers 12a, 12b comprise left and right two similar, juxtaposed radial roller bearings 22, which are prepared such that the rotational speeds of the therein rolling elements, such as cylindrical rollers, for determining the measured value 15 for the bearing slip Sw can be measured. This will be discussed in more detail below.
Obwohl es sich bei dem vorbestimmten Lagerschlupfsollwert allgemein um einen beliebigen Wert zwischen 0% und 100 % handeln kann, ist ein Lagerschlupfsollwert von Null bzw. 0% zumeist von besonderem Interesse, denn es kann in einem Walzwerk immer wieder zu Wälzlagerschädigungen beispielsweise durch Unterschreiten von notwendigen Minimalbelastungen und damit zu Lagerschlupf von Walzenlagerungen, insbesondere von Stützwalzenlagerungen, kommen. Dies wird in dem in Fig. 3 dargestellten Arbeitspunkt 31 in einem Kennfeld 30 verdeutlicht. Der Arbeitspunkt 31 befindet sich in einem durch ver- schiedene Walzprozessparameter definierten (hell dargestellten) Arbeitsbereich, in dem es zu Lagerschlupf kommt. Although the predetermined bearing slip setpoint may generally be any value between 0% and 100%, a zero or 0% bearing slip setpoint is mostly of particular interest, as it can cause rolling bearing damage again and again in a rolling mill, for example, by falling below necessary Minimal loads and thus bearing slippage of roller bearings, in particular of backup roller bearings, come. This is illustrated in the operating point 31 shown in FIG. 3 in a characteristic diagram 30. The operating point 31 is located in a working area (shown in bright color) defined by various rolling process parameters, in which bearing slippage occurs.
Fig. 3 zeigt ein Beispiel für ein walzmaterialabhängiges Kennfeld. Dargestellt ist eine Abhängigkeit der Walzenkraft Fw von einer Walzendrehzahl n bei einer vorbestimmten Stüt- zenwalzkraft Fst und weiter abhängig von verschiedenen Einflüssen, wie z.B. einem Ein- fluss 33 von der Biegekraft F . Bei bestimmten Einstellungen der Walzparameter ergibt sich ein optimaler Arbeitsbereich bzw. -punkt 32. Es besteht bei Walzprozessen allerdings die Schwierigkeit, reale Lastverhältnisse und Belastungsfälle in verschiedenen Anwendungs- bzw. Walzszenarien vorherzusehen und somit den optimalen Arbeitspunkt zu treffen. Infolge von durch Schmiermittel und Lagerkäfig verursachten Reibungswiderständen kann sich eine Rotationsgeschwindigkeit der Wälzkörper in den Lagern 22 verringern oder sogar auf Null sinken, wenn die Belastung der Lager 22 zu gering, d.h. unterhalb einer erforderlichen Mindestlast, ist. Bei manchen Walzen, wie beispielsweise den Stützwalzen 12a, b, kann ein entsprechendes Lager 22 in eine solche Nulllastsituation geraten, z. B. bei hohen Walzgeschwindigkeiten (Drehzahlen n) und zu niedrigen Walzenkräften Fw (siehe Fig. 3). Durch Gleiten bzw. Schlupf der Wälzkörper im Lager kann es zu einer Verringerung der Dicke des Schmierfilms oder sogar zu einem Versagen des gesamten Schmierfilms und damit zu einem Metall-Metall-Kontakt kommen mit der Folge einer Oberflächenbeschädigung und eines eventuellen Lagerschadens. 3 shows an example of a rolling stock-dependent characteristic diagram. Shown is a dependence of the roller force F w of a roller speed n at a predetermined support zenwalzkraft Fs t and further dependent on various factors, such as an influence 33 of the bending force F. With certain settings of the rolling parameters results in an optimal work area or point 32. There is a difficulty in rolling processes, however, to predict real load conditions and load cases in different application or rolling scenarios and thus to hit the optimum operating point. Due to frictional resistances caused by lubricant and bearing cage, a rotational speed of the rolling elements in the bearings 22 may decrease or even decrease to zero if the load on the bearings 22 is too low, ie below a required minimum load. In some rolls, such as the back-up rolls 12a, b, a corresponding bearing 22 may get into such a zero-load situation, e.g. B. at high rolling speeds (speeds n) and low roll forces F w (see Fig. 3). Sliding or rolling of the rolling elements in the bearing may reduce the thickness of the lubricating film, or even cause failure of the entire lubricating film, resulting in metal-to-metal contact, resulting in surface damage and possible bearing damage.
Es gilt also bei der Einstellung des Arbeitspunktes mittels verfügbarer Walzprozesspara- meter einen Lagerschlupf von Walzenlagerungen, insbesondere von Stützenwalzenlage- rung, zu vermeiden. Demzufolge ist gemäß einem Ausführungsbeispiel die Einrichtung 14 zum Einstellen ausgebildet, um wenigstens einen der Prozessparameter 13-n (n = 1, 2, ... , N) basierend auf dem Messwert 15 für den Lagerschlupf derart einzustellen, dass eine vordefinierte Mindestlast der (Stütz-)Walze 12b stets erreicht oder (gerade so) überschritten wird. When the working point is adjusted by means of available rolling process parameters, it is therefore necessary to avoid bearing slippage of roller bearings, in particular of supporting roller bearings. Accordingly, in one embodiment, the adjustment means 14 is configured to set at least one of the process parameters 13-n (n = 1, 2, ..., N) based on the bearing slip measurement 15 such that a predefined minimum load of the ( Support roller 12b is always reached or (just so) is exceeded.
Es ist dabei besonders vorteilhaft mit Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung einen Lastgrenzbereich der wälzgelagerten Walzen I Ia, b und 12a, b anzustreben, in dem es gerade nicht zu einem signifikanten Lagerschlupf kommt. So könnte der vorbestimmte Lagerschlupfsollwert beispielsweise zwischen 0% und 5% liegen. Die Einrichtung 18 zum Einstellen der Prozessparameter kann also gemäß Ausführungsbeispielen ausgebildet sein, um wenigstens einen der Prozessparameter 13-n (n = 1, 2, ..., N) basierend auf dem Lager- schlupfmesswert 15 derart einzustellen, so dass eine optimale oder sogar maximale Produktivität des Walzprozesses im Wesentlichen ohne Lagerschlupf erreicht werden kann. Dies könnte beispielsweise mit einer Nebenbedingung erreicht werden, derart, dass die einzelne Prozessparameter 13-n (n = 1, 2, ..., N) entsprechend ihrer maximalen Produktivität, also z.B. so groß oder so klein wie möglich, gewählt werden. In dem Beispiel von Fig. 3 könnte der Arbeitspunkt 32 dadurch entweder senkrecht nach unten in Richtung Grenze zum Schlupfbereich, oder horizontal nach rechts (in Richtung Grenze zum Schlupfbereich) verschoben werden, beispielsweise durch Veränderung der Biegekraft F und/oder der Drehzahl n. It is particularly advantageous with embodiments of the present invention to strive for a load limit range of the roller bearings rollers I Ia, B and 12a, b, in which it just does not come to a significant bearing slip. For example, the predetermined bearing slip setpoint could be between 0% and 5%. The means 18 for setting the process parameters can thus be designed in accordance with exemplary embodiments in order to set at least one of the process parameters 13-n (n = 1, 2,..., N) based on the bearing slip measured value 15, so that an optimum or even maximum productivity of the rolling process can be achieved substantially without bearing slip. This could be achieved, for example, with a constraint such that the individual process parameters 13-n (n = 1, 2, ..., N) are selected according to their maximum productivity, eg, as large or as small as possible. In the example of FIG. 3, the operating point 32 could thereby be displaced either vertically downwards in the direction of the slip area or horizontally to the right (in the direction of the slip area), for example by changing the bending force F and / or the rotational speed n.
Bei den einstell- bzw. regelbaren Prozessparametern 13-n (n = 1, 2, N) kann es sich beispielsweise um bereits erwähnte Parameter wie z.B. die Biegekraft Fb, Stützenwalzkraft Fst, Walzgeschwindigkeit bzw. Drehzahl n, Walztemperatur, Walzenkraft oder Walzenabstand der Walzen I Ia, b und 12a, b eines Walzwerks handeln. Selbstverständlich ist auch eine Anpassung anderer bei Walzprozessen verwendeter und auf den Lagerschlupf Sw Ein- fluss nehmender Walzprozessparameter möglich und daher von Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung umfasst. The adjustable or controllable process parameters 13-n (n = 1, 2, N) may be, for example, already mentioned parameters such as the bending force F b , support roll force Fs t , rolling speed or speed n, rolling temperature, roll force or roll spacing the rollers I Ia, b and 12a, b of a rolling mill. Of course, an adaptation of other rolling process parameters used in rolling processes and influencing the bearing slip Sw is also possible and is therefore included in embodiments of the present invention.
Das Messen des Lagerschlupfs und das Einstellen des wenigstens einen Prozessparameters 13-n (n = 1,2, N), wie z. B. einer von den Arbeitswalzen I Ia, b ausgeübten Walzenkraft Fw auf ein zu walzendes Walzgut 21, kann gemäß Ausführungsbeispielen einmalig, beispielsweise zu Beginn eines Walzprozesses, oder periodisch innerhalb eines Walzprozesses erfolgen. Der Lagerschlupf Sw der Lager 22 wird dazu als Regelgröße oder zu steuernde Größe während des Walzprozesses quasi als Ist-Wert gemessen und abhängig von seiner Abweichung zu dem vorbestimmten Lagerschlupfsollwert mittels der Einrichtung 18 als Stellglied durch Anpassung der Prozessparameter 13-n (n = 1,2, N) automatisch oder manuell korrigiert. Entspricht der Lagerschlupfmesswert 15 dem vorbestimmten Lagerschlupfsollwert, braucht keine weitere Einstellung bzw. Anpassung der Walzprozessparameter 13-n (n = 1,2, N) vorgenommen werden. Weicht er hingegen um mehr als ein Toleranzbereich, beispielsweise um mehr als 3%, von dem Lagerschlupfsollwert ab, so ist eine entsprechende automatische oder manuelle Einstellung bzw. Nachjustierung der Walzprozessparameter 13-n (n = 1,2, ... , N) notwendig. Measuring the bearing slip and adjusting the at least one process parameter 13-n (n = 1,2, N), such. Example, one of the work rolls I Ia, b applied roll force F w on a rolling stock 21 to be rolled, according to embodiments, once, for example, at the beginning of a rolling process, or periodically carried out within a rolling process. The bearing slip Sw of the bearings 22 is measured as a controlled variable or quantity to be controlled during the rolling process quasi as actual value and depending on its deviation from the predetermined bearing slip setpoint by means of the device 18 as an actuator by adjusting the process parameters 13-n (n = 1, 2, N) corrected automatically or manually. If the bearing slip measured value 15 corresponds to the predetermined bearing slip setpoint value, no further adjustment or adaptation of the rolling process parameters 13-n (n = 1, 2, N) has to be made. On the other hand, if it deviates from the bearing slip setpoint by more than a tolerance range, for example by more than 3%, a corresponding automatic or manual adjustment or readjustment of the rolling process parameters 13-n (n = 1, 2,. necessary.
Der Lagerschlupfmesswert 15 kann gemäß manchen (automatisierten) Ausführungsbeispielen als Regelgröße, ähnlich wie in Fig. 1 dargestellt, rückgekoppelt werden, wodurch dann ein geschlossener Lagerschlupfregelkreis für den Walzprozess entstehen kann. Damit kann der in dem Walzprozess prinzipiell lastabhängige und damit veränderliche Lagerschlupf trotz unterschiedlicher Lastsituationen der Arbeits- bzw. Stützwalzen I Ia, I Ib, 12a, 12b automatisch in gewissen Grenzen konstant (z.B. bei ca. 0%) gehalten werden. Wird beispielsweise einer der Prozessparameter 13-n (n = 1,2, ... , N) und damit auch der Lagerschlupf verändert, so kann im Ausgleich dafür ein anderer der Prozessparameter 13- m (m n; m = 1,2, ..., N) automatisch nachgeregelt werden, um wieder den vorgegebenen Lagerschlupfsollwert zu erhalten. Ebenso kann die Einstellung der Prozessparameter 13-n (n = 1,2, ... , N) durch die vorliegende Erfindung an unterschiedliche Walzgüter 21 ange- passt werden. So kann beispielsweise von demselben Walzwerk in einem ersten Walzpro- zess Blech gewalzt werden und in einem zweiten Walzprozess Stahl, wobei die jeweiligen Prozessparameter 13-n (n = 1,2, ... , N) durch die vorliegende Erfindung automatisch an die jeweiligen Produktivitätsgrenzbereiche herangeführt werden können. The bearing slip measured value 15 can, according to some (automated) embodiments, be fed back as a control variable, similar to that shown in FIG. 1, whereby a closed bearing slip control loop for the rolling process can then be produced. In order to can in the rolling process in principle load-dependent and thus variable Lagerschlupf despite varying load situations of the working or support rollers I Ia, Ib, 12a, 12b automatically within certain limits constant (eg at about 0%) are kept. If, for example, one of the process parameters 13-n (n = 1, 2, ..., N) and thus also the bearing slip is changed, another of the process parameters 13-m (mn; m = 1, 2,. .., N) are automatically readjusted in order to obtain the specified bearing slip setpoint again. Likewise, the setting of the process parameters 13-n (n = 1, 2,..., N) can be adapted to different rolled products 21 by the present invention. Thus, for example, sheet metal can be rolled from the same rolling mill in a first rolling process and steel in a second rolling process, with the respective process parameters 13-n (n = 1, 2, Productivity limits can be introduced.
Wie es bereits erwähnt wurde, können zur Bestimmung der tatsächlichen Wälzkörperdreh- zahl nw,g grundsätzlich verschiedene Konzepte eingesetzt werden. Im Folgenden wird jedoch näher auf ein Konzept zur Messung der Wälzkörperdrehzahl durch Messen und Auswerten eines Magnetfelds eingegangen, das von einem mit einer Magnetisierung versehenen Wälzkörper erzeugt wird. Die Fign. 4 und 5 zeigen dazu vergrößerte Darstellungen der in Fig. 2 dargestellten Stützwalzenlagerung 16a mit einer Messvorrichtung für die Wälzkörper- und Lagerringdrehzahlen. As already mentioned, fundamentally different concepts can be used to determine the actual rolling body speed n w, g . In the following, however, a concept for measuring the rolling-element rotational speed by measuring and evaluating a magnetic field generated by a rolling element provided with a magnetization will be described in more detail. The Fign. 4 and 5 show enlarged views of the support roller bearing 16a shown in FIG. 2 with a measuring device for the rolling element and bearing ring speeds.
Wie es aus der Fig. 4 hervorgeht, umfasst die Stützwalzenlagerung 16a zwei benachbarte, gleichartige Radialwälzlager 22, um eine möglichst symmetrische Belastung zu erreichen. Jedes der Radialwälzlager 22 umfasst einen Lagerinnenring 41 und einen Lageraußenring 42. Der Innenring 41 des Radialwälzlagers 22 ist auf eine Welle der Walze 12a aufgespannt und mit dieser mit einem Haltering 43 verspannt, der mit der Welle verschraubt ist. Zwischen Lagerinnen- und Lageraußenring 42 sind jeweils in zwei Reihen Zylinderrollen 44 als Wälzkörper angeordnet. In Zwischenräume zwischen den Wälzkörpern 43 kann mittels einer Schmiermittel zufuhr 45 Schmiermittel, wie zum Beispiel Öl, in die Lager 22 gegeben werden. An einer Stirnseite der Lageranordnung ist ein Lagergehäusedeckel 46 mittels verschiedener Befestigungsschrauben 47 befestigt. In dem Lagergehäusedeckel 46 ist außerdem ein Sensor 48 vorgesehen, um einen Lagerkäfigschlupf zu messen. Wie es insbe- sondere aus der in Fig. 5 dargestellten Vergrößerung hervorgeht, ist auch eine Magnetspule 50 und eine dieser zugeordneten Kabeldurchführung 51 vorgesehen, um eine Drehzahl n&w und damit auch einen Schlupf der Wälzkörper 44 messen zu können. Die Magnetspule 50 ist mit einer Befestigungsschraube 52 am Gehäusedeckel 46 befestigt. As is apparent from Fig. 4, the support roller bearing 16a comprises two adjacent, similar radial roller bearings 22 in order to achieve the most symmetrical load. Each of the radial roller bearing 22 comprises a bearing inner ring 41 and a bearing outer ring 42. The inner ring 41 of the radial roller bearing 22 is clamped onto a shaft of the roller 12a and braced with this with a retaining ring 43 which is screwed to the shaft. Between bearing inner and outer bearing ring 42 cylindrical rollers 44 are each arranged in two rows as rolling elements. In intermediate spaces between the rolling elements 43 by means of a lubricant supply 45 lubricant, such as oil, are placed in the bearings 22. On a front side of the bearing assembly, a bearing housing cover 46 is fastened by means of different fastening screws 47. In the bearing housing cover 46, a sensor 48 is also provided to measure a Lagerkäfigschlupf. As it is 5, a magnetic coil 50 and a cable feedthrough 51 assigned thereto are provided in order to be able to measure a rotational speed n & w and thus also a slip of the rolling bodies 44. The magnet coil 50 is fastened to the housing cover 46 with a fastening screw 52.
Die Drehzahl w der Wälzkörper 44 und eines Lagerkäfigs 53 braucht lediglich in dem axial außen liegenden Radialwälzlager 22 gemessen zu werden. Dazu ist das axial außen liegende Radialwälzlager 22 für die Messung speziell präpariert, wie es insbesondere aus Fig. 5 hervorgeht. The speed w of the rolling elements 44 and a bearing cage 53 need only be measured in the axially outer radial rolling bearing 22. For this purpose, the axially outer radial roller bearing 22 is specially prepared for the measurement, as can be seen in particular from FIG.
Die in Fig. 5 dargestellte Messvorrichtung erlaubt insbesondere die Messung eines Schlupfs Sw eines Wälzkörpers 44. Dazu wird wenigstens ein Wälzkörper 44 des Radialwälzlagers 22 derart magnetisiert, dass dessen Magnetisierungsrichtung senkrecht zu der Rotationsachse des Wälzkörpers 44 verläuft. The measuring device shown in FIG. 5 in particular allows the measurement of a slip Sw of a rolling element 44. For this purpose, at least one rolling element 44 of the radial roller bearing 22 is magnetized such that its magnetization direction is perpendicular to the axis of rotation of the rolling element 44.
Seitlich neben dem zu vermessenden Radialwälzlager 22 ist die ringartige Messspule 50 angeordnet, deren Radius in etwa einem Rollenteilkreisradius entspricht. Der magnetisierte Wälzkörper 44 erzeugt während einer Abrollbewegung einen oszillierenden magnetischen Fluss durch eine von der Messspule 50 eingeschlossene Fläche. Die Fläche der Spule 50 ist kreisförmig und konzentrisch zur Rotationsachse des Radialwälzlagers 22. Die Messspule 50 steht über die Kabeldurchführung 51 in Verbindung mit der in Fig. 1 schematisch dargestellten Einrichtung 14 zum Ermitteln des Lagerschlupfmesswerts 15, die eine in der Messspule 50 induzierte und durch das von dem Wälzkörper 44 erzeugte oszillierende Magnetfeld erzeugte Messspannung aufnimmt und auswertet, um den Messwert 15 für den Lagerschlupf Sw zu ermitteln. Die Messspule 50 bildet daher einen Magnetfeldsensor für die Einrichtung 14 zum Ermitteln des Lagerschlupfmesswerts. Laterally next to the radial rolling bearing 22 to be measured, the annular measuring coil 50 is arranged, the radius of which corresponds approximately to a roller pitch circle radius. The magnetized rolling element 44 generates an oscillating magnetic flux during a rolling movement through an area enclosed by the measuring coil 50. The surface of the coil 50 is circular and concentric with the axis of rotation of the radial roller bearing 22. The measuring coil 50 is connected via the cable feedthrough 51 in connection with the device 14 schematically shown in FIG. 1 for determining the bearing slip measured value 15, which induced in the measuring coil 50 and by the measurement voltage generated by the oscillating magnetic field generated by the rolling body 44 receives and evaluates to determine the measured value 15 for the bearing slip Sw. The measuring coil 50 therefore forms a magnetic field sensor for the device 14 for determining the bearing slip measured value.
Das von dem magnetisierten Wälzkörper 44 erzeugte Magnetfeld wird über den Innenring 41 auf die Walzenwelle und den Spannring 43, durch den schmalen Spalt auf den Befesti- gungsring und damit auch durch die Messspule 50 hindurch über ein Gehäuse der Messvorrichtung auf den Außenring 42 des Radialwälzlagers 22 übertragen, so dass so geschlossenen Magnetfeldlinien auch die Messspule 50 durchlaufen. Der Lagerkäfig 53 kann beispielsweise aus Messing und zweiteilig ausgebildet sein. Der Lagerkäfig 53 kann gemäß Ausführungsbeispielen eine (nicht dargestellte) Bohrung umfassen, in die ein Stift eingesteckt werden kann, der als ein Positionierungsmittel dient. Der induktive Näherungssensor 48 der Messvorrichtung kann dann jedes Mal einen Strompuls erzeugen, wenn das Positionierungsmittel nach einer Drehung an dem Näherungssensor 48 vorbeigeführt wird. Dadurch kann eine Drehbewegung des Lagerkäfigs 53 unabhängig von der Drehzahl der Wälzkörper 44 und unabhängig von der Drehzahl des Lagerinnenrings 41 bestimmt werden. Da die Position des magnetisierten Wälzkörpers 44 eindeutig durch die Drehlage des Lagerkäfigs 53 bestimmt ist, kann daraus mithilfe der Einrichtung 14 die Po- sition des Wälzkörpers 43 auf der inneren und/oder der äußeren Laufbahn berechnet werden. Die Einrichtung 14 zum Ermitteln des Messwerts 15 kann also ausgebildet sein, um den Lagerschlupf Sw zusätzlich oder alternativ basierend auf einem Schlupf eines Lagerkäfigs 53 des Wälzlagers 22 zu messen. Nachdem im Vorhergehenden verschiedene Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung detailliert erläutert wurden, soll im Nachfolgenden anhand der Fig. 6 ein erfindungsgemäßes Verfahren 60 zum Regeln einer Mehrzahl von Prozessparametern 13-n (n = 1, 2, ... , N), die ein Zusammenwirken einer Mehrzahl von Walzen eines Walzwerks in einem Walzprozess bestimmen, erläutert werden. Ein derartiges Verfahren kann automatisch, bei- spielsweise durch ein erfindungsgemäßes Walzwerk mit den beschriebenen Mess- und Steuereinrichtungen, oder manuell durchgeführt werden. The magnetic field generated by the magnetized rolling element 44 is transmitted via the inner ring 41 to the roller shaft and the clamping ring 43, through the narrow gap on the fastening ring and thus through the measuring coil 50 via a housing of the measuring device on the outer ring 42 of the radial roller bearing 22nd transmitted, so that so closed magnetic field lines and the measuring coil 50 go through. The bearing cage 53 may be formed, for example, brass and two parts. The bearing cage 53 may comprise, according to embodiments, a bore (not shown) into which a pin may be inserted serving as a positioning means. The inductive proximity sensor 48 of the measuring device can then generate a current pulse each time the positioning means is guided past the proximity sensor 48 after a rotation. As a result, a rotational movement of the bearing cage 53 can be determined independently of the rotational speed of the rolling elements 44 and independently of the rotational speed of the bearing inner ring 41. Since the position of the magnetized rolling element 44 is uniquely determined by the rotational position of the bearing cage 53, the position of the rolling element 43 on the inner and / or the outer raceway can be calculated therefrom by means of the device 14. The device 14 for determining the measured value 15 can thus be designed to additionally or alternatively measure the bearing slip Sw based on a slippage of a bearing cage 53 of the roller bearing 22. Having previously explained various embodiments of the present invention in detail, a method 60 according to the invention for controlling a plurality of process parameters 13-n (n = 1, 2,..., N), which interacts, will be described below with reference to FIG determine a plurality of rolls of a rolling mill in a rolling process can be explained. Such a method can be carried out automatically, for example by means of an inventive rolling mill with the described measuring and control devices, or manually.
Das Verfahren umfasst dazu einen ersten Schritt 62, in dem während eines Walzprozesses der Lagerschlupf Sw wenigstens eines Wälzlagers 22, mit dem eine der Walzen des Walz- werks gelagert ist, gemessen wird. Ein mögliches Messkonzept mittels einer Auswertung rotierender Magnetfelder wurde im Vorhergehenden eingehend erläutert. For this purpose, the method comprises a first step 62 in which, during a rolling process, the bearing slip Sw of at least one rolling bearing 22, with which one of the rolls of the rolling mill is mounted, is measured. A possible measurement concept by means of an evaluation of rotating magnetic fields was explained in detail above.
In einem weiteren Schritt 64 wird wenigstens einer der Prozessparameter 13-n (n = 1, 2, N) basierend auf dem gemessenen Lagerschlupf 15 eingestellt, so dass der Lager- schlupf Sw der Walze während des Walzprozesses in einem vordefinierten Bereich um den Lagerschlupfsollwert (vorzugsweise Null) liegt. Insbesondere ist dabei gleichzeitig maximale Produktivität des Walzprozesses anzustreben. Weiter oben wurde bereits beschrieben, dass die besagte Einstellung sowohl automatisch, beispielsweise in Form einer Regelschleife, als auch manuell erfolgen kann, weshalb dies hier nicht wiederholt werden soll. Eine Funktionsbeschreibung des Lagerschlupfes Sw ist kompliziert und u. a. abhängig von verschiedenen Walzprozessparametern 13-n (n = 1, 2, N), wie beispielsweise einem zu walzenden Material, einer Abzugs- bzw. Walzgeschwindigkeit (beeinflusst direkt die Walzendrehzahl n), den Biegekräften F und den Stützenwalzkräften Fst. Durch die Messung des Lagerschlupfes Sw kann gemäß Ausführungsbeispielen beispielsweise Einfluss genommen werden auf die Abzugs- bzw. Walzgeschwindigkeit, die Biegekräfte Fb und/oder die Stützenwalzkräfte Fst, um Lagerschädigungen zu vermeiden. Die Lagerschlupfmess- werte 15 können materialabhängig ermittelt und die Stellgrößen entweder manuell gesteuert oder automatisch in die Steuerung einfließen, um eine Regelung zu erzeugen. In a further step 64, at least one of the process parameters 13-n (n = 1, 2, N) is set based on the measured bearing slip 15, so that the bearing slip Sw of the roller during the rolling process in a predefined area around the bearing slip setpoint (FIG. preferably zero). In particular, at the same time maximum productivity of the rolling process is desirable. It has already been described above that the setting can be made both automatically, for example in the form of a control loop, as well as manually, which is why this should not be repeated here. A functional description of the bearing slip Sw is complicated and depends inter alia on various rolling process parameters 13-n (n = 1, 2, N), such as a material to be rolled, a take-off or rolling speed (directly affects the rolling speed n), the bending forces F and the column rolling forces Fs t . By measuring the bearing slip Sw, according to exemplary embodiments, for example, influence can be exerted on the take-off or rolling speed, the bending forces F b and / or the column rolling forces Fs t in order to avoid bearing damage. The bearing slip measured values 15 can be determined depending on the material and the manipulated variables can either be controlled manually or automatically fed into the control in order to generate control.
Bezugszeichenliste LIST OF REFERENCE NUMBERS
10 Walzwerk 10 rolling mill
11 Arbeitswalze  11 stripper
12 Stützwalze  12 support roller
13 Prozessparameter  13 process parameters
14 Einrichtung zum Ermitteln eines Messwerts für einen Lagerschlupf 14 Device for determining a measured value for a bearing slip
15 Messwerts für Lagerschlupf 15 measured value for bearing slip
16 Stützwalzenlager  16 back-up roller bearings
18 Einrichtung zum Einstellen von wenigstens einem Prozessparameter 18 Device for setting at least one process parameter
20 Walzgerüst 20 rolling stand
21 Walzgut  21 rolling stock
22 Radialwälzlager  22 Radial rolling bearings
30 Kennfeld  30 map
31 Arbeitspunkt mit Lagerschlupf  31 operating point with bearing slip
32 Arbeitspunkt ohne Lagerschlupf  32 operating point without bearing slip
33 Einflüsse auf Arbeitspunkt  33 influences on operating point
41 Lagerinnenring  41 bearing inner ring
42 Lageraußenring  42 bearing outer ring
43 Spannring  43 clamping ring
44 Wälzkörper  44 rolling elements
45 Schmiermittelzufuhr  45 Lubricant supply
46 Gehäusedeckel  46 housing cover
47 Gehäuseschraube  47 housing screw
48 Näherungssensor für Lagerkäfigschlupf  48 Bearing cage slip proximity sensor
50 Messspule für Wälzkörperschlupf  50 measuring coil for rolling element slip
51 Kabeldurchführung  51 cable entry
52 Halteschraube  52 retaining screw
53 Lagerkäfig  53 bearing cage

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e Konzept zum Einstellen von Prozessparametern eines Walzprozesses mittels eines gemessenen Lagerschlupfes P atentansprü concept for adjusting process parameters of a rolling process by means of a measured bearing slip
1. Ein Walzwerk (10) mit einer Mehrzahl von Walzen (11; 12), deren Zusammenwirken bei einem Walzprozess durch eine Mehrzahl von Prozessparametern (13-n) bestimmt wird, mit folgenden Merkmalen: einer Einrichtung (14) zum Ermitteln, während des Walzprozesses, eines Messwerts (15) für einen Lagerschlupf eines Wälzlagers (16; 22), mit dem eine der Walzen gelagert ist; und einer Einrichtung (18) zum Einstellen von wenigstens einem der Prozessparameter (13-n) basierend auf dem Messwert (15), sodass der Lagerschlupf der Walze (11; 12) während des Walzprozesses in einem vordefinierten Bereich um einen Lagerschlupfsollwert liegt. A rolling mill (10) having a plurality of rollers (11; 12) whose interaction in a rolling process is determined by a plurality of process parameters (13-n), comprising: means (14) for determining during the Rolling process, a measured value (15) for a bearing slip of a rolling bearing (16; 22) with which one of the rollers is mounted; and means (18) for adjusting at least one of the process parameters (13-n) based on the measurement (15) so that the bearing slip of the roll (11; 12) during the rolling process is within a predefined range around a bearing slip setpoint.
2. Das Walzwerk nach Anspruch 1, wobei der Lagerschlupfsollwert Null beträgt, und wobei die Einrichtung (18) zum Einstellen ausgebildet ist, um den wenigstens einen Prozessparameter (13-n) basierend auf dem Messwert (15) derart einzustellen, dass eine vordefinierte Mindestlast der Walze (1 1 ; 12) stets erreicht oder überschritten wird. 2. The rolling mill of claim 1, wherein the bearing slip setpoint is zero, and wherein the means (18) for adjusting is configured to set the at least one process parameter (13-n) based on the measurement (15) such that a predefined minimum load the roller (1 1, 12) is always reached or exceeded.
3. Das Walzwerk nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Einrichtung (18) zum Einstellen ausgebildet ist, um den wenigstens einen Prozessparameter (13- n) basierend auf dem Messwert (15) derart einzustellen, dass eine maximale Produktivität des Walzprozesses im Wesentlichen ohne Lagerschlupf erreicht wird. 3. The rolling mill of claim 1, wherein the adjusting device is configured to set the at least one process parameter based on the measured value such that a maximum productivity of the rolling process is essentially zero Stock slip is achieved.
4. Das Walzwerk nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Walzwerk Arbeitswalzen (11) und diese stützende Stützwalzen (12) aufweist, und wobei die Einrichtung (14) zum Ermitteln des Messwerts (15) ausgebildet ist, um den Lagerschlupf in einem Wälzlager (22) zu messen, mit dem eine der Stützwalzen (12) gelagert ist. 4. The rolling mill according to one of the preceding claims, wherein the rolling mill has work rolls (11) and these supporting support rolls (12), and wherein the means (14) for determining the measured value (15) is designed to prevent bearing slippage in a rolling bearing ( 22) with which one of the support rollers (12) is mounted.
5. Das Walzwerk nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Einrichtung (14) zum Ermitteln des Messwerts (15) ausgebildet ist, um eine Drehzahl ( w) eines Wälzkörpers (43) zu messen und basierend darauf den Messwert (15) für den Lagerschlupf zu ermitteln. 5. The rolling mill according to one of the preceding claims, wherein the means (14) for determining the measured value (15) is adapted to measure a rotational speed ( w ) of a rolling body (43) and based thereon the measured value (15) for the bearing slip to investigate.
6. Das Walzwerk nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Einrichtung (14) zum Ermitteln des Messwerts (15) ausgebildet ist, um den Lagerschlupf basierend auf einem Magnetfeld, das von einem mit einer Magnetisierung versehenen Wälzkörper (43) erzeugt wird, mittels einer in etwa konzentrisch zur Drehachse des Wälzlagers (22) angeordneten Ringspule (48) zu messen. 6. The rolling mill according to one of the preceding claims, wherein the means (14) for determining the measured value (15) is adapted to the bearing slip based on a magnetic field generated by a magnetized rolling elements (43) by means of a in about concentric with the axis of rotation of the bearing (22) arranged ring coil (48) to measure.
7. Das Walzwerk nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Einrichtung (14) zum Ermitteln des Messwerts (15) ausgebildet ist, um den Lagerschlupf basierend auf einem Schlupf eines Lagerkäfigs (53) des Wälzlagers zu messen. The rolling mill of any one of the preceding claims, wherein the means (14) for determining the measurement (15) is arranged to measure bearing slippage based on slippage of a bearing cage (53) of the rolling bearing.
8. Das Walzwerk nach Anspruch 7, wobei in dem Lagerkäfig (53) ein Positionierungsmittel vorgesehen ist, dessen Position zur Messung der Position und/oder Drehzahl des Käfigs gemessen wird. 8. The rolling mill according to claim 7, wherein in the bearing cage (53) a positioning means is provided, whose position for measuring the position and / or rotational speed of the cage is measured.
9. Das Walzwerk nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der wenigstens eine Prozessparameter (13-n) eine Walzgeschwindigkeit, eine Walztemperatur, eine Walzenkraft, oder ein Walzenabstand ist. The rolling mill of any one of the preceding claims, wherein the at least one process parameter (13-n) is a rolling speed, a rolling temperature, a roll force, or a roll spacing.
10. Ein Verfahren (60) zum Regeln oder Steuern einer Mehrzahl von Prozessparametern (13-n), die ein Zusammenwirken einer Mehrzahl von Walzen (11; 12) eines Walzwerks (10; 20) in einem Walzprozess bestimmen, mit folgenden Schritten: 10. A method (60) for controlling a plurality of process parameters (13-n) that determine a cooperation of a plurality of rolls (11; 12) of a rolling mill (10; 20) in a rolling process, comprising the steps of:
Messen (62), während des Walzprozesses, eines Lagerschlupfes wenigstens eines Wälzlagers (16; 22), mit dem eine der Walzen (11; 12) gelagert ist; und Einstellen (64) von wenigstens einem der Prozessparameter (13-n) basierend auf dem gemessenen Lagerschlupf (15), sodass der Lagerschlupf der Walze (11; 12) während des Walzprozesses in einem vordefinierten Bereich um einen Lagerschlupfsollwert liegt. Measuring (62), during the rolling process, a bearing slip of at least one roller bearing (16; 22), with which one of the rollers (11; 12) is mounted; and Adjusting (64) at least one of the process parameters (13-n) based on the measured bearing slip (15) so that the bearing slip of the roller (11; 12) is within a predefined range around a bearing slip setpoint during the rolling process.
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