EP4230296B1

EP4230296B1 - Walzwerk

Info

Publication number: EP4230296B1
Application number: EP22157281.1A
Authority: EP
Inventors: Bernd Franke
Original assignee: Exakt Advanced Technologies GmbH
Current assignee: Exakt Advanced Technologies GmbH
Priority date: 2022-02-17
Filing date: 2022-02-17
Publication date: 2024-07-17
Anticipated expiration: 2042-02-17
Also published as: EP4230296A1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Walzwerk mit wenigstens zwei Walzen, die um parallel zueinander angeordnete Drehachsen rotieren. Eine der Walzen ist zur Bildung eines einstellbaren Produkteinzugsspaltes relativ zu wenigstens einer der anderen Walzen mittels wenigstens eines Rotationsantriebs bewegbar. Das Walzwerk enthält eine elektromechanische Zustelleinrichtung zur Einstellung des wechselseitigen Abstands der Walzen als auch eine Steuerung für die Zustelleinrichtung, wobei über die Zustelleinrichtung der wechselseitige Abstand der Walzen ableitbar ist. Das Walzwerk umfasst darüber hinaus eine mit der Steuerung verbundene Kraftmesseinrichtung zur Erfassung der Kraft zwischen den Walzen. EP 0953290 A1 offenbart ein Beispiel eines Walzwerks.
In einem derartigen Walzwerk ist über die elektromechanische Zustelleinrichtung, zum Beispiel einen Schrittmotor, die Einstellung eines Soll-Produkteinzugsspaltes einfach möglich. So können die Walzen gegeneinander gefahren werden und die Zustelleinrichtung wird dabei auf null tariert und der Produkteinzugsspalt kann eingestellt werden, indem die Zustelleinrichtung eine dem gewünschten Produkteinzugsspalt entsprechende Strecke öffnet, bei einem Schrittmotor entsprechend der Anzahl der Stellschritte, womit man über die Wegauflösung der Zustelleinrichtung auch Größe des Produkteinzugspaltes weiß.
Ein Problem tritt allerdings auf, wenn in einen derart exakt eingestellten Spalt ein Produkt eingeführt wird, was dazu führt, dass Kräfte zwischen den beiden Walzen auftreten, die die Walzen voneinander wegdrücken. Aufgrund der Elastizität der Maschine wird dabei der tatsächliche Produkteinzugsspalt größer als der über die Zustelleinrichtung eingestellte Soll-Produkteinzugsspalt.
Es ist nun Aufgabe der Erfindung, das oben genannte Walzwerk mit wenigstens zwei Walzen, vorzugsweise drei Walzen, derart weiterzuentwickeln, dass der tatsächliche Produkteinzugsspalt erfassbar wird, der die auf die Walzen einwirkenden Kräfte berücksichtigt.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einem Walzwerk mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Die Aufgabe wird auch durch ein Verfahren gemäß Anspruch 11 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der zugeordneten abhängigen Ansprüche. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind auch in den abhängigen Ansprüchen und in der Beschreibung und den Zeichnungen beschrieben.
Erfindungsgemäß hat die Steuerung eine Justierschaltung, die ausgebildet ist, die bewegbare Walze mittels der elektromechanischen Zustelleinrichtung in Kontakt mit der anderen zu bringen und anschließend gegeneinander zu verfahren, wobei über die Kraftmesseinrichtung die Kraft zwischen den Walzen und über die Zustelleinrichtung die dabei auftretende elastische Verformung des Walzwerks erfassbar ist. Die Steuerung hat einen Speicher für die erfassten korrelierten Kraft-/ Weg-Daten, und die Steuerung ist ausgebildet, die Größe des Produkteinzugsspaltes über die Ansteuerung der Zustelleinrichtung einzustellen und bei Auftreten einer zwischen den Walzen wirkenden Kraft eine entsprechend den erfassten Kraft-/Weg-Daten bedingte Spaltaufweitung anzuzeigen und/oder in der Steuerung der Zustelleinrichtung bei der Einstellung des Produkteinzugsspaltes zu berücksichtigen.
Durch die Erfassung der korrelierten Kraft-/ Weg-Daten bekommt die Steuerung eine Information darüber, wie die zwischen dem Spalt wirkende Kraft die Maschine verformt, in anderen Worten, wenn durch ein Produkt eine Kraft zwischen den Walzen auftritt, kann über die Kraft-/ Weg-Daten eine daraus resultierende Spaltaufweitung abgeleitet werden und entweder angezeigt oder gleich in der Steuerung der Zustelleinrichtung berücksichtigt werden, so dass eine tatsächliche Spaltgröße eingestellt werden kann, die auch die Deformation der Maschine durch die zwischen den Walzen wirkende Kraft berücksichtigt. Auf diese Weise kann somit der Einfluss der zwischen den Walzen wirkenden Kräfte auf den Produkteinzugsspalt entweder deutlich gemacht oder gleich bei der Steuerung berücksichtigt werden, was zu exakteren Produktionsergebnissen führt, da die Größe des Produkteinzugsspaltes für die Verarbeitung der Materialien im Walzwerk eine entscheidende Größe darstellt. Der Vorteil der Erfindung liegt vor allem darin, dass eine genaue Steuerung des Produktspaltes ohne eine - in der Regel aufwändige - Wegmesseinrichtung möglich ist. Dies führt zu einer deutlichen Kostenreduktion des Walzwerks ohne dessen Genauigkeit zu beeinträchtigen.
Vorzugsweise liegen im Falle das Walzwerk mehr als zwei Walzen aufweist, die Rotationsachsen der Walzen in einer Ebene, was den Vorteil hat, dass die Kräfte in allen Spalten uniaxial in der Ebene wirken, was die Erfassung der Kräfte und die Handhabung dieser Kräfte durch die Walzenmechanik erleichtert.
Vorzugsweise weist das Walzwerk drei Walzen auf, die hintereinander angeordnet sind und zwei Produkteinzugsspalte bilden, wobei die Walzen vorzugsweise mit unterschiedlichen Rotationsgeschwindigkeiten betreibbar sind. Auf diese Weise kann das in dem Walzwerk zu bearbeitende Produkt, zum Beispiel eine Farbe oder irgendeine Dispersion, durch die Hintereinanderschaltung zweier Produkteinzugsspalte sehr gezielt bearbeitet werden. Wenn insbesondere die letzte Walze in Produktrichtung mit einer höheren Geschwindigkeit dreht, kann zum Beispiel in dem zweiten Produkteinzugsspalt eine höhere Scherkraft eingestellt werden, was dort zu einer feineren Dispergierung und/oder Zerkleinerung der in dem zu behandelnden Stoff enthaltenen Materialien führt.
In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Drei-Walzen-Walzwerks ist die mittlere Walze feststehend, und die beiden äußeren Walzen sind unabhängig voneinander durch die Zustelleinrichtung relativ zur mittleren Walze bewegbar. Eine derartige Ausführungsform ist kräftemäßig vorteilhaft, weil die in dem ersten und zweiten Produkteinzugsspalt auftretenden Kräfte separat von beiden Seiten gegen die mittlere Walze abgefangen werden, so dass nicht die Kräfte beider Produkteinzugsspalte gegen die feststehende Walze verspannt werden müssen, was der Fall ist, wenn die erste oder dritte Walze die feststehende Walze bildet.
Selbstverständlich ist es jedoch auch möglich, die erste oder dritte Walze als feststehende Walze vorzusehen und die beiden vorderen beziehungsweise beiden hinteren Walzen gegen diese feststehende Walze zu verspannen.
Vorzugsweise ist die Zustelleinrichtung elektromotorisch, insbesondere durch wenigstens einen Schrittmotor, gebildet. Dies hat den Vorteil, dass mit der Betätigung der Zustelleinrichtung exakt ein zugehöriger Verstellweg der bewegbaren Walze verbunden ist, so dass über die Betätigung der Zustelleinrichtung ohne das Vorsehen einer Wegmesseinrichtung die exakte Spaltgröße einstellbar ist. Vorzugsweise liegt hierbei die interne Wegauflösung der elektromechanischen Zustelleinrichtung im Mikrometer-Bereich, was ausreichend ist, um die für den Anwendungszweck eines Dreiwalzenwalzwerks erforderliche Verarbeitungsqualität zu gewährleisten. Üblicherweise werden Produkteinzugsspalte in der Größe von 2 bis 2000 µm eingestellt, so dass natürlich die Betätigung der Zustelleinrichtung eine entsprechende Wegauflösung für die Einstellung eines entsprechenden Spaltes bereitstellen muss.
In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist die Walzenachse der bewegbaren Walze an einem Hebel gehalten, dessen Drehpunkt über oder unter einer durch die Walzen gebildeten Ebene liegt, und der Abstand des Drehpunkts von der Walzenachse ist kleiner als der Abstand des Drehpunkts von dem Einwirkungspunkt der Zustelleinrichtung am Hebel. Hierdurch wird zum einen bewirkt, dass entsprechend dem Hebelverhältnis der Spalt feiner eingestellt werden kann als die Wegauflösung der elektromechanischen Zustelleinrichtung, und zum anderen werden die zwischen den Walzen wirkenden Kräfte entsprechend dem Hebelverhältnis in wesentlich geringerem Ausmaß auf die Zustelleinrichtung übertragen, so dass diese nicht so große Kräfte handhaben muss. Vorzugsweise liegt dabei der Drehpunkt des Hebels parallel zu den Walzenachsen, so dass der Hebel im Wesentlichen senkrecht zu der Ebene der Walzen verläuft, was apparatetechnisch und steuerungstechnisch am einfachsten zu realisieren ist.
In einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung treibt der Rotationsantrieb wenigstens eine feststehende Walze des Walzwerks an, was den Vorteil hat, dass die Antriebskraft auf die Walze keinen Einfluss auf die im Spalt wirkenden Kräfte hat.
Alternativ dazu kann der Rotationsantrieb wenigstens eine bewegte Walze antreiben, wobei in diesem Fall die Wirkrichtung vorzugsweise lotrecht zur Bewegungsrichtung der Walze ist. Auf diese Weise wird auch bei der beweglichen Achse erreicht, dass die Antriebskraft keinen Einfluss auf die im Spalt wirkenden Kräfte hat.
Natürlich wird in beiden Fällen bei einem Rotationsantrieb nur einer Walze die Rotationsbewegung durch einen Umfangskontakt über das Produkt im Spalt auf die anderen Walzen übertragen.
Vorzugsweise ist jede Walze auf den zugehörigen Produkteinzugsspalt vorgespannt, was den Vorteil hat, dass das Lagerspiel der Walze keinen Einfluss auf die Einstellung des Produktspaltes hat. Eine zwischen zwei Produkteinzugsspalten angeordneten bewegliche Walze ist indes auf denjenigen Produkteinzugsspalt vorgespannt, in welchem die höheren Kräfte auftreten, in der Regel ist das der nachfolgende Produkteinzugsspalt. Dies hat den Vorteil, dass ein eventuelles Lagerungsspiel der Walzen bei der Berechnung und Erfassung der Kräfte und bei der Einstellung der Produkteinzugsspalte keine Rolle spielt.
Die Erfindung betrifft in gleicher Weise ein Verfahren zum Betrieb eines Walzwerks mit wenigstens zwei Walzen, die um parallel zueinander angeordnete Drehachsen rotieren, welche Walzen zur Bildung eines Produkteinzugsspaltes durch eine gesteuerte elektromechanische Zustelleinrichtung in einem gewünschten Abstand zueinander eingestellt werden. In dem Verfahren wird die wechselseitige Position der Walzen durch die Zustelleinrichtung erfasst.
Wenn zum Beispiel die Walzen sich berühren und die elektromechanische Zustelleinrichtung, zum Beispiel ein Schrittmotor, um 20 Schritte bewegt wird, wobei jeder Schritt im Spalt eine Spaltveränderung von einem halben Mikrometer bewirkt, so weiß man, dass durch die 20 Schritte ein Produktspalt von 10 µm eingestellt wird. Auf diese Weise ist die wechselseitige Position durch die Einstellung der Zustelleinrichtung absolut erfassbar. Zudem wird die zwischen den Walzen wirkende Kraft durch eine mit der Steuerung verbundene Kraftmesseinrichtung erfasst.
Zum Justieren des Walzwerks werden die Walzen mittels der Zustelleinrichtung gegeneinander gefahren, wobei nach Berühren der Walzen (=Nullspalt) die Walzen gegeneinander gedrückt werden. Hierbei werden der Betätigungsweg der Zustelleinrichtung als auch die dabei gemessene Kraft in Form von Kraft-/ Weg-Daten erfasst werden.
Im nachfolgenden Betrieb wird die Zustelleinrichtung in der oben bereits beschriebenen Weise auf einen gewünschten Produkteinzugsspalt angesteuert.
Wird nun ein Produkt in den Spalt eingeführt, so führt dies zu einer Kraft, die im Spalt gegen die Walzen wirkt und somit die Walzen auseinanderdrückt. Diese Kraft wird über die Kraftmesseinrichtung erfasst und mit den gespeicherten Kraft-/Weg-Daten verglichen, um daraus und daraus eine Spaltaufweitung aufgrund der produktbedingten elastischen Deformation des Walzwerks abzuleiten. Diese Spaltaufweitung wird bei der Einstellung des Produkteinzugsspaltes zur Einstellung eines Realspaltes berücksichtigt und alternativ oder zusätzlich angezeigt, was vorteilhaft ist, um zu sehen, wie groß der Effekt ist, der von dem Produkt auf den Produkteinzugsspalt ausgeübt wird.
Der Realspalt entspricht somit dem durch die Zustelleinrichtung - entsprechend seiner Wegauflösung - eingestellten Spalt-Sollwert zuzüglich einer Spaltaufweitung aufgrund der elastischen Deformation des Walzwerks durch die im Spalt wirkenden Kräfte. Der Realspalt kann somit auf den Sollwert geregelt werden, wenn von dem Spalt-Sollwert ein der aktuellen Kraft im Spalt entsprechender Korrekturwert abgezogen wird, welcher der Spaltaufweitung entspricht, welche die Produktkräfte im Spalt aufgrund der elastischen Dehnung des Walzwerks verursachen. Der Realspalt trägt somit der elastischen Verformung des Walzwerks Rechnung, die produktbedingt durch die im Spalt wirkenden Kräfte begründet ist. Auf diese Weise kann der Spalt entweder exakt auf einen Realspalt eingestellt werden und/oder die Spaltaufweitung kann angezeigt werden. Auch hier besteht ein entscheidender Vorteil der Erfindung darin, dass eine genaue dehnungskompensierte Spalteinstellung möglich ist, ohne dass eine Wegmesseinrichtung benötigt wird.
Prinzipiell kann bei dem Walzwerk ein "Spaltmodus" als auch ein "Kraftmodus" realisiert werden. Beim "Kraftmodus" wird eine Sollkraft für den einzelnen Spalt vorgegeben und die Zustelleinrichtung regelt aufgrund der Signale der Kraftmesseinrichtung auf die Sollkraft aus.
Beim "Spaltmodus" wird dahingegen ein bestimmter Spalt voreingestellt. Die Zustelleinrichtung stellt über ihre immanente Wegauflösung (z.B. beim Schrittmotor) die Spaltgröße ein. Optional lässt sich dabei durch die Erfindung eine Spaltaufweitung durch die elastische Verformung des Walzwerks kompensieren.
Zusätzlich lässt sich dem Walzwerk ein "Nullspalt" dadurch ermitteln, dass dies exakt der Punkt ist, bei dem im Kraft/Weg-Diagramm ein plötzlicher starker Anstieg der Kraft über den Weg erfolgt.
Vorzugsweise wird jede Walze auf den Spalt vorgespannt, so dass ein Lagerspiel der Walze für die Einstellung des Spalt-Sollwertes durch die Zustelleinrichtung unberücksichtigt bleibt. Wird eine Walze mit zwei Spalten auf ihren beiden abgewandten Seiten betrachtet, so wird die Walze auf denjenigen Spalt vorgespannt, in welchem die höheren Kräfte auftreten. In der Regel ist das der nachfolgende Spalt. Auch in diesem Fall bleibt das Lagerspiel der Walze ohne Auswirkungen auf die Einstellung des Produkteinzugsspaltes.
Vorzugsweise wird das Verfahren ausgeführt auf einem Walzwerk, wie es oben detailliert beschrieben ist.
Es ist für den Fachmann offensichtlich, dass die oben beschriebenen Ausführungsbeispiele in beliebiger Weise miteinander kombiniert werden können.
Folgende Ausdrücke werden synonym verwendet: Spalt - Produkteinzugsspalt; Zustelleinrichtung - Stellmotor; Drehachse - Walzenachse; Kraft/Weg-Daten - Kraft/Verformungs-Daten - Kraft/Spaltaufweitungs-Daten;
Die Erfindung wird nachfolgend beispielsweise anhand der schematischen Zeichnung beschrieben. In dieser zeigen:

Fig. 1: eine Stirnansicht eines Dreiwalzen-Walzwerks mit mittig feststehender Walze und bewegter vorderer und hinterer Walze,
Fig. 2: eine Stirnansicht eines Dreiwalzen-Walzwerks mit bewegter erster und zweiter Walze,
Fig. 3: ein Diagramm zur Darstellung der Spaltaufweitung bei Produkteintrag,
Fig. 4: ein Kraft-Weg-Diagramm zur Darstellung der elastischen Dehnung der Maschine in Abhängigkeit von der im Spalt auf die Walzen ausgeübten Kraft,
Fig. 5: ein Diagramm zur Darstellung der Änderung der Konstanten zwischen Dehnung und der im Spalt auf die Walzen ausgeübten Kraft in Abhängigkeit von der Kraft, und
Fig. 6: eine Übereinanderlegung der Diagramme gemäß Fig. 4 und 5.

Fig. 1 zeigt ein Walzwerk 10 mit drei Walzen 12, 14, 16, deren Rotationsachsen R1, R2, R3 parallel zueinander und senkrecht zur Zeichenebene liegen. Die Rotationsachsen R1, R2, R3 der drei Walzen 12, 14, 16 sind in einer Ebene E angeordnet, so dass auch die zwei zwischen den Walzen 12, 14, 16 gebildeten Produkteinzugsspalte 18, 20 in dieser Ebene E liegen. Der Rotationsantrieb für wenigstens eine der Walzen 12, 14, 16 ist per se bekannt und deshalb hier nicht dargestellt. Üblich sind als Rotationsantriebe elektromotorisch betriebene Riemenantriebe welche die Walze selbst oder ein damit verbundenes Antriebrad antreiben.
Die mittlere Walze 14 ist feststehend installiert, während die erste Walze 12 an einem ersten schwenkbaren Hebel 22 angeordnet ist, dessen Drehachse 24 oberhalb der Ebene liegt und parallel zu den Walzenachsen verläuft. Der erste Hebel 22 bildet einen Teil einer Zustelleinrichtung für die ersten Walze 12. Der zweite Teil der Zustelleinrichtung ist durch einen ersten elektrischen Stellmotor 28 gebildet, der über einen Angriffspunkt 26, z.B. ein Drehgelenk mit dem ersten Hebel 22 verbunden ist. Der erste Stellmotor 28 und dessen Angriffspunkt 26 am ersten Hebel 22 liegen unterhalb der Ebene E. Der erste Hebel 22 verläuft senkrecht zur Ebene E. Zwischen einem feststehenden Rahmen 30 des Walzwerks 10, an welchem die Rotationsachse R2 der mittleren feststehenden Walze 14 gehalten ist, und dem ersten Hebel 22 ist eine erste Kraftmesseinrichtung 32 angeordnet, vorzugsweise auf derselben Höhe wie der Angriffspunkt 26 des ersten Stellmotors 28.
Spiegelbildlich ist auf der anderen Seite des Rahmens 30 hinter der mittleren Walze 14 die dritte Walze 16 an einem zweiten schwenkbaren Hebel 34 gelagert, der vorzugsweise identisch zum ersten Hebel ausgebildet ist. Die Drehachse 36 des zweiten Hebels liegt ebenfalls oberhalb der Ebene E und verläuft parallel zu den Walzenachsen R1, R2, R3. Der zweite Hebel 34 bildet zusammen mit dem zweiten Stellmotor 40 die zweite Zustelleinrichtung für die dritte Walze 16. Zwischen dem Rahmen 30 und dem zweiten Hebel 34 ist eine zweite Kraftmesseinrichtung 42 angeordnet, wobei vorzugsweise die beiden Kraftmesseinrichtungen 32, 42 exakt den gleichen Abstand von den Rotationsachsen der entsprechenden Walzen 12, 16 haben wie die Angriffspunkte 26, 38 der beiden Stellmotoren 28, 40. Vorzugsweise werden natürlich die Stellmotoren 28, 40 und/oder die Kraftmesseinrichtungen 32, 42 in Richtung der Walzenachse beidseitig des Produktspaltes vorzugsweise in den stirnseitigen Endbereichen der Walzen angeordnet, so dass der Produktspalt nicht in Walzenrichtung variiert. Die Kraft wird durch die Stellmotoren damit gleichmäßig über die Länge der Walzen aufgebracht.
Bei beiden spiegelsymmetrischen Zustelleinrichtungen 22, 28; 34, 40 ist der Abstand s1 der Rotationsachsen R1, R3 von den Drehachsen 24, 36 der Hebel 22, 34 geringer ist als der Abstand s2 der Rotationsachse R1, R3 von dem Angriffspunkt 26, 38 der Stellmotoren 28, 40. Das Hebelverhältnis s1 zu s2 hat den Vorteil, dass die Einstellung der Produktspalte 18 und 20 entsprechend dem Hebelverhältnis genauer erfolgen kann als die mechanische Einstellauflösung der Stellmotoren 28, 40, die vorzugsweise Elektromotoren, insbesondere Schrittmotoren sind. Zudem sind auch die Kräfte, welche auf die Stellmotoren 28, 40 als auch auf die Kraftmesseinrichtungen 32, 42 wirken, geringer als die in den Produkteinzugsspalten 18, 20. Die beiden Stellmotoren 28, 40 sind mittels erster Datenleitungen 45 mit einer Steuerung 44 verbunden. Die Steuerung 44 steuert die Stellmotoren 28, 40 im Betrieb und während eines unten noch beschriebenen Justiervorgangs. Die Kraftmesseinrichtungen 32, 42 sind über zweite Datenleitungen 43 mit der Steuerung 44 verbunden, um der Steuerung 44 Signale über die in den beiden Spalten 18, 20 wirkenden Kräfte zukommen zu lassen. Auch hier ist natürlich das Hebelverhältnis s1/s2 zu berücksichtigen.
Das Walzwerk 10 wird wie folgt betrieben: In einem ersten Schritt wird das Walzwerk 10 justiert. Hierfür werden über die Stellmotoren 28, 40 die beiden äußeren Walzen 12, 16 bis zur Berührung gegen die mittlere Walze 14 verfahren. Anschließend werden die vordere und hintere Walze 12, 16 durch die Betätigung der Stellmotoren 28, 40 weiter gegen die mittlere Walze verfahren, wobei über die Kraftmesseinrichtung 32, 42 die entsprechenden Kräfte zwischen den Walzen 12, 14 und 14, 16 in der Steuerung 44 zusammen mit der Weginformation der Zustelleinrichtungen 22, 28; 34, 40 erfasst werden. Bei Erreichen einer voreingestellten Maximalkraft wird der Justiervorgang beendet und die in der Steuerung 44 vorliegenden Kraft- und Wegdaten werden korreliert und in einem Speicher 46 als Kraft-/Verformungsdaten abgelegt. Die Wegedaten geben somit wieder, wie weit sich das Walzwerk 10 beim Aufbringen der Kraft zwischen den Walzen 12, 14 und 14, 16 verformt hat.
Zum Betrieb werden nun die beiden äußeren Walzen 12, 16 gegen die mittlere Walze 14 verfahren und anschließend werden die Stellmotoren 28, 40 entsprechend der gewünschten Größe der beiden Produkteinzugsspalte 18, 20 betätigt, wobei eine Kompensation der kräftebedingten Spaltaufweitung möglich ist, wie nachfolgend noch näher beschrieben wird.
Fig. 2 zeigt eine ähnliche Ausführungsform wie Fig. 1, wobei darauf hingewiesen wird, dass in den Figuren identische oder funktionsgleiche Elemente mit identischen Bezugszeichen versehen sind. In diesem Ausführungsbeispiel sind die ersten beiden Walzen 12, 14 des Dreiwalzenwalzwerks 10a an schwenkbaren Hebeln 50, 52 relativ zur feststehenden dritten Walze 16 bewegbar gehalten. Der Abstand s1 der Rotationsachse R1 der erste Walze 12 von der Drehachse 54 des ersten Hebels 50 ist geringer als der Abstand s2 der Drehachse 54 von dem Einwirkungspunkt 26 des ersten Stellmotors 28. Das Hebelverhältnis der Abstände beträgt s1/s2.
Die zweite mittlere Walze 14 ist an einem zweiten Hebel 52 angeordnet, der über seine Drehachse 56 an dem Maschinenrahmen 30 schwenkbar gelagert ist, an welchem die Rotationsachse der dritten Walze 16 gelagert ist. Der zweite Stellmotor 40 greift über den Einwirkungspunkt 38 auf den zweiten Hebel 52, so dass dort der Abstand s3 zwischen dem Einwirkungspunkt 28 und der Drehachse des zweiten Hebels 52 größer ist als der entsprechende Abstand s2 beim ersten Hebel 50, was sinnvoll ist, da im zweiten Produkteinzugsspalt 20 die Kräfte üblicherweise größer als im ersten Produkteinzugsspalt 18 eingestellt werden. Die erste Kraftmesseinrichtung 32 ist hier zwischen dem ersten und dem zweiten Hebel 50, 52 angeordnet, während die zweite Kraftmesseinrichtung 42 zwischen dem zweiten Hebel 52 und dem Rahmen 30 angeordnet ist.
Die Funktion des in den Fig. 1 und 2 gezeigten Walzwerks 10, 10a wird nachfolgend anhand der Diagramme der Fig. 3 bis 6 erläutert.
Das Diagramm der Fig. 3 zeigt die Spaltgröße über die Zeit an, und zwar über die Zeit zwischen dem Beginn und dem Ende eines Produkteinzugs T1 und T2. Das Diagramm wir nun mit Bezug auf das Walzwerk der Fig. 1 beschrieben. Die Funktion mit Bezug zum Walzwerk der Fig. 2 ist analog.
Durch die elektromotorische Zustelleinrichtung 22, 28; 34, 40 wird ein Sollspalt Sz zwischen den Walzen 12, 14 und/oder 14,16 eingestellt, beispielsweise 10 µm. Zum Zeitpunkt t1 wird in den Produkteinzugsspalt 18 und/oder 20 ein Produkt aufgegeben, was dazu führt, dass das Produkt zwischen den Walzen 12, 14 und/oder 14, 16 eine auseinander drückende Kraft auf die Walzen 12, 14 und/oder 14, 16 ausübt, die zu einer Spaltaufweitung um den Betrag Sc1 führt, so dass der Realspalt St der Größe des Sollspalts Sz zuzüglich der Spaltaufweitung Sc1 entspricht. Wenn das Produkt durchgelaufen ist und somit die Produkteinzugsspalte 18, 20 wieder produktfrei sind, hört die Verformung des Walzwerks und damit entsprechend die Spaltaufweitung Sc1 auf und der Spalt entspricht wieder seiner eingestellten Sollgröße Sz. Die Erfindung setzt sich nun die Aufgabe, diese Spaltaufweitung zu erfassen und gegebenenfalls bei der Einstellung des Spaltes zu berücksichtigen, so dass der tatsächliche Spalt St dem Spalt entspricht, den man tatsächlich haben will.
In dem Beispiel der Fig. 3 bedeutet dies, dass, wenn tatsächlich der Sollspalt Sz derjenige ist, der auch bei eingeführtem Produkt eingehalten werden soll, der Spalt bei Produktzufuhr um den Betrag der Spaltaufweitung Sc1 verringert werden muss. Dies wird wie folgt realisiert.
Fig. 4 zeigt ein Weg-Kraft-Diagramm 58, was dadurch erhalten wird, dass die benachbarten Walzen 12, 14 beziehungsweise 14, 16 gegeneinander gefahren werden und dann über die Zustelleinrichtung 22, 28; 34, 40 gegeneinandergedrückt werden. Hierbei ergibt sich nun entsprechend dem Stellweg der Zustelleinrichtung 22, 28; 34, 40 eine Verformung Sc des Walzwerks, deren Größe abhängt von der durch die Zustelleinrichtungen 22, 28; 34, 40 aufgebrachten Kraft, die über die beiden Kraftmesseinrichtungen 32, 42 erfasst wird. So wird das in Fig. 4 dargestellte Kraft-Weg-Diagramm aufgenommen und in dem Speicher 46 der Steuerung 44 der Zustelleinrichtungen 28, 40 gespeichert. Man stellt in dem Kraft-Weg-Diagramm der Fig. 4 fest, dass das Verhältnis zwischen Verformung Sc und der aufgebrachten Kraft dem Parameter c entspricht, welcher Parameter ab einem bestimmten Kraftwert konstant ist. Bis zu diesem Punkt ändert sich jedoch dieser Parameter c, wie das in dem Diagramm 60 der Fig. 5 dargestellt ist. Das heißt, irgendwo bei einem Kraftwert zwischen F1 und F2 geht das Kraft-Weg-Diagramm der Fig. 4 in einen linearen Abschnitt über, in welchem c sich nicht mehr ändert. Fig. 6 zeigt die Diagramme der Fig. 4 und 5 überlagert.
Für die Berechnung des Realspaltes reicht die Erfassung des kraftabhängigen Parameters c aus Fig. 5, weil die Spaltaufweitung sich daraus einfach berechnen lässt nach Sc1 = c · F.
Das in Fig. 4 erhaltene Kraft-Weg-Diagramm oder der daraus abgeleitete Parameter stellt für den Betrieb des Walzwerks das Korrektiv dar, um entweder einen gewünschten Realspalt einzustellen oder den Spalt auf einen Sollwert zu stellen und die Spaltaufweitung anzeigen zu lassen.
Im Betrieb wird nach Erfassung der Kraft/Weg-Daten die Sollgröße des Produkteinzugsspaltes Sz eingestellt und die z.B. durch ein Produkt eingebrachte Kraft zwischen den Walzen wird durch die Kraftmesseinrichtungen 32, 42 gemessen. Wenn Produkt in den Spalt hineinkommt gemäß Fig. 3, wird eine Kraft erfasst, die nun aufgrund des aufgenommenen Kraft-Weg-Diagramms in eine Spaltaufweitung Sc1 umgerechnet werden kann, so dass mittels der Steuerung 44 diese Spaltaufweitung über ein Display angezeigt werden kann und/oder diese Spaltaufweitung dahingehend berücksichtigt werden kann, dass der hierdurch aufgeweitete tatsächliche Spalt St um diese Spaltaufweitung Sc1 verringert wird, so dass der tatsächliche Spalt St dem Sollspalt Sz entspricht.
Die Erfindung bietet somit ein einfaches Mittel, ohne irgendeine Wegmesseinrichtung, die in der Regel aufwendig und teuer ist, eine exakte Einstellung des Produktspaltes unter Berücksichtigung eines Produkteintrages zu realisieren.
Die Erfindung ist nicht auf das dargestellte Ausführungsbeispiel beschränkt, sondern kann variiert werden innerhalb des Schutzbereichs der nachfolgenden Ansprüche.

Bezugszeichenliste:

10: erste Ausführungsform eines Walzwerks mit feststehender Mittelwalze
10a: zweite Ausführungsform eines Walzwerks mit feststehender Endwalze
12: erste Walze - Vorderwalze
14: zweite Walze - Mittelwalze
16: dritte Walze - Endwalze
18: erster oder zweiter Produkteinzugsspalt
20: zweiter oder erster Produkteinzugsspalt
22: erster schwenkbarer Hebel zum Tragen der ersten Walze
24: Drehachse des ersten Hebels
26: Angriffspunkt des Stellmotors am ersten Hebel
28: Stellmotor für den ersten Hebel
30: Rahmen des Walzwerks und Träger einer feststehenden Walze
32: erste Kraftmesseinrichtung
34: zweiter schwenkbarer Hebel zum Tragen der letzten Walze
36: Drehachse des zweiten Hebels
38: Angriffspunkt des Stellmotors am zweiten Hebel
40: Stellmotor für den zweiten Hebel
42: zweite Kraftmesseinrichtung
43: zweite Datenleitungen zwischen den Kraftmesseinrichtungen und der Steuerung des Walzwerks
44: Steuerung des Walzwerks und der Stellmotoren
45: erste Datenleitung zwischen der Steuerung und den Stellmotoren
46: Speicher für Kraft-Weg Daten oder daraus abgeleitete Daten
50: erster schwenkbarer Hebel zum Tragen der ersten Walze im zweiten Ausführungsbeispiel
52: zweiter schwenkbarer Hebel zum Tragen der zweiten Walze im zweiten Ausführungsbeispiel
54: Drehachse des ersten Hebels der zweiten Walze im zweiten Ausführungsbeispiel
56: Drehachse des zweiten Hebels der zweiten Walze im zweiten Ausführungsbeispiel
58: Kraft-Weg Diagramm aus dem Justierschritt zur Erfassung der kraftabhängigen Spalterweiterung
60: Diagramm der Kraftabhängigkeit des Parameterwertes c, mit Sc = c · F
R1: Rotationsachse der ersten Walze
R2: Rotationsachse der zweiten Walze
R3: Rotationsachse der dritten Walze
Sc: Wegerfassung - Erfassung der Deformation
F: Kraft auf die Walzen durch Zustelleinrichtung
Sz: Sollspalt
St: tatsächlicher Spalt - Realspalt
Sc1: Spaltaufweitung durch in den Spalt eingebrachtes Produkt
s1: Abstand zwischen dem Drehpunkt eines Hebels und der Rotationsachse einer daran gehaltenen Walze
s2: Abstand zwischen dem Drehpunkt eines Hebels und dem Angriffspunkt des Stellmotors auf den ersten und zweiten Hebel im ersten Ausführungsbeispiel und beim ersten Hebel des zweiten Ausführungsbeispiels
s3: Abstand zwischen dem Drehpunkt eines Hebels und dem Angriffspunkt des Stellmotors auf den zweiten Hebel im zweiten Ausführungsbeispiel und beim zweiten Hebel des zweiten Ausführungsbeispiels

Claims

Walzwerk (10, 10a) mit wenigstens zwei Walzen (12, 14, 16), die um parallel zueinander angeordnete Walzenachsen (R1, R2, R3) rotieren, von welchen Walzen (12, 14, 16) mindestens eine mittels eines Rotationsantriebs rotativ antreibbar ist, und von welchen wenigstens eine zur Bildung eines einstellbaren Produkteinzugspaltes (18, 20) relativ zu wenigstens einer der anderen Walzen (12, 14, 16) bewegbar ist, umfassend:
- wenigstens eine elektromechanische Zustelleinrichtung (22, 50, 28; 34, 52, 40) zur Einstellung des wechselseitigen Abstands der Walzen (12, 14, 16),

- eine Steuerung (44) für die Zustelleinrichtung (22, 50, 28; 34, 52, 40) für die Einstellung eines Soll-Produkteinzugspaltes (Sz), wobei über die Zustelleinrichtung (22, 50, 28; 34, 52, 40) der wechselseitige Abstand der Walzen (12, 14, 16) ableitbar ist, und

- wenigstens eine mit der Steuerung (44) verbundene Kraftmesseinrichtung (32, 42) zur Erfassung der Kraft zwischen den Walzen (12, 14, 16),
dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerung (44) eine Justierschaltung aufweist, die ausgebildet ist, die bewegbare Walze (12, 14, 16) in Kontakt mit der anderen zu bringen, und gegeneinander zu verfahren, wobei über die Kraftmesseinrichtung (32, 42) die Kraft zwischen den Walzen (12, 14, 16) und über die Zustelleinrichtung (22, 50, 28; 34, 52, 40) der Stellweg erfassbar ist, wobei die Steuerung (44) einen Speicher (46) für die erfassten korrelierten Kraft /Weg-Daten (58) oder daraus abgeleitete Daten (60) aufweist, und wobei die Steuerung (44) ausgebildet ist, die Größe des Produkteinzugspaltes (18, 20) über die Ansteuerung der Zustelleinrichtung (22, 50, 28; 34, 52, 40) einzustellen, und bei Auftreten einer zwischen den Walzen (12, 14, 16) wirkenden Kraft, eine entsprechend den erfassten Kraft/Weg-Daten (58) bedingte Spaltaufweitung (Sc1) anzuzeigen und/oder in der Steuerung (44) der Zustelleinrichtung (22, 50, 28; 34, 52, 40) bei der Einstellung des Spalts (18, 20) zu berücksichtigen.
Walzwerk (10, 10a) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es mehr als zwei Walzen (12, 14, 16) aufweist und die Walzenachsen (R1, R2, R3) in einer Ebene liegen.
Walzwerk (10, 10a) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es drei Walzen (12, 14, 16) aufweist, die hintereinander angeordnet sind und zwei Produkteinzugsspalte (18, 20) bilden, welche Walzen (12, 14, 16) vorzugsweise mit unterschiedlichen Rotationsgeschwindigkeiten betreibbar sind.
Walzwerk (10, 10a) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die mittlere Walze (14) feststehend ist, und die beiden äußeren Walzen (12, 16) durch zwei Zustelleinrichtungen (22, 50, 28; 34, 52, 40) relativ zur mittleren Walze (14) bewegbar sind.
Walzwerk (10, 10a) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zustelleinrichtung (22, 50, 28; 34, 52, 40) einen Elektromotor, insbesondere einen Schrittmotor aufweist.
Walzwerk (10, 10a) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die interne Wegauflösung der elektromechanischen Zustelleinrichtung (22, 50, 28; 34, 52, 40) im Mikrometer-Bereich liegt.
Walzwerk (10, 10a) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Walzenachse der bewegbaren Walze (12, 14, 16) an einem Hebel (22, 34; 50, 52) gehalten ist, dessen Drehachse (24, 36,; 54, 56) über oder unter einer durch mindestens zwei benachbarte Walzen (12, 14, 16) gebildeten Ebene (E) liegt, und dass der Abstand (s1) der Walzenachse (R1, R2, R3) von der Drehachse (24, 36; 54, 56) des Hebels (22, 34; 50, 52) kleiner ist als der Abstand (s2; s2, s3) der Drehachse (24, 36; 54, 56) von einem Einwirkungspunkt (26, 38) der Zustelleinrichtung (22, 50, 28; 34, 52, 40) an dem Hebel (22, 34; 50, 52).
Walzwerk (10, 10a) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotationsantrieb eine feststehende Walze (14; 16) des Walzwerks (10; 10a) antreibt.
Walzwerk (10, 10a) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotationsantrieb eine bewegte Walze antreibt, wobei seine Wirkrichtung lotrecht zur Bewegungsrichtung der Walze ist.
Walzwerk (10, 10a) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jede Walze (12, 14, 16) auf den Spalt (18, 20) vorgespannt ist, wobei eine zwischen zwei Spalten (18, 20) angeordnete bewegliche Walze (12, 14, 16) auf den Spalt (18, 20) vorgespannt ist, in welchem die höheren Kräfte auftreten.
Verfahren zum Betrieb eines Walzwerks (10, 10a) mit wenigstens zwei Walzen (12, 14, 16), die um parallel zueinander angeordnete Drehachsen (R1, R2, R3) rotieren, welche Walzen (12, 14, 16) zur Bildung eines Produkteinzugspaltes (18, 20) durch eine mittels einer Steuerung (44) gesteuerte elektromechanische Zustelleinrichtung (22, 50, 28; 34, 52, 40) in einem einstellbaren Abstand zueinander eingestellt werden,
in welchem Verfahren die wechselseitige Position der Walzen (12, 14, 16) durch die Zustelleinrichtung (22, 50, 28; 34, 52, 40) erfasst wird, und in welchem Verfahren die zwischen den Walzen (12, 14, 16) wirkende Kraft durch eine mit der Steuerung (44) verbundene Kraftmesseinrichtung (32, 42) erfasst und gespeichert wird,

wobei zum Justieren des Walzwerks (10, 10a) die Walzen (12, 14, 16) mittels der Zustelleinrichtung (22, 50, 28; 34, 52, 40) bis zum Berühren gegeneinander gefahren werden, wonach die Walzen (12, 14, 16) gegeneinander gedrückt werden, wobei der Betätigungsweg der Zustelleinrichtung (22, 50, 28; 34, 52, 40) und die dabei auftretende Kraft zur Aufnahme von Kraft/Weg-Daten (58) erfasst werden, wobei nachfolgend im Betrieb des Walzwerks (10, 10a) die Zustelleinrichtung (22, 50, 28; 34, 52, 40) auf einen gewünschten Produkteinzugspalt (18, 20) angesteuert und über die Kraftmesseinrichtung (32, 42) eine zwischen den Walzen (12, 14, 16) wirkende Kraft erfasst wird, wobei die erfasste Kraft mit den gespeicherten Kraft/Weg-Daten (58) oder daraus abgeleiteten Daten (60) verglichen und daraus eine Spaltaufweitung (Sc1) abgeleitet wird, die bei der Einstellung des Produkteinzugspaltes (18, 20) berücksichtigt und/oder angezeigt wird.
Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass jede Walze (12, 14, 16) auf den Spalt (18, 20) vorgespannt wird, und dass eine zwischen zwei Spalten (18, 20) angeordnete bewegliche Walze (12, 14, 16) auf denjenigen Spalt (18, 20) vorgespannt ist, in welchem die höheren Kräfte auftreten.