EP4341013A1 - Kassette für zumindest eine arbeitswalze in einem walzgerüst - Google Patents

Kassette für zumindest eine arbeitswalze in einem walzgerüst

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Publication number
EP4341013A1
EP4341013A1 EP22718101.3A EP22718101A EP4341013A1 EP 4341013 A1 EP4341013 A1 EP 4341013A1 EP 22718101 A EP22718101 A EP 22718101A EP 4341013 A1 EP4341013 A1 EP 4341013A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
cassette
roll
adjusting
work roll
work
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP22718101.3A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Hartmut Pawelski
Holger Pulst
Markus SCHELLMANN
Christian WIETZIG
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
SMS Group GmbH
Original Assignee
SMS Group GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by SMS Group GmbH filed Critical SMS Group GmbH
Publication of EP4341013A1 publication Critical patent/EP4341013A1/de
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21B—ROLLING OF METAL
    • B21B29/00—Counter-pressure devices acting on rolls to inhibit deflection of same under load, e.g. backing rolls ; Roll bending devices, e.g. hydraulic actuators acting on roll shaft ends
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21B—ROLLING OF METAL
    • B21B13/00—Metal-rolling stands, i.e. an assembly composed of a stand frame, rolls, and accessories
    • B21B13/14—Metal-rolling stands, i.e. an assembly composed of a stand frame, rolls, and accessories having counter-pressure devices acting on rolls to inhibit deflection of same under load; Back-up rolls
    • B21B13/145—Lateral support devices for rolls acting mainly in a direction parallel to the movement of the product
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
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    • B21B31/00—Rolling stand structures; Mounting, adjusting, or interchanging rolls, roll mountings, or stand frames
    • B21B31/02—Rolling stand frames or housings; Roll mountings ; Roll chocks
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21B—ROLLING OF METAL
    • B21B1/00—Metal-rolling methods or mills for making semi-finished products of solid or profiled cross-section; Sequence of operations in milling trains; Layout of rolling-mill plant, e.g. grouping of stands; Succession of passes or of sectional pass alternations
    • B21B1/22—Metal-rolling methods or mills for making semi-finished products of solid or profiled cross-section; Sequence of operations in milling trains; Layout of rolling-mill plant, e.g. grouping of stands; Succession of passes or of sectional pass alternations for rolling plates, strips, bands or sheets of indefinite length
    • B21B2001/221—Metal-rolling methods or mills for making semi-finished products of solid or profiled cross-section; Sequence of operations in milling trains; Layout of rolling-mill plant, e.g. grouping of stands; Succession of passes or of sectional pass alternations for rolling plates, strips, bands or sheets of indefinite length by cold-rolling
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
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    • B21B2203/00—Auxiliary arrangements, devices or methods in combination with rolling mills or rolling methods
    • B21B2203/06—Cassettes
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
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    • B21B3/00—Rolling materials of special alloys so far as the composition of the alloy requires or permits special rolling methods or sequences ; Rolling of aluminium, copper, zinc or other non-ferrous metals
    • B21B3/02—Rolling special iron alloys, e.g. stainless steel

Definitions

  • the invention relates to a cassette for at least one work roll in a roll stand for rolling rolled stock.
  • the invention relates to a roll stand with at least one cassette of this type and a method for adjusting the adjustment cylinders in such a cassette.
  • the background to the present invention is the physical fact that in conventional roll stands with four or six rolls without horizontal support for the work rolls, the permissible work roll diameter has a lower limit. This restriction is given because only work rolls with a sufficiently large roll diameter do not tend to bend laterally or horizontally, even when loaded with high contact forces.
  • This patent application not only discloses the use of hydrostatic support shells for the work roll, but also a combination of the small work roll and a first intermediate roll in the form of a cassette for insertion between the roll stands of a roll stand instead of the classic chocks with the normal work rolls otherwise used.
  • the supporting shell known from said German patent application is relatively thin and slender; Therefore, even if it is pressed horizontally against the work rolls with an operator-side and a drive-side adjusting cylinder, it is often not suitable for successfully counteracting or even counteracting a horizontal deflection of the work roll or a self-reinforcing deflection of the work roll as a reaction to a large rolling force to prevent such a deflection.
  • the invention is based on the object of further developing a known cassette for at least one work roll in a roll stand, a known roll stand with the cassette and a known method for adjusting the adjustment cylinders in the cassette such that a horizontal deflection of the slim work roll is effective even with high rolling forces is prevented.
  • the flexural rigidity of the supporting bridge is greater than the flexural rigidity of the locking mechanism in connection with the left side of the cassette base body that accommodates the locking mechanism
  • the invention proposes designing the supporting shell or the supporting bridge carrying it so stiff that it does not yield to large horizontal forces exerted on it by the work roll or does not bend itself or bends only very slightly, even if the support shell or the support bridge is supported on one longitudinal side of the cassette with two adjustment mechanisms which are at a greater distance from one another. Due to the high stressed flexural rigidity of the supporting bridge as a support for the supporting shell, deflection of the supporting shell is prevented even under the influence of large horizontal forces from the work roll, even if the two adjustment mechanisms that carry the supporting bridge with the supporting shell are eccentrically far apart from each other.
  • Page 2 The decisive feature to be able to build the entire support mechanism into a cassette is the transfer of rigidity to the support bridge.
  • the flexibility of the employment is consciously accepted and sufficiently compensated by a suitable control strategy, see below.
  • the adjusting mechanism has at least one adjusting cylinder for adjusting the supporting bridge with the supporting shell against the work roll.
  • At least one toggle lever is provided for articulating the supporting bridge with the supporting shell on one of the longitudinal sides of the cassette base body. This takes place via a first lever arm of the toggle lever, which is articulated with its end remote from the knee joint to the longitudinal side of the cassette base body.
  • the second lever arm of the toggle lever is formed by the support bridge itself. Both lever arms are articulated to each other via a knee joint.
  • the adjusting cylinder is articulated either on one of the two lever arms or on the toggle joint of the toggle lever and is supported with its other end on the longitudinal side of the cassette base body.
  • the adjusting cylinder is preferably articulated vertically, or at least with a vertical component in the longitudinal side of the cassette base body.
  • the adjusting mechanism is formed by the knee joint, the first lever arm and the adjusting cylinder.
  • the second lever arm of the knee joint in the form of the support bridge is no longer part of the adjustment mechanism, because it serves to articulate the support bridge to the longitudinal side of the cassette body and to position it against the surface of the work roll.
  • the formation of the adjusting mechanism 140 'in the form of the toggle lever in connection with the at least substantially vertically employed adjusting cylinder offers the advantage that the cassette in their
  • page 3 lateral dimensions can be kept slim, in particular so slim that it can be pushed into the stand window of the roll stand instead of the chocks of classic work rolls.
  • position sensors and/or force sensors are assigned to or integrated in the adjusting cylinders.
  • the position sensors are used for direct or indirect detection of the respective contact position of the bearing shell against the work roll.
  • the force sensors are used to record the contact forces with which the supporting shell is typically pressed against the work roll via a film of cooling lubricant.
  • a supporting bridge with a supporting shell is articulated on each of the two opposite longitudinal sides of the cassette body so that the supporting shells act on opposite areas of the surface of the work roll.
  • the two supporting bridges are articulated on the opposite longitudinal sides of the cassette base body via preferably two of the said adjustment mechanisms.
  • an intermediate or back-up roll is also rotatably mounted above or below the work roll on the opposite short sides of the recess in the cassette base body. The intermediate or back-up roll in the cassette is used to vertically support the work roll.
  • the support bridge and the support shell can be formed in one piece.
  • the cassette can be designed as an interchangeable cassette for a roll stand to be pushed into or pulled out of the receptacle for the chocks of the conventional work rolls with a larger diameter in the roll stands of the roll stand.
  • the above-mentioned object of the invention is achieved by the subject matter of claim 11. Accordingly, the inventive
  • the cassette according to the invention can either be permanently installed in the roll stand between the two roll stands or it is designed as an interchangeable cassette for insertion into or removal from the receptacles for the chocks of the work rolls in the roll stand stands.
  • An upper cassette can be provided in the roll stand for receiving the upper work roll and preferably also an upper intermediate roll and/or a lower cassette can be provided for receiving the lower work roll and preferably also a lower intermediate roll of the roll stand. Otherwise the advantages of the solution for the roll stand correspond to the advantages mentioned above with reference to the cassette.
  • the method according to the invention relates to the adjustment of the adjusting cylinders in at least one cassette according to one of claims 1 to 10 installed in a roll stand 50 according to one of the preceding claims 11 to 14.
  • the method according to the invention provides as an essential method step that for initialization before the start of rolling operation all Adjusting cylinders in the cassette can be set to a starting target position that is individually specified for each of the adjusting cylinders both on the bending side and on the opposite side by suitably varying the pressure in the adjusting cylinders. In this case, this starting target position corresponds to a
  • each of the cylinders is set to its respective individual operating point. Based on this working point setting, the target positions of all the adjusting cylinders on the bending side are then changed, in particular increased, until the adjusting forces individually applied by the adjusting cylinders on the bending side each reach a predetermined target
  • Preload force should have reached Fv.
  • This target prestressing force is preferably specified uniformly for all adjusting cylinders on the bending side. The target positions for the adjusting cylinders on the opposite side of the bending side within the cassette remain unaffected.
  • all adjusting cylinders within the cassette are thus set to their respective intended position before the start of the rolling process.
  • the differential force of contact forces from contact cylinders arranged in pairs opposite one another within the cassette on the bending side and the opposite side is determined and regulated to a specified expected value for the differential force by suitable variation of the target position for at least one of the opposing contact cylinders involved. In this way, the stability of the rolling process is continuously monitored and maintained.
  • FIG. 1 shows a roll stand with the cassette according to the invention two variants, each in a cross-section;
  • FIG. 2 shows the cassette according to the invention in a perspective view
  • FIG. 3 shows the cassette according to the invention in a longitudinal section
  • FIG. 4 shows the cassette according to the invention in a cross section
  • FIG. 5 shows the adjustment mechanism according to the invention with the support bridge according to the invention as a support for the support shell on both sides of the work roll, once in the unloaded state and once in the state with a horizontal load;
  • FIG. 6 shows a position control circuit according to the invention.
  • FIG. 7 shows a target value calculation device with a process model for the technical forming mapping of the rolling process for calculating various position and force target values.
  • FIG. 1 shows the schematic representation of a roll stand in the form of the plurality of rolls arranged one above the other in the vertical direction.
  • the work rolls 10 each span a roll gap for rolling rolling stock (not shown in FIG. 1), in particular metal strip.
  • the upper work roll 10 is supported in the horizontal direction by support shells 120.
  • the support shells 120 are mounted on rigid supports, so-called support bridges 130, and are pressed against the surface of the upper work roll 10
  • the upper work roll 10 is supported by an upper intermediate roll 20 in the vertical direction.
  • the upper intermediate roll 20, the upper work roll 10, the support shells 120 with the support bridges 130 and the adjusting cylinders 142 are mounted in a compact design in an upper cassette 100-o.
  • the support shells 120 do not press directly on the surface of the upper work roll 10, in particular with their longitudinal sides, but only indirectly via a film of cooling lubricant, for example hydraulic oil. This meaning is also meant when it is casually mentioned in the application that one of the supporting shells presses or is pressed against the work roll.
  • the cooling lubricant is fed into the lubricating gap between the work roll and the supporting shell through the oil lines 170 shown in FIG. 1, which are also connected to an oil pump P.
  • screens e.g. in the form of metal sheets, can be mounted on the two end faces of the respective supporting shell.
  • the screens are preferably formed complementary to the surface of the work roll at their edge sections facing the work roll.
  • the diaphragms can then lie directly on the surface of the work roll outside of the rolling stock to be rolled, in particular during the rolling operation, with their preferably complementary shaped edge sections, preferably via sealing lips, in order to effectively prevent cooling lubricant from escaping.
  • FIG. 2 shows the cassette 100 known from FIG of the cassette 100 spoken.
  • the cassette 100 consists essentially of a cassette base body 110 in which an elongated recess 112 is formed.
  • the elongated recess 112 is spanned by two opposite short sides and two opposite long sides.
  • the intermediate roller 20 that can be seen in FIG. 2 is rotatably mounted on the opposite short sides.
  • the cassette 100 is shaped in such a way that it can be pushed into the receptacles for work roll chocks in the window of a roll stand.
  • FIG. 3 shows the cassette 100 known from FIG. 2 in a longitudinal section. It can be seen that not only the intermediate roll 20, but also the work roll 10, which is supported by the back-up roll 20 in the vertical direction, is rotatably mounted on the short sides of the recess 112.
  • FIG. 4 shows said cassette 100 in a cross section, similar to that in FIG. 1, but here in somewhat more detail. It can be seen that the centers or axes of rotation of the work roll 10 and the back-up roll 20 are exactly one above the other. In this constellation there is an unstable or only quasi-unstable equilibrium and the work roll 10 therefore tends slightly to horizontal bending, in particular if the vertical rolling forces occurring are particularly large and its slenderness is large in comparison to that of the intermediate roll 20 . In order to prevent such a deflection of the work roll 10, this is laterally with the help of the support shells 120 in a horizontal
  • the support shells 120 are in turn each connected to a carrier 130 which, via a positioning mechanism, together with the connected support shell 120, is positioned in the horizontal direction against the surface of the work roll.
  • the ends of the second lever arm 145, 130 near the knee joint are both articulated to one another via the knee joint 144.
  • the end of the first lever arm 145 remote from the knee joint is articulated to the longitudinal side of the cassette base body 110 .
  • the adjusting cylinder 142 is built into the longitudinal side of the cassette base body or is articulated to the longitudinal side, but is at least supported on one side thereof.
  • the other end of the adjusting cylinder 142 is in operative connection with the toggle lever 143, ultimately for adjusting the supporting shell 120 against the surface of the work roll 10.
  • the essentially vertical movement of the adjusting cylinder 142 is converted into a horizontal movement or Contact force deflected for the bearing shell.
  • the adjusting cylinder 142 can in principle act in an articulated manner both on one of the two lever arms 145 , 130 and on the toggle joint 144 . In the present case, however, the articulation of the adjusting cylinder 142 directly on the knee joint 144, as shown in FIG. 4, appears to be particularly advantageous.
  • the position sensor 150 si with 1 ⁇ i ⁇ I with I €N is used for direct detection of the position of the adjusting cylinder 142 and thus for indirect detection of the adjusting position of the support shell against the work roll.
  • the force sensor 160 is used to directly detect the pressing force of the adjusting cylinder 142 against the toggle lever 143 and thus also to indirectly detect the adjusting force with which the supporting shell is pressed against the work roll 10 .
  • Page 10 of the supporting shell is carried out with the help of generally known conversion formulas from mechanics/kinematics based on the toggle lever 143 used here. The same applies to the conversion of the force.
  • the formation of the adjusting mechanism with the toggle lever 143 shown here is by no means mandatory; on the contrary, in principle other constructive solutions are also conceivable and suitable for the horizontal adjustment of the supporting shells.
  • the support shells 120 are typically attached to the support bridges; however, they can also be designed in one piece with them. According to the invention, it is of central importance that the supporting bridges 130 have a flexural rigidity that is greater than the flexural rigidity of the adjustment mechanism 140 in connection with the longitudinal sides of the cassette base body that receive or support the adjustment mechanism. In other words, the support bridge as such must be so rigid that it does not yield to deflection of the work rolls in the horizontal direction, i. H. also under
  • FIG. 5 shows a horizontal section through the cassette 100 installed in a roll stand.
  • the support shell with the support bridge 130 preferably extends over the entire length of the work roll 10, but at least over a large part of its length.
  • the adjustment mechanisms could also only be in the form of an adjustment cylinder 143 - without a toggle lever - which moves the support bridge 130 with support against the longitudinal side of the
  • Adjusting cylinder does not extend in the horizontal direction, but is installed vertically and then presses on the support bridge 130 via the toggle lever 143 shown. 4 has the advantage over the embodiment shown in FIG. 5 that it is more compact in the width direction and allows the cassette to be inserted into the receptacles of the very narrow stand windows of a roll stand.
  • FIG. 5 also shows the terms “drive side” and “operating side”.
  • the drive side designates the side on which a drive for the work roll is typically provided and the operating side designates the side without a drive from where a roll change typically takes place.
  • the illustration on the left in FIG. 5 shows the cassette or the roll stand 50 in an unloaded state, i. that is, in a state where no horizontal forces in particular are applied to the work roll.
  • the right-hand image in FIG. 5 shows the horizontal load condition.
  • the rolling force which originally acts vertically, causes the intermediate roll 20 and the work roll 10 to be mounted slightly asymmetrically vertically, especially when the
  • the invention provides for the support bridge 130, as mentioned, to be designed with a greater flexural rigidity than the flexural rigidity of the at least one adjustment mechanism in connection with the longitudinal side of the cassette base body 110 that accommodates the adjustment mechanism.
  • the target positions of all adjustment cylinders 142 on the bending side are changed, in particular increased, typically starting from the initial target positions, until the adjustment forces individually applied by the adjustment cylinders 142 on the bending side 120 each have reached a specified target prestressing force Fv, preferably uniformly for all adjusting cylinders on the bending side.
  • the difference in the contact forces F3-F1, F4-F2 of at least one pair of the contact cylinders arranged opposite one another on the opposite supporting shells is first determined.
  • the difference is then regulated to a predetermined expected value for the differential force by suitably varying the desired positions of at least one of the opposing adjusting cylinders S3, S1 involved; S4,S2.
  • the adjusting mechanism 140 which is designed to be less rigid than in the prior art, is at least partially compensated for by this regulation.
  • the previously mentioned initial target position values for the adjusting cylinders s1 set ... s4 set, the set value for the preload force Fv and/or the set values of the expected value for the differential force AF are calculated using a process model based on at least one of the following input variables: a predicted rolling force, a predicted rolling moment, predicted strip tensions on the rolling stock to be rolled by the roll stand, the geometry of the bearing shell 120, the state of wear of the bearing shell, the roll diameter, the desired value for the fluid pressure p between the bearing shell 120 and the work roll; see figure 7.
  • each of the two cassettes is equipped with an operator-side and a drive-side adjusting cylinder 142 on the bending side and the non-bending side, respectively. At least the adjusting cylinders 142 on the non-bending sides are set to their original desired starting position s1 desired - s4 desired as working points.
  • the target positions of all four adjusting cylinders 142 on the non-bending sides of the two cassettes 100-o, 100-u are preferably the same as their starting target positions increased or decreased. During rolling, this results in a respectively desired reduction in thickness of the rolling stock.
  • the target positions of the two adjustment cylinders on the operating side of the upper and lower cassette - each on the non-bending side - are changed by +As.
  • the target positions of the two drive-side adjusting cylinders 142 of the upper and lower cassettes are then changed by ⁇ As—each on the non-bending side.
  • the target positions of the operator-side adjusting cylinder of the upper cassette and the drive-side adjusting cylinder of the lower cassette are each on the non-bending side compared to their starting target positions by one, preferably the same Amount increased or decreased.
  • the target positions of the drive-side adjusting cylinder of the upper cassette and the operator-side adjusting cylinder of the lower cassette are each lowered or increased by the same amount on the non-bending side compared to their starting target positions.
  • the change amounts are manipulated variables that can be specified by thickness or flatness control systems, for example in combination with strip thickness measuring devices or flatness measuring rollers.
  • the advantage is the more direct penetration in the greater vicinity of the metal strip compared to the main position, which is associated with a larger hysteresis.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
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  • Metal Rolling (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Kassette 100 für zumindest eine Arbeitswalze (10) in einem Walzgerüst (50) zum Walzen von Walzgut, insbesondere Metallband, aufweisend: einen Kassettengrundkörper (110) mit einer länglichen Aussparung (112), welche durch zwei gegenüberliegende Kurzseiten und zwei gegenüberliegende Langseiten aufgespannt ist, wobei die Arbeitswalze an den Kurzseiten drehbar lagerbar ist; mindestens eine Stützschale (120); mindestens eine in dem Kassettengrundkörper gelagerte Stützbrücke (130) als Träger für die Stützschale (120); und mindestens einen Anstellmechanismus (140) zum gelenkigen Anbinden der Stützbrücke an eine der Längsseiten des Kassettengrundkörpers und zum Anstellen der Stützschale mit einer horizontalen Anstellkraft gegen die Oberfläche der Arbeitswalze. Um eine horizontale Ausbiegung der schlanken Arbeitswalzen auch bei hoher Walzkraft wirksam zu verhindern, schlägt die Erfindung vor, dass die Biegesteifigkeit der Stützbrücke (130) größer ist als die Biegesteifigkeit des Anstellmechanismus (140) in Verbindung mit der den Anstellmechanismus aufnehmenden Längsseite des Kassettengrundkörpers (110).

Description

Kassette für zumindest eine Arbeitswalze in einem Walzgerüst
Die Erfindung betrifft eine Kassette für zumindest eine Arbeitswalze in einem Walzgerüst zum Walzen von Walzgut. Darüber hinaus betrifft die Erfindung ein Walzgerüst mit mindestens einer solchen Kassette sowie ein Verfahren zum Anstellen der Anstellzylinder in einer solchen Kassette.
Hintergrund der vorliegenden Erfindung ist der physikalische Sachverhalt, dass bei konventionellen Walzgerüsten mit vier oder sechs Walzen ohne horizontale Abstützung der Arbeitswalzen der zulässige Arbeitswalzendurchmesser nach unten hin beschränkt ist. Diese Beschränkung ist deshalb gegeben, weil nur Arbeitswalzen mit hinreichend großem Walzendurchmesser auch bei Belastung mit hoher Anstellkraft nicht dazu neigen, sich seitlich bzw. horizontal zu verbiegen.
Für das Kaltwalzen von hochfestem dünnem Metallband bedarf es jedoch Arbeitswalzen mit einem großen Schlankheitsgrad, um große Anstellkräfte auf das hochfeste dünne Metallband übertragen zu können, ohne dass dabei eine elastische Walzenabplattung auftritt. Um jedoch auch dünne bzw. schlanke Arbeitswalzen in Walzgerüsten mit vier bzw. sechs Walzen verwenden zu können und um damit diese Gerüste auch geeignet auszubilden zum Walzen von dem besagten hochfesten dünnem Metallband ist es im Stand der Technik bekannt, die Arbeitswalzen mit hohem Schlankheitsgrad in den besagten Gerüsten horizontal abzustützen; siehe dazu beispielsweise die nicht vorveröffentlichte deutsche Patentanmeldung DE 102020203076.6.
Diese Patentanmeldung offenbart nicht nur die Verwendung von hydrostatischen Stützschalen für die Arbeitswalze, sondern auch eine Zusammenfassung der kleinen Arbeitswalze und einer ersten Zwischenwalze in Form einer Kassette zum Einschub zwischen die Walzenständer eines Walzgerüstes anstatt der klassischen Einbaustücke mit den ansonsten verwendeten normalen Arbeitswalzen.
Seite 1 Die aus der besagten deutschen Patentanmeldung bekannte Stützschale ist relativ dünn und schlank; sie ist deshalb auch dann, wenn sie mit einem bedienseitigen und einem antriebsseitigen Anstellzylinder in horizontaler Richtung gegen die Arbeitswalzen gedrückt wird, oftmals nicht geeignet, einer horizontalen Durchbiegung der Arbeitswalze bzw. einer selbstverstärkenden Ausbiegung der Arbeitswalze als Reaktion auf eine große Walzkraft erfolgreich entgegenzuwirken oder gar eine solche Ausbiegung zu verhindern. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine bekannte Kassette für zumindest eine Arbeitswalze in einem Walzgerüst, ein bekanntes Walzgerüst mit der Kassette sowie ein bekanntes Verfahren zum Anstellen der Anstellzylinder in der Kassette dahingehend weiterzubilden, dass eine horizontale Ausbiegung der schlanken Arbeitswalze auch bei hoher Walzkraft wirksam verhindert wird.
Diese Aufgabe wird bezüglich der Kassette durch den Gegenstand des Patentanspruchs 1 gelöst. Demnach ist die Biegesteifigkeit der Stützbrücke größer als die Biegesteifigkeit des Anstellmechanismus in Verbindung mit der den Anstellmechanismus aufnehmenden Linksseite des Kassettengrundkörpers
Anders ausgedrückt: Die Erfindung schlägt vor, die Stützschale bzw. die sie tragende Stützbrücke in sich bereits so steif auszubilden, dass sie auch großen, auf sie von der Arbeitswalze ausgeübten Horizontalkräften nicht nachgibt bzw. sich selber nicht oder nur sehr wenig verbiegt, auch wenn die Stützschale bzw. die Stützbrücke mit zwei Anstellmechanismen, die in größerem Abstand zueinanderstehen, an einer Längsseite der Kassette abgestützt ist. Aufgrund der großen beanspruchten Biegesteifigkeit der Stützbrücke als Träger für die Stützschale wird ein Durchbiegen der Stützschale auch unter Einwirkung großer horizontaler Kräfte durch die Arbeitswalze verhindert, auch wenn die beiden Anstellmechanismen, die die Stützbrücke mit der Stützschale tragen, außermittig weit voneinander beabstandet sind.
Seite 2 Das entscheidende Merkmal um den gesamten Stützmechanismus in eine Kassette einbauen zu können, ist die Verlagerung der Steifigkeit auf die Stützbrücke. Die Nachgiebigkeit der Anstellung wird bewusst in Kauf genommen und durch eine geeignete Regelstrategie, siehe weiter unten, genügend kompensiert.
Gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel weist der Anstellmechanismus mindestens einen Anstellzylinder auf zum Anstellen der Stützbrücke mit der Stützschale gegen die Arbeitswalze.
Gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel ist mindestens ein Kniehebel vorgesehen zum Anlenken der Stützbrücke mit der Stützschale an eine der Längsseiten des Kassettengrundkörpers. Dies erfolgt über einen ersten Hebelarm des Kniehebels, der mit seinem kniegelenkfernen Ende gelenkig an die Längsseite des Kassettengrundkörpers angelenkt ist. Der zweite Hebelarm des Kniehebels wird durch die Stützbrücke selber gebildet. Beide Hebelarme sind über ein Kniegelenk gelenkig miteinander verbunden. Der Anstellzylinder ist zur Realisierung der Wirkverbindung mit dem Kniehebel entweder an einem der beiden Hebelarme oder an dem Kniegelenk des Kniehebels angelenkt und stützt sich mit seinem anderen Ende an der Längsseite des Kassettengrundkörpers ab. Dazu ist der Anstellzylinder vorzugsweise vertikal, oder zumindest mit einer vertikalen Komponente in der Längsseite des Kassettengrundkörpers angelenkt. Bei dieser Konstellation wird der Anstellmechanismus gebildet durch das Kniegelenk, den ersten Hebelarm und den Anstellzylinder. Der zweite Hebelarm des Kniegelenkes in Form der Stützbrücke gehört insofern nicht mehr zum Anstellmechanismus, weil dieser ja gerade dazu dient, die Stützbrücke an die Längsseite des Kassettengrundkörpers anzulenken und gegen die Oberfläche der Arbeitswalze anzustellen. Die Ausbildung des Anstellmechanismus 140' in Form des Kniehebels in Verbindung mit dem zumindest im Wesentlichen vertikal angestellten Anstellzylinders bietet den Vorteil, dass die Kassette in ihren
Seite 3 seitlichen Abmessungen schlank gehalten werden kann, insbesondere so schlank, dass sie anstelle der Einbaustücke von klassischen Arbeitswalzen in das Ständerfenster des Walzgerüstes eingeschoben werden kann. Gemäß weiteren Ausführungsbeispielen sind den Anstellzylindern Positionsgeber und/oder Kraftsensoren zugeordnet bzw. in sie integriert. Die Positionsgeber dienen zur direkten oder indirekten Erfassung der jeweiligen Anstellposition der Stützschale gegen die Arbeitswalze. Die Kraftsensoren dienen zum Erfassen der Anstellkräfte, mit welchen die Stützschale typischerweise über einen Film aus Kühlschmiermittel gegen die Arbeitswalze gedrückt wird.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel ist an jeder der beiden gegenüberliegenden Längsseiten des Kassettengrundkörpers jeweils eine Stützbrücke mit einer Stützschale angelenkt zum Einwirken der Stützschalen auf gegenüberliegende Bereiche der Oberfläche der Arbeitswalze. Die Anlenkung der beiden Stützbrücken an die gegenüberliegenden Längsseiten des Kassettengrundkörpers erfolgt über vorzugsweise jeweils zwei der besagten Anstellmechanismen. Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel ist oberhalb oder unterhalb der Arbeitswalze ebenfalls eine Zwischen- oder Stützwalze an den gegenüberliegenden Kurzseiten der Aussparung in dem Kassettengrundkörper drehbar gelagert. Die Zwischen- oder Stützwalze in der Kassette dient zum vertikalen Abstützen der Arbeitswalze. Die Stützbrücke und die Stützschale können einstückig ausgebildet sein. Die Kassette kann als Wechselkassette für ein Walzgerüst ausgebildet sein zum Einschieben in die oder zum Herausziehen aus der Aufnahme für die Einbaustücke der konventionellen Arbeitswalzen mit größerem Durchmesser in den Walzenständern des Walzgerüstes. Bezüglich des Walzgerüstes wird die oben genannte Aufgabe der Erfindung durch den Gegenstand des Anspruchs 11 gelöst. Demnach ist das erfindungsgemäße
Seite 4 Walzgerüst gekennzeichnet durch mindestens eine Kassette nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei die Arbeitswalze an den Kurzseiten des Kassettengrundkörpers drehbar gelagert ist. Die erfindungsgemäße Kassette kann entweder fest zwischen die beiden Walzenständer in das Walzgerüst eingebaut sein oder sie ist als Wechselkassette ausgebildet zum Einschieben in die oder zum Herausziehen aus den Aufnahmen für die Einbaustücke der Arbeitswalzen in den Walzgerüstständern. In dem Walzgerüst kann eine obere Kassette vorgesehen sein zur Aufnahme der oberen Arbeitswalze und vorzugsweise auch eine oberen Zwischenwalze und/oder es kann eine untere Kassette vorgesehen sein zur Aufnahme der unteren Arbeitswalze und vorzugsweise auch einer unteren Zwischenwalze des Walzgerüstes. Ansonsten entsprechen die Vorteile der Lösung für das Walzgerüst den oben mit Bezug auf die Kassette genannten Vorteilen.
Bezüglich des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die oben genannte Aufgabe durch das in Patentanspruch 15 beanspruchte Verfahren gelöst. Das erfindungsgemäße Verfahren betrifft das Anstellen der Anstellzylinder in mindestens einer Kassette nach einem der Ansprüche 1 bis 10 eingebaut in ein Walzgerüst 50 nach einem der vorangegangenen Ansprüche 11 bis 14. Das erfindungsgemäße Verfahren sieht als wesentlichen Verfahrensschritt vor, dass zur Initialisierung vor Beginn des Walzbetriebs alle Anstellzylinder in der Kassette sowohl auf der Biegeseite wie auch auf der gegenüberliegenden Seite auf eine jeweils individuell für jeden der Anstellzylinder vorgegebene Ausgangs-Soll- Position gestellt werden durch geeignete Variation des Druckes in den Anstellzylindern. Dabei entspricht diese Ausgangs-Soll-Position einem
Arbeitspunkt. Jeder der Zylinder wird insofern auf seinen jeweils individuellen Arbeitspunkt eingestellt. Ausgehend von dieser Arbeitspunkteinstellung werden dann die Soll-Positionen aller Anstellzylinder auf der Biegeseite solange verändert, insbesondere erhöht, bis die jeweils von den Anstellzylindern auf der Biegeseite individuell aufgebrachten Anstellkräfte jeweils eine vorgegebene Soll-
Seite 5 Vorspannkraft Soll Fv erreicht haben. Diese Soll-Vorspannkraft wird vorzugsweise für alle Anstellzylinder auf der Biegeseite einheitlich vorgegeben. Die Soll- Positionen für die Anstellzylinder auf der der Biegeseite gegenüberliegenden Seite innerhalb der Kassette bleiben davon unberührt.
Mit den bisher beschriebenen Verfahrensschritten sind somit alle Anstellzylinder innerhalb der Kassette vor Beginn des Walzprozesses auf ihre jeweils zugedachte Soll-Position eingestellt. Während des Walzbetriebs wird die Differenzkraft von Anstellkräften von innerhalb der Kassette paarweise gegenüberliegend angeordneten Anstellzylindern auf der Biegeseite und der gegenüberliegenden Seite ermittelt und auf einen vorgegebenen Erwartungswert für die Differenzkraft geregelt durch geeignete Variation der Soll-Position bei mindestens einem der jeweils beteiligten gegenüberliegenden Anstellzylinder. Auf diese Weise wird die Stabilität des Walzprozesses kontinuierlich überwacht und eingehalten.
Weiterhin besteht die Möglichkeit, während des Walzprozesses den Walzspalt zu verändern, eine Schräglage der oberen und unteren Arbeitswalze relativ zueinander einzustellen und/oder auch das Profil des Walzspaltes zu verändern, jeweils alles durch geeignete Ansteuerung der Anstellzylinder in der Kassette.
Ansonsten entsprechen die Vorteile dieses erfindungsgemäßen Verfahrens den oben mit Bezug auf die Kassette genannten Vorteilen.
Der Beschreibung sind sieben Figuren beigefügt, wobei
Figur 1 ein Walzgerüst mit der erfindungsgemäßen Kassette zwei Varianten, jeweils in einem Querschnitt;
Figur 2 die erfindungsgemäße Kassette in perspektivischer Ansicht;
Seite 6 Figur 3 die erfindungsgemäße Kassette in einem Längsschnitt;
Figur 4 die erfindungsgemäße Kassette in einem Querschnitt;
Figur 5 den Anstellmechanismus gemäß der Erfindung mit der erfindungsgemäßen Stützbrücke als Träger für die Stützschale zu beiden Seiten der Arbeitswalze, einmal in unbelastetem Zustand und einmal im Zustand mit horizontaler Belastung;
Figur 6 einen erfindungsgemäßen Positionsregelkreis; und
Figur 7 eine Soll-Wert-Berechnungseinrichtung mit einem Prozessmodell zur umformtechnischen Abbildung des Walzprozesses zur Berechnung diverser Positions- und Kraft-Sollwerte zeigt.
Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die genannten Figuren in Form von Ausführungsbeispielen detailliert beschrieben. In allen Figuren sind gleiche technische Elemente mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet.
Figur 1 zeigt die schematische Darstellung eines Walzgerüstes in Form der jeweils mehreren in vertikaler Richtung übereinander angeordneten Walzen. Die Arbeitswalzen 10 spannen jeweils einen Walzspalt auf zum Walzen von in der Figur 1 nicht gezeigtem Walzgut, insbesondere Metallband. Bei dem in der linken Abbildung von Figur 1 dargestellten Walzgerüst 50 wird die obere Arbeitswalze 10 in horizontaler Richtung durch Stützschalen 120 abgestützt. Die Stützschalen 120 sind auf biegestreif ausgebildeten Trägern, sogenannten Stützbrücken 130, montiert und werden mit Hilfe von Anstellzylindern 142, die gegen die Stützbrücken 130 drücken, gegen die Oberfläche der oberen Arbeitswalze 10
Seite 7 gedrückt. Die obere Arbeitswalze 10 wird durch eine obere Zwischenwalze 20 in vertikaler Richtung abgestützt. Die obere Zwischenwalze 20, die obere Arbeitswalze 10, die Stützschalen 120 mit den Stützbrücken 130 und den Anstellzylindern 142 sind in kompakter Bauweise in einer oberen Kassette 100-o montiert.
Die Stützschalen 120 drücken insbesondere mit ihren Längsseiten nicht direkt auf die Oberfläche der oberen Arbeitswalze 10, sondern nur indirekt über einen Film aus Kühlschmiermittel, beispielsweise Hydrauliköl. Diese Bedeutung ist auch gemeint, wenn in der Anmeldung salopp davon gesprochen wird, dass eine der Stützschalen gegen die Arbeitswalze drückt oder gedrückt wird. Die Zuführung des Kühlschmiermittels in den Schmierspalt zwischen Arbeitswalze und Stützschale erfolgt durch die in Figur 1 gezeigten Ölleitungen 170, die auch an eine Ölpumpe P angeschlossen sind. Um zu verhindern, dass an den Stirnseiten der Stützschalen 120 Kühlschmiermittel aus dem Spalt zwischen einer der Stützschalen und der Arbeitswalze austritt, können an den beiden Stirnseiten der jeweiligen Stützschale Blenden, z.B. in Form von Blechen, montiert sein. Die Blenden sind an ihren der Arbeitswalze zugewandten Randabschnitten vorzugsweise komplementär zu der Oberfläche der Arbeitswalze geformt. Die Blenden können dann insbesondere während des Walzbetriebs mit ihren vorzugsweise komplementär geformten Randabschnitten - vorzugsweise über Dichtlippen - außerhalb des zu walzenden Walzgutes direkt auf der Oberfläche der Arbeitswalze anliegen, um ein Auslaufen von Kühlschmiermittel wirksam zu verhindern.
Während die linke Abbildung in Figur 1 die Verwendung der Kassette 100-o mit der horizontalen Abstützung nur für die obere Arbeitswalze zeigt, ist in der rechten Abbildung von Figur 1 zu erkennen, dass eine analog aufgebaute untere Kassette 100-u auch zur horizontalen Abstützung der unteren Arbeitswalze 10 dienen kann. Gleichermaßen ist natürlich auch die Verwendung der besagten Kassette allein
Seite 8 zur Abstützung einer unteren Arbeitswalze theoretisch möglich, wenngleich in Figur 1 nicht gezeigt.
Figur 2 zeigt die aus Figur 1 bekannte Kassette 100. Weil die obere Kassette 100- o und die untere Kassette 100-u von ihrem konstruktiven Aufbau her grundsätzlich gleich bzw. analog aufgebaut sind, wird nachfolgend nicht mehr dazwischen unterschieden, sondern nur noch allgemein von der Kassette 100 gesprochen. Zu erkennen ist in Figur 2, dass die Kassette 100 im Wesentlichen aus einem Kassettengrundkörper 110 besteht, in dem eine längliche Aussparung 112 ausgebildet ist. Die längliche Aussparung 112 ist durch zwei gegenüberliegende Kurzseiten und zwei gegenüberliegende Langseiten aufgespannt. Die in Figur 2 zu erkennende Zwischenwalze 20 ist an den gegenüberliegenden Kurzseiten drehbar gelagert. Die Kassette 100 ist bezüglich ihrer äußeren Abmessungen und insbesondere bezüglich der geometrischen Form ihrer Stirnseiten an den Kurzseiten so geformt, dass sie in die Aufnahmen für Arbeitswalzeneinbaustücke in die Fenster eines Walzenständers eingeschoben werden kann.
Figur 3 zeigt die aus Figur 2 bekannte Kassette 100 in einem Längsschnitt. Zu erkennen ist, dass nicht nur die Zwischenwalze 20, sondern auch die Arbeitswalze 10, die von der Stützwalze 20 in vertikaler Richtung abgestützt wird, an den Kurzseiten der Aussparung 112 drehbar gelagert ist.
Figur 4 zeigt die besagte Kassette 100 in einem Querschnitt, ähnlich wie in Figur 1 , allerdings hier etwas detailgetreuer. Zu erkennen ist, dass die Mittelpunkte bzw. Drehachsen der Arbeitswalze 10 und der Stützwalze 20 genau Übereinanderliegen. In dieser Konstellation besteht ein labiles bzw. nur quasilabiles Gleichgewicht und die Arbeitswalze 10 neigt deshalb leicht zu einer horizontalen Verbiegung, insbesondere wenn die auftretenden vertikalen Walzkräfte besonders groß und ihr Schlankheitsgrad im Vergleich zu dem der Zwischenwalze 20 groß ist. Um eine solche Ausbiegung der Arbeitswalze 10 zu verhindern, wird diese seitlich mit Hilfe der Stützschalen 120 in horizontaler
Seite 9 Richtung abgestützt. Die Stützschalen 120 sind ihrerseits jeweils mit einem Träger 130 verbunden, der über einen Anstellmechanismus zusammen mit der verbundenen Stützschale 120 in horizontaler Richtung gegen die Oberfläche der Arbeitswalze angestellt wird. Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Figur 4 wird der Anstellmechanismus gebildet durch den Anstellzylinder 142, durch das Kniegelenk 144 und den ersten Hebelarm 145. Das Kniegelenk 144 bildet zusammen mit dem ersten Hebelarm 145 und der Stützbrücke 130 als zweitem Hebelarm einen Kniehebel 143. Der erste und der zweite Hebelarm 145, 130 sind beide mit ihren kniegelenknahen Enden über das Kniegelenk 144 gelenkig miteinander verbunden. Der erste Hebelarm 145 ist mit seinem kniegelenkfernen Ende gelenkig an die Längsseite des Kassettengrundkörpers 110 angelenkt. Der Anstellzylinder 142 ist in die Längsseite des Kassettengrundkörpers eingebaut oder an die Längsseite angelenkt, zumindest jedoch an dieser einseitig abgestützt. Mit seinem anderen Ende steht der Anstellzylinder 142 mit dem Kniehebel 143 in Wirkverbindung, letzten Endes zum Anstellen der Stützschale 120 gegen die Oberfläche der Arbeitswalze 10. Dabei wird die im Wesentlichen vertikale Bewegung des Anstellzylinders 142 mit Hilfe des Kniehebels 143 in eine horizontale Bewegung bzw. Anstellkraft für die Stützschale umgelenkt. Zur Realisierung der besagten Wirkverbindung zwischen Kniehebel und Anstellzylinder kann der Anstellzylinder 142 grundsätzlich sowohl an einem der beiden Hebelarme 145, 130 wie auch an dem Kniegelenk 144 gelenkig angreifen. Besonders vorteilhaft erscheint im vorliegenden Fall jedoch die in Figur 4 gezeigte Anlenkung des Anstellzylinders 142 direkt am Kniegelenk 144. In Figur 4 ist weiterhin zu erkennen, dass den Anstellzylindern 142 ein Positionsgeber 150 und/oder ein Kraftsensor 160 zugeordnet ist. Der Positionssensor 150, si mit 1 < i < I mit I € N dient zur direkten Erfassung der Position des Anstellzylinders 142 und damit zur indirekten Erfassung auch der Anstellposition der Stützschale gegen die Arbeitswalze. Der Kraftsensor 160 dient zum direkten Erfassen der Andrückkraft des Anstellzylinders 142 gegen den Kniehebel 143 und damit auch zum indirekten Erfassen der Anstellkraft, mit welcher die Stützschale gegen die Arbeitswalze 10 angedrückt wird. Die Umrechnung der Position des Anstellzylinders in die Position
Seite 10 der Stützschale erfolgt mit Hilfe von allgemeinen bekannten Umrechnungsformeln aus der Mechanik/Kinematik unter Zugrundelegung des hier verwendeten Kniehebels 143. Analoges gilt für die Umrechnung der Kraft. Die Ausbildung des Anstellmechanismus mit dem hier gezeigten Kniehebel 143 ist keineswegs zwingend; vielmehr sind grundsätzlich auch andere konstruktive Lösungen denkbar und tauglich zum horizontalen Einstellen der Stützschalen.
Die Stützschalen 120 sind typischerweise an die Stützbrücken anmontiert; sie können jedoch auch einstückig mit diesen ausgebildet sind. Erfindungsgemäß ist es von zentraler Bedeutung, dass die Stützbrücken 130 eine Biegesteifigkeit aufweisen, die größer ist als die Biegesteifigkeit des Anstellmechanismus 140 in Verbindung mit der den Anstellmechanismus aufnehmenden bzw. abstützenden Längsseiten des Kassettengrundkörpers. Anders ausgedrückt muss die Stützbrücke als solche so biegesteif sein, dass sie einer Ausbiegung der Arbeitswalzen in horizontale Richtung nicht nachgibt, d. h. sich auch unter
Belastung durch die Horizontalkräfte auf die Arbeitswalze insbesondere nicht selber verbiegt. Die notwendigen Kräfte zum Gegenhalten der Stützschale mit der Stützbrücke gegen die zur Ausbiegung tendierende Arbeitswalze müssen von dem Kniehebel 143 und den Anstellzylindern sowie der diese aufnehmende bzw. abstützende Längsseite des Kassettengrundkörpers aufgenommen werden.
Figur 5 zeigt einen Horizontalschnitt durch die Kassette 100, eingebaut in ein Walzgerüst. Zu erkennen ist, dass sich die Stützschale mit der Stützbrücke 130 über vorzugsweise die gesamte Länge der Arbeitswalze 10, zumindest jedoch über einen großen Teil von deren Länge erstreckt. Weiterhin ist zu erkennen, dass vorzugsweise zwei Anstellmechanismen pro Stützbrücke und Stützschale, d. h. vier Anstellmechanismen pro Kassette vorhanden sind, um die Stützbrücken 130 und Stützschalen in horizontaler Richtung gegen die Arbeitswalze 10 anzustellen. Die Anstellmechanismen könnten im einfachsten Fall auch nur in Form jeweils eines Anstellzylinders 143 - ohne Kniehebel - ausgebildet sein, der die Stützbrücke 130 unter Abstützung gegen die Längsseite des
Seite 11 Kassettengrundkörpers in horizontaler Richtung gegen die Arbeitswalze 10 andrückt, wie in Figur 5 gezeigt. Diese konstruktive Ausgestaltung hat jedoch den Nachteil, dass sie vergleichsweise breit baut, d. h. viel Platz in Breitenrichtung beansprucht. Insbesondere deshalb ist stattdessen die Ausgestaltung gemäß dem in Figur 4 gezeigten Ausführungsbeispiel zu bevorzugen, bei dem der
Anstellzylinder sich nicht in horizontaler Richtung erstreckt, sondern vertikal eingebaut ist und dann über den gezeigten Kniehebel 143 auf die Stützbrücke 130 drückt. Insofern bietet das in Figur 4 gezeigte Ausführungsbeispiel des Anstellmechanismus gegenüber dem in Figur 5 gezeigten Ausführungsbeispiel den Vorteil, dass es in Breitenrichtung kompakter baut und insofern den gewünschten Einschub der Kassette in die Aufnahmen der recht schmalen Ständerfenster eines Walzgerüstes erlaubt.
In Figur 5 sind weiterhin die Begrifflichkeiten „Antriebsseite“ und „Bedienseite“ veranschaulicht. Die Antriebsseite bezeichnet die Seite, auf welcher ein Antrieb für die Arbeitswalze typischerweise vorgesehen ist und die Bedienseite bezeichnet die Seite ohne Antrieb, von wo aus typischerweise ein Walzenwechsel erfolgt. Die linke Abbildung in Figur 5 zeigt die Kassette bzw. das Walzgerüst 50 in einem unbelasteten Zustand, d. h., in einem Zustand, in dem insbesondere keine horizontalen Kräfte auf die Arbeitswalze einwirken. Die rechte Abbildung in Figur 5 zeigt dagegen den horizontalen Belastungszustand. Die ursprünglich vertikal wirkende Walzkraft bewirkt bei leicht unsymmetrischer vertikaler Lagerung von Zwischenwalze 20 und Arbeitswalze 10, insbesondere auch bei hohem
Schlankheitsgrad der Arbeitswalze 10 mitunter eine horizontale Kraft, welche die in der rechten Abbildung von Figur 5 gezeigte horizontale Ausbiegung der Arbeitswalze 10 bewirkt. Um genau diese horizontale Ausbiegung zu verhindern, sieht die Erfindung vor, die Stützbrücke 130, wie gesagt, mit einer größeren Biegesteifigkeit auszubilden, als die Biegesteifigkeit des mindestens einen Anstellmechanismus in Verbindung mit der den Anstellmechanismus aufnehmenden Längsseite des Kassettengrundkörpers 110.
Seite 12 Das erfindungsgemäße Verfahren zum Anstellen der Anstellzylinder 142 in der Kassette 100 wird nachfolgend beschrieben:
Es beginnt vor dem Walzbetrieb mit folgenden Schritten: Feststellen der Biegeseite als derjenigen Längsseite des Kassettengrundkörpers 110 zu der hin eine horizontale Biegung der Arbeitswalze 10 erwartet wird und Regeln aller Anstellzylinder 142 in der Kassette 100 sowohl auf der Biegeseite wie auch auf der gegenüberliegenden Seite auf eine jeweils individuell für jeden der Anstellzylinder 142 vorgegebene Ausgangs-Soll-Position s1 soll ... s4soll durch geeignete Variation des Druckes in den Anstellzylindern. Diese Einstellung entspricht einer Art Arbeitspunkteinstellung. Ein entsprechender Regelkreis ist schematisch in Figur 6 dargestellt.
Ebenfalls noch vor Beginn des Walzbetriebes werden dann die Soll-Positionen aller Anstellzylinder 142 auf der Biegeseite - typischerweise ausgehend von den Ausgangs-Soll-Positionen - solange verändert, insbesondere erhöht, bis die jeweils von den Anstellzylindern 142 auf der Biegeseite 120 individuell aufgebrachten Anstellkräfte jeweils eine - vorzugsweise für alle Anstellzylinder auf der Biegeseite einheitlich - vorgegebene Soll-Vorspannkraft Fv erreicht haben.
Während des Walzbetriebs wird zunächst die Differenz der Anstellkräfte F3-F1, F4-F2 von mindestens einem Paar der gegenüberliegend angeordneten Anstellzylinder auf die gegenüberliegenden Stützschalen ermittelt. Es folgt ein Regeln der Differenz auf einen vorgegebenen Erwartungswert für die Differenzkraft durch geeignete Variation der Soll-Positionen von mindestens einem der beteiligten gegenüberliegenden Anstellzylinder S3, S1; S4,S2. Der im Vergleich zum Stand der Technik weniger biegesteif ausgebildete Anstellmechanismus 140 wird durch diese Regelung zumindest teilweise kompensiert.
Seite 13 Die zuvor erwähnten Ausgangs-Soll-Positionswerte für die Anstellzylinder s1 soll ... s4soll, der Sollwert für die Vorspannkraft Fv und/oder die Sollwerte des Erwartungswertes für die Differenzkraft AF werden mit Hilfe eines Prozessmodells auf Basis von zumindest einer der folgenden Eingangsgrößen berechnet: einer vorausberechneten Walzkraft, einem vorausberechneten Walzmoment, vorausberechneten Bandzügen auf von dem Walzgerüst zu walzendes Walzgut, der Geometrie der Stützschale 120, dem Verschleißzustand der Stützschale, dem Walzendurchmesser, dem Sollwert für den Fluiddruck p zwischen der Stützschale 120 und der Arbeitswalze; siehe Figur 7.
Nachfolgend werden einige besondere Fahrweisen für das Walzgerüst beschrieben, wobei davon ausgegangen wird, dass in dem Walzgerüst sowohl eine obere wie auch eine untere erfindungsgemäße Kassette 100-o, 100-u eingebaut ist. Jede der beiden Kassetten ist mit einem bedienseitigen und einem antriebsseitigen Anstellzylinder 142 jeweils auf der Biegeseite und der Nicht- Biegeseite ausgestattet. Zumindest die Anstellzylinder 142 auf den Nicht- Biegeseiten sind auf ihre ursprüngliche Ausgangs-Soll-Position s1 soll - s4soll als Arbeitspunkte eingestellt. Zum Realisieren einer Vergrößerung oder einer Verkleinerung des von den Arbeitswalzen 20 aufgespannten Walzspaltes werden die Soll-Positionen aller vier Anstellzylinder 142 auf den Nicht-Biegeseiten der beiden Kassetten 100-o, 100-u gegenüber ihren Ausgangs-Soll-Positionen um einen vorzugsweise gleichen Betrag erhöht oder abgesenkt. Beim Walzen resultiert daraus eine jeweils gewünschte Dickenabnahme des Walzgutes.
Zum Realisieren einer Schräglage der oberen und unteren Arbeitswalze relativ zueinander werden die Soll-Positionen der bedienseitigen Anstellzylinder 142 der oberen und der unteren Kassette - jeweils auf der Nicht-Biegeseite - relativ zu den Soll-Positionen der antriebsseitigen Anstellzylinder 142 der oberen und unteren Kassetten - ebenfalls jeweils auf der Nicht-Biegeseite - verändert. Beispielsweise
Seite 14 werden die Soll-Positionen der beiden bedienseitigen Anstellzylinder der oberen und unteren Kassette - jeweils auf der Nicht-Biegeseite - um +As geändert. Vorzugsweise werden dann die Soll-Positionen der beiden antriebsseitigen Anstellzylinder 142 der oberen und der unteren Kassette - jeweils auf der Nicht- Biegeseite - um -As geändert.
Zum Realisieren einer Änderung des Profils des von den Arbeitswalzen aufgespannten Walzspaltes werden zum einen die Soll-Positionen des bedienseitigen Anstellzylinders der oberen Kassette und des antriebsseitigen Anstellzylinders der unteren Kassette jeweils auf der Nicht-Biegeseite gegenüber Ihren Ausgangs-Soll-Positionen jeweils um einen vorzugsweise gleichen Betrag erhöht oder abgesenkt. Zum anderen werden die Soll-Positionen des antriebsseitigen Anstellzylinders der oberen Kassette und des bedienseitigen Anstellzylinders der unteren Kassette jeweils auf der Nicht-Biegeseite jeweils gegenüber ihren Ausgangs-Soll-Positionen um vorzugsweise den gleichen Betrag abgesenkt oder erhöht.
Bei den erwähnten Änderungs-Beträgen As handelt es sich jeweils um Stellgrößen, die durch Dicken- bzw. Planheitsregelsysteme vorgegeben werden können, beispielsweise in Kombination mit Banddickenmessgeräten bzw. Planheitsmessrollen. Vorteilhaft ist der direktere Durchgriff in größerer Nähe des Metallbandes im Vergleich zur Hauptanstellung, die mit einer größeren Hysterese verbunden ist.
Seite 15 Bezugszeichenliste
10 Arbeitswalze 20 Stütz- oder Zwischenwalze
50 Walzgerüst 100 Kassette 100-O Obere Kassette
100-u Untere Kassette 110 Kassettengrundkörper 112 längliche Aussparung in dem Kassettengrundkörper 120 Stützschale 130 Stützbrücke = zweiter Flebelarm 140 Anstellmechanismus 142 Anstellzylinder
143 Kniehebel
144 Kniegelenk
145 erster Flebelarm 150 Positionsgeber 160 Kraftsensor 170 Ölleitungen
F Anstellkraft auf die Arbeitswalze (=Walzkraft)
F, Fi Soll-Anstellkraft der Stützschale gegen die Arbeitswalze Soll-Fv Soll-Vorspannkraft
P Sollwert Fluiddruck si Soll-Position der Stützschale
P Pumpe
Seite 16

Claims

Patentansprüche:
1 . Kassette (100) für zumindest eine Arbeitswalze (10) in einem Walzgerüst (50) zum Walzen von Walzgut, insbesondere Metallband, aufweisend: einen Kassettengrundkörper (110) mit einer länglichen Aussparung (112), welche durch zwei gegenüberliegende Kurzseiten und zwei gegenüberliegende Langseiten aufgespannt ist, wobei die Arbeitswalze an den Kurzseiten drehbar lagerbar ist; mindestens eine Stützschale (120); mindestens eine in dem Kassettengrundkörper gelagerte Stützbrücke (130) als Träger für die Stützschale (120); und mindestens einen Anstellmechanismus (140) zum gelenkigen Anbinden der Stützbrücke an eine der Längsseiten des Kassettengrundkörpers und zum Anstellen der Stützschale mit einer horizontalen Anstellkraft gegen die Oberfläche der Arbeitswalze; dadurch gekennzeichnet, dass die Biegesteifigkeit der Stützbrücke (130) größer ist als die Biegesteifigkeit des Anstellmechanismus (140) in Verbindung mit der den Anstellmechanismus aufnehmenden Längsseite des Kassettengrundkörpers (110).
2. Kassette (100) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Anstellmechanismus (140) mindestens einen Anstellzylinder (142) aufweist zum Anstellen der Stützbrücke (130) mit der Stützschale (120) gegen die Arbeitswalze (10).
3. Kassette (100) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Kniehebel (143) vorgesehen ist, der ein Kniegelenk (144) und einen ersten und einen zweiten Hebelarm (130) aufweist, die
Seite 17 beide mit ihren kniegelenknahen Enden über das Kniegelenk gelenkig miteinander verbunden sind; und dass der erste Hebelarm (145) mit seinem kniegelenkfernen Ende gelenkig an die Längsseite des Kassettengrundkörpers (110) angelenkt ist; dass der zweite Hebelarm durch die Stützbrücke (130) gebildet ist; und dass der Anstellzylinder (142) in die Längsseite des Kassettengrundkörpers (110) eingebaut oder an die Längsseite angelenkt ist und mit dem Kniehebel (143) in Wirkverbindung steht zum Anstellen der Stützbrücke (130) mit der Stützschale (120) gegen die Arbeitswalze (10); und wobei der Anstellmechanismus (140) gebildet ist durch das Kniegelenk (144), den ersten Hebelarm (145) und den Anstellzylinder (142).
4. Kassette (100) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Mehrzahl von, vorzugsweise zwei, Anstellmechanismen (140) entlang der Längserstreckung der Stützbrücke (130) vorgesehen sind zum Anbinden der Stützbrücke an die Längsseite des Kassettengrundkörpers (110).
5. Kassette (100) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, gekennzeichnet durch mindestens einen, beispielsweise in den Anstellzylinder (142) integrierten, Positionsgeber (150, s) zum direkten oder indirekten Erfassen der jeweiligen Anstellposition der Stützschale (120) gegen die Arbeitswalze (10).
6. Kassette (100) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, gekennzeichnet durch mindestens einen Kraftsensor (160, F) zum Erfassen der Anstellkraft mit welcher die Stützschale (120) gegen die Arbeitswalze (10) angedrückt ist.
Seite 18
7. Kassette (100) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an jede der beiden gegenüberliegenden Längsseiten des Kassettengrundkörpers (110) über vorzugsweise jeweils zwei der Anstellmechanismen (140) jeweils eine Stützbrücke (130) mit einer Stützschale (120) angelenkt ist zum Andrücken der Stützschalen auf gegenüberliegende Bereiche der Oberfläche der Arbeitswalze (10).
8. Kassette (100) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Zwischen- oder Stützwalze (20), welche oberhalb oder unterhalb der Arbeitswalze (10) ebenfalls an den gegenüberliegenden Kurzseiten der Aussparung (112) drehbar lagerbar ist zum Stützen der Arbeitswalze (10).
9. Kassette (100) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Stützbrücke (130) und die mindestens eine Stützschale (120) jeweils einstückig ausgebildet sind.
10. Kassette (100) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kassette (100) ausgebildet ist als Wechselkassette für ein Walzgerüst (50) zum Einschieben in die oder zum Herausziehen aus den Aufnahmen für die Einbaustücke der Arbeitswalzen in den Walzgerüstständern des Walzgerüstes.
11. Walzgerüst (50) aufweisend einen Walzständer auf der Bedienseite und einen Walzenständer auf der Antriebsseite (10); und mindestens eine von den Walzenständern getragene Arbeitswalze (10), gekennzeichnet durch
Seite 19 mindestens eine Kassette (100) nach einem der vorangegangenen Ansprüche; wobei die Arbeitswalze an den Kurzseiten des Kassettengrundkörpers (110) drehbar gelagert ist.
12. Walzgerüst (50) nach Anspruch 11 , gekennzeichnet durch eine Zwischenwalze (20) zum Stützen der Arbeitswalze, wobei die Zwischenwalze oberhalb oder unterhalb der Arbeitswalze ebenfalls an den Kurzseiten des Kassettengrundkörpers (110) drehbar gelagert ist.
13. Walzgerüst (50) nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Kassette (100) fest zwischen die beiden Walzenständer in das Walzgerüst eingebaut ist; oder dass die Kassette (100) als Wechselkassette ausgebildet ist zum Einschieben in die oder zum Herausziehen aus den Aufnahmen für die Einbaustücke der Arbeitswalzen in den Walzgerüstständern.
14. Walzgerüst (50) nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass eine obere Kassette (100-o) vorgesehen ist zur Aufnahme der oberen Arbeitswalze (10) und vorzugsweise der oberen Zwischenwalze (20) des Walzgerüstes; und/oder dass eine untere Kassette (100-u) vorgesehen ist zur Aufnahme der unteren Arbeitswalze (10) und vorzugsweise der unteren Zwischenwalze (20) des Walzgerüstes (50).
15. Verfahren zum Anstellen der Anstellzylinder (142) in mindestens einer Kassette (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, eingebaut in ein Walzgerüst (50) nach einem der vorangegangenen Ansprüche 11 bis 14,
Seite 20 gekennzeichnet durch folgende Schritte:
Vor Beginn des Walzbetriebs:
Feststellen der Biegeseite als derjenigen Längsseite des Kassettengrundkörpers (110) zu der hin eine horizontale Biegung der Arbeitswalze (10) erwartet wird;
Einstellen aller Anstellzylinder (142) in der Kassette (100) sowohl auf der Biegeseite wie auch auf der gegenüberliegenden Seite auf eine jeweils individuell für jeden der Anstellzylinder (142) vorgegebene Ausgangs-Soll- Position (s1 soll ... s4soll) durch geeignete Variation des Druckes in den Anstellzylindern.
16. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Soll-Positionen aller Anstellzylinder (142) auf der Biegeseite - typischerweise ausgehend von den Ausgangs-Soll-Positionen - solange verändert, insbesondere erhöht werden, bis die jeweils von den Anstellzylindern (142) auf der Biegeseite (120) individuell aufgebrachten Anstellkräfte gegen die Arbeitswalze jeweils eine - vorzugsweise für alle Anstellzylinder auf der Biegeseite einheitlich - vorgegebene Soll- Vorspannkraft (Fv) erreicht haben.
17. Verfahren nach Anspruch 15 oder 16, gekennzeichnet durch folgende Schritte während des Walzbetriebs, wobei die Anstellzylinder auf der Biegeseite und der gegenüberliegenden Nicht- Biegeseite paarweise gegenüberliegend angeordnet sind:
Ermitteln der Differenz der Anstellkräfte (F3-F1, F4-F2) von mindestens einem Paar der gegenüberliegend angeordneten Anstellzylinder auf die gegenüberliegende Bereiche der Oberfläche der Arbeitswalze; und Regeln der Differenz auf einen vorgegebenen Erwartungswert für die Differenzkraft durch geeignete Variation der Soll-Positionen von mindestens
Seite 21 einem der beteiligten gegenüberliegenden Anstellzylinder (S3, S1; S4,S2).
18. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 17, gekennzeichnet durch ein Prozessmodell zum Berechnen der Ausgangs-Soll-Positionswerte für die Anstellzylinder (s1 soll ... s4soll), des Sollwertes für die Vorspannkraft (Fv) und/oder des Erwartungswertes für die Differenzkraft (AF) als Ausgangsgrößen auf Basis von zumindest einer der folgenden Eingangsgrößen: einer vorausberechneten Walzkraft, einem vorausberechneten Walzmoment, vorausberechneten Bandzügen auf von dem Walzgerüst zu walzendes Walzgut, der Geometrie der Stützschale (120), dem Verschleißzustand der Stützschale, dem Walzendurchmesser der Arbeitswalze, dem Sollwert für den Fluiddruck p zwischen der Stützschale (120) und der Arbeitswalze.
19. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Soll-Positionen aller Anstellzylinder (142) der oberen und der unteren Kassette 100-o, 100-u auf der Nicht-Biegeseite beispielsweise gegenüber deren Ausgangs-Soll-Positionen um einen vorzugsweise gleichen Betrag erhöht oder abgesenkt werden zum Realisieren einer Vergrößerung oder einer Verkleinerung des von den Arbeitswalzen (20) aufgespannten Walzspaltes.
20. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 19, wobei die obere und untere Kassette (100) jeweils mit einem bedienseitigen und einem antriebsseitigen Anstellzylinder (142) zumindest auf der Nicht-Biegeseite vorhanden und ausgestattet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Soll-Positionen der bedienseitigen Anstellzylinder (142) der oberen und unteren Kassette - jeweils auf der Nicht-Biegeseite - relativ zu den Soll-
Seite 22 Positionen der antriebsseitigen Anstellzylinder (142) der oberen und unteren Kassette - jeweils auf der Nicht-Biegeseite - verändert werden, vorzugsweise bei allen Anstellzylindern (142) ausgehend von ihren Ausgangs-Soll-Positionen, zum Realisieren einer Schräglage der oberen und unteren Arbeitswalze relativ zueinander.
21. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass im Falle der Durchführung des Verfahrens mit beiden Kassetten, die Anstellzylinder der oberen Kassette und der unteren Kassette vorzugsweise jeweils um die gleichen Beträge mit gleichem Vorzeichen verfahren werden.
22. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 21, wobei eine obere und eine untere Kassette mit jeweils einem bedienseitigen und einem antriebsseitigen Anstellzylinder auf der Biegeseite und der Nicht-Biegeseite vorhanden ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Soll-Positionen des bedienseitigen Anstellzylinders der oberen Kassette und des antriebsseitgen Anstellzylinders der unteren Kassette jeweils auf der Nicht-Biegeseite gegenüber Ihren Ausgangs-Soll-Positionen jeweils um einen vorzugsweise gleichen Betrag erhöht oder abgesenkt werden; und dass die Soll-Positionen des antriebsseitgen Anstellzylinders der oberen Kassette und des bedienseitigen Anstellzylinders der unteren Kassette jeweils auf der Nicht-Biegeseite jeweils gegenüber ihren Ausgangs-Soll- Positionen um vorzugsweise den gleichen Betrag abgesenkt oder erhöht werden zum Realisieren einer Änderung des Profils des von den Arbeitswalzen aufgespannten Walzspaltes.
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