KR101502087B1 - 개별 구동 장치를 포함하는 와이어 롤 스탠드 - Google Patents

Abstract

본 발명은 고속 와이어 압연기 내 롤 스탠드 그룹(2)의 구성 부품으로서의 롤 스탠드(1)에 관한 것이며, 상기 롤 스탠드는 하나 이상의 롤 또는 롤 링 쌍(5)과, 모터(6)와 연결되는 구동 샤프트(7)를 포함한다. 본원의 롤 스탠드는, 상기 롤 스탠드 그룹의 각각의 롤 스탠드(1)에 모터(6) 및 구동 샤프트(7)가 연계되며, 그리고 모터(6), 구동 샤프트(7), 및 하나 이상의 롤 또는 롤 링 쌍(5)은 상호 간에 선형으로 배치되는 것을 특징으로 한다.

Description

개별 구동 장치를 포함하는 와이어 롤 스탠드{WIRE ROLL STAND WITH INDIVIDUAL DRIVE}

본 발명은, 고속 와이어 압연기(high-speed wire mill) 내 롤 스탠드 그룹의 구성 부품으로서의 롤 스탠드에 관한 것이며, 상기 롤 스탠드는, 하나 이상의 롤 또는 롤 링 쌍과, 모터와 연결되는 구동 샤프트를 포함한다.

문제가 되는 유형의 롤 스탠드들은 통상적으로 블록 형태로 연이어서 배치되어, 롤 스탠드 그룹들 내 각각의 롤 스탠드 내 각각 2개 이상의 롤 또는 롤 링이 작용하는 조건에서 압력 재료가 연속해서 받게 되는 횡단면 변화를 야기한다. 고속 와이어 압연기의 영역에서 압연 와이어는 와이어 압연기의 다듬질 블록들을 통과할 때, 그리고 특히 최종 롤 스탠드로부터 유출될 때 60m/sec 이상, 바람직하게는 최대 130m/sec까지 범위의 최종 압연 속도로 이송된다.

일반적으로 고속 와이어 압연기는 연이어 배치되어 함께 또는 분리되어 조압연기(roughing mill)를 형성하는 복수의 롤 스탠드와, 중간 압연기(intermediate mill)와, 다듬질 압연기(finishing mill)로 구성되며, 필요에 따라서는 중간 압연기와 다듬질 압연기 사이에 사전 다듬질기(pre-finisher)가 이용된다. 다듬질 압연기는 다시 통상적으로 사전 다듬질기 및 다듬질 블록을 포함하고, 선택에 따라 후방에 배치되는 최종 크기 결정(sizing)용 유닛도 포함한다. 본 발명은 앞서 제시한 고속 와이어 압연기 내 다듬질 압연기에 관한 것이며, 그에 따라 사전 다듬질기, 다듬질 블록뿐 아니라, 필요에 따라 후방에 배치되는 크기 결정 유닛에도 관한 것이다.

상기 유형의 와이어 압연기에서 이용되는 사전 다듬질기 및 다듬질 블록은 통상적으로 연이어서 배치되는 개별 롤 스탠드들의 열과, 롤간 간격을 위해 상기 개별 롤 스탠드들과 연계되는 조정 장치들과, 압연 재료를 안내하기 위한 롤 피팅(roll fitting)들로 구성된다. 그 외에도 개별 롤 스탠드들은 바람직하게는 공동의 기본 프레임 상에 배치되고, 상기 스탠드들의 롤들은 바람직하게는 롤 링의 형태로 형성되어 대부분 외팔보 지지 방식으로 캐리어 샤프트 쌍들 상에 배치된다. 캐리어 샤프트 쌍들은 다시 스퍼 및 베벨 기어들로 조합 구성되어 기본 프레임 상에 함께 배치되는 변속기를 통해서 스탠드 열에 대해 양쪽에 배치되는 종방향 샤프트(longitudinal shaft)들에 의해 구동된다.

상기 유형의 롤 스탠드 장치는 DE 199 19 778 A1, DE 198 00 201A1, DE 196 25 811A1, DE 102 61 632B4 및 DE 3 109 633A1에 예시로서 기재되어 있다.

그 외에도, 홀수의 연결로 번호(odd connecting passage number)를 갖는 롤 스탠드들은 롤 블록의 제1 측면 쪽으로 연장되고 짝수의 연결로 번호를 갖는 롤 스탠드들은 롤 블록의 제2 측면 쪽으로 연장되거나, 또는 상기 두 유형의 롤 스탠드들이 위치가 서로 바뀌어 연장되도록, 각각의 블록의 스탠드들은 통상적으로 V자 형태(롤 스탠드들은 서로 V자 형태로 배치되고 모든 롤 스탠드는 바닥면선에 대해 경사진 사전 설정된 각도로 위치함)로, 또는 H-V자 형태(롤 스탠드들이 서로 V자 형태로 배치되되, 일측 절반 부분은 바닥면선에 대해 평행하게 수평 방향으로 배치되고 타측 절반 부분은 바닥면선에 대해 수직으로 수직 방향으로 배치됨)로 상호 간에 교호적으로 사전 결정된 오프셋 각도를 이루면서 배치된다.

상기 롤 블록의 양쪽 측면에 배치되는 종방향 샤프트들은 다시 공동의 트랜스퍼 케이스(transfer case)를 통해서 공동의 모터 또는 직렬로 연결된 복수의 모터로 구동된다. 최종적으로 개별 롤 스탠드들의 구동은, 스퍼 및 베벨 기어들로 조합 구성되어 캐리어 샤프트와 연계되고 기본 프레임에 함께 배치되는 변속기에 의해서, 캐리어 샤프트 쌍들의 구동을 통해, 그리고 종국에는 롤들 또는 롤 링들의 구동을 통해 달성되되, 각각의 롤 스탠드의 개별 롤들 또는 롤 링들과 종방향 샤프트들 사이에 필연적으로 비선형이면서 오프셋 된 변속기 또는 구동 샤프트들이 배치된다. 종래 기술에서 이용되는 상기 유형의 구동 장치의 개략도는 도 1에 도시되어 있다. 도 1로부터 알 수 있듯이, 구동 장치-변속기 유닛 내 오프셋은 공간상 통상적으로 90°및 45°의 2가지 각도를 통해서 이루어진다.

상기 구조의 공지된 사전 다듬질기 또는 다듬질 블록들은 2개, 4개, 6개, 8개 또는 10개의 스탠드로 구성된다. 또한, 생산할 재료 품질에 따라서 와이어 유출구에서는 예컨대 6 + 4 스탠드 또는 8 + 4 스탠드와 같은 롤 블록들의 조합 구조가 이용되기도 한다. 그러나 상기 블록들 각각은 종방향 샤프트들에 대한 연결을 위해 독립된 트랜스퍼 케이스를 구비한다.

그 외에도, 스탠드들 내에서 압연 재료가 연속해서 받게 되는 횡단면 변화는 구동 개념과 필요한 변속기 분류 등급(transmission systematics)에 의해 완전하게 결정된다. 또한, 횡단면 압하율의 변화는 복잡한 수동 변속기의 사용이나, 또는 개별 변속비들의 변경 또는 교체를 요구한다. 각각의 변속기 시스템의 결정된 변속비로 인해, 와이어의 유출 지름을 매번 변경하기 위해서는, 모든 스탠드의 롤들의 롤 패스(pass)의 유입 및 통과 횡단면을 그에 상응하게 변경해야 하며, 이런 점은 모든 롤 링의 복잡한 교체나 롤들의 대규모의 복잡한 보관을 전제로 한다. 그 결과로, 스탠드에서 재구성 시간이 다소 길어지며, 또한 이 기간 동안에 와이어 압연기의 전방 및 후방 영역도 정지 상태로 유지되어야 한다.

경험에 따르면, 상기 유형의 고정식 변속기 시스템의 경우, 롤 패스 열의 롤 링 지름들은 비교적 적은 약 +/- 0.5㎜의 값만큼만 서로 편차를 나타낼 수 있는데, 그 이유는 그렇지 않을 경우 와이어 롤 코어의 축 방향 장력 또는 축 방향 추력이 비제어(uncontrolled) 방식으로 조정될 수 있기 때문이다. 오히려 다듬질 블록을 통과할 때 와이어의 총 변형(total deformation)이 결정되어 변경될 수 없게 된다. 이는 몇몇 재료 종류에서 간단하게 압연 재료 코어 내 과열을 야기하거나, 또는 재료의 성형 한계의 초과를 야기한다. 그러므로 패스(pass)당 횡단면 압하율의 조정은 불가능하며, 오히려 이런 조정은 오늘날 종래 기술에 따르면 항시 모든 변속기 장치의 수동 변속기들에 의해 그에 상응하게 또 다른 변속비를 갖는 사전 다듬질기 또는 다듬질 블록의 이용을 요구할 수도 있다.

기계식 변속기 시스템은 다시 수많은 회전 진동성 질량으로 인해 다수의 고유 공진 주파수를 가지며, 이런 고유 공진 주파수들은 공동의 구동 모터에 의해 이 구동 모터의 높은 질량 관성 모멘트로 제한되는 정도로만 제어될 수도 있다. 그 결과로, 와이어 압연기는 소정의 속도 범위를 안전한 작동 조건에서 이용하지 못하게 될 수 있다.

본 발명의 목적은, 고속 와이어 압연기의 사전 다듬질기 또는 다듬질 블록 내 롤 스탠드에 있어서, 총 변형이 매우 유연하게 가변될 수 있고 패스당 횡단면 압하율의 조정이 가능함과 동시에, 롤 링 지름, 롤 스탠드의 개수 및 롤 스탠드들의 상호 간 이격 간격이 자유롭게 선택될 수 있는, 상기 롤 스탠드를 제공하는 것에 있다.

상기 목적은 본 발명에 따른 의미에서 청구항 제1항의 특징들을 포함하는 롤 스탠드에 의해 달성된다. 본 발명의 바람직한 구현예들은 종속항들에 정의되어 있다.

본 발명은 고속 와이어 압연기 내 장치들에 관한 것이다. 상기 유형의 압연기는 최종 압연 단계로부터 유출되는 와이어의 유출 속도가 약 60 내지 130m/s인 조건에서 작동되되, 와이어의 최종 횡단면은 통상적으로 4 - 20㎜이며, 바람직하게는 5 내지 16㎜이다. 와이어의 속도가 상기와 같고, 그에 따라 특히 롤들 또는 롤 링들을 위한 샤프트들의 회전 속도가 그에 수반되는 경우에는, 여타의 경우 통상적인 롤러 베어링 대신에 플레인 베어링(plain bearing)이 이용된다.

상기 유형의 고속 와이어 압연기들은 압연 품질과 관련한 기술적인 이유(와이어 가이드)에서 각각 800 - 1000㎜의 롤 스탠드 간 이격 간격을 보유한다.

본 발명에 따른 의미에서 각각의 롤 스탠드에는 각각의 모터 및 각각의 구동 샤프트를 포함하는 자체의 구동 유닛이 연계되되, 모터, 구동 샤프트 및 하나 이상의 롤 또는 롤 링 쌍은 상호 간에 선형으로 배치된다. 본 발명에 따른 의미에서 선형 배치는 오프셋이 없는, 그에 따라 여타의 경우 예컨대 베벨 기어 장치를 이용해야만 하는 것처럼 필요한 특별한 변속기 장치가 없는 실질적으로 직선인 배치에 관한 것이다. 그럼으로써 구동 유닛은 제어와 관련하여 매우 높은 신뢰성 및 유연성의 조건에서 특히 간단한 수단들로 실현되며, 상기 구동 유닛의 장착 크기도 최솟값으로 제한된다.

그에 따라 변속기 구조는 종래 기술에 비해 대폭 단순화되며, 그리고 각각의 롤 스탠드를 위한 구동 샤프트와 개별 롤들 또는 롤 링들 사이에서 상기 개별 롤들 또는 롤 링들을 구동하는 변속기로, 필요에 따라서는 추가로 가속 기어 유닛으로 제한된다. 여타의 경우 동력 흐름 편향을 위해 필요한 베벨 기어 단은 생략될 수 있으며, 이런 점은 또한 회전하는 질량을 감소시키고 롤 스탠드 내 비틀림 강도(torsion strength)를 증가시킨다.

개별 롤 스탠드들의 내부에서는 기계식 및 전기식의 개별 구동 컴포넌트들의 진동 기술적인 조정이 연속해서 이루어질 수 있다. 그에 따라 개별적으로 고유 주파수가 적합하게 조정될 수 있으며, 이런 점은 전체의 진동 거동에 영향을 미친다. 또한, 필요에 따라 제공되는 제어 장치는 진동 기술 측면에서 각각의 개별 롤 스탠드에 맞춰 조정될 수 있다. 그 외에도 바람직하게는 조정 가능한 노치 필터(notch filter)가 이용될 수 있으며, 상기 노치 필터는 각각의 동력 전달 계통마다 잔여 공진을 방지할 수 있다. 또한, 각각의 롤 스탠드를 위해 개별 노치 필터를 이용하는 가능성도 개시된다.

본 발명은 스탠드들 사이의 장력 비율을 최적화할 수 있으며, 이런 점은 롤간 간격 내 마찰 감소와 그에 따라 품질 향상 및 롤 수명의 유의적인 연장을 달성할 수 있다. 개별 스탠드들을 구동할 시에 자유로운 속도 비율을 선택할 수 있게 하는 가능성을 통해서, 예컨대 고속 와이어 압연기의 다듬질 블록에서 횡단면 압하율의 목표하는 단계별 분류가 가능하다. 이런 점은 예컨대 점점 감소하는 압하율의 등급별 분류를 통해 압연 와이어의 코어 내 총 가열을 감소시키기 위한 유연한 압하율 분포를 허용한다.

최종 스탠드에서의 정밀한 압하율과 제1 스탠드에서의 높은 압하율의 가능한 조합을 통해서는 목표하는 횡단면 크기와 공차에 적합한 최적의 조정이 가능해진다.

유출 횡단면의 각각의 변화를 위해 전체 모듈, 예컨대 와이어 압연기의 다듬질 블록을 그때마다 재구성해야 하는 필요성이 생략되기 때문에, 와이어 압연기 전체뿐 아니라 전방 및 후방에 배치되는 유닛들의 필요한 작동 정지 시간이 감소되며, 이런 점은 전체적으로 압연기의 생산성 증대를 달성한다.

그 외에도 스탠드들 사이에서 압하율과 이때 발생하는 축 방향 장력의 자유로운 선택 가능성은 재료에 적합하게 조정되고 횡단면을 지향하는 변형과 변형 효율을 허용하며, 이런 점은 각각의 개별 롤 스탠드와 압연기 전체를 위한 전력 소모량을 절감시킬 수 있다. 또한, 롤 스탠드들 사이의 축 방향 장력의 개별적인 변경을 통해 횡단면에 영향을 줄 수도 있으며, 그럼으로써 바람직하게는 와이어 말단이 두꺼워질 때 길이에 따른 횡단면 오류도 감소될 수 있게 된다.

바람직하게는 각각의 롤 스탠드의 롤간 간격 및 피팅의 기존의 자동 조정 장치를 통해서 필요에 따라 다양한 최종 횡단면이 롤들의 동일한 조압연 패스(roughing pass)로 압연될 수 있으며, 그에 따라 재구성 및 작동 정지 시간의 추가적인 절감이 달성될 수 있다. 그 외에도, 롤 링들 및 롤 피팅들이 장착 완료된 개별 롤 스탠드들은 적절하게 또 다른 롤 스탠드들과 교체될 수 있고 속도 조정은 바람직하게는 제어 장치를 통해 이루어질 수 있기 때문에, 와이어의 유입 횡단면이 변경되지 않은 조건에서 블록 내부에서 압하율을 변경할 수도 있다.

그 외에도 롤 링 지름의 자유로운 선택 가능성은 롤 링의 더욱 나은 활용을 허용하는데, 그 이유는 신규 링과 기존 링이 조합되기 때문이다. 롤간 간격 조정 장치의 적합한 조정을 통해서는 다듬질 블록 내 각각의 목표하는 위치에서 타원형 또는 원형 패스들이 이용될 수 있다. 전체적으로 강성의 패스 열이 더 이상 제공되지 않기 때문에, 바람직하게는 마모에 상응하는, 각각의 롤들 또는 롤 링들의 재료 제거만이 요구되며, 그럼으로써 개별 롤들 또는 롤 링들의 각각의 수명도 연장된다.

본 발명에 따른 사전 다듬질기 및 다듬질 블록 시스템의 경우 바람직하게는 압연 공정에 관여하는 롤 스탠드만이 높은 속도로 구동될 수 있다. 압연 공정에 관여하지 않는 스탠드들은 임의의 완만한 아이들링 속도로 회전할 수 있으며, 그럼으로써 베어링 기술 측면에서 제어하기 어려운 높은 속도는 방지된다.

전체적으로 사전 다듬질기 또는 다듬질 블록 내부에서 개별 스탠드들의 할당의 자유로운 선택 가능성은 개별 스탠드들 사이의 이격 간격의 목표하는 조정을 허용하되, 상기 이격 간격은 다시 목표한 바대로 냉각 또는 보강 구간으로서 이용될 수 있다. 그러므로 지금까지 종래 기술에서 각각 복수의 롤 스탠드를 포함하는 롤 스탠드 그룹, 이른바 모듈의 유입 횡단면과 유출 횡단면 사이에 사전 설정된 고정된 연계성은 본 발명에 따른 의미에서 바람직하게는 존재하지 않는데, 그 이유는 유출 횡단면의 목표하는 변경이 반드시 유입 횡단면의 변경과 이와 결부되는 모든 롤 또는 롤 링 및 패스의 교체를 더 이상 요구하지 않기 때문이다.

일반적으로 본 발명에 따른 고속 와이어 압연기 내에서 횡단면 압하율의 가변을 통해 단일의 초회 패스 횡단면으로부터 동일한 사전 다듬질기 또는 다듬질 블록 내에서 서로 다른 최종 횡단면이 다수 압연될 수 있다. 그 외에도 개별 롤 스탠드들의 고장이 반드시 와이어 압연기 전체의 작동 정지를 야기하지 않으며, 오히려 고장이 났거나 전원이 차단된 개별 롤 스탠드들을 우회하는 조건에서 광범위한 압연 제품을 위한 압연 작동 모드가 계속해서 진행될 수 있다.

본 발명에 따른 의미에서, 공동의 구동 장치를 구비하는 2개 이상의 롤 스탠드로, 이른바 모듈로 구성되어 이용되는 롤 모듈의 종방향 샤프트들에 비해 감소된 질량 관성을 바탕으로, 동력 전달 계통의 분명히 향상된 조정 시간이 달성될 수 있으며, 그럼으로써 롤 스탠드 그룹 또는 블록의 동적 거동은 전체적으로, 그리고 특히 초회 패스 공정 동안 향상된다. 이처럼 기계식 및 전기식의 개별 구동 컴포넌트들 상호 간의 바람직한 진동 기술적인 조정과 높은 동역학은 위태로운 공진의 위험을 감소시키며, 이런 점은 전체적으로 고속 와이어 압연기의 모든 속도 범위에서 확실한 작동 모드를 달성한다.

개별 롤 스탠드들은 본 발명에 따른 의미에서 상호 간에 기계적인 방식으로 실질적으로 분리되어 있으며, 그럼으로써 일측 롤 스탠드 내 초회 패스 충격이 타측 롤 스탠드들에서 고유 공진 진동을 야기할 수 없게 되며, 그로부터 종국에는 롤 스탠드 그룹의 모든 속도 범위에서, 그리고 필요에 따라 압연기 전체의 모든 속도 범위에서 안정된 작동 모드가 실현될 수 있다.

본 발명에 따른 롤 스탠드는 롤 스탠드 그룹의 부분이며, 특히 상기 유형의 롤 스탠드를 2개 이상 포함하는 고속 와이어 압연기의 사전 다듬질 모듈 또는 다듬질 압연 모듈의 부분이다. 상기 유형의 사전 다듬질기 또는 다듬질 압연 블록들 내에서는 각각의 롤 스탠드들의 상호 간 이격 간격뿐 아니라 그 개수는 사전 설정된다. 또한, 상기 유형의 블록 방식 배치는 필요에 따라 사전 보정된 제어 유닛에 대한 연결과 그 외에도 롤 스탠드 그룹 전체의 교체를 가능하게 하며, 이때 개별 롤 스탠드들 또는 하위 그룹의 롤 스탠드들을 교체해야 하는 필요성도 없다.

그 외에도 복수의 롤 스탠드의 블록 방식 통합은 특히, 상호 간에 적합하게 조정되는 롤간 간격 지름을 갖는 롤 스탠드가 2개와 12개 사이의 개수로 통합될 때 특히 바람직하게 실현된다.

그 외에도 특히 바람직하게는, 각각의 롤 모듈의 롤 스탠드들은 상호 간에 사전 설정된 오프셋 각도로 교호적으로 배치된다. 이처럼 교호적인 배치(alternating arrangement)는 항상 제1 롤 스탠드와 이 제1 롤 스탠드에 후속하는 롤 스탠드 사이의 오프셋 각도가 결정되면서 실현된다. 또한, 본 발명에 따른 의미에서 교호적인 배치는 항상, 그룹의 유입 측에서 유출 측으로 계수할 때 홀수의 번호를 갖는 롤 스탠드들이 실질적으로 상호 간에 평행하게 배치되고 짝수의 번호를 갖는 롤 스탠드들은 상기 홀수의 번호를 갖는 롤 스탠드들 사이에서 마찬가지로 상호 간에 평행하게 배치되거나, 이들 2가지 유형의 롤 스탠드들이 서로 뒤바뀌어 배치될 때 실현된다. 그에 따라 오프셋 각도는 홀수의 번호를 갖는 모든 롤 스탠드와 짝수의 번호를 갖는 모든 롤 스탠드 사이에서 실현된다.

특히 바람직하게는 롤 모듈의 롤 스탠드들은 상호 간에 V자 형태로 배치되되, 앞서 정의한 오프셋 각도는 바람직하게는 약 90°이다. 그러나 본 발명에 따른 의미에서 V자 형태는 직각과 다른 경우에서도, 예컨대 오프셋 각도가 60 내지 120°일 때에도 실현될 수 있다.

그 외에도 롤 스탠드들은 바람직하게는 모두 바닥면선에 대해 예컨대 45°의 사전 설정된 각도를 이루는 방식으로 배치될 수 있으며, 그럼으로써 롤 스탠드 그룹의 각각의 롤 스탠드에 대한 접근성은 동일하고, 필요에 따라 자동화될 수 있지만, 동일한 효과는 실질적으로 오프셋 각도의 편차가 약 +/- 15°인 경우에도 달성될 수 있다. 그러나 대체되고 마찬가지로 바람직한 본 발명의 구현예에 따라서 롤 스탠드들은 상호 간에 이른바 H-V자 배치 구조로 고정되되, 오프셋 각도는 마찬가지로 약 90°이다. 여기서 롤 스탠드들 중 일측 절반은 수평 방향(H)으로, 그에 따라 바닥면선에 대해 평행하게, 그리고 타측 절반은 수직 방향(V)으로, 그에 따라 바닥면선에 대해 수직으로 배치된다. 대체되고 마찬가지로 바람직한 또 다른 구현예에 따라 연속되는 롤 스탠드들의 각도 오프셋 배치는 나선형으로, 또는 별 모양으로 약 120°(별 모양 배치) 또는 60°(나선형 오프셋)의 동일한 오프셋 각도 조건으로 이루어지되, 항상 3회 또는 6회의 오프셋 단계 이후에는 다시 시작 위치에 도달하며, 그리고 개별 롤 스탠드들 사이에서, 또는 모든 롤 스탠드 사이에서 와이어를 비틀지 않고도 와이어의 압연이 가능하다.

그러나 본 발명의 대체되는 추가의 구현예에 따라 인접한 롤 스탠드들 사이의 오프셋 각도는 180°이며, 그럼으로써 사전 다듬질기 또는 다듬질 블록들의 완전히 평면인 배치가 확보될 수 있지만, 그 외에도 상기 배치는 바닥면선에 대해 각각 목표하는 기울기로 제공될 수도 있다. 그러나 상기 유형의 평면 배치는 통상적으로, 결과적으로 와이어의 원형 압연을 가능하게 하기 위해, 적어도 몇몇 롤 스탠드 사이에 와이어를 위한 적합한 비틀림 부재(torsioning element)들의 이용을 요구한다.

전술한 모든 대체되는 실시예들을 통해 모든 롤 스탠드와, 특히 모듈의 모든 롤 스탠드에 대해 용이한 접근성을 갖는 특히 단순화되고 표준화된 구성이 제공되되, 특히 바닥면선에 비해 모든 롤 스탠드가 45°로 배치되는 경우 각각의 롤 스탠드들의 90°의 상호간 교호적인 배치는 롤 블록의 대응하는 대칭 배치로 실현된다.

이미 최초에 언급했듯이, 압연 와이어의 변형은 2개 이상의 롤 또는 롤 링이 작용하는 조건에서 이루어진다. 그러나 본 발명은 상기 유형의 롤 쌍들 또는 롤 링 쌍들을 이용한 와이어의 변형에만 국한되지 않는다. 마찬가지로 바람직하게는 롤 스탠드 그룹의 하나 이상의 롤 스탠드에는 3개 또는 4개의 롤 또는 롤 링이 연계되고, 재료의 변형은 상기 3개 또는 4개의 롤 또는 롤 링에 의해 형성되는 롤간 간격에서 달성된다. 그럼으로써 본 발명에 따른 롤 스탠드의 유연성 및 이용 다양성은 특히 간단한 수단들에 의해 증가된다.

본 발명에 따른 의미에서 각각의 롤 스탠드에는 자체의 모터가 연계되며, 상기 모터를 통해 롤들 또는 롤 링들의 구동이 이루어진다. 특히 바람직하게는 모터는 또한 본 발명의 매우 바람직한 구현예에 따라 조절 가능하게 구성되는 전기 또는 유압 모터이다. 상기 유형의 전기 또는 유압 모터는 특히 장착 공간을 절감하며, 또한 적어도 모터와 구동 샤프트 및 필요에 따라 클러치로 구성되는 동력 전달 계통의 선형 배치를 용이하게 한다.

또한, 구동 샤프트에는 본 발명의 바람직한 구현예에 따라 가속 기어 유닛이 연계되며, 상기 가속 기어 유닛은 바람직하게는 동력 전달 계통 내에 통합된다. 상기 가속 기어 유닛은 고속 와이어 압연기에서 발생할 수 있는 것과 같은 특히 높은 속도의 제공을 허용하면서도, 이를 위해 모터 자체를 개조하거나 교체해야 할 필요도 없는데, 그 이유는 상기 유형의 고속 와이어 압연기의 경우 최대 17,000U/min까지 개별 롤들의 회전 속도가 발생하면서도 가속 기어 유닛을 이용하는 것을 통해 속도가 모터에 의해서만 제공되지 않아도 되기 때문이다.

본 발명에 따른 롤 스탠드 내 구동 장치에는, 모터에 추가로, 그리고 필요에 따라서는 가속 기어 유닛에 추가로 조정 유닛도 연계될 수 있으며, 상기 조정 유닛을 통해서는 개별 롤들 또는 롤 링들의 상호 간 조정이 실현된다. 그럼으로써 롤간 간격이 바람직하게는 제어 방식으로 조정될 수 있으면서 이와 관련하여 패스에서 소정의 변형도를 달성하기 위해 롤들 또는 롤 링 쌍들을 교체할 필요도 없는 롤 스탠드가 제공된다.

바람직하게는 그룹 형태로 통합되는 개별 롤 스탠드들의 구동은 각각의 제어 장치를 통해서, 특히 각각의 모터들이 연결되어 있는 공동의 제어 장치를 통해서 이루어진다.

상기 유형의 제어 장치는 각각의 롤 스탠드 내부에서 인접하는 2개의 롤 스탠드 사이에서 축 방향 장력 및 추력을 바람직하게 조정하는 역할을 할 수 있을 뿐 아니라, 롤 스탠드 또는 시스템 전체의 내부에서 공진 진동의 발생도 억제하거나 적어도 스탠드 고유의 방식으로 감쇠시킬 수도 있다.

특히 바람직하게는 제어 장치는 예컨대 압연 재료 소재, 이 재료 소재의 최대 변형 값, 롤 스탠드 상수(constant), 유입 및 유출 횡단면, 유입 온도, 가용한 롤 세트, 롤들의 로트 사이즈(lot size) 및/또는 식별 번호와 필요에 따라서는 롤들의 재료 제거량과 같은 기술 파라미터를 기반으로 개별 롤 스탠드들의 각각의 동력 전달 계통의 속도 설정 값을 처리한다.

특히 바람직하게는 측정 센서들과 연결되는 제어 장치는 적어도 각각의 동력 전달 계통들의 속도에 대한 실제 값(actual value)을 산출한다. 그런 다음 이와 같은 실제 값 산출을 바탕으로, 사전에 산출된 속도 설정 값과 속도 실제 값을 이용한 비교가 이루어질 수 있다. 이는 매우 바람직한 방식으로 각각의 롤 스탠드 내 전기 또는 유압 모터들을 위한 조절 가능한 구동 전원 공급 장치가 이용되는 조건에서 이루어진다.

그런 다음 하나 이상의 제어 장치는 바람직하게는 각각의 롤 스탠드의 속도를 하나 이상의 인접한 롤 스탠드의 속도와, 바람직하게는 모듈 방식으로 통합된 모든 롤 스탠드의 속도와 동적 동기화할 수 있다.

본 발명은 다음에서 도 1 내지 도 4를 참조하여 더욱 상세하게 설명되되, 도 1은 종래 기술을 도시한 것이며, 그에 반해 도 2 내지 도 4는 본 발명의 바람직한 실시예들을 개략적으로 도시하고 있다.
도 1a는 종래 기술에 따른 와이어 롤 스탠드의 동력 전달 계통의 일측 부분을 도시한 개략도이면서, 구동 장치 내부의 오프셋 각도를 도해하고 있다.
도 1b는 도 1a의 오프셋 각도를 도해한 개략도이다.
도 2는 6개의 롤 스탠드를 포함하는 롤 블록을 개략적으로 도시한 상면도이다.
도 3은 도 1의 롤 스탠드들 중 하나의 롤 스탠드 내 변속기 구조를 확대 도시한 상세도이다.
도 4는 연속해서 배치되는 3개의 롤 스탠드를 위한 전기식 제어 장치를 도시한 회로도이다.

도 1a에는 종래 기술에 따른 (미도시된) 와이어 롤 스탠드의 동력 전달 계통의 일측 부분이 개략도로 도시되어 있으며, 구동 장치 내부의 평면(A, B, C)들 사이의 오프셋 각도(α, β)도 도해되어 있다. 바닥면선에 대해 45°의 각도를 이루면서 V자 형태로 배치되는 롤 블록의 롤 스탠드들 중 절반 부분은 공동의 구동 샤프트(20)를 통해 구동된다. 상호 간에 90°의 각도를 이루면서 배치되는 2개의 베벨 기어 휠(21a, 21b)로 구성되는 베벨 기어 단(21)을 통해서는 롤 스탠드 구동 샤프트(22)가 구동된다. 상기 롤 스탠드 구동 샤프트(22)는 다시 자체의 (미도시된) 연장부로 롤 스탠드의 (미도시된) 롤들 또는 롤 링들을 구동하기 위한 (미도시된) 가속 기어 유닛에까지 연장된다. 그에 따라 종래 기술에 따른 롤 스탠드의 모든 구동 장치는 2개의 공간상 오프셋부 또는 편향부를, 다시 말하면 바닥면선에 대해 평행하게 배치되고 내부에서는 구동 샤프트(20)가 연장되는 평면 A와, 이 평면 A에 대해 수직으로 배치되고 내부에서는 롤 스탠드 구동 샤프트(22)가 연장되는 평면 B의 사이에서 소정의 각도(α = 90°)만큼의 제1 오프셋부와, 상기 평면 A와 내부에 마찬가지로 롤 스탠드 구동 샤프트(22)가 연장되는 평면 C의 사이에 소정의 각도(β = 45°)만큼의 제2 오프셋부를 포함한다. 도 1b에는 상기 평면 A, B, C와 이들 평면의 상호 간 오프셋 각도가 재차 보다 나은 이해를 위해 별도로 도시되어 있지만, 도 1a의 변속기 장치는 도시되어 있지 않다.

도 2에는 롤 캐리어(3) 상에 배치되는 롤 스탠드(1a-1f)들을 포함하는 롤 스탠드 그룹(2)이 도시되어 있다. 롤 스탠드(1a - 1f)들은, 좌측 롤 스탠드(1a, b, c)들이 우측 롤 스탠드(1d, e, f)들과 교호적으로 상호 간에 90°의 각도를 이루면서 배치되도록, 바닥면선(4)에 대해 45°의 각도를 이루는 조건으로 서로 대향하여 배치된다. 그 외에도 롤 스탠드(1a - 1f)들의 배치는, 각각의 롤 쌍(5a - 5f)들의 롤간 간격들이 실질적으로 상호 간에 동일 평면에 배치됨으로써 (미도시된) 와이어가 굽혀지거나 꼬이는 것 없이 롤 스탠드 그룹(2)의 모든 롤 스탠드(1a - 1f)를 통과하여 안내될 수 있도록 롤 캐리어(3) 상에서 이루어진다. 개별 롤 스탠드(1a - 1f)들은 실질적으로 모터(6)와, 구동 샤프트(7)와, 변속기 유닛(8)과, 종국에는 각각의 롤 쌍(5)으로 구성된다. 도시된 것처럼 각각의 롤 스탠드(1)의 상기 구성 부품(5, 6, 7, 8)들은 스퍼 및 베벨 기어의 조합구성 없이, 그리고 롤 캐리어(3)를 따라 연장되는 종방향 샤프트를 이용할 필요 없이 상호 간에 선형으로 배치된다. 상기 구성 부품(5, 6, 7, 8)들의 종축은 그에 상응하게 실질적으로 선(line) 상에 위치하되, 특히 롤들의 영역에서 자명한 사실로서 평행 변위는, 결과적으로 각각의 롤 스탠드(1a - 1f) 내 선형 배치의 원리에서 벗어나지 않으면서, 변속기 장치(8)에 의해 전체적으로 사전 설정된 정도로 이루어질 수 있다.

도 3에는 도 1의 롤 스탠드(1f)의 변속기 유닛(8)이 확대된 상면도로 도시되어 있으며, 상기 변속기 유닛은 가속 기어 유닛 및 구동 변속기로서 이용된다. 도시된 것처럼, 변속기 유닛(8)은 일측에서 모터(6)와 구동 샤프트(7) 사이에, 그리고 롤 쌍(5f) 사이에 배치된다. 롤 쌍(5f)의 방향으로 향해 있는 구동 샤프트(7)의 단부에는 (개략적으로 도시된) 변속기 기어 휠(9)이 안착되고, 이 변속기 기어 휠은 롤 쌍(5f)의 롤들을 위한 중간 샤프트(10)와 치합 연동된다. 구동 샤프트(7) 및 중간 샤프트(10)의 기어 휠들의 서로 다른 톱니 개수에 의해서는, 구동 샤프트(7)의 속도와 중간 샤프트(10)의 속도 사이에 사전 설정된 변속비가 달성된다. 중간 샤프트(10) 상에 수축 장착된 변속기 기어 휠(11)은 다시 롤 쌍(5f)의 롤을 위한 롤 구동 샤프트(12a)와 치합 연동될 뿐 아니라, 보조 샤프트(13)와 치합 연동되며, 이 보조 샤프트는 다시 롤 쌍(5f)의 롤을 위한 제2 롤 구동 샤프트(12b)와 치합 연동되되, 중간 샤프트(10) 또는 보조 샤프트(13)와 롤 구동 샤프트(12a, 12b)들 사이에도 사전 설정된 변속비가 존재하지만, 그러나 상기 두 롤 구동 샤프트(12a, 12b)는, 회전 속도는 동일하지만 회전 방향은 서로 다르게 구동된다. 롤(5f)들의 교체는 개별적으로 또는 쌍으로 이루어지며, 그에 반해 구동 샤프트(12a, 12b)들의 교체는 바람직하게는 모듈 방식으로 이루어지되, 롤 쌍(5f)들은 자체의 롤 구동 샤프트(12a, 12b)들과, 홀딩 플레이트(15)뿐 아니라 롤간 간격을 위한 (미도시된) 조정 유닛과 함께 가속 기어 유닛(8)으로부터 인출되고 교체 모듈의 삽입을 통해 교체될 수 있다.

마지막으로 도 4에는 예시로서만 도시된 롤 스탠드(1d, 1b, 1e)들을 위한 전기식 제어 장치(15)가 개략적인 회로도로 도시되어 있다. 제어 장치(15)는 실질적으로 계산 유닛(17)과 각각의 구동 전원 공급 장치(19)로 구성된다. 각각의 구동 전원 공급 장치(19)의 조절(속도 및 토크)은 각각의 롤 스탠드마다 진동 기술 측면에서 개별적으로 설정될 수 있다. 그 외에도 조정 가능한 노치 필터(19a)들은 각각의 동력 전달 계통마다의 잔여 공진을 방지한다. 계산 유닛(17)은 롤 모듈(2)의 모든 롤 스탠드(1d, 1b, 1e)와 연결되고 상기 롤 모듈로부터 모든 측정 센서의 실제 값을 수신한다. 롤 스탠드(1d, 1b, 1e)들과 관련하여 그때마다 모터(6)들의 속도와 그 부하(모터 전류, 토크, 및 유압 모터의 경우에는 압력 및 유량)가 측정된다. 계산 유닛(17)은 과학 기술 및 기계 기술 파라미터를 이용하여 개별 롤 스탠드들의 작동 속도를 산출한다. 개별 롤 스탠드들의 모터(6)들은 상호 간에 계산 유닛(17)에 의해서뿐 아니라 구동 데이터 버스(16)를 통해서도 연결된다. 그에 따라 개별 롤 스탠드들의 다층형 동적 동기화가 달성된다. 선택에 따라서는 압연 와이어의 치수 변화(높이, 너비, 진원도)를 검출하는 치수 측정 장치(14a 및 14b)들이 유입 측 및 유출 측에 연결될 수 있다. 계산 유닛(17)에서는 제1 속도 추가 설정 값이 각각의 롤 스탠드(1d, 1b, 1e)마다 인접한 구동 장치에 대한 지정된 속도 차이로부터 유도된다. 이를 위해 계산 유닛(17)은, 수학적 모델을 기반으로 각 스탠드마다 동적 실시간 설정 값 보정치를 산출하는 관측기(observer)를 장착하고 있다. 각각의 스탠드마다의 속도 보정치는 구동 전원 공급 장치로 전달된다. 이와 병행하여 속도의 지정된 실제 값 보정치는 구동 데이터 버스(16)를 통해 다른 롤 스탠드들로 전달된다. 속도 조절 장치들의 커플링은 제어될 수 있고 와이어 선단의 재료 트래킹(material tracking)에 따라 단계별로 접속 및 차단된다. 재료 트래킹은 센서(18a, 18b)들에 의해서 롤 스탠드(1d, 1b, 1e)들의 전방 및 그 후방에서 모터 전류를 통해 제어되고 재료 속도 및 선진율(forward flow)에 따라서 계산을 통해 보정된다. 계산 유닛(17)은 각각의 롤 스탠드를 위한 추가의 가변 제2 추가 설정 값을 제공하며, 이 제2 추가 설정 값은 각각의 롤 스탠드(1d, 1b, 1e)를 위해 초회 패스 공정에서 개별적인 속도 언더슈트를 제한한다. 상기 제2 추가 설정 값은 재료 트랭킹에 따라서 계산 유닛 내부에서 단계별로 공급 및 차단된다. 제2 추가 설정 값의 작용은 측정 기술 측면에서 모니터링 되고, 조정 알고리즘에서 평가되며, 후속하는 초회 패스를 위해 가변된다. 각각의 롤 스탠드(1d, 1b, 1e)의 속도에 대한 제3 추가 설정 값은 롤 스탠드들의 상호 간 속도 비율을 변경하는 역할을 한다. 제3 추가 설정 값은, 수동 보정치로부터, 또는 압연 공정 동안 수학적 시뮬레이션 모델을 이용하여 장력-추력 비율을 나타내는 계산 유닛(17)의 제1 계산 값으로부터, 또는 예컨대 롤 스탠드(1d, 1b, 1e)들의 전방 또는 그 후방에 배치되는 치수 측정 장치(14a, 14b)들과 계산된 형태 및 지름 편차에 기인하는 제2 계산 값으로부터 유도될 수 있다. 제3 추가 설정 값은 재료 트랭킹에 따라 단계별로 공급 및 차단될 수 있다. 또한, 재료 트랭킹은 계산 유닛(17)의 내부에서, 유입 이송, 압연 및 유출 이송의 경우에 대한 다양한 속도 설정 값을 정의하는 상태에 따른 설정 값 할당을 제어한다.

메모리 회로(17b)는 실제로 산출된 보정 값들을 수집하고 후속의 압연 와이어를 위한 동기화의 조정식 후속 향상을 제공한다.

Claims (15)

1. 고속 와이어 압연기 내 롤 스탠드 그룹(2)의 구성 부품으로서의 롤 스탠드(1)로서,
   하나 이상의 롤 또는 롤 링 쌍(5)과, 모터(6)와 연결되는 구동 샤프트(7)를 포함하는 상기 롤 스탠드에 있어서,
   상기 롤 스탠드 그룹(2)의 각각의 롤 스탠드(1)는 각각의 모터(6) 및 각각의 구동 샤프트(7)를 포함하는 자체의 구동 유닛을 가지고, 상기 모터(6), 상기 구동 샤프트(7) 및 상기 하나 이상의 롤 또는 롤 링 쌍(5)은 상호 간에 선형으로 배치되는 것을 특징으로 하는 롤 스탠드(1).
2. 제1항에 있어서, 롤 스탠드는 사전 다듬질기 또는 다듬질 압연 블록의 부분인 것을 특징으로 하는 롤 스탠드(1).
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 롤 스탠드 그룹(2)은 2개 이상의 롤 스탠드(1)를 포함하는 것을 특징으로 하는 롤 스탠드(1).
4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 롤 스탠드 그룹(2)의 롤 스탠드(1)들은 상호 간에 사전 설정된 오프셋 각도를 이루면서 교호적으로 배치되는 것을 특징으로 하는 롤 스탠드(1).
5. 제4항에 있어서, 상기 롤 스탠드 그룹(2)의 롤 스탠드(1)들은 상호 간에 V자 형태로 배치되되, 오프셋 각도는 90°+/-15°인 것을 특징으로 하는 롤 스탠드(1).
6. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 롤 스탠드(1)는 바닥면(4)에 대해 사전 설정된 각도를 이루면서 롤 블록(3) 상에 고정되는 것을 특징으로 하는 롤 스탠드(1).
7. 제6항에 있어서, 상기 사전 설정된 각도는 45°+/-15°인 것을 특징으로 하는 롤 스탠드(1).
8. 제6항에 있어서, 상기 사전 설정된 각도는 롤 스탠드 그룹(2)의 롤 스탠드(1)들 중 제1 절반 부분에 대해 90°+/-15°이고, 롤 스탠드 그룹(2)의 롤 스탠드(1)들 중 제2 절반 부분에 대해서는 180°+/-15°인 것을 특징으로 하는 롤 스탠드(1).
9. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 롤 스탠드는 3개 이상의 롤 또는 롤 링(5)을 가지는 것을 특징으로 하는 롤 스탠드(1).
10. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 모터(6)는 조절 가능한 전기 또는 유압 모터인 것을 특징으로 하는 롤 스탠드(1).
11. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 구동 샤프트(7)에는 통합된 가속 기어 유닛(8)이 제공되는 것을 특징으로 하는 롤 스탠드(1).
12. 제2항에 있어서, 롤 스탠드 그룹(2)의 상기 모터(6)들은 공동의 제어 장치(15)와 연결되되, 상기 제어 장치(15)는 각각의 롤 스탠드(1)의 속도를 하나 이상의 인접한 롤 스탠드(1)의 속도와 동적 동기화하는 것을 특징으로 하는 롤 스탠드(1).
13. 제1항 또는 제2항에 있어서, 각각의 롤 스탠드(1)는, 롤들 또는 롤 링 쌍(5)들 사이의 롤간 간격을 위한 조정 장치와 함께, 적어도 롤들 또는 롤 링 쌍(5)들뿐 아니라, 이들 롤들 또는 롤 링 쌍들의 구동 샤프트(12)들을 구비한 모듈형 교체 시스템을 포함하고, 상기 조정 장치는 편심 부싱을 포함하는 것을 특징으로 하는 롤 스탠드(1).
14. 제1항 또는 제2항에 있어서, 롤 스탠드는 고속 와이어 압연 블록의 부분인 것을 특징으로 하는 롤 스탠드(1).
15. 제1항 또는 제2항에 따르는 롤 스탠드(1)를 2개 이상 포함하는 고속 와이어 압연기.

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