WO2011054461A2 - Drahtwalzgerüst mit einzelantrieb - Google Patents

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WO2011054461A2
WO2011054461A2 PCT/EP2010/006514 EP2010006514W WO2011054461A2 WO 2011054461 A2 WO2011054461 A2 WO 2011054461A2 EP 2010006514 W EP2010006514 W EP 2010006514W WO 2011054461 A2 WO2011054461 A2 WO 2011054461A2
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stand
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stands
roll
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Hermann-Josef Klingen
Siegmund Bulert
Detlef Breunung
Guido Sonnenschein
Friedhelm Schellscheidt
Thomas Nerzak
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Sms Meer Gmbh
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21B—ROLLING OF METAL
    • B21B35/00—Drives for metal-rolling mills, e.g. hydraulic drives
    • B21B35/02—Drives for metal-rolling mills, e.g. hydraulic drives for continuously-operating mills
    • B21B35/04—Drives for metal-rolling mills, e.g. hydraulic drives for continuously-operating mills each stand having its own motor or motors
    • 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
    • B21B1/16—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 wire rods, bars, merchant bars, rounds wire or material of like small cross-section
    • B21B1/18—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 wire rods, bars, merchant bars, rounds wire or material of like small cross-section in a continuous process
    • 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
    • B21B13/005—Cantilevered roll stands

Definitions

  • the invention relates to a roll stand as part of a roll stand group in a high-speed wire rolling mill, with at least one pair of rollers or rolling rings and a drive shaft connected to a motor.
  • Roll stands of the type in question are usually arranged in blocks one behind the other and cause cross-sectional changes, which undergoes the rolling successively under the action of at least two rollers or rolling rings in each roll stand in the roll stand groups.
  • the wire rod In the field of high-speed wire rod mills, the wire rod, as it passes through the finishing blocks of the wire rolling mills and especially at the exit from the last stand, is transported to final rolling speeds of more than 60 m / sec, preferably up to 130 m / sec.
  • high-speed wire rolling mills consist of a plurality of single rolling mills arranged one behind the other, which together or split up a roughing mill, an intermediate mill (intermediate mill) and a finishing mill, possibly using a billet (pre-finisher) the intermediate road and the finishing road.
  • the finishing train in turn, usually comprises a bloom and a finished block, optionally with a downstream unit for sizing.
  • the present invention relates to the above finishing train in a high-speed wire rolling mill, thus the bloom, the finishing block and possibly the downstream sizing unit.
  • the prefabricated and finished blocks used in such wire rolling mills usually consist of a series of single rolling stands arranged one behind the other, the adjusting devices for the rolling gaps associated therewith and rolling fittings for guiding the rolling stock.
  • the individual rolling stands are preferably arranged on a common base frame and the rolls of these stands, preferably in the form of rolling rings, are usually arranged in a flying manner on supporting shaft pairs.
  • the support shaft pairs in turn are driven by jointly arranged on the base frame gearbox of front and bevel gear combinations arranged on both sides of the scaffold row longitudinal shafts.
  • Such rolling mill arrangements are described by way of example in DE 199 19 778 A1, DE 198 00 201 A1, DE 196 25 811 A1, DE 102 61 632B4 and DE 3 109 633A1.
  • the stands of each block are usually in V-shape (the rolling stands are arranged to each other V-shaped and all rolling stands are inclined at a predetermined angle to the hut floor) or HV-form (the rolling stands are mutually V-shaped, with a Half horizontally parallel to the hut floor and the other half is arranged vertically perpendicular to the hut corridor) arranged alternately to each other with a predetermined angular offset so that the rolling stands with odd fürgangs devistechnik to a first side of the billet and the rolling stands with straight fürgangs devistechnik to a second side of the billet out extend, or vice versa.
  • the arranged on both sides of such a billet longitudinal shafts are in turn driven by a common transfer case with a common or more series-connected motors.
  • the drive of the individual stands is finally effected via a drive of the support shaft pairs and finally the rollers or rolling rings on the support shafts, jointly arranged on the base frame gearbox of bevel and bevel gear combinations, necessarily non-linear and bent gear or drive shafts between the longitudinal shafts and the individual Rollers or rolling rings of each stand are arranged.
  • a schematic view of such drives used in the prior art is shown in FIG. It can be seen that the bend in the drive-gear unit is spatially over two angles of usually 90 ° or 45 °.
  • Known prefabricated or finished blocks of this type consist of 2, 4, 6, 8 or 10 scaffolding. Depending on the quality of material to be produced in a wire outlet and combinations of billets, such. B. 6 + 4- or 8 + 4 scaffolds used. However, each of these blocks has separate transfer cases for connection to the longitudinal shafts.
  • the cross-sectional changes which undergoes the rolling successively in the scaffolding, are completely defined by the drive concept and the required transmission system.
  • a change in the cross-sectional decrease requires the use of complex manual transmission or the change or the replacement of individual gear ratios.
  • a corresponding change in the input and flow cross sections of the caliber of the rolls of all scaffolding is required for each change in the outlet diameter of the wire, which requires the costly change of all rolling rings or an extensive and complicated storage of rolls. This leads to more or less long conversion times on the framework, while which also upstream and downstream areas of the wire rolling mill must be silent.
  • the rolling ring diameter of a caliber range differ only by relatively small amounts of about +/- 0.5 mm from each other, since otherwise the longitudinal tension or longitudinal pressure of the wire roller can not be controlled.
  • the overall shape change of the wire as it passes through the finished block is rather fixed and can not be varied. For some types of material, this easily leads to overheating in the rolling stock core or to exceeding the limit shape change of the material. An adjustment of the cross-sectional acceptance per stitch is therefore not possible; Rather, they would require the use of a pre- or finished block with correspondingly different gear ratios by means of manual transmissions of the entire transmission arrangement according to the current state of the art.
  • the mechanical transmission system in turn has due to the large number of torsionally vibratory masses several natural resonance frequencies that could be controlled only partially by a common drive motor with its high moment of inertia. This can lead to a wire route not being able to use certain speed ranges reliably.
  • the invention has for its object to provide a rolling mill in a roughing or finishing block of a high-speed wire rolling available in which the overall shape change can be highly flexible and in which an adjustment of the cross-section decrease per stitch with simultaneous free choice of rolling ring diameter, the number the rolling stands and the distances between the rolling stands with each other is possible.
  • This object is achieved in the sense of the invention by means of a roll stand, comprising the features of claim 1.
  • Advantageous embodiments of the invention are defined in the dependent claims.
  • the invention relates to facilities in high-speed wire rolling mills.
  • Such rolling lines are operated at discharge speeds of the wire from the last rolling step of about 60 to 130 m / s, wherein the end cross sections of the wire are usually about 4 - 20 mm, preferably 5 to 16 mm.
  • speeds of the wire and the concomitant rotational speeds especially of the shafts for the rollers or rolling rings find sliding bearings instead of the usual rolling bearings use.
  • Such high-speed wire rod mills have a mill stand spacing of 800-1,000 mm for technological reasons with regard to rolling quality (wire guide).
  • each rolling stand is assigned its own drive unit with a respective motor and respective drive shaft, wherein the motor, the drive shaft and the at least one pair of rollers or roller rings are arranged linearly relative to each other.
  • the linear arrangement relates to a substantially straight arrangement without kinking and therefore without having to use the otherwise necessary, special gear arrangement such as bevel gear arrangements.
  • the drive unit is realized with particularly simple means with very high reliability and flexibility with respect to the control and their installation size is kept to a minimum.
  • the gear structure is simplified considerably in comparison with the prior art and is based on a driving the individual rollers or rolling rings.
  • gear between the auxiliary shafts of these rollers or roller rings and the drive shaft for the respective rolling stand possibly additionally a transmission gear limited.
  • the otherwise necessary for the power flow deflection bevel gear can be omitted, which also leads to the reduction of the rotating masses and increased torsional stiffness in the rolling mill.
  • a vibration-technical coordination of the individual mechanical and electrical drive components can take place on each other.
  • the natural frequencies can be adjusted individually, which affects the overall vibration behavior.
  • a possibly provided control device can be adjusted in terms of vibration technology to each individual rolling stand.
  • adjustable notch filters can be used, which can counteract a residual resonance per drive train. It also opens up the possibility of using individual notch filters for each rolling stand.
  • the invention makes it possible to optimize the draft ratios between the stands, which can lead to a reduced friction in the roll gap and thus to an improvement in quality and a significant increase in the service life of the rolls.
  • the free choice of Walzring tomessers allows better utilization of the rolling rings, as new and old rings can be combined.
  • the oval or round caliber can be used at any desired point in the finished block. Since there are no longer any rigid rows of caliber, preferably only one of the wear corresponding turning of the respective rollers or roller rings required, which can increase the life of each roll or rolling rings.
  • a prefabricated and finished block system preferably only the rolling stands participating in the rolling process can be driven at high speed.
  • the scaffolds that are not involved can rotate at an arbitrarily slow idling speed, which avoids high-speed storage conditions which are difficult to control.
  • the free choice of occupancy of the individual scaffolds within the pre-block or ready block allows a targeted adjustment of the distances between the individual scaffolds, these distances can in turn be used selectively as a cooling or equalization section.
  • the previously specified in the prior art fixed relationship between the inlet cross-section and the outlet cross section of a plurality of rolling stands complete rolling mill groups, so-called modules, therefore preferably not according to the invention, since desired changes in the outlet cross-section is no longer necessarily a change in the inlet cross-section and thus associated change of all rolls or rolling rings and caliber requires.
  • a large number of different end cross-sections can be rolled in the same preliminary or final block from a single cross-section.
  • the failure of individual rolling stands does not inevitably lead to a standstill of the entire wire rolling line, bypassing individual failed or switched off rolling stands, the rolling operation can be continued for a large volume of rolled products on the contrary.
  • the individual stands are mechanically decoupled in the sense of the invention with each other as far as possible, so that the tapping in a rolling stand can stimulate no self-resonant vibrations on other rolling stands, from which finally a more stable operation in the overall speed range of the roll stand group and possibly the entire rolling mill can result.
  • the rolling stand according to the invention is part of a roll stand group, in particular a pre-roll or finish rolling module of high-speed wire rolling mills with at least two such rolling mills.
  • a pre-roll or finish rolling module of high-speed wire rolling mills with at least two such rolling mills.
  • the distance between the respective rolling stands with one another and their number are predetermined.
  • Such a block-wise arrangement also allows the connection to a possibly pre-calibrated control unit and, moreover, the replacement of entire roll stand groups without the need to exchange individual rolling stands or subgroups of rolling stands.
  • the block-by-block summary of several rolling stands is particularly particularly advantageous realized when between two and twelve rolling stands are summarized with coordinated roll gap diameter. Moreover, it is particularly preferred if the rolling stands of the respective rolling module are arranged alternately with a predetermined angular offset from each other. Such an alternating arrangement is always realized when the angular offset between a first and its subsequent roll stand is fixed. Moreover, an alternating arrangement according to the invention is always realized when the rolling stands with odd numbering, counted from the inlet side to the outlet side of the group, are arranged substantially parallel to one another and the rolling stands with even numbering between these rolling stands with odd numbering are also arranged parallel to each other or vice versa. The angular offset is therefore implemented between all rolling stands with odd numbering and all scaffolding with even numbering.
  • the rolling stands of the rolling module are arranged to each other in a V-shape, wherein the angle offset defined above is preferably about 90 °.
  • a V-shape in the sense of the invention can also be realized when deviating from the right angle, for example at an angular displacement of 60 to 120 °.
  • the rolling stands can preferably all be arranged at a predetermined angle of, for example, 45 ° to the hut floor, so that the accessibility to each rolling stand of the roll stand group is the same and can be automated if necessary, but the same effects substantially even with a deviation of about +/- 15 ° can be achieved.
  • the rolling stands are fixed to one another in a so-called HV arrangement, wherein the angular offset is also approximately 90 °.
  • half of the rolling stands are arranged horizontally (H), thus parallel to the hut floor, and one half vertically (V), thus perpendicular to the hut floor.
  • the angle-offset arrangement of the successive stands in a spiral or star shape with a constant angular offset of about 120 ° (star arrangement) or about 60 ° (spiral offset), in each case after 3 or 6 offset steps again the starting position is reached and a rolling of the wire without the need for twisting the wire between individual or all rolling mills is possible.
  • the angular offset between the adjacent rolling stands is 180 °, whereby a completely flat arrangement of the pre-finished or finished blocks can be obtained, which can also be provided in any desired inclination to the hut floor.
  • a planar arrangement usually requires the use of suitable twisting elements for the wire, at least between some rolling mills, so as to allow a round-rolling of the wire.
  • the forming of the wire rod takes place under the action of at least two rollers or rolling rings.
  • the invention is not limited to the forming of the wire with such roller or rolling ring pairs. It is also preferred if at least one rolling stand of a roll stand group is assigned three or four rolls or rolling rings and the deformation of the material is effected in the rolling gap formed by the three or four rolls or rolling rings.
  • each rolling stand is assigned its own motor, via which the drive of the rolls or rolling rings takes place. It is particularly preferred if the motor is an electric or hydraulic motor, which is also designed controllable in a very preferred embodiment of the invention. Such electric or hydraulic motors are particularly space-saving and also facilitate the linear arrangement of the drive train, which consists of at least the motor and drive shaft and possibly a clutch.
  • the drive shaft is also assigned in a preferred embodiment of the invention, a transmission gear, which is preferably integrated in the drive train.
  • This transmission gearbox allows the provision of particularly high speeds, such as occur in high-speed wire rolling mills, without the need to modulate or even replace the motor itself, since in such high-speed wire rolling mills speeds of rotation of the individual rolls of up to 17 000 U / min occur, by using a transmission gear, the speed must not be provided solely by the engine.
  • the drive in a rolling mill according to the invention in addition to the motor and possibly the transmission gear and a Anstellech be assigned, on the employment of the individual rollers or rolling rings is feasible to each other.
  • a roll stand is provided, in which the roll gap can preferably be adjusted in a controlled manner, without the rolls or rolling ring pairs having to be exchanged for this, in order to bring about a specific degree of deformation during the pass.
  • the individual groups of rolling stands are driven by respective control devices, in particular via a common control device to which the respective motors are connected.
  • a control device can serve not only to adjust longitudinal tension and pressure between two adjacent rolling stands within each rolling stand group advantageous, but also can also prevent the occurrence of resonant vibrations within a rolling stand or the entire system or attenuate at least framework specific.
  • a control device which speed setpoints of the respective drive trains of the individual rolling stands based on technological specifications, such as the rolling stock, the maximum deformation values of this material, the rolling stand constants, the inlet and outlet cross sections, the inlet temperature, the available sets of rollers, the lot sizes and / or the identification number and possibly Abcarduseen the rolls processed.
  • control device which is connected to measuring sensors, which determines actual values at least for the rotational speed of the respective drive trains. Based on this actual value determination, a comparison with the previously determined speed setpoints and actual speed values will then be possible. This is done in a highly preferred manner using controllable drive feeds for electric or hydraulic motors in the respective rolling stands.
  • the at least one control device can then synchronize the rotational speed, preferably of each rolling stand, dynamically with the rotational speed of at least one adjacent rolling stand, preferably with the rotational speeds of all the roll stands combined in modular fashion.
  • FIG. 1 represents the prior art
  • FIGS. 1-3 represent schematically preferred embodiments of the invention.
  • FIG. 1 a shows a schematic sectional view of a drive train of a wire rolling stand according to the prior art and an illustration of the bending angle within the drive
  • FIG. 1 b shows an illustration of the bending angle of FIG. 1 a
  • FIG. 2 shows a schematic plan view of a rolling block comprising six rolling stands
  • Figure 3 is an enlarged detail view of a transmission structure in one of
  • Figure 4 is a diagram of the electrical control device for three successive rolling mills.
  • FIG. 1a shows a schematic sectional representation of a drive train of a wire rolling stand (not shown) according to the prior art and an illustration of the bending angles ⁇ , ⁇ between the planes A, B, C within the drive.
  • Half of the rolling mills of a rolling block, which are arranged in a V-shape at an angle of 45 ° to the hut floor, are driven by a common drive unit.
  • shaft 20 driven.
  • a bevel gear 21 consisting of two mutually at an angle of 90 ° arranged bevel gears 21 a, 21 b, the mill stand drive shaft 22 is driven.
  • This rolling stand drive shaft 22 in turn extends in its (not shown) extension up to a (not shown) transmission gear for driving the (not shown) rollers or roll rings of the rolling stand.
  • FIG. 1b shows these planes A, B, C as well as their angular offset from one another again for better comprehensibility, without the representation of the gear arrangement from FIG. 1a.
  • FIG. 2 shows a roll stand group 2 which has rolling stands 1a-1f arranged on a roll stand 3.
  • the rolling stands 1a-1f are each arranged at an angle of 45 ° to the hut floor 4 against each other so that the left rolling stands 1a, b, c are arranged alternately with the right rolling stands 1d, e, f at an angle of 90 ° to each other.
  • the arrangements of the rolling stands 1a-1f takes place on the roller block 3, that the roll nips of the respective roller pairs 5a-5f are arranged substantially in alignment with each other, so that a (not shown) wire without bending or buckling by all rolling stands 1a-1f of Roll stand group 2 can be passed.
  • the individual rolling stands 1a-1f consist essentially of a motor 6, a drive shaft 7, a gear unit 8 and finally the respective roller pair 5.
  • these components 5,6,7,8 of the respective rolling mill 1 are linearly without face and bevel gear combinations and oh- ne the need for use along the roller block 3 extending longitudinal waves arranged.
  • the longitudinal axes of these components 5, 6, 7, 8 are substantially in line, wherein, of course, in the region of the rollers, a parallel displacement in the total predetermined by the gear assembly 8 can be done, without thereby the principle of linear arrangement in the respective rolling mill 1a-1f to depart.
  • FIG. 3 shows an enlarged plan view of the gear unit 8 of the rolling stand 1f from FIG. 1, which serves as a gearbox and drive gear.
  • the gear unit 8 is disposed between the motor 6 and the drive shaft 7 on the one hand and the roller pair 5f.
  • a (schematically indicated) transmission gear 9 On the pair of rollers 5f facing the end of the drive shaft 7 sits a (schematically indicated) transmission gear 9, which is in an intermeshing engagement with an intermediate shaft 10 for the rollers of the roller pair 5f. Due to the different number of teeth of the gears of the drive shaft 7 and the intermediate shaft 10, a predetermined ratio between the rotational speed of the drive shaft 7 and the rotational speed of the intermediate shaft 10 is effected.
  • a shrunk on the intermediate shaft 10 gear-wheel 11 in turn is in meshing engagement with a roller drive shaft 12a for a roller of the roller pair 5f and the secondary shaft 13, which in turn with the second roller drive shaft 12b for a roller of the roller pair in combing Engaging, wherein also between the intermediate shaft 10 and the auxiliary shaft 13 and the roller drive shafts 12a, 12b, a predetermined gear ratio is present, the two roller drive shafts 12a, 12b, however, driven at the same rotational speed, but different rotational direction.
  • FIG. 4 shows a schematic circuit diagram of the electrical control device 15 for rolling stands 1d, 1b, 1e shown only as an example.
  • the control device 15 consists essentially of a calculation unit 17 and a respective drive feed 19.
  • the controls (rotational speed and torque) of each drive feed 19 can be adjusted individually for each rolling stand in terms of vibration technology.
  • adjustable notch filters 19a counteract the remaining resonances per drive train.
  • the calculation unit 17 is connected to all rolling stands 1 d, 1 b, 1 e of the roller module 2 and receives from this actual values of all measuring sensors. With respect to the rolling stands 1d, 1 b, 1e respectively the speed of the motors 6 and their load (motor current, torque and in the case of hydraulic motors pressure and flow) is measured. The calculation unit 17 determines the working speed of the individual rolling stands by means of technological and technical parameters.
  • the motors 6 of the individual rolling stands are connected to one another both by the calculation unit 17 and via a drive data bus 16. This achieves a multi-layered, dynamic synchronization of the individual rolling stands.
  • dimension measuring devices 14a and 14b can be connected upstream and downstream, which detect the dimensional change of the wire rod (height, width, ovality).
  • a first additional speed setpoint value is derived from the nominated speed difference to the adjacent drive per rolling stand 1d, 1b, 1e.
  • the calculation unit 17 is equipped with an observer, which determines a dynamic real-time setpoint correction per framework based on a mathematical model.
  • the speed correction per scaffold is transmitted to the drive supplies.
  • a nominated actual value adjustment of the speeds to the other rolling stands runs via drive data bus 16.
  • the coupling of the speed controls is controllable and is switched on and off step by step depending on the material tracking of the wire head.
  • the material tracking is controlled by sensors 18a, 18b in front of and behind the rolling stands 1d, 1b, 1e by the motor currents and is dependent on Ma material speed and overfeed corrected mathematically.
  • the calculation unit 17 is equipped with a further variable second auxiliary setpoint for each rolling stand, which is intended to limit the individual speed drop in the piecing process for each rolling stand 1d, 1b, 1e.
  • This second additional setpoint is switched on and off step by step, depending on the material tracking within the calculation unit. The effects of the second additional setpoint are monitored metrologically, evaluated in an adaptation algorithm and varied for the next tap.
  • a third additional target value for the rotational speed of each rolling stand 1d, 1b, 1e serves to change the speed ratios of the rolling stands with one another.
  • the third additional setpoint may be from a manual correction or from a first calculation value of the calculation unit 7, which represents the train-pressure relationships during rolling with the aid of a mathematical simulation model, or from a second calculation value, for example, in front of or behind the rolling stands 1d, 1 b, 1e arranged dimensional measuring devices 14a, 14b, and the calculated shape and diameter deviation originates to be derived.
  • the 3rd additional setpoint can be switched on and off step by step, depending on the material tracking.
  • the material tracking within the calculation unit 17 controls a state-dependent setpoint specification, which defines different speed setpoints for the case of Einfädeins, rolling and Ausfädeins.
  • a memory circuit 17b detects the currently determined correction values and provides an adaptive correction of the synchronization for the next wire rod.

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Walzgerüst (1) als Bestandteil einer Walzgerüst-Gruppe (2) in einer Hochgeschwindigkeits-Drahtwalzstraße, mit wenigstens einem Walzen- oder Walzringpaar (5) und einer mit einem Motor (6) verbundenen Antriebswelle (7), dadurch gekennzeichnet, dass jedem Walzgerüst (1) dieser Walzgerüst-Gruppe (2) ein Motor (6) und eine Antriebswelle (7) zugeordnet ist und der Motor (6), die Antriebswelle (7) und das wenigstens eine Walzen- oder Walzringpaar (5) linear zueinander angeordnet sind.

Description

Drahtwalzgerüst mit Einzelantrieb
1. Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft ein Walzgerüst als Bestandteil einer Walzgerüst-Gruppe in einer Hochgeschwindigkeits-Drahtwalzstraße, mit wenigstens einem Walzen- oder Walzringpaar und einer mit einem Motor verbundenen Antriebswelle.
2. Stand der Technik
Walzgerüste der in Rede stehenden Art werden üblicherweise blockweise hintereinander angeordnet und bewirken Querschnittsänderungen, die das Walzgut aufeinanderfolgend unter Einwirken von jeweils wenigstens zwei Walzen oder Walzringen in jedem Walzgerüst in den Walzgerüst-Gruppen erfährt. Im Bereich von Hochgeschwindigkeits-Drahtwalzstraßen wird der Walzdraht beim Durchtritt durch die Fertigblöcke der Drahtwalzwerke und vor allem beim Austritt aus dem letzten Walzgerüst auf Endwalzgeschwindigkeiten von mehr als 60 m/sec, vorzugsweise im Bereich von bis zu 130 m/sec befördert.
Generell bestehen Hochgeschwindigkeits-Drahtwalzstraßen aus einer Vielzahl hintereinander angeordneter Einzelwalzgerüste, die zusammen oder aufgeteilt eine Vorstraße (roughing mill) ergeben, einer Zwischenstraße (intermediate mill) und einer Fertigstraße (finishing mill), ggf. unter Einsatz eines Vorblocks (pre- finisher) zwischen der Zwischenstraße und der Fertigstraße. Die Fertigstraße wiederum umfasst üblicherweise einen Vorblock sowie einen Fertigblock, optional mit nachgeschalteter Einheit für die abschließende Formgebung (sizing). Die vorlie-
BESTÄT1GUNGSKOPTE gende Erfindung betrifft die o.a. Fertigstraße in einer Hochgeschwindigkeits- Drahtwalzstraße, somit den Vorblock, den Fertigblock sowie ggf. die nachgeschaltete Maßansatz(sizing)-Einheit.
Die in derartigen Drahtwalzwerken eingesetzten Vor- und Fertigblöcke bestehen üblicherweise aus einer Reihe von hintereinander angeordneten Einzelwalzgerüsten, den diesen zugeordneten Anstellvorrichtungen für die Walzspalte sowie Walzarmaturen für die Führung des Walzgutes. Die einzelnen Walzgerüste sind dabei vorzugsweise auf einem gemeinsamen Grundrahmen angeordnet und die Walzen dieser Gerüste, vorzugsweise in der Form von Walzringen, sind meist fliegend auf Tragwellenpaaren angeordnet. Die Tragwellenpaare wiederum werden über gemeinsam auf dem Grundrahmen angeordnete Getriebe aus Stirn- und Kegelradkombinationen über beidseitig zur Gerüstreihe angeordnete Längswellen angetrieben.
Derartige Walzgerüst-Anordnungen sind beispielhaft in der DE 199 19 778 A1 , der DE 198 00 201 A1 , der DE 196 25 811 A1 , der DE 102 61 632B4 und der DE 3 109 633A1 beschrieben.
Die Gerüste eines jeden Blocks werden dabei üblicherweise in V-Form (die Walzgerüste sind zueinander V-förmig angeordnet und sämtliche Walzgerüste stehen unter einem vorgegebenen Winkel schräg zum Hüttenflur) oder aber H-V-Form (die Walzgerüste sind zueinander V-förmig angeordnet, wobei eine Hälfte horizontal parallel zum Hüttenflur und die andere Hälfte senkrecht zum Hüttenflur vertikal angeordnet ist) zueinander alternierend mit vorgegebenem Winkelversatz so angeordnet, dass sich die Walzgerüste mit ungerader Durchgangsnummerierung zu einer ersten Seite des Walzblocks und die Walzgerüste mit gerader Durchgangsnummerierung zu einer zweiten Seite des Walzblocks hin erstrecken, oder umgekehrt. Die zu beiden Seiten eines solchen Walzblocks angeordneten Längswellen werden wiederum durch ein gemeinsames Verteilergetriebe mit einem gemeinsamen oder mehreren in Reihe geschalteten Motoren angetrieben. Der Antrieb der einzelnen Walzgerüste schließlich wird über einen Antrieb der Tragwellenpaare und schließlich der Walzen oder Walzringe über den Tragwellen zugeordnete, gemeinsam an dem Grundrahmen angeordnete Getriebe aus Stirn- und Kegelradkombinationen bewirkt, wobei notwendigerweise nichtlineare und abgeknickte Getriebe oder Antriebswellen zwischen den Längswellen und den einzelnen Walzen oder Walzringen jedes Walzgerüsts angeordnet sind. Eine schematische Ansicht derartiger im Stand der Technik verwendeter Antriebe ist in Figur 1 dargestellt. Hieraus ist ersichtlich, dass die Abknickung in der Antriebs-Getriebe-Einheit räumlich über zwei Winkel von üblicherweise 90° bzw. 45° erfolgt.
Bekannte Vor- oder Fertigblöcke dieser Bauart bestehen aus 2, 4, 6, 8 oder 10 Gerüsten. Abhängig von der zu produzierenden Materialgüte werden in einem Drahtauslass auch Kombinationen von Walzblöcken, wie z. B. 6 + 4- oder 8 + 4- Gerüste eingesetzt. Jeder dieser Blöcke aber besitzt separate Verteilergetriebe zur Anbindung an die Längswellen.
Die Querschnittsänderungen, die das Walzgut aufeinanderfolgend in den Gerüsten erfährt, sind dabei durch das Antriebskonzept und die erforderliche Getriebesystematik vollständig festgelegt. Eine Änderung der Querschnittsabnahme erfordert dabei den Einsatz aufwendiger Schaltgetriebe oder die Veränderung bzw. den Austausch einzelner Getriebeübersetzungen. Wegen der festgelegten Übersetzung jedes Getriebesystems ist für jede Änderung des Auslaufdurchmessers des Drahtes eine entsprechende Veränderung der Ein- und Durchlaufquerschnitte der Kaliber der Walzen aller Gerüste erforderlich, was den aufwendigen Wechsel aller Walzringe oder eine umfangreiche und komplizierte Bevorratung von Walzen bedingt. Dies führt zu mehr oder weniger langen Umbauzeiten an dem Gerüst, wäh- rend derer auch vor- und nachgeschaltete Bereiche der Drahtwalzstraße stillliegen müssen.
Erfahrungsgemäß können bei derartigen festen Getriebesystemen die Walzringdurchmesser einer Kaliberreihe nur um verhältnismäßig geringe Beträge von ca. +/- 0,5 mm voneinander abweichen, da sonst der Längszug bzw. Längsdruck der Drahtwalzader nicht kontrolliert eingestellt werden kann. Die Gesamtformänderung des Drahtes beim Durchgang durch den Fertigblock liegt vielmehr fest und kann nicht variiert werden. Dies führt bei einigen Werkstoffarten leicht zu Überhitzungen im Walzgutkern oder zur Überschreitung der Grenzformänderung des Werkstoffs. Eine Anpassung der Querschnittsannahme pro Stich ist daher nicht möglich; sie würde nach dem heutigen Stand der Technik vielmehr jeweils die Verwendung eines Vor- oder Fertigblocks mit entsprechend anderen Übersetzungsverhältnissen mittels Schaltgetrieben der gesamten Getriebeanordnung erfordern.
Das mechanische Getriebesystem wiederum besitzt aufgrund der Vielzahl von drehschwingungsfähigen Massen mehrere Eigenresonanzfrequenzen, die von einem gemeinsamen Antriebsmotor mit seinem hohen Massenträgheitsmoment nur bedingt beherrscht werden könnten. Dies kann dazu führen, dass eine Drahtstraße bestimmte Geschwindigkeitsbereiche nicht betriebssicher nutzen kann.
3. Aufgabe der Erfindung
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Walzgerüst in einem Vor- oder Fertigblock einer Hochgeschwindigkeits-Drahtwalzstraße zur Verfügung zu stellen, bei dem die Gesamtformänderung hochflexibel variiert werden kann und bei dem eine Anpassung der Querschnittsabnahme pro Stich bei gleichzeitiger freier Wahl der Walzringdurchmesser, der Anzahl der Walzgerüste und der Abstände der Walzgerüste untereinander möglich ist. Diese Aufgabe wird im erfindungsgemäßen Sinne mittels eines Walzgerüsts, umfassend die Merkmale des Anspruchs 1 , gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungsformen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen definiert.
4. Zusammenfassung der Erfindung
Die Erfindung betrifft Einrichtungen in Hochgeschwindigkeits-Drahtwalzstraßen. Derartige Walzstraßen werden bei Austrittsgeschwindigkeiten des Drahts aus dem letzten Walzschritt von etwa 60 bis 130 m/s betrieben, wobei die Endquerschnitte des Drahts üblicherweise etwa 4 - 20 mm, vorzugsweise 5 bis 16 mm, betragen. Bei derartigen Geschwindigkeiten des Drahts und der damit einhergehenden Umdrehungsgeschwindigkeiten speziell der Wellen für die Walzen oder Walzringe finden Gleitlager anstelle der sonst üblichen Wälzlager Verwendung.
Derartige Hochgeschwindigkeits-Drahtwalzstraßen weisen aus technologischen Gründen hinsichtlich Walzqualität (Drahtführung) einen Walzgerüstabstand von jeweils 800 - 1000 mm auf.
Im erfindungsgemäßen Sinne wird jedem Walzgerüst eine eigene Antriebseinheit mit jeweiligem Motor und jeweiliger Antriebswelle zugeordnet, wobei der Motor, die Antriebswelle und das wenigstens eine Walzen- oder Walzringpaar linear zueinander angeordnet sind. Im erfindungsgemäßen Sinn betrifft die Linearanordnung eine im Wesentlichen gerade Anordnung ohne Abknickungen und demnach ohne die sonst notwendige, spezielle Getriebeanordnung wie etwa Kegelrad- Anordnungen verwenden zu müssen. Hierdurch wird die Antriebseinheit mit besonders einfachen Mitteln bei sehr hoher Zuverlässigkeit und Flexibilität bezüglich der Steuerung verwirklicht und deren Einbaugröße auf ein Minimum beschränkt.
Somit vereinfacht sich die Getriebestruktur erheblich im Vergleich zum Stand der Technik und wird auf ein die einzelnen Walzen oder Walzringe antreibendes Ge- triebe zwischen den Nebenwellen dieser Walzen oder Walzenringe und der Antriebswelle für das jeweilige Walzgerüst, ggf. noch zusätzlich ein Übersetzungsgetriebe, beschränkt. Die sonst für die Leistungsflussumlenkung notwendige Kegelradstufe kann entfallen, was auch zur Reduktion der rotierenden Massen und zur erhöhten Torsionssteifigkeit im Walzgerüst führt.
Innerhalb der einzelnen Walzgerüste kann eine schwingungstechnische Abstimmung der einzelnen mechanischen und elektrischen Antriebskomponenten aufeinander erfolgen. Damit können individuell die Eigenfrequenzen angepasst werden, was das gesamte Schwingungsverhalten beeinflusst. Weiterhin kann eine ggf. vorgesehene Steuereinrichtung schwingungstechnisch auf jedes einzelne Walzgerüst eingestellt werden. Darüber hinaus können vorzugsweise einstellbare Kerbfilter eingesetzt werden, die einer verbleibenden Resonanz je Antriebsstrang entgegenwirken können. Auch wird die Möglichkeit eröffnet, für jedes Walzgerüst individuelle Kerbfilter einzusetzen.
Die Erfindung ermöglicht eine Optimierung der Zugverhältnisse zwischen den Gerüsten, was zu einer verringerten Reibung im Walzspalt und somit zur Qualitätsverbesserung und signifikanten Erhöhung der Walzenstandzeit führen kann. Durch die Möglichkeit, freie Drehzahlverhältnisse bei den Antrieben der Einzelgerüste zu wählen, ist eine gezielte Stufung der Querschnittsabnahmen, beispielsweise im Fertigblock einer Hochgeschwindigkeits-Drahtwalzstraße möglich. Dies erlaubt eine flexible Abnahmeverteilung, um beispielsweise durch eine degressive Ab- nahmestufung die Gesamtaufheizung im Kern des Walzdrahts zu verringern.
Durch eine mögliche Kombination großer Reduktionen in dem ersten Gerüst mit Präzisionsreduktionen in den letzten Gerüsten sind optimale Anpassungen an gewünschte Querschnittsgrößen und Toleranzen möglich. Da die Notwendigkeit eines jeweiligen Umbaus eines gesamten Moduls, beispielsweise des Fertigblocks einer Drahtwalzstraße, für jede Änderung des Auslaufquerschnitts wegfällt, reduzieren sich die notwendigen Stillstandszeiten der Drahtstraße insgesamt sowie auch der vorgelagerten und nachgelagerten Aggregate, was zu einer Produktivitätssteigerung der Walzstraße insgesamt führt.
Die freie Wahlmöglichkeit der Reduktionen und des dabei auftretenden Längszugs zwischen den Gerüsten erlaubt überdies werkstoffangepasste und querschnittsorientierte Umformungen und Umformwirkungsgrade, was den Leistungsbedarf für jedes einzelne Walzgerüst und der Walzstraße insgesamt reduzieren kann. Ebenfalls ist durch individuelle Änderung des Längszugs zwischen den Walzgerüsten eine Querschnittsbeeinflussung möglich, wodurch ein längenabhängiger Querschnittsfehler, vorzugsweise bei verdickten Drahtenden, reduziert werden kann.
Durch eine vorzugsweise vorhandene automatische Anstellung der Walzspalte und der Armatur jedes Walzgerüsts können ggf. unterschiedliche Fertigquerschnitte mit gleichen Vorkalibern der Walzen gewalzt werden, womit eine weitere Verringerung der Umbau- und Stillstandszeiten erreicht werden kann. Da die einzelnen Walzgerüste mit fertigmontierten Walzringen und Walzarmaturen verhältnismäßig gegen andere Walzgerüste ausgewechselt werden können und die Drehzahlanpassung vorzugsweise über eine Steuereinrichtung erfolgen kann, ist es überdies möglich, bei unverändertem Einlaufquerschnitt des Drahtes die Reduktion innerhalb des Blocks zu variieren.
Die freie Wahlmöglichkeit des Walzringdurchmessers erlaubt dabei eine bessere Ausnutzung der Walzringe, da sich neue und alte Ringe kombinieren lassen. Durch die Anpassung der Walzspaltanstellungen können die Oval- oder Rundkaliber an jeder gewünschten Stelle im Fertigblock eingesetzt werden. Da insgesamt keine starren Kaliberreihen mehr vorhanden sind, ist vorzugsweise nur ein dem Verschleiß entsprechendes Abdrehen der jeweiligen Walzen oder Walzenringe erforderlich, wodurch sich die jeweilige Standzeit der einzelnen Walzen oder Walzringe erhöhen lässt.
Bei einem erfindungsgemäßen Vor- und Fertigblocksystem können vorzugsweise nur die am Walzprozess beteiligten Walzgerüste mit hoher Geschwindigkeit angetrieben werden. Die nicht beteiligten Gerüste können mit einer beliebig langsamen Leerlaufdrehzahl rotieren, wodurch lagerungstechnisch schwer zu beherrschenden hohen Drehzahlen vermieden werden.
Insgesamt erlaubt die freie Wahlmöglichkeit der Belegung der einzelnen Gerüste innerhalb des Vor- oder Fertigblocks eine gezielte Einstellung der Abstände zwischen den Einzelgerüsten, wobei diese Abstände wiederum gezielt als Kühl- oder Ausgleichstrecke eingesetzt werden können. Der bisher im Stand der Technik vorgegebene feste Zusammenhang zwischen dem Eintrittsquerschnitt und dem Auslaufquerschnitt eines jeweils mehrere Walzgerüste umfassenden Walzgerüst- Gruppen, sogenannter Module, besteht daher im erfindungsgemäßen Sinne vorzugsweise nicht, da gewünschte Änderungen des Auslaufquerschnitts nicht mehr zwangsläufig eine Änderung des Eintrittsquerschnitts und den damit verbundenen Wechsel aller Walzen oder Walzringe und Kaliber erfordert.
Generell kann durch Variationen der Querschnittsabnahme in einer erfindungsgemäßen Hochgeschwindigkeits-Drahtwalzstraße aus einem einzelnen Anstichquerschnitt eine große Anzahl von unterschiedlichen Endquerschnitten im gleichen Vor- oder Fertigblock gewalzt werden. Der Ausfall einzelner Walzgerüste führt dabei nicht zwangsläufig zum Stillstand der gesamten Drahtwalzstraße, unter Umgehung einzelner ausgefallener oder abgeschalteter Walzgerüste kann vielmehr der Walzbetrieb für einen großen Umfang von Walzprodukten weiter fortgesetzt werden. Im erfindungsgemäßen Sinne kann aufgrund der reduzierten Massenträgheit gegenüber Längswellen verwendenden Walzmodulen, bestehend aus wenigstens 2 Walzgerüsten mit gemeinsamem Antrieb, sogenannten Modulen, eine deutlich verbesserte Anregelzeit des Antriebsstrangs erreicht werden, wodurch sich das dynamische Verhalten der Walzgerüst-Gruppe oder des Blocks insgesamt und insbesondere während des Anstichvorgangs verbessert. Diese hohe Dynamik und die bevorzugte schwingungstechnische Abstimmung der einzelnen mechanischen und elektrischen Antriebskomponenten aufeinander reduziert die Gefahr von gefährlichen Resonanzen, was insgesamt zu einer sicheren Betriebsweise im gesamten Geschwindigkeitsbereich von Hochgeschwindigkeits-Drahtwalzstraßen führt.
Die einzelnen Walzgerüste sind im erfindungsgemäßen Sinne untereinander mechanisch weitestgehend entkoppelt, so dass der Anstichstoß in einem Walzgerüst keine Eigenresonanzschwingungen an anderen Walzgerüsten anregen kann, woraus schließlich eine stabilere Betriebsweise im Gesamtgeschwindigkeitsbereich der Walzgerüst-Gruppe und ggf. der gesamten Walzstraße resultieren kann.
Das Walzgerüst gemäß der Erfindung ist Teil einer Walzgerüst-Gruppe, insbesondere eines Vor- oder Fertigwalzmoduls von Hochgeschwindigkeits- Drahtwalzstraßen mit wenigstens zwei derartigen Walzgerüsten. In derartigen Voroder Fertigwalzblöcken sind der Abstand der jeweiligen Walzgerüste untereinander sowie deren Anzahl vorgegeben. Eine derartige blockweise Anordnung ermöglicht auch die Anbindung an eine ggf. vorkalibrierte Steuerungseinheit und überdies den Austausch ganzer Walzgerüst-Gruppen ohne die Notwendigkeit, einzelne Walzgerüste oder Untergruppen von Walzgerüsten austauschen zu müssen.
Die blockweise Zusammenfassung mehrerer Walzgerüste ist dabei insbesondere besonders vorteilhaft verwirklicht, wenn zwischen zwei und zwölf Walzgerüsten mit aufeinander abgestimmtem Walzspaltdurchmesser zusammengefasst sind. Besonders bevorzugt wird überdies, wenn die Walzgerüste des jeweiligen Walzmoduls alternierend mit vorgegebenem Winkelversatz zueinander angeordnet sind. Eine derartige alternierende Anordnung ist immer dann verwirklicht, wenn der Winkelversatz zwischen einem ersten und seinem nachfolgenden Walzgerüst festgelegt ist. Eine alternierende Anordnung im erfindungsgemäßen Sinne ist überdies immer dann verwirklicht, wenn die Walzgerüste mit ungerade Nummerie- rung, gezählt von der Einlaufseite zur Auslaufseite der Gruppe, im Wesentlichen parallel zueinander angeordnet sind und die Walzgerüste mit gerader Nummerie- rung zwischen diesen Walzgerüsten mit ungerader Nummerierung ebenfalls parallel zueinander angeordnet sind oder umgekehrt. Der Winkelversatz ist demnach zwischen sämtlichen Walzgerüsten mit ungerader Nummerierung und sämtlichen Gerüsten mit gerader Nummerierung realisiert.
Besonders bevorzugt wird, wenn die Walzgerüste des Walzmoduls zueinander in V-Form angeordnet sind, wobei der oben definierte Winkelversatz vorzugsweise etwa 90° beträgt. Eine V-Form im erfindungsgemäßen Sinne kann jedoch auch bei Abweichen vom rechten Winkel, beispielsweise bei einem Winkelversatz von 60 bis 120°, verwirklicht werden.
Dabei können die Walzgerüste vorzugsweise sämtlich unter einem vorgegebenen Winkel von beispielsweise 45° zum Hüttenflur angeordnet sein, sodass die Zugänglichkeit zu jedem Walzgerüst der Walzgerüst-Gruppe gleich ist und ggf. automatisiert werden kann, wobei jedoch die gleichen Effekte im Wesentlichen auch bei einer Abweichung von etwa +/- 15° erreicht werden können. In einer alternativen und ebenso bevorzugten Ausgestaltungsform der Erfindung sind die Walzgerüste jedoch in einer so genannten H-V-Anordnung zueinander festgelegt, wobei der Winkelversatz ebenfalls etwa 90° beträgt. Hierbei wird eine Hälfte der Walzgerüste horizontal (H), somit parallel zum Hüttenflur, und eine Hälfte vertikal (V), somit senkrecht zum Hüttenflur, angeordnet. In einer weiteren alternativen und ebenfalls bevorzugten Ausgestaltungsform erfolgt die winkelversetzte Anordnung der aufeinanderfolgenden Walzgerüste spiral- oder sternförmig mit einem gleichbleibenden Winkelversatz von etwa 120° (Sternanordnung) oder etwa 60° (Spiralversatz), wobei jeweils nach 3 bzw. 6 Versatzschritten wieder die Ausgangsstellung erreicht ist und ein Walzen des Drahts ohne die Notwendigkeit einer Tordierung des Drahts zwischen einzelnen oder allen Walzgerüsten möglich ist.
In einer weiteren alternativen Ausgestaltungsform der Erfindung beträgt der Winkelversatz zwischen den benachbarten Walzgerüsten jedoch 180°, wodurch eine vollständig ebene Anordnung der Vor- oder Fertigblöcke erhalten werden kann, welche überdies in jeder gewünschten Neigung zum Hüttenflur vorgesehen sein kann. Eine derartige ebene Anordnung erfordert jedoch üblicherweise die Verwendung von geeigneten Tordierelementen für den Draht zumindest zwischen einigen Walzgerüsten, um so eine Rundwalzung des Drahts zu ermöglichen.
Durch sämtlich o.g. Alternativen wird insbesondere ein vereinfachter und auch standardisierter Aufbau mit leichter Zugangsmöglichkeit zu sämtlichen Walzgerüsten und insbesondere zu sämtlichen Walzgerüsten eines Moduls zur Verfügung gestellt, wobei vor allem in der 45°-Anordnung aller Walzgerüste im Vergleich zum Hüttenflur eine alternierende Anordnung von 90° der jeweiligen Walzgerüste zueinander mit entsprechender symmetrischer Anordnung des Walzblocks insgesamt verwirklicht wird.
Wie bereits eingangs erwähnt, erfolgt die Umformung des Walzdrahts unter Einwirkung von wenigstens zwei Walzen oder Walzringen. Die Erfindung ist jedoch nicht auf die Umformung des Drahts mit derartiger Walzen- oder Walzringpaaren beschränkt. Ebenso bevorzugt wird, wenn zumindest einem Walzgerüst einer Walzgerüst-Gruppe drei oder vier Walzen oder Walzringe zugeordnet sind und die Umformung des Materials in dem durch die drei oder vier Walzen oder Walzringe gebildeten Walzspalt bewirkt wird. Hierdurch wird die Flexibilität und Einsatzvielfalt des erfindungsgemäßen Walzgerüsts mit besonders einfachen Mitteln erhöht. Im erfindungsgemäßen Sinne ist jedem Walzgerüst ein eigener Motor zugeordnet, über den der Antrieb der Walzen oder Walzringe erfolgt. Besonders bevorzugt wird, wenn der Motor ein Elektro- oder Hydromotor ist, der in einer sehr bevorzugten Ausgestaltungsform der Erfindung überdies regelbar ausgelegt ist. Derartige Elektro- oder Hydromotoren sind besonders bauraumsparend und erleichtern zudem die lineare Anordnung des Antriebsstrangs, welcher zumindest aus Motor und Antriebswelle sowie ggf. einer Kupplung besteht.
Der Antriebswelle ist in einer bevorzugten Ausgestaltungsform der Erfindung überdies ein Übersetzungsgetriebe zugeordnet, das vorzugsweise in den Antriebsstrang integriert ist. Dieses Übersetzungsgetriebe erlaubt die Bereitstellung besonders hoher Drehzahlen, wie sie in Hochgeschwindigkeits-Drahtwalzstraßen auftreten, ohne die Notwendigkeit, hierfür den Motor selbst modulieren oder gar austauschen zu müssen, da bei derartigen Hochgeschwindigkeits- Drahtwalzstraßen Umdrehungsgeschwindigkeiten der einzelnen Walzen von bis zu 17 000 U/ min auftreten, wobei durch Verwendung eines Übersetzungsgetriebes die Drehzahl nicht allein vom Motor bereitgestellt werden muss.
Dem Antrieb in einem erfindungsgemäßen Walzgerüst kann zusätzlich zum Motor und ggf. zum Übersetzungsgetriebe auch eine Anstelleinheit zugeordnet sein, über die Anstellung der einzelnen Walzen oder Walzringe zueinander verwirklichbar ist. Hierdurch wird ein Walzgerüst zur Verfügung gestellt, bei dem der Walzspalt vorzugsweise gesteuert eingestellt werden kann, ohne dass hierfür die Walzen oder Walzringpaare ausgetauscht werden müssen, um einen bestimmten Umformgrad beim Stich zu bewirken.
Vorteilhafterweise erfolgt der Antrieb der einzelnen gruppenweise zusammenge- fassten Walzgerüste über jeweilige Steuereinrichtungen, insbesondere über eine gemeinsame Steuereinrichtung, mit der die jeweiligen Motoren verbunden sind. Eine derartige Steuereinrichtung kann nicht nur dazu dienen, Längszug und -druck zwischen zwei benachbarten Walzgerüsten innerhalb einer jeden Walzgerüst- Gruppe vorteilhaft einzustellen, sondern kann überdies auch das Auftreten von Resonanzschwingungen innerhalb eines Walzgerüsts oder des gesamten Systems unterbinden oder zumindest gerüstspezifisch dämpfen.
Besonders bevorzugt wird eine Steuereinrichtung, welche Drehzahl-Sollwerte der jeweiligen Antriebsstränge der einzelnen Walzgerüste basierend auf technologischen Vorgaben, wie etwa dem Walzgutwerkstoff, den maximalen Umformwerten dieses Werkstoffs, der Walzgerüst-Konstanten, der Einlauf- und Auslaufquerschnitte, der Einlauftemperatur, der verfügbaren Walzensätze, der Losgrößen und/oder der Identifikationsnummer und ggf. Abdrehmaßen der Walzen, verarbeitet.
Besonders bevorzugt wird eine Steuereinrichtung, die mit Messsensoren verbunden ist, welche Ist-Werte zumindest für die Drehzahl der jeweiligen Antriebsstränge ermittelt. Basierend auf dieser Ist-Wert-Ermittlung wird dann ein Vergleich mit den vorab ermittelten Drehzahl-Sollwerten und Drehzahl-Istwerten erfolgen können. Dies erfolgt in überaus bevorzugter Weise unter Verwendung regelbarer Antriebsspeisungen für Elektro- oder Hydromotoren in den jeweiligen Walzgerüsten.
Die wenigstens eine Steuereinrichtung kann dann die Drehzahl vorzugsweise jedes Walzgerüsts dynamisch mit der Drehzahl wenigstens eines benachbarten Walzgerüsts, vorzugsweise mit den Drehzahlen sämtlicher in Modulweise zusam- mengefasster Walzgerüste, synchronisieren. 5. Kurze Beschreibungen der Figuren
Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf vier Figuren 1 - 4 näher erläutert, wobei die Figur 1 den Stand der Technik, die Figuren 1 - 3 dagegen schematisch bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung darstellen.
In den Figuren zeigt:
Figur 1 a eine schematische Ausschnittsdarstellung eines Antriebsstrangs eines Drahtwalzgerüsts gemäß dem Stand der Technik sowie eine Illustration der Abknickwinkel innerhalb des Antriebs,
Figur 1 b eine Illustration der Abknickwinkel aus Figur 1a,
Figur 2 eine schematische Draufsicht auf einen sechs Walzgerüste umfassenden Walzblock;
Figur 3 eine vergrößerte Detailansicht einer Getriebestruktur in einem der
Walzgerüste aus Figur 1 ; und
Figur 4 ein Schema zur elektrischen Steuereinrichtung für drei nacheinander geschaltete Walzgerüste.
6. Wege zur Ausführung der Erfindung
Figur 1a zeigt eine schematische Ausschnittsdarstellung eines Antriebsstrangs eines (nicht dargestellten) Drahtwalzgerüsts gemäß dem Stand der Technik sowie eine Illustration der Abknickwinkel α, ß zwischen den Ebenen A,B,C innerhalb des Antriebs. Die Hälfte der in V-Form unter einem Winkel von 45° zum Hüttenflur angeordneten Walzgerüste eines Walzblocks wird über eine gemeinsame Antriebs- welle 20 angetrieben. Über eine Kegelradstufe 21 , bestehend aus zwei zueinander unter einem Winkel von 90° angeordneten Kegelzahnrädern 21 a, 21 b, wird die Walzgerüst-Antriebswelle 22 angetrieben. Diese Walzgerüst-Antriebswelle 22 wiederum erstreckt sich in ihrer (nicht dargestellten) Verlängerung bis zu einem (nicht dargestellten) Übersetzungsgetriebe zum Antreiben der (nicht dargestellten) Walzen oder Walzenringe des Walzgerüsts. Der gesamte Antrieb des Walzgerüsts gemäß dem Stand der Technik weist somit zwei räumliche Abknickungen oder Umlenkungen auf, nämlich eine erste Abknickung um einen Winkel a=90° zwischen der Ebene A, die parallel zum Hüttenflur angeordnet ist und in der sich die Antriebswelle 20 erstreckt, und der Ebene B, die senkrecht zur Ebene A angeordnet ist und in der sich die Walzgerüst-Antriebswelle 22 erstreckt, sowie eine zweite Abknickung um einen Winkel ß=45° zwischen der Ebene A und der Ebene C, in der sich die Walzgerüst-Antriebswelle 22 ebenfalls erstreckt. Die Figur 1 b zeigt diese Ebenen A, B, C sowie ihren Winkelversatz zueinander nochmals zur besseren Verständlichkeit gesondert, ohne die Darstellung der Getriebe-Anordnung aus Figur 1a.
Figur 2 zeigt eine Walzgerüst-Gruppe 2, welche auf einem Walzenbock 3 angeordnete Walzgerüste 1a-1f aufweist. Die Walzgerüste 1a-1f sind jeweils unter einem Winkel von 45° zum Hüttenflur 4 gegeneinander so angeordnet, dass die linken Walzgerüste 1a,b,c alternierend mit den rechten Walzgerüsten 1d,e,f unter einem Winkel von 90° zueinander angeordnet sind. Die Anordnungen der Walzgerüste 1a-1f erfolgt dabei so auf dem Walzenbock 3, dass die Walzspalte der jeweiligen Walzenpaare 5a-5f im Wesentlichen fluchtend zueinander angeordnet sind, so dass ein (nicht dargestellter) Draht ohne Verbiegungen oder Verknickungen durch sämtliche Walzgerüste 1a-1f der Walzgerüst-Gruppe 2 hindurchgeführt werden kann. Die einzelnen Walzgerüste 1a-1f bestehen im Wesentlichen aus einem Motor 6, einer Antriebswelle 7, einer Getriebeeinheit 8 und schließlich dem jeweiligen Walzenpaar 5. Wie dargestellt, sind diese Bestandteile 5,6,7,8 des jeweiligen Walzgerüsts 1 linear zueinander ohne Stirn- und Kegelradkombinationen und oh- ne die Notwendigkeit des Einsatzes längs dem Walzenbock 3 verlaufender Längswellen angeordnet. Die Längsachsen dieser Bauteile 5,6,7,8 liegen dementsprechend im Wesentlichen auf einer Linie, wobei insbesondere im Bereich der Walzen selbstverständlich eine Parallelverschiebung in dem von der Getriebeanordnung 8 insgesamt vorgegebenen Maß erfolgen kann, ohne hierdurch vom Prinzip der linearen Anordnung im jeweiligen Walzgerüst 1a-1f abzuweichen.
Figur 3 zeigt eine vergrößerte Draufsicht auf die Getriebeeinheit 8 des Walzge- rüsts 1f aus Figur 1 , welche als Übersetzungs- und Antriebsgetriebe dient. Wie dargestellt, ist die Getriebeeinheit 8 zwischen dem Motor 6 und der Antriebswelle 7 einerseits sowie dem Walzenpaar 5f angeordnet. Auf dem dem Walzenpaar 5f zugewandten Ende der Antriebswelle 7 sitzt ein (schematisch angedeutetes) Getriebe-Zahnrad 9 auf, welches mit einer Zwischenwelle 10 für die Walzen des Walzenpaares 5f im kämmenden Eingriff steht. Durch die unterschiedliche Zahnanzahl der Zahnräder der Antriebswelle 7 und der Zwischenwelle 10 wird ein vorgegebenes Übersetzungsverhältnis zwischen der Drehzahl der Antriebswelle 7 und der Drehzahl der Zwischenwelle 10 bewirkt. Ein auf der Zwischenwelle 10 aufgeschrumpftes Getriebe-Zahnrad 11 wiederum steht im kämmenden Eingriff mit einer Walzen-Antriebswelle 12a für eine Walze des Walzenpaares 5f sowie mit der Nebenwelle 13, die wiederum mit der zweiten Walzen-Antriebswelle 12b für eine Walze des Walzenpaares 5f im kämmenden Eingriff steht, wobei auch zwischen der Zwischenwelle 10 bzw. der Nebenwelle 13 und den Walzen-Antriebswellen 12a, 12b ein vorgegebenes Übersetzungsverhältnis vorliegt, die beiden Walzen- Antriebswellen 12a, 12b jedoch mit gleicher Rotationsgeschwindigkeit, aber unterschiedlichem Drehsinn angetrieben werden. Ein Austausch der Walzen 5f erfolgt einzeln oder paarweise, während ein Austausch der Antriebswellen 12a, 12b vorzugsweise modular erfolgt, wobei die Walzenpaare 5f zusammen mit ihren Walzen-Antriebswellen 12a, 12b, der Halteplatte 15 sowie der (nicht dargestellten) Anstelleinheit für den Walzspalt aus dem Übersetzungsgetriebe 8 herausgezogen und durch Einsetzen eines Austauschmoduls ersetzt werden. Figur 4 schließlich zeigt ein schematisches Schaltdiagramm der elektrischen Steuereinrichtung 15 für nur exemplarisch dargestellte Walzgerüste 1d, 1 b, 1e. Die Steuereinrichtung 15 besteht im Wesentlichen aus einer Berechnungseinheit 17 und je einer Antriebsspeisung 19. Die Regelungen (Drehzahl und -moment) jeder Antriebsspeisung 19 kann je Walzgerüst schwingungstechnisch individuell eingestellt werden. Darüber hinaus wirken einstellbare Kerbfilter 19a den verbleibenden Resonanzen je Antriebsstrang entgegen. Die Berechnungseinheit 17 ist mit sämtlichen Walzgerüsten 1d, 1 b, 1e des Walzenmoduls 2 verbunden und erhält von diesem Ist-Werte sämtlicher Messsensoren. In Bezug auf die Walzgerüste 1d, 1 b, 1e wird jeweils die Drehzahl der Motoren 6 und deren Belastung (Motorstrom, Drehmoment sowie im Falle von Hydromotoren Druck und Durchfluss) gemessen. Die Berechnungseinheit 17 ermittelt mittels technologischer und maschinentechnischer Parameter die Arbeitsdrehzahl der einzelnen Walzgerüste. Die Motoren 6 der einzelnen Walzgerüste sind untereinander sowohl durch die Berechnungseinheit 17 als auch über einen Antriebsdatenbus 16 verbunden. Damit wird eine mehrschichtige, dynamische Synchronisierung der einzelnen Walzgerüste erreicht. Wahlweise können Dimensionsmessgeräte 14a und 14b einlauf- und auslaufseitig angeschlossen werden, die die Dimensionsänderung des Walzdrahtes (Höhe, Breite, Ovalität) erfassen. In der Berechnungseinheit 17 wird ein erster Drehzahlzusatzsollwert von der nominierten Drehzahldifferenz zum benachbarten Antrieb je Walzgerüst 1d, 1b, 1e abgeleitet. Dazu ist die Berechnungseinheit 17 mit einem Beobachter ausgerüstet, der basierend auf einem mathematischen Modell eine dynamische Echtzeitsollwerkkorrektur je Gerüst ermittelt. Die Drehzahlkorrektur je Gerüst wird an die Antriebsspeisungen übertragen. Parallel dazu läuft ein nominierter Istwertabgleich der Drehzahlen zu den anderen Walzgerüsten via Antriebsdatenbus 16. Die Kopplung der Drehzahlregelungen ist steuerbar und wird abhängig von der Materialverfolgung des Drahtkopfes schrittweise zu- und abgeschaltet. Die Materialverfolgung wird durch Sensoren 18a, 18b vor und hinter den Walzgerüsten 1d, 1 b, 1e durch die Motorströme gesteuert und abhängig von Ma- terialgeschwindigkeit und Voreilung rechnerisch korrigiert. Die Berechnungseinheit 17 ist mit einem weiteren variablen 2. Zusatzsollwert für jedes Walzgerüst ausgerüstet, welcher für jedes Walzgerüst 1d, 1 b, 1e den individuellen Drehzahleinbruch im Anstichvorgang begrenzen soll. Dieser 2. Zusatzsollwert wird abhängig von der Materialverfolgung innerhalb der Berechnungseinheit schrittweise zu- und abgeschaltet. Die Auswirkungen des 2. Zusatzsollwerts werden messtechnisch überwacht, in einem Adaptionsalgorithmus ausgewertet und für den nächsten Anstich variiert. Ein 3. Zusatzsollwert für die Drehzahl jedes Walzgerüsts 1d, 1 b, 1e dient zu Veränderung der Drehzahlverhältnisse der Walzgerüste untereinander. Der 3. Zusatzsollwert kann aus einer Handkorrektur oder aus einem 1. Rechenwert der Berechungseinheit 7, der während des Walzens mit Hilfe eines mathematischen Simulationsmodells ie Zug-Druckverhältnisse repräsentiert, oder aus einem 2. Rechenwert, der beispielsweise vor oder hinter den Walzgerüsten 1d, 1 b, 1e angeordneten Dimensionsmessgeräten 14a, 14b, und der berechneten Form- und Durchmesserabweichung stammt, abgeleitet werden. Der 3. Zusatzsollwert kann abhängig von der Materialverfolgung schrittweise zu- und abgeschaltet werden. Weiterhin steuert die Materialverfolgung innerhalb der Berechnungseinheit 17 eine zustandsabhängige Sollwertvorgabe, die verschiedene Drehzahlsollwerte für den Fall des Einfädeins, des Walzens und des Ausfädeins definiert.
Eine Speicherschaltung 17b erfasst die aktuell ermittelten Korrekturwerte und sorgt für eine adaptive Nachbesserung der Synchronisierung für den nächsten Walzdraht.

Claims

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