EP3352921B1 - Walzgerüst, walzlanlage und verfahren zum aktiven dämpfen von schwingungen in einem walzgerüst - Google Patents

Walzgerüst, walzlanlage und verfahren zum aktiven dämpfen von schwingungen in einem walzgerüst Download PDF

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EP3352921B1
EP3352921B1 EP16753391.8A EP16753391A EP3352921B1 EP 3352921 B1 EP3352921 B1 EP 3352921B1 EP 16753391 A EP16753391 A EP 16753391A EP 3352921 B1 EP3352921 B1 EP 3352921B1
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EP
European Patent Office
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roll stand
roll
actuator
rolling
vibrations
Prior art date
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Active
Application number
EP16753391.8A
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English (en)
French (fr)
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EP3352921A1 (de
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Matthias Krüger
Sebastian Richard
Karsten RUES
Michael Breuer
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SMS Group GmbH
Original Assignee
SMS Group GmbH
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Publication date
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    • 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
    • B21B13/02—Metal-rolling stands, i.e. an assembly composed of a stand frame, rolls, and accessories with axes of rolls arranged horizontally
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21B—ROLLING OF METAL
    • B21B37/00—Control devices or methods specially adapted for metal-rolling mills or the work produced thereby
    • B21B37/007—Control for preventing or reducing vibration, chatter or chatter marks
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21B—ROLLING OF METAL
    • B21B38/00—Methods or devices for measuring, detecting or monitoring specially adapted for metal-rolling mills, e.g. position detection, inspection of the product
    • B21B38/008—Monitoring or detecting vibration, chatter or chatter marks
    • 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
    • B21B13/02—Metal-rolling stands, i.e. an assembly composed of a stand frame, rolls, and accessories with axes of rolls arranged horizontally
    • B21B2013/025—Quarto, four-high stands
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21B—ROLLING OF METAL
    • B21B2203/00—Auxiliary arrangements, devices or methods in combination with rolling mills or rolling methods
    • B21B2203/44—Vibration dampers

Definitions

  • the invention relates to a roll stand for rolling, preferably cold rolling, metal products, comprising at least two adjusting units, each arranged on a stand of the roll stand, for adjusting an upper work roll of the roll stand together with an upper back-up roll of the roll stand and for adjusting a height of a roll gap of the roll stand, at least an actuator which can be controlled for the active damping of vibrations in the roll stand, and at least one set of rolls that can only be adjusted via an adjustment device for passline adjustment of the roll stand or a non-adjustable set of rolls for supporting and / or intermediate roll of a work roll of the roll stand, with all of the rolls at each end via a bearing unit a stand of the roll stand is performed.
  • the invention further relates to a rolling plant for rolling, preferably cold rolling, metal objects, having at least one roll stand and at least one system for actively damping vibrations in the roll stand.
  • the invention also relates to a method for actively damping vibrations in a roll stand for rolling, preferably cold rolling, metal products, the vibrations in the roll stand being recorded and counter-vibrations being generated, the counter-vibrations being generated by means of at least one actuator.
  • 5th octave chatter vibrations are usually natural vibration forms of the set of rolls of a rolling stand in the frequency range between 500 Hz and 1000 Hz, which are caused by external excitations (so-called “forcing functions"), such as speed-proportional excitation frequencies from roller bearings or the rolls or gear mesh frequencies are excited by gear stages. These mostly cause surface and / or shape defects in the rolled metal product that are oriented transversely to the product or strip running direction.
  • the 3rd octave chatter oscillation is a self-excited oscillation form which can also lead to thickness errors oriented transversely to the product or strip running direction and consequently to strip tears at high amplitudes.
  • the instability arises here from the fact that a certain form of natural oscillation of the complete set of rolls in the roll stand is destabilized by a feedback system inherent in the rolling process.
  • the chatter-relevant natural vibration mode of the roll stand is usually that in which an upper and a lower set of rolls in the roll stand essentially vibrate against each other. As a result, there is a high energetic potential for the excitation of this form of oscillation from the roll gap.
  • the frequency of this natural oscillation form is usually between 80 Hz and 160 Hz.
  • the destabilizing feedback (positive feedback) is created by the rolling process itself, as changes in the inlet speed caused by changes in the outlet thickness cause fluctuations in the inlet tension due to the law of mass flow, which in turn affect the rolling force (so-called Tensile reaction) and thus in turn influence the outlet thickness.
  • the rolling speed at which the stability limit for the self-excited 3rd octave chatter oscillation is reached usually only increases by comparatively small amounts, for example 50 m / min - 200 m / min, can be increased. In many cases, the maximum possible system speed cannot be achieved with these approaches.
  • WO 2015/092775 A1 discloses another method for actively damping vibrations in a roll stand.
  • hydraulic actuators are used, which act to actively dampen vibrations on bearing units of rolls, over which the rolls are guided on a stand of the roll stand.
  • a piezoelectric injector is arranged, which is inserted directly into the pressure chamber of the hydraulic actuator. The damping effect is generated by high-pressure oil injection into the hydraulic actuating units.
  • WO 01/00346 A1 discloses a vibration damping device for use in a rolling mill.
  • the device comprises a body which is positionable for sliding movement in a housing located on or near a nib of the rolling mill. Furthermore, the device has damping means for providing vibration damping of a roller block (s) within the rolling mill.
  • the damping means is integral with the body and has a mass that is movable in the body.
  • EP 1 457 274 A2 discloses a method for avoiding vibrations, in particular 3rd and 5th octave vibrations, in a rolling mill with at least one roll stand with roll adjustment and at least one set of rolls. At least one permanently measured variable of the rolling mill is fed to a controller that includes a mathematical control law and partial models characterizing the system condition, with the help of this controller at least one time-variable manipulated variable determined in real time, fed to at least one actuator and at least one of the rollers through the actuator of the set of rolls and / or the rolling stock is acted upon, the controlled variables being kept at defined setpoints.
  • the EP 1 457 274 A2 is regarded as the closest prior art and shows the features of the preamble of claim 1.
  • EP 1 961 992 A2 discloses a device for active vibration damping of two counter-rotating rollers.
  • the device comprises at least one sensor for detecting the vibration on at least one roller, a controller for processing the vibration data recorded by the at least one sensor and for outputting a control signal based on this vibration data, and at least one actuator that controls at least one of the rollers based on the control signal acted upon by a force counteracting the vibration.
  • the actuator is arranged in such a way that it acts on the outer surface of the corresponding roller (s).
  • One object of the invention is to enable optimal active damping of vibrations in a roll stand with little structural effort.
  • a roll stand according to the invention for rolling, preferably cold rolling, metal products comprises at least two adjusting units, each arranged on a stand of the roll stand, for adjusting an upper work roll of the roll stand together with an upper back-up roll of the roll stand and for adjusting a height of a roll gap of the roll stand, at least one actuator, which can be controlled for the active damping of vibrations in the roll stand, and at least one support roll, which can be adjusted exclusively via a wedge adjustment of the roll stand or not, for supporting a work roll or intermediate roll of the roll stand.
  • the end of the support roll is guided via a bearing unit on a stand of the roll stand.
  • the actuator is arranged separately from the adjustment unit, the support roller is supported on the actuator via at least one bearing unit and the actuator is supported either indirectly via at least one adjustment device for passline setting, e.g. B. a wedge setting or directly on a section of the stand, so that the actuator is thus in the main force flow of the roll stand.
  • at least one adjustment device for passline setting e.g. B. a wedge setting or directly on a section of the stand, so that the actuator is thus in the main force flow of the roll stand.
  • the active damping makes it possible to reduce maintenance costs and intervals, as it reduces the effects of the above-mentioned external suggestions on the product quality.
  • the invention is a simple, inexpensive, easily integrated and retrofittable solution, in particular if the actuator is arranged at the installation site of a conventional load cell on the roll stand. There are then practically no structural changes to a roll stand required for the integration of the actuator.
  • the invention can therefore be implemented both in the course of retrofitting existing roll stands and in new roll stands.
  • the with EP 2 052 796 A1 proposed solution comparatively complex, expensive and maintenance-intensive.
  • the roll stand according to the invention can also have two or more corresponding actuators which can be controlled jointly or individually for the active damping of the vibrations in the roll stand.
  • the actuation of the actuator or the actuators can take place electrically, for example.
  • the back-up roll can either only be adjustable by means of an adjustment device for adjusting the pass line of the roll stand, or it cannot be adjusted.
  • the wedge adjustment is used to adjust the alignment of the back-up roll and the work roll supported by it, which is achieved by shifting the wedge adjustment wedge in a transverse direction.
  • the work roll possibly supported by the back-up roll via the intermediate roll interacts with a further work roll of the roll stand, a roll gap being present between these work rolls.
  • the further work roll and optionally the intermediate roll can also be supported by a further support roll and, together with this, can be displaceably guided on the stand by means of at least one, in particular mechanical or hydraulic, adjusting device for setting the roll gap.
  • the back-up rolls and the work rolls and optionally the intermediate roll are each guided at the end via a bearing unit on the stand.
  • the support roller which can only be adjusted via the wedge adjustment of the roll stand or not adjusted, is supported on the actuator via an end-side bearing unit or both end-side bearing units. If the support roller cannot be adjusted, the actuator is preferably supported directly on the section of the stator. is the support roller can be adjusted exclusively via the wedge adjustment of the roll stand, the actuator is preferably supported indirectly via at least one adjustment wedge of the wedge adjustment on a section of the stand.
  • the actuator is a piezo-mechanical actuator or a piezo-hydraulic actuator.
  • the actuator is preferably designed as a compact or space-saving module that is optionally equipped with a piezo-mechanical actuator or a piezo-hydraulic actuator.
  • the piezomechanical actuators are based on piezoceramic transducers, which are integrated directly into the mechanical structure of the vibratory system and directly introduce dynamic forces there.
  • the piezoceramic transducers of a piezo-hydraulic actuator act indirectly on the system via additional hydraulic transducers. In both cases, the required mechanical adjustment amplitude (force / path) is generated via an electrical control of the piezoceramic transducer.
  • Dynamic forces in a frequency range of up to 1 kHz can be introduced via a piezo-mechanical actuator, so that this technology can basically be used for both active damping of 3rd and 5th octave chatter vibrations.
  • the installation location according to the invention between a bearing unit of the support roller and the section of the stator is particularly suitable for the use of piezo actuators because it is highly effective with regard to the active damping of the 3rd octave chatter vibrations in combination with a relatively small actuator volume .
  • the actuator can be arranged between a lower stand cross-head and a bearing unit of the support roller.
  • the actuator is set up to detect rolling forces.
  • an existing load cell can be replaced by the actuator.
  • the usual load cells in the installation area can then be dispensed with, since the actuator takes on the measuring function of a load cell.
  • the measuring principle for the force measurement is either the force measurement via the piezo elements used as an actuator or the force measurement via a separate one force measurement to be integrated into the actuator unit, e.g. B. via strain gauges into consideration.
  • a load cell or load cell is usually located between the adjusting device used to set the pass line, e.g. B. arranged a wedge adjustment and a bearing unit of a support roller.
  • the roll stand comprises at least two corresponding actuators, the bearing units of the support roller each being supported on one actuator and the two actuators each being supported either indirectly via at least one adjusting device for passline adjustment or directly on a section of the stand.
  • two actuators are used per roll stand, one actuator being arranged on a drive-side stand and one actuator on an operator-side stand of the roll stand.
  • the roll stand has at least one vibration sensor arranged on the stand for detecting the vibrations of the roll stand.
  • the vibration sensor can be set up to detect vibrations in the vertical direction. With the vibration sensor, the 3rd octave and 5th octave chatter vibrations in particular can be recorded.
  • the roll stand can also have two or more vibration sensors. The use of two vibration sensors per roll stand is sufficient to detect the vibration phenomena described with sufficient accuracy and to provide corresponding vibration signals.
  • the vibration sensor is advantageously arranged with respect to a roll gap that is formed between interacting work rolls of the roll stand on a section of the stand which is arranged opposite the section of the stand on which the actuator or the adjusting wedge is supported.
  • the vibration sensor can be mounted, for example, on an upper cross section of the stand of the roll stand.
  • the roll stand can have two uprights which are arranged at a distance from one another in the transverse direction and on whose respective crosshead of the upright a vibration sensor is arranged.
  • the vibration sensor is preferably set up to detect vibrations in a frequency range from approximately 0.5 Hz to approximately 2000 Hz.
  • the 3rd octave and 5th octave chatter vibrations in particular, but also other shrinkages that impair the quality of the rolling stock can be recorded with the sensor.
  • the vibration sensor is an acceleration sensor.
  • accelerations in the vertical direction can be detected with the acceleration sensor.
  • a rolling mill according to the invention for rolling, preferably cold rolling, metal objects comprises at least one roll stand and at least one system for actively damping vibrations in the roll stand, the roll stand being designed according to one of the aforementioned configurations or any combination thereof.
  • the system comprises at least one control electronics connected to the vibration sensor and the actuator in terms of signaling, with which the vibration signals generated by the vibration sensor can be evaluated to generate control signals and which is set up to control the actuator with the respective control signals to introduce counter-vibrations into the roll stand.
  • the rolling installation can also have two or more corresponding rolling stands, each of which is assigned its own system for actively damping vibrations in the rolling stand.
  • the roll stands can be assigned a single common system for the active damping of vibrations in the roll stand.
  • the rolling mill can in particular be a single-stand or multi-stand steel or aluminum cold rolling mill.
  • the system can have a control system and a signal amplifier connected to it for signaling purposes for amplifying the control signals.
  • the active vibration damping can thus have at least one vibration sensor, via which the vibrations in the roll stand can be measured, at least one actuator, which is attached to the roll stand to be damped at a suitable point impresses a counter vibration and includes a control system which calculates the frequency, amplitude and phase of the counter vibration required to extinguish the vibrations at the point of interest in the roll stand and processes it for controlling the actuator. From a control point of view, reducing the vibration amplitude by applying a counter-vibration can also be interpreted as a (controlled) increase in damping, which is why one speaks of "active damping".
  • control electronics are for online monitoring of the vibrations of the roll stand, for online visualization of vibration levels of the vibrations of the roll stand, for automatically starting at least one low-vibration rolling speed and / or for automatically reducing a current rolling speed depending on the currently detected vibrations of the Roll stand set up.
  • the monitoring and visualization of the vibrations in the roll stand enables visual control and possible intervention in a rolling process by operating personnel.
  • the automatic approach to suitable, low-vibration rolling speed ranges serves to improve the rolling result and the product quality.
  • the automatic reduction of a current rolling speed as a function of the currently detected vibrations of the roll stand serves in particular to avoid strip tears when 3rd octave chatter vibrations occur.
  • the control electronics can also consist of several separate modules that are put together individually for the system
  • control electronics are set up to determine frequencies, amplitudes and / or phase positions of the counter-vibrations to be generated.
  • the control electronics can process the vibration signals of the vibration sensor or the vibration sensors in order to calculate an optimal signal shape, i.e. the frequency and the amplitude, as well as the phase position of one or more counter-vibrations, which are required to avoid the corresponding, undesired vibrations in the roll stand wipe out.
  • control electronics are set up to generate the control signals taking into account a transmission behavior of the vibration sensor, the actuator and / or a rolling stand of the rolling mill. In this way, the targeted introduction of the counter-vibrations into the roll stand can be improved.
  • the control electronics are advantageously set up to respond to changes over time in the characteristics of the actuator and / or a control system used.
  • the control electronics are based on an adaptive control so that the control can automatically adapt to changed conditions and circumstances in order to optimize the targeted introduction of the counter-vibrations into the roll stand.
  • the vibrations in the roll stand are recorded and counter-vibrations counteracting the vibrations are generated, the counter-vibrations being arranged by means of at least one separate to two on each stand of the roll stand Adjustment units of the roll stand for adjusting an upper work roll of the roll stand together with an upper support roll of the roll stand and for adjusting a height of a roll gap of the roll stand arranged actuator are generated, the counter-vibrations in at least one exclusively adjustable via a wedge adjustment of the roll stand or non-adjustable support roll for supporting a Work roll or intermediate roll of the roll stand are initiated, which is supported on the actuator via at least one bearing unit, via which it is guided on a stand of the roll stand, and the act or is supported either indirectly via at least one component of the adjustment device or directly on a section of the stator.
  • the roll stand or the roll installation can be used to carry out the method.
  • Beneficial Refinements of the roll stand and the rolling plant, insofar as they contain method features, are advantageous refinements of the method, even if this is not explicitly described.
  • the actuator is used to detect rolling forces.
  • FIG. 1 shows a schematic and perspective illustration of an exemplary embodiment of a rolling installation 1 according to the invention for rolling, in particular cold rolling, metal objects.
  • the rolling mill 1 comprises a roll stand 2 and a system 3 for the active damping of vibrations in the roll stand 2.
  • the roll stand 2 comprises an upper work roll 4 and a lower work roll 5 interacting therewith, between which a roll gap 6 is formed.
  • the work rolls 4 and 5 are each guided at the end via a bearing unit 7 on each stand 8 of the roll stand 2.
  • the roll stand 2 comprises an upper support roll 9 supporting the upper work roll 4 and a lower support roll 10 supporting the lower work roll 5 Stand 8 of the roll stand 2 out.
  • the roll stand 2 also comprises two adjusting units 12, each arranged on a stand 8, for adjusting the upper work roll 4 together with the upper support roll 9 and for adjusting the height of the roll gap 6.
  • the adjusting units 12 are used to generate the respective rolling forces.
  • the roll stand 2 comprises a wedge adjustment 13 arranged on the uprights 8 with an adjustment wedge 14 and an adjusting device 15 which actuates the adjustment wedge 14.
  • the roll stand 2 comprises two actuators 16 which can be controlled for the active damping of vibrations in the roll stand 2. Furthermore, as stated above, the roll stand 2 comprises the lower support roll 10, which can be adjusted exclusively via the wedge adjustment 13 of the roll stand 2, to support the lower work roll 5 of the roll stand 2.
  • the lower support roll 10 is supported via the bearing units 11 on one of the two actuators 16 from.
  • the actuators 16 are supported indirectly via the adjustment wedge 14 of the wedge adjustment 13 on a section 17 of the respective stand 8, the respective section 17 being a lower stand crosshead.
  • the actuators 16 replace the load cells, not shown, which are conventionally located at this installation location.
  • the actuators 16 are each designed as a piezo-mechanical actuator or as a piezo-hydraulic actuator.
  • the actuators 16 can be set up to detect rolling forces, which makes it possible to dispense with conventional load cells.
  • the roll stand 2 furthermore comprises two vibration sensors 18, each arranged on a stand 8, for detecting the vibrations of the roll stand 2.
  • Each vibration sensor 18 is arranged with respect to the roll gap 6 on a section 19 of the respective stand 8, which corresponds to the section 17 of the respective stand 8, on which the adjusting wedge 14 is supported, is arranged opposite.
  • the section 19 is formed by an upper stand cross-head of the respective stand 8.
  • Each vibration sensor 18 can be set up to detect vibrations in a frequency range from approximately 0.5 Hz to approximately 2000 Hz.
  • Each vibration sensor 18 can be an acceleration sensor.
  • the system 3 comprises control electronics 20, which are connected to the vibration sensors 18 and the actuators 16 in terms of signaling, with which the vibration signals generated by the vibration sensors 18 can be evaluated to generate control signals and which are set up to connect the actuators 16 to the introduction of counter-vibrations into the roll stand 2 to control the respective control signals. Furthermore, the system 3 comprises a signal amplifier 21 for amplifying the control signals to be fed to the actuators 16.
  • the control electronics 20 can be used for online monitoring of the vibrations of the rolling stand 2, for online visualization of the vibration levels of the vibrations of the rolling stand 2, for automatically starting at least one low-vibration rolling speed and / or for automatically reducing a current rolling speed depending on the currently detected vibrations of the rolling stand 2 must be set up. Furthermore, the control electronics 20 can be set up to determine the necessary frequencies, amplitudes and / or phase positions of the counter-vibrations to be generated. In addition, the control electronics 20 can be set up to generate the control signals taking into account a transmission behavior of the vibration sensors 18, the actuators 16 and / or a rolling mill of the roll stand 2 formed by the rolls 4, 5, 9 and 10. Furthermore, the control electronics 20 can be set up to react to changes over time in the characteristics of the actuators 16 and / or an applied control system.
  • FIG Figure 2 shows a schematic and perspective detailed illustration of the roll stand 2 of FIG Figure 1 shown rolling mill.
  • the arrangement of the actuators 16 on the adjustment wedge 14 of the wedge adjustment 13, which is supported on the lower sections 17 of the stand 8, can be seen better.
  • Figure 1 to avoid repetition, refer to the above description Figure 1 referenced.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Vibration Prevention Devices (AREA)
  • Control Of Metal Rolling (AREA)
  • Metal Rolling (AREA)

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Walzgerüst zum Walzen, bevorzugt Kaltwalzen, von Metallprodukten, aufweisend wenigstens zwei an jeweils einem Ständer des Walzgerüsts angeordnete Anstelleinheiten zum Anstellen einer oberen Arbeitswalze des Walzgerüsts gemeinsam mit einer oberen Stützwalze des Walzgerüsts und zum Einstellen einer Höhe eines Walzspalts des Walzgerüsts, wenigstens einen Aktor, der zur aktiven Dämpfung von Schwingungen in dem Walzgerüst ansteuerbar ist, und wenigstens eine ausschließlich über eine Nachstelleinrichtung zur Passlineeinstellung des Walzgerüsts oder nicht anstellbaren Walzensatz zum Abstützen und/oder Zwischenwalze einer Arbeitswalze des Walzgerüsts, wobei sämtliche Walzen endseitig über jeweils eine Lagereinheit an einem Ständer des Walzgerüsts geführt ist.
  • Die Erfindung betrifft des Weiteren eine Walzanlage zum Walzen, bevorzugt Kaltwalzen, von Metallobjekten, aufweisend wenigstens ein Walzgerüst und wenigstens ein System zum aktiven Dämpfen von Schwingungen in dem Walzgerüst.
  • Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zum aktiven Dämpfen von Schwingungen in einem Walzgerüst zum Walzen, bevorzugt Kaltwalzen, von Metallprodukten, wobei die Schwingungen in dem Walzgerüst erfasst und den Schwingungen entgegenwirkende Gegenschwingungen erzeugt werden, wobei die Gegenschwingungen mittels wenigstens eines Aktors erzeugt werden.
  • In Quarto-Kaltwalzgerüsten und Sexto-Kaltwalzgerüsten treten unterschiedliche Schwingungsphänomene auf, die den durchgeführten Walzprozess und die Qualität des kaltgewalzten Metallprodukts, insbesondere Metallbands, negativ beeinflussen. Besonders charakteristisch beim Kaltwalzen bestimmter Aluminiumgüten und Stahlgüten sind die sogenannten 3rd-Octave- und 5th-Octave-Chatterschwingungen (Ratterschwingungen), die nach der Lage ihrer Schwingungsfrequenz in der jeweiligen musikalischen Oktavlage (3. Oktave: 110 Hz - 220 Hz, 5. Oktave: 440 Hz - 880 Hz) benannt sind.
  • Bei 5th-Octave-Chatterschwingungen handelt es sich in der Regel um Eigenschwingungsformen des Walzensatzes eines Walzgerüsts im Frequenzbereich zwischen 500 Hz und 1000 Hz, die durch äußere Anregungen (sogenannte "Forcing Functions"), wie beispielsweise drehzahlproportionale Anregungsfrequenzen aus Wälzlagern oder der Walzen oder Zahneingriffsfrequenzen von Getriebestufen angeregt werden. Diese verursachen meist quer zur Produkt- bzw. Bandlaufrichtung orientierte Oberflächen- und/oder Formfehler im gewalzten Metallprodukt.
  • Demgegenüber handelt es sich bei der 3rd-Octave-Chatterschwingung um eine selbsterregte Schwingungsform, die ebenfalls zu quer zur Produkt- bzw. Bandlaufrichtung orientierten Dickenfehlern und in der Folge bei hohen Amplituden zu Bandrissen führen kann. Die Instabilität entsteht hier dadurch, dass eine bestimmte Eigenschwingungsform des kompletten Walzensatzes im Walzgerüst durch eine im Walzprozess systemimmanente Rückkopplung destabilisiert wird. Die Chatterrelevante Eigenschwingungsform des Walzgerüsts ist in der Regel diejenige, bei der ein oberer und ein unterer Walzensatz im Walzgerüst im Wesentlichen gegeneinander schwingen. Dadurch besteht für die Anregung dieser Schwingungsform aus dem Walzspalt heraus ein hohes energetisches Potential. Die Frequenz dieser Eigenschwingungsform liegt üblicherweise zwischen 80 Hz und 160 Hz. Die destabilisierende Rückkopplung (Mitkopplung) entsteht durch den Walzprozess selbst, indem durch Änderungen der Auslaufdicke verursachte Änderungen der Einlaufgeschwindigkeit aufgrund des Massenflussgesetzes Schwankungen des Einlaufzuges verursachen, die ihrerseits auf die Walzkraft zurückwirken (sogenannte Zugrückwirkung) und so wiederum die Auslaufdicke beeinflussen.
  • Die Entstehungsmechanismen sowie die technologischen Auswirkungen der 3rd-Octave- und 5th-Octave-Chatterschwingungen sind im Wesentlichen bekannt und in der einschlägigen Literatur beschrieben. Ihre Auswirkungen auf die Qualität des gewalzten Metallprodukts hinsichtlich Dicke, Planheit und Oberfläche sowie durch erhöhte Bandrissquoten und verminderten Walzgeschwindigkeiten auf die Produktionsleistung beeinträchtigen auch heute noch in erheblichem Umfang die Produktion von Stahl-Kaltband und Aluminium-Kaltband.
  • Da die beiden Ständer eines Walzgerüsts an den Schwingungsformen des 5th-Octave-Chatter kaum beteiligt sind und da der Walzensatz des Walzgerüsts aufgrund der aus der jeweiligen Walzaufgabe resultierenden Randbedingungen zu gestalten ist, sind die Möglichkeiten zu Reduzierung oder Vermeidung dieser Schwingungsformen sehr eingeschränkt. Zur Vermeidung der selbsterregten 3rd-Octave Chatterschwingungen, die über die Limitierung der maximalen Walzgeschwindigkeit die Produktionsleistung von mehrgerüstigen Walzanlagen begrenzen, existiert eine Reihe von Ansätzen, die neben der Optimierung von Stichplan- und Prozessparametern die Erhöhung von passiver Dämpfung, beispielsweise durch Reibung, sowie Verfahren zur aktiven Bedämpfung umfassen. Die beiden erstgenannten Ansätze besitzen den Nachteil, dass sich hiermit die Chatter-Grenzgeschwindigkeit, also die Walzgeschwindigkeit, bei der die Stabilitätsgrenze für die selbsterregte 3rd-Octave-Chatterschwingung erreicht wird, in der Regel nur um vergleichsweise geringe Beträge, beispielsweise 50 m/min - 200 m/min, erhöhen lässt. Die maximal mögliche Anlagengeschwindigkeit kann mit diesen Ansätzen in vielen Fällen nicht erreicht werden.
  • Zur aktiven Bedämpfung von 3rd-Octave-Chatterschwingungen wird in der einschlägigen Literatur eine Reihe von Verfahren angegeben. Beispielsweise offenbart EP 2 052 796 A1 ein solches Verfahren, nach dem Druckänderungen unmittelbar in einem an einen Kolben eines den Walzspalt einstellenden Hydraulikzylinders angrenzenden Druckraum erzeugt werden. Hierzu sind an dem Kolben mehrere kleine Kolben axial bewegbar geführt, die über Linearaktoren betätigbar sind.
  • WO 2015/092775 A1 offenbart ein weiteres Verfahren zum aktiven Dämpfen von Schwingungen in einem Walzgerüst. Hierzu werden hydraulische Stellglieder eingesetzt, die zur aktiven Schwingungsdämpfung auf Lagereinheiten von Walzen wirken, über welche die Walzen an einem Ständer des Walzgerüsts geführt sind. An jedem hydraulischen Stellglied ist ein piezoelektrischer Injektor angeordnet, der direkt in die Druckkammer des hydraulischen Stellglieds eingeschoben ist. Der dämpfende Effekt wird durch eine Hochdruck-Öleinspritzung in die hydraulischen Stelleinheiten erzeugt.
  • WO 01 / 00346 A1 offenbart eine Schwingungsdämpfungsvorrichtung zur Verwendung in einem Walzwerk. Die Vorrichtung umfasst einen Körper, der für eine gleitende Bewegung in einem Gehäuse, das sich an einem oder nahe eines Walzenklotzes des Walzwerks befindet, positionierbar ist. Des Weiteren weist die Vorrichtung Dämpfungsmittel zur Bereitstellung einer Schwingungsdämpfung eines Walzenklotzes/von Walzenklötzen innerhalb des Walzwerks auf. Das Dämpfungsmittel ist integral mit dem Körper und hat eine Masse, die in dem Körper bewegbar ist.
  • EP 1 457 274 A2 offenbart ein Verfahren zur Vermeidung von Schwingungen, insbesondere 3. und 5. Oktav-Schwingungen, in einer Walzanlage mit zumindest einem Walzgerüst mit Walzenanstellung und zumindest einem Walzensatz. Wenigstens eine permanent gemessene Größe der Walzanlage wird einem Regler, der ein mathematisches Regelgesetz und den Anlagenzustand charakterisierende Teilmodelle umfasst, zugeführt, wobei mit Hilfe dieses Reglers in Echtzeit zumindest eine zeitlich veränderliche Stellgröße ermittelt, zumindest einem Aktuator zugeführt und durch den Aktuator mindestens eine der Walzen des Walzensatzes und/ oder das Walzgut beaufschlagt wird, wobei die Regelgrößen bei definierten Sollwerten gehalten werden. Die EP 1 457 274 A2 wird als nächstliegender Stand der Technik angesehen und zeigt die Merkmale des Oberbegriffs von Anspruch 1.
  • EP 1 961 992 A2 offenbart eine Vorrichtung zur aktiven Schwingungsdämpfung zweier gegenläufig rotierender Walzen. Die Vorrichtung umfasst wenigstens einen Sensor zur Erfassung der Schwingung an wenigstens einer Walze, einen Regler zur Verarbeitung der von dem wenigstens einen Sensor erfassten Schwingungsdaten und zur Abgabe eines auf diesen Schwingungsdaten beruhenden Steuersignals und wenigstens einen Aktor, der auf Basis des Steuersignals wenigstens eine der Walzen mit einer der Schwingung entgegenwirkenden Kraft beaufschlagt. Der Aktor ist derart angeordnet, dass er auf die Mantelfläche der entsprechenden Walze/n einwirkt.
  • Eine Aufgabe der Erfindung ist es, eine optimale aktive Dämpfung von Schwingungen in einem Walzgerüst unter geringem konstruktivem Aufwand zu ermöglichen.
  • Diese Aufgabe wird durch die unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind insbesondere in den abhängigen Patentansprüchen angegeben, die jeweils für sich genommen oder in verschiedener Kombination miteinander einen Aspekt der Erfindung darstellen können.
  • Ein erfindungsgemäßes Walzgerüst zum Walzen, bevorzugt Kaltwalzen, von Metallprodukten umfasst wenigstens zwei an jeweils einem Ständer des Walzgerüsts angeordnete Anstelleinheiten zum Anstellen einer oberen Arbeitswalze des Walzgerüsts gemeinsam mit einer oberen Stützwalze des Walzgerüsts und zum Einstellen einer Höhe eines Walzspalts des Walzgerüsts, wenigstens einen Aktor, der zur aktiven Dämpfung von Schwingungen in dem Walzgerüst ansteuerbar ist, und wenigstens eine ausschließlich über eine Keilanstellung des Walzgerüsts oder nicht anstellbare Stützwalze zum Abstützen einer Arbeitswalze oder Zwischenwalze des Walzgerüsts. Die Stützwalze ist endseitig über jeweils eine Lagereinheit an einem Ständer des Walzgerüsts geführt. Erfindungsgemäß ist der Aktor separat zu der Anstelleinheit angeordnet, stützt sich die Stützwalze über wenigstens eine Lagereinheit an dem Aktor ab und stützt sich der Aktor entweder mittelbar über wenigstens eine Nachstellvorrichtung zur Passlineeinstellung, z. B. einer Keileinstellung oder unmittelbar an einem Abschnitt des Ständers ab, so dass der Aktor somit im Hauptkraftfluss des Walzgerüstes liegt.
  • Durch die aktive Dämpfung der Schwingungen in dem Walzgerüst mittels des Aktors können insbesondere 3rd-Octave- und 5th-Octave-Chatterschwingungen beseitigt werden. Hierdurch können schwingungsbedingte Qualitätseinbußen hinsichtlich Dicke, Planheit und Oberfläche am gewalzten, insbesondere kaltgewalzten, Metallprodukt, insbesondere Stahlband oder Aluminiumband, vermieden werden. Durch die aktive Schwingungsdämpfung können zudem die Produktivität bzw. die Walzgeschwindigkeit gesteigert werden. Hierdurch können von Kunden geforderte und vertraglich zugesicherte Anlagengeschwindigkeiten zuverlässig erreicht und auch überschritten werden.
  • Weiterhin erlaubt es die aktive Dämpfung, Wartungsaufwände und - intervalle zu reduzieren, da sie die Auswirkungen von den oben genannten äußeren Anregungen auf die Produktqualität reduziert. D. h. mit aktiver Dämpfung ist für gleich bleibende Produktqualität ein schlechterer Anlagenzustand im Hinblick auf Anregungsamplituden zulässig, als ohne.
  • Bei der Erfindung handelt es sich um eine einfache, kostengünstige, leicht integrierbare und nachrüstbare Lösung, insbesondere wenn der Aktor am Einbauort einer herkömmlichen Kraftmessdose an dem Walzgerüst angeordnet wird. Es sind dann praktisch keine konstruktiven Änderungen an einem Walzgerüst für die Integration des Aktors erforderlich. Daher kann die Erfindung sowohl im Zuge von Nachrüstungen vorhandener Walzgerüste als auch bei neuen Walzgerüsten realisiert werden. Im Gegensatz hierzu ist die mit EP 2 052 796 A1 vorgeschlagene Lösung vergleichsweise aufwendig, teuer und wartungsintensiv.
  • Herkömmliche Lösungen zur aktiven Dämpfung von Schwingungen in einem Walzgerüst arbeiten meist mit Stellgliedern einer technologischen Regelung einer Level-Automation, beispielsweise zur Biegung/Planheitsregelung, zusammen. Dadurch können gegebenenfalls wichtige Stellglieder zur Regelung der Produktqualität durch eine Vorrichtung oder Regelung zur aktiven Schwingungsbedämpfung beeinträchtigt werden. Dies ist bei der Erfindung nicht gegeben, da der Aktor des erfindungsgemäßen Walzgerüsts nicht mit entsprechenden Stellgliedern zusammenwirkt bzw. kombiniert ist.
  • Ein weiterer Nachteil des Einbaus von piezohydraulischen Aktoren in hydraulische Steuerungen, wie es beispielsweise mit WO 2015/092775 A1 vorgeschlagen wird, ist das viskose Verhalten des verwendeten Hydrauliköls. Trotz des hohen Systemdrucks von üblicherweise mehr als 200 bar besitzt das Hydrauliköl eine Elastizität, die für die Gesamtwirkung des Systems zu berücksichtigen ist. Dies ist bei der Erfindung nicht erforderlich, da der Aktor des erfindungsgemäßen Walzgerüsts nicht in eine entsprechende hydraulische Steuerung eingebaut ist.
  • Darüber hinaus steht für den Einbau bekannter Lösungen in einem Ständerfenster eines Ständers eines Walzgerüsts meist nur ein begrenzter Einbauraum zur Verfügung. Dies gilt insbesondere in unmittelbarer Nähe zum Walzspalt sowie im Bereich von Walzenbiegesystemen, einer Walzenkühlung und einer Abblasung. Wenn dazu noch die Temperatursituation im Walzgerüst sowie die Wärmeentwicklung eines Piezoaktors selbst in Betracht gezogen werden, können für die oben genannten Einbauorte in der Nähe des Walzspaltes weitere thermische Probleme entstehen. Diese Probleme treten bei der Erfindung nicht auf, da der Aktor des erfindungsgemäßen Walzgerüsts nicht an einem der oben genannten Einbauorte angeordnet ist.
  • Das erfindungsgemäße Walzgerüst kann auch zwei oder mehrere entsprechende Aktoren aufweisen, die zur aktiven Dämpfung der Schwingungen in dem Walzgerüst gemeinsam oder einzeln ansteuerbar sind. Die Ansteuerung des Aktors bzw. der Aktoren kann beispielsweise elektrisch erfolgen.
  • Die Stützwalze kann entweder ausschließlich über eine Nachstellvorrichtung zur Passlineeinstellung des Walzgerüsts oder nicht anstellbar sein. Die Keilanstellung dient der Passlinienverstellung der Stützwalze und der damit abgestützten Arbeitswalze, was durch eine quer gerichtete Verlagerung des Anstellkeils der Keilanstellung erreicht wird. Die mit der Stützwalze gegebenenfalls über die Zwischenwalze abgestützte Arbeitswalze wirkt mit einer weiteren Arbeitswalze des Walzgerüsts zusammen, wobei zwischen diesen Arbeitswalzen ein Walzspalt vorhanden ist. Die weitere Arbeitswalze und gegebenenfalls Zwischenwalze kann ebenfalls mit einer weiteren Stützwalze abgestützt sein und gemeinsam mit dieser zur Einstellung des Walzspalts mittels wenigstens einer, insbesondere mechanischen oder hydraulischen, Anstelleinrichtung verlagerbar an dem Ständer geführt sein. Die Stützwalzen und die Arbeitswalzen und gegebenenfalls Zwischenwalze sind jeweils endseitig über jeweils eine Lagereinheit an dem Ständer geführt.
  • Erfindungsgemäß stützt sich die ausschließlich über die Keilanstellung des Walzgerüsts oder nicht anstellbare Stützwalze über eine endseitige Lagereinheit oder beide endseitigen Lagereinheiten an dem Aktor ab. Ist die Stützwalze nicht anstellbar, stützt sich der Aktor vorzugsweise unmittelbar an dem Abschnitt des Ständers ab. Ist die Stützwalze ausschließlich über die Keilanstellung des Walzgerüsts anstellbar, stützt sich der Aktor vorzugsweise mittelbar über wenigstens einen Anstellkeil der Keilanstellung an einem Abschnitt des Ständers ab.
  • Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung ist der Aktor ein piezo-mechanischer Aktor oder ein piezo-hydraulischer Aktor. Der Aktor ist vorzugsweise als kompaktes bzw. bauraumsparendes Modul ausgebildet, das wahlweise mit einer piezo-mechanischen Aktorik oder einer piezo-hydraulischen Aktorik ausgestattet ist. Die piezomechanische Aktorik basiert auf piezokeramischen Wandlern, die direkt in die mechanische Struktur des schwingungsfähigen Systems integriert sind und dort unmittelbar dynamische Kräfte einleiten. Im Gegensatz hierzu wirken die piezokeramischen Wandler einer piezo-hydraulischen Aktorik mittelbar über zusätzliche hydraulische Wandler auf das System. In beiden Fällen wird über eine elektrische Ansteuerung der piezokeramischen Wandler die benötigte mechanische Stellamplitude (Kraft/Weg) erzeugt. Über einen piezo-mechanischen Aktor können dynamische Kräfte in einem Frequenzbereich von bis zu 1 kHz eingeleitet werden, so dass diese Technik grundsätzlich sowohl für die aktive Dämpfung der 3rd-Octave- als auch der 5th-Octave-Chatterschwingungen in Betracht kommt. Im Rahmen von theoretischen Voruntersuchungen wurden mehrere mögliche Einbauorte für den Aktor im Bereich des Walzgerüsts untersucht und bewertet. Der erfindungsgemäße Einbauort zwischen einer Lagereinheit der Stützwalze und dem Abschnitt des Ständers ist für den Einsatz von Piezo-Aktorik besonders geeignet, weil hier eine hohe Wirksamkeit im Hinblick auf die aktive Dämpfung der 3rd-Octave-Chatterschwingungen in Kombination mit einem relativ geringen Aktorvolumen gegeben ist. Insbesondere kann der Aktor zwischen einem unterem Ständerquerhaupt und einer Lagereinheit der Stützwalze angeordnet sein.
  • Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist der Aktor zum Erfassen von Walzkräften eingerichtet. Hierzu kann eine vorhandene Kraftmessdose durch den Aktor ersetzt werden. Es kann dann auf übliche Kraftmessdosen im Einbaubereich verzichtet werden, da der Aktor die Messfunktion einer Kraftmessdose übernimmt. Als Messprinzip für die Kraftmessung kommt hierbei entweder die Kraftmessung über die als Aktor verwendeten Piezoelemente oder die Kraftmessung über eine separat in die Aktoreinheit zu integrierende Kraftmessung, z. B. über Dehnungsmessstreifen in Betracht. Eine Kraftmesszelle bzw. Kraftmessdose ist üblicherweise zwischen der der Einstellung der Passline dienenden Nachstellvorrichtung, z. B. einer Keilanstellung und einer Lagereinheit einer Stützwalze angeordnet. Durch den Verzicht auf Kraftmessdosen können Kosten eingespart werden.
  • Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung umfasst das Walzgerüst wenigstens zwei entsprechende Aktoren, wobei sich die Lagereinheiten der Stützwalze an jeweils einem Aktor abstützen und sich die beiden Aktoren jeweils entweder mittelbar über wenigstens eine Nachstellvorrichtung zur Passlineeinstellung oder unmittelbar an einem Abschnitt des Ständers abstützen. Somit kommen pro Walzgerüst zwei Aktoren zum Einsatz, wobei ein Aktor an einem antriebsseitigen Ständer und ein Aktor an einem bedienseitigen Ständer des Walzgerüsts angeordnet sein kann.
  • Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung sieht vor, dass das Walzgerüst wenigstens einen an dem Ständer angeordneten Schwingungssensor zum Erfassen der Schwingungen des Walzgerüsts aufweist. Der Schwingungssensor kann zur Erfassung von Schwingungen in vertikaler Richtung eingerichtet sein. Mit dem Schwingungssensor können insbesondere die 3rd-Octave- und 5th-Octave-Chatterschwingungen erfasst werden. Das Walzgerüst kann auch zwei oder mehrere Schwingungssensoren aufweisen. Der Einsatz von zwei Schwingungssensoren pro Walzgerüst ist hinreichend, um die beschriebenen Schwingungsphänomene ausreichend genau zu erfassen und entsprechende Schwingungssignale bereitzustellen.
  • Vorteilhafterweise ist der Schwingungssensor bezüglich eines Walzspalts, der zwischen zusammenwirkenden Arbeitswalzen des Walzgerüsts ausgebildet ist, an einem Abschnitt des Ständers angeordnet ist, der dem Abschnitt des Ständers, an dem sich der Aktor bzw. der Anstellkeil abstützt, gegenüberliegend angeordnet. Der Schwingungssensor kann beispielsweise auf einem oberen Ständerquerhaupt des Ständers des Walzgerüsts montiert sein. Das Walzgerüst kann zwei in Querrichtung beabstandet voneinander angeordnete Ständer aufweisen, an deren jeweiligem Ständerquerhaupt jeweils ein Schwingungssensor angeordnet ist.
  • Vorzugsweise ist der Schwingungssensor eingerichtet, Schwingungen in einem Frequenzbereich von etwa 0,5 Hz bis etwa 2000 Hz zu erfassen. Hierdurch können mit dem Sensor insbesondere die 3rd-Octave- und 5th-Octave-Chatterschwingungen aber auch andere, die Qualität des Walzgutes beeinträchtigende Schwindungen erfasst werden.
  • Es ist des Weiteren von Vorteil, wenn der Schwingungssensor ein Beschleunigungssensor ist. Mit dem Beschleunigungssensor können insbesondere Beschleunigungen in vertikaler Richtung erfasst werden.
  • Eine erfindungsgemäße Walzanlage zum Walzen, bevorzugt Kaltwalzen, von Metallobjekten umfasst wenigstens ein Walzgerüst und wenigstens ein System zum aktiven Dämpfen von Schwingungen in dem Walzgerüst, wobei das Walzgerüst nach einer der vorgenannten Ausgestaltungen oder einer beliebigen Kombination derselben ausgebildet ist. Das System umfasst wenigstens eine signaltechnisch mit dem Schwingungssensor und dem Aktor verbundene Regelelektronik, mit der von dem Schwingungssensor erzeugte Schwingungssignale zur Erzeugung von Stellsignalen auswertbar sind und die eingerichtet ist, den Aktor zur Einleitung von Gegenschwingungen in das Walzgerüst mit den jeweiligen Stellsignalen anzusteuern.
  • Mit der Walzanlage sind die oben mit Bezug auf das Walzgerüst genannten Vorteile entsprechend verbunden. Die Walzanlage kann auch zwei oder mehrere entsprechende Walzgerüste aufweisen, denen jeweils ein eigenes System zum aktiven Dämpfen von Schwingungen in dem Walzgerüst zugeordnet ist. Alternativ kann den Walzgerüsten ein einziges gemeinsames System zum aktiven Dämpfen von Schwingungen in dem Walzgerüst zugeordnet sein. Die Walzanlage kann insbesondere eine ein- oder mehrgerüstige Stahl- oder Aluminium-Kaltwalzanlage sein. Das System kann ein Regelsystem und einen damit signaltechnisch verbundenen Signalverstärker zum Verstärken der Stellsignale aufweisen.
  • Die aktive Schwingungsbedämpfung kann somit wenigstens einen Schwingungssensor, über den die Schwingungen in dem Walzgerüst gemessen werden können, wenigstens einen Aktor, der dem zu bedämpfenden Walzgerüst an geeigneter Stelle eine Gegenschwingung einprägt sowie ein Regelsystem umfassen, welches die zur Auslöschung der Schwingungen am interessierenden Ort im Walzgerüst erforderliche Gegenschwingung in Frequenz, Amplitude und Phase berechnet und für die Ansteuerung des Aktuators aufbereitet. Aus regelungstechnischer Sicht kann die Reduzierung der Schwingungsamplitude über das Aufbringen einer Gegenschwingung auch als (gesteuerte) Erhöhung der Dämpfung interpretiert werden, weshalb man von "aktiver Dämpfung" spricht.
  • Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung ist die Regelelektronik zum Online-Überwachen der Schwingungen des Walzgerüsts, zum Online-Visualisieren von Schwingungspegeln der Schwingungen des Walzgerüsts, zum automatischen Anfahren wenigstens einer schwingungsarmen Walzgeschwindigkeit und/oder zum automatischen Verringern einer momentanen Walzgeschwindigkeit in Abhängigkeit der momentan erfassten Schwingungen des Walzgerüsts eingerichtet. Das Überwachen und Visualisieren der Schwingungen in dem Walzgerüst macht eine optische Kontrolle und ein eventuelles Eingreifen in einen Walzvorgang durch Bedienpersonal möglich. Das automatische Anfahren geeigneter, schwingungsarmer Walzgeschwindigkeitsbereiche dient der Verbesserung des Walzergebnisses bzw. der Produktqualität. Das automatische Verringern einer momentanen Walzgeschwindigkeit in Abhängigkeit der momentan erfassten Schwingungen des Walzgerüsts (Auto-Slow-Down-Funktionalität) dient insbesondere der Vermeidung von Bandrissen beim Auftreten von 3rd-Octave-Chatterschwingungen. Insgesamt kann die Regelelektronik auch aus mehreren separaten Modulen bestehen, die anlagenindividuell zusammengestellt werden
  • Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist die Regelelektronik eingerichtet, Frequenzen, Amplituden und/oder Phasenlagen der zu erzeugenden Gegenschwingungen zu ermitteln. Die Regelelektronik kann die Schwingungssignale des Schwingungssensors bzw. der Schwingungssensoren verarbeiten, um eine optimale Signalform, das heißt die Frequenz und die Amplitude, sowie die Phasenlage einer oder mehrerer Gegenschwingungen zu berechnen, die erforderlich sind, um die jeweils korrespondierenden, unerwünschten Schwingungen in dem Walzgerüst auszulöschen.
  • Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung sieht vor, dass die Regelelektronik eingerichtet ist, die Stellsignale unter Berücksichtigung eines Übertragungsverhaltens des Schwingungssensors, des Aktors und/oder eines Walzgerüsts des Walzwerks zu erzeugen. Hierdurch kann die gezielte Einleitung der Gegenschwingungen in das Walzgerüst verbessert werden.
  • Vorteilhafterweise ist die Regelelektronik eingerichtet, auf zeitliche Änderungen von Charakteristika des Aktors und/oder einer angewendeten Regelstrecke zu reagieren. Die Regelelektronik basiert hierdurch auf einer adaptiven Regelung, so dass die Regelung sich selbsttätig an veränderte Bedingungen und Gegebenheiten anpassen kann, um die gezielte Einleitung der Gegenschwingungen in das Walzgerüst zu optimieren.
  • Nach einem erfindungsgemäßen Verfahren zum aktiven Dämpfen von Schwingungen in einem Walzgerüst zum Walzen, bevorzugt Kaltwalzen, von Metallprodukten werden die Schwingungen in dem Walzgerüst erfasst und den Schwingungen entgegenwirkende Gegenschwingungen erzeugt, wobei die Gegenschwingungen mittels wenigstens eines separat zu zwei an jeweils einem Ständer des Walzgerüsts angeordneten Anstelleinheiten des Walzgerüsts zum Anstellen einer oberen Arbeitswalze des Walzgerüsts gemeinsam mit einer oberen Stützwalze des Walzgerüsts und zum Einstellen einer Höhe eines Walzspalts des Walzgerüsts angeordneten Aktors erzeugt werden, wobei die Gegenschwingungen in wenigstens eine ausschließlich über eine Keilanstellung des Walzgerüsts oder nicht anstellbare Stützwalze zum Abstützen einer Arbeitswalze oder Zwischenwalze des Walzgerüsts eingeleitet werden, die über wenigstens eine Lagereinheit, über die sie an einem Ständer des Walzgerüsts geführt ist, an dem Aktor abgestützt wird, und wobei der Aktor entweder mittelbar über eine wenigstens ein Bauteil der Nachstelleinrichtung oder unmittelbar an einem Abschnitt des Ständers abgestützt wird.
  • Mit dem Verfahren sind die oben mit Bezug auf das Walzgerüst und die Walzanlage genannten Vorteile entsprechend verbunden. Insbesondere kann das Walzgerüst bzw. die Walzanlage zur Durchführung des Verfahrens verwendet werden. Vorteilhafte Ausgestaltungen des Walzgerüsts und der Walzanlage, sofern sie Verfahrensmerkmale enthalten, sind vorteilhafte Ausgestaltungen des Verfahrens, auch wenn dies nicht explizit beschrieben ist.
  • Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung wird der Aktor zum Erfassen von Walzkräften verwendet. Mit dieser Ausgestaltung sind die oben mit Bezug auf die entsprechende Ausgestaltung des Walzgerüsts genannten Vorteile entsprechend verbunden.
  • Im Folgenden wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die anliegenden Figuren anhand einer bevorzugten Ausführungsform exemplarisch erläutert, wobei die nachfolgend erläuterten Merkmale sowohl jeweils für sich genommen als auch in unterschiedlicher Kombination miteinander einen Aspekt der Erfindung darstellen können. Es zeigen:
    • Figur 1:
    eine schematische und perspektivische Darstellung eines Ausführungsbeispiels für eine erfindungsgemäße Walzanlage; und
    Figur 2:
    eine schematische und perspektivische Detaildarstellung des Walzgerüsts der in Figur 1 gezeigten Walzanlage.
  • Figur 1 zeigt eine schematische und perspektivische Darstellung eines Ausführungsbeispiels für eine erfindungsgemäße Walzanlage 1 zum Walzen, insbesondere Kaltwalzen, von Metallobjekten. Die Walzanlage 1 umfasst ein Walzgerüst 2 und ein System 3 zum aktiven Dämpfen von Schwingungen in dem Walzgerüst 2.
  • Das Walzgerüst 2 umfasst eine obere Arbeitswalze 4 und eine damit zusammenwirkende untere Arbeitswalze 5, zwischen denen ein Walzspalt 6 ausgebildet ist. Die Arbeitswalzen 4 und 5 sind jeweils endseitig über jeweils eine Lagereinheit 7 an jeweils einem Ständer 8 des Walzgerüsts 2 geführt. Des Weiteren umfasst das Walzgerüst 2 eine die obere Arbeitswalze 4 abstützende obere Stützwalze 9 und eine die untere Arbeitswalze 5 abstützende untere Stützwalze 10. Die Stützwalzen 9 und 10 sind jeweils endseitig über jeweils eine Lagereinheit 11 an jeweils einem Ständer 8 des Walzgerüsts 2 geführt. Das Walzgerüst 2 umfasst zudem zwei an jeweils einen Ständer 8 angeordnete Anstelleinheiten 12 zum Anstellen der oberen Arbeitswalze 4 gemeinsam mit der oberen Stützwalze 9 und zum Einstellen der Höhe des Walzspalts 6. Zudem dienen die Anstelleinheiten 12 zum Erzeugen der jeweiligen Walzkräfte. Ferner umfasst das Walzgerüst 2 eine an den Ständern 8 angeordnete Keilanstellung 13 mit einem Anstellkeil 14 und eine den Anstellkeil 14 betätigende Stelleinrichtung 15.
  • Das Walzgerüst 2 umfasst zwei Aktoren 16, die zur aktiven Dämpfung von Schwingungen in dem Walzgerüst 2 ansteuerbar sind. Des Weiteren umfasst das Walzgerüst 2, wie oben ausgeführt, die ausschließlich über die Keilanstellung 13 des Walzgerüsts 2 anstellbare untere Stützwalze 10 zum Abstützen der unteren Arbeitswalze 5 des Walzgerüsts 2. Die untere Stützwalze 10 stützt sich über die Lagereinheiten 11 an jeweils einem der beiden Aktoren 16 ab. Die Aktoren 16 stützen sich mittelbar über den Anstellkeil 14 der Keilanstellung 13 an einem Abschnitt 17 des jeweiligen Ständers 8 ab, wobei es sich bei dem jeweiligen Abschnitt 17 um ein unteres Ständerquerhaupt handelt. Somit werden durch die Aktoren 16 die herkömmlich an diesem Einbauort befindlichen, nicht gezeigten Kraftmessdosen ersetzt.
  • Die Aktoren 16 sind jeweils als piezo-mechanischer Aktor oder als piezo-hydraulischer Aktor ausgebildet. Die Aktoren 16 können zum Erfassen von Walzkräften eingerichtet sein, was einen Verzicht auf herkömmliche Kraftmessdosen ermöglicht.
  • Das Walzgerüst 2 umfasst des Weiteren zwei an jeweils einem Ständer 8 angeordnete Schwingungssensoren 18 zum Erfassen der Schwingungen des Walzgerüsts 2. Jeder Schwingungssensor 18 ist bezüglich des Walzspalts 6 an einem Abschnitt 19 des jeweiligen Ständers 8 angeordnet, der dem Abschnitt 17 des jeweiligen Ständers 8, an dem sich der Anstellkeil 14 abstützt, gegenüberliegend angeordnet ist. Der Abschnitt 19 ist durch ein oberes Ständerquerhaupt des jeweiligen Ständers 8 gebildet. Jeder Schwingungssensor 18 kann eingerichtet sein, Schwingungen in einem Frequenzbereich von etwa 0,5 Hz bis etwa 2000 Hz zu erfassen. Jeder Schwingungssensor 18 kann ein Beschleunigungssensor sein.
  • Das System 3 umfasst eine signaltechnisch mit den Schwingungssensoren 18 und den Aktoren 16 verbundene Regelelektronik 20, mit der von den Schwingungssensoren 18 erzeugte Schwingungssignale zur Erzeugung von Stellsignalen auswertbar sind und die eingerichtet ist, die Aktoren 16 zur Einleitung von Gegenschwingungen in das Walzgerüst 2 mit den jeweiligen Stellsignalen anzusteuern. Des Weiteren umfasst das System 3 einen Signalverstärker 21 zum Verstärken der den Aktoren 16 zuzuführenden Stellsignale.
  • Die Regelelektronik 20 kann zum Online-Überwachen der Schwingungen des Walzgerüsts 2, zum Online-Visualisieren von Schwingungspegeln der Schwingungen des Walzgerüsts 2, zum automatischen Anfahren wenigstens einer schwingungsarmen Walzgeschwindigkeit und/oder zum automatischen Verringern einer momentanen Walzgeschwindigkeit in Abhängigkeit der momentan erfassten Schwingungen des Walzgerüsts 2 eingerichtet sein. Des Weiteren kann die Regelelektronik 20 eingerichtet sein, notwendige Frequenzen, Amplituden und/oder Phasenlagen der zu erzeugenden Gegenschwingungen zu ermitteln. Zudem kann die Regelelektronik 20 eingerichtet sein, die Stellsignale unter Berücksichtigung eines Übertragungsverhaltens der Schwingungssensoren 18, der Aktoren 16 und/oder eines durch die Walzen 4, 5, 9 und 10 gebildeten Walzwerks des Walzgerüsts 2 zu erzeugen. Ferner kann die Regelelektronik 20 eingerichtet sein, auf zeitliche Änderungen von Charakteristika der Aktoren 16 und/oder einer angewendeten Regelstrecke zu reagieren.
  • Figur 2 zeigt eine schematische und perspektivische Detaildarstellung des Walzgerüsts 2 der in Figur 1 gezeigten Walzanlage. Es ist insbesondere die Anordnung der Aktoren 16 an dem Anstellkeil 14 der Keilanstellung 13 besser ersichtlich, der sich an den unteren Abschnitten 17 der Ständer 8 abstützt. Im Übrigen wird zur Vermeidung von Wiederholungen auf die obige Beschreibung zu Figur 1 verwiesen.
    • Bezugszeichenliste
    • 1
    Walzanlage
    2
    Walzgerüst
    3
    System
    4
    obere Arbeitswalze
    5
    untere Arbeitswalze
    6
    Walzspalt
    7
    Lagereinheit
    8
    Ständer
    9
    obere Stützwalze
    10
    untere Stützwalze
    11
    Lagereinheit
    12
    Anstelleinheit
    13
    Nachstellvorrichtung zur Passlineeinstellung in der Bauform einer Keilanstellung
    14
    Bauteil der Nachstellvorrichtung in Form eines Anstellkeiles
    15
    Stelleinrichtung
    16
    Aktor
    17
    unterer Abschnitt von 8
    18
    Schwingungssensor
    19
    oberer Abschnitt von 8
    20
    Regelelektronik
    21
    Signalverstärker

Claims (15)

  1. Walzgerüst (2) zum Walzen, insbesondere Kaltwalzen, von Metallprodukten, aufweisend wenigstens zwei an jeweils einem Ständer (8) des Walzgerüsts (2) angeordnete Anstelleinheiten (12) zum Anstellen einer oberen Arbeitswalze (4) des Walzgerüsts (2) gemeinsam mit einer oberen Stützwalze (9) des Walzgerüsts (2) und zum Einstellen einer Höhe eines Walzspalts (6) des Walzgerüsts (2), wenigstens einen Aktor (16), der zur aktiven Dämpfung von Schwingungen in dem Walzgerüst (2) ansteuerbar ist, und wenigstens eine ausschließlich über eine Nachstellvorrichtung zur Passlineeinstellung (13) des Walzgerüsts (2) oder nicht anstellbare Stützwalze (10) zum Abstützen einer Arbeitswalze (5) und/oder Zwischenwalze des Walzgerüsts (2), wobei die Stützwalze (10) endseitig über jeweils eine Lagereinheit (11) an jeweils einem der Ständer (8) des Walzgerüsts (2) geführt ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Aktor (16) separat zu den Anstelleinheiten (12) angeordnet ist, dass sich die Stützwalze (10) über wenigstens eine Lagereinheit (11) an dem Aktor (16) abstützt und dass sich der Aktor (16) entweder mittelbar über wenigstens ein Bauteil (14) der Nachstellvorrichtung (13) oder unmittelbar an einem Abschnitt (17) eines der Ständer (8) abstützt.
  2. Walzgerüst (2) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Aktor (16) ein piezo-mechanischer Aktor oder ein piezo-hydraulischer Aktor ist.
  3. Walzgerüst (2) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Aktor (16) zum Erfassen von Walzkräften eingerichtet ist.
  4. Walzgerüst (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch wenigstens zwei entsprechende Aktoren (16), wobei sich die Lagereinheiten (11) der Stützwalze (10) an jeweils einem Aktor (16) abstützen und sich die beiden Aktoren (16) jeweils entweder mittelbar über wenigstens einen Anstellkeil (14) der Keilanstellung (13) oder unmittelbar an einem Abschnitt (17) des Ständers (8) abstützen.
  5. Walzgerüst (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch wenigstens einen an dem Ständer (8) angeordneten Schwingungssensor (18) zum Erfassen der Schwingungen des Walzgerüsts (2).
  6. Walzgerüst (2) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Schwingungssensor (18) bezüglich eines Walzspalts (6), der zwischen zusammenwirkenden Arbeitswalzen (9, 10) des Walzgerüsts (2) ausgebildet ist, an einem Abschnitt (19) des Ständers (8) angeordnet ist, der dem Abschnitt (17) des Ständers (8), an dem sich der Aktor (16) bzw. der Bauteil der Nachstellvorrichtung (14) abstützt, gegenüberliegend angeordnet ist.
  7. Walzgerüst (2) nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Schwingungssensor (18) eingerichtet ist, Schwingungen in einem Frequenzbereich von etwa 0,5 Hz bis etwa 2000 Hz zu erfassen.
  8. Walzgerüst (2) nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Schwingungssensor (18) ein Beschleunigungssensor ist.
  9. Walzanlage (1) zum Walzen, bevorzugt Kaltwalzen, von Metallobjekten, aufweisend wenigstens ein Walzgerüst (2) und wenigstens ein System (3) zum aktiven Dämpfen von Schwingungen in dem Walzgerüst (2), dadurch gekennzeichnet, dass das Walzgerüst (2) nach einem der Ansprüche 5 bis 8 ausgebildet ist, wobei das System (3) wenigstens eine signaltechnisch mit dem Schwingungssensor (18) und dem Aktor (16) verbundene Regelelektronik (20) aufweist, mit der von dem Schwingungssensor (18) erzeugte Schwingungssignale zur Erzeugung von Stellsignalen auswertbar sind und die eingerichtet ist, den Aktor (16) zur Einleitung von Gegenschwingungen in das Walzgerüst (2) mit den jeweiligen Stellsignalen anzusteuern.
  10. Walzanlage (1) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die modular aufgebaute Regelelektronik (20) zum Online-Überwachen der Schwingungen des Walzgerüsts (2), zum Online-Visualisieren von Schwingungspegeln der Schwingungen des Walzgerüsts (2), zum automatischen Anfahren wenigstens einer schwingungsarmen Walzgeschwindigkeit und/oder zum automatischen Verringern einer momentanen Walzgeschwindigkeit in Abhängigkeit der momentan erfassten Schwingungen des Walzgerüsts (2) eingerichtet ist.
  11. Walzanlage (1) nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Regelelektronik (20) eingerichtet ist, Frequenzen, Amplituden und/oder Phasenlagen der zu erzeugenden Gegenschwingungen zu ermitteln.
  12. Walzanlage (1) nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Regelelektronik (20) eingerichtet ist, die Stellsignale unter Berücksichtigung eines Übertragungsverhaltens des Schwingungssensors (18), des Aktors (16) und/oder eines Walzwerks des Walzgerüsts (2) zu erzeugen.
  13. Walzanlage (1) nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Regelelektronik (20) eingerichtet ist, auf zeitliche Änderungen von Charakteristika des Aktors (16) und/oder einer angewendeten Regelstrecke zu reagieren.
  14. Verfahren zum aktiven Dämpfen von Schwingungen in einem Walzgerüst (2) zum Walzen, insbesondere Kaltwalzen, von Metallprodukten, wobei die Schwingungen in dem Walzgerüst (2) erfasst und den Schwingungen entgegenwirkende Gegenschwingungen erzeugt werden, wobei die Gegenschwingungen mittels wenigstens eines separat zu zwei an jeweils einem Ständer (8) des Walzgerüsts (2) angeordneten Anstelleinheiten (12) des Walzgerüsts (2) zum Anstellen einer oberen Arbeitswalze (4) des Walzgerüsts (2) gemeinsam mit einer oberen Stützwalze (9) des Walzgerüsts (2) und zum Einstellen einer Höhe eines Walzspalts (6) des Walzgerüsts (2) angeordneten Aktors (16) erzeugt werden, wobei die Gegenschwingungen in wenigstens eine ausschließlich über eine Nachstellvorrichtung (13) zur Passlineeinstellung des Walzgerüsts (2) oder nicht anstellbare Stützwalze (10) zum Abstützen einer Arbeitswalze (5) und/oder Zwischenwalze des Walzgerüsts (2) eingeleitet werden, die über wenigstens eine Lagereinheit (11), über die sie an jeweils einem der Ständer (8) des Walzgerüsts (2) geführt ist, an dem Aktor (16) abgestützt wird, wobei der Aktor (16) entweder mittelbar über wenigstens eine Bauteil (14) der Nachstellvorrichtung (13) oder unmittelbar an einem Abschnitt (17) eines der Ständer (8) abgestützt wird.
  15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Aktor (16) zum Erfassen von Walzkräften verwendet wird.
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