Verfahren zum Bearbeiten von Walzgut in einem Walzwerk mit mindestens einem Walzgerüst

Abstract

 Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bearbeiten von Walzgut (6) in einem Walzwerk (2) mit mindestens einem Walzgerüst (4). Um bei einem Verfahren zum Bearbeiten von Walzgut (6) die Qualität des Walzgutes (6) zu verbessern, wird vorgeschlagen, dass das Walzgerüst (4) einen Antrieb (8) und zumindest eine mittels des Antriebs (8) antreibbare Walze (13) aufweist, wobei die zumindest eine Walze (13) während eines stationären Arbeitsvorganges mit einer vorgebbaren stationären Arbeitsdrehzahl (22) betrieben wird, wobei eine Drehzahl-Aufschaltung und ein durch eine Drehmoment-Vorsteuerung des Antriebs (8) erzielter zeitlicher Drehmoment-Verlauf (24) des Antriebs (8) derart gewählt werden, dass ein zeitliches Integral (26) einer Drehzahl-Differenz (30) zwischen einem durch die Drehzahl-Vorsteuerung und die Drehmoment-Vorsteuerung erzielten Drehzahl-Verlauf (21) der zumindest einen Walze (13) und der vorgebbaren stationären Arbeitsdrehzahl (22) der zumindest einen Walze (13) einen vorgebbaren Wert ergibt.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bearbeiten von Walzgut in einem Walzwerk mit mindestens einem Walzgerüst.

[0002] Bei der Bearbeitung von Walzgut, zum Beispiel Stahl oder verschiedenen Metallen in Form von so genannten Brammen oder Knüppeln durchläuft das Walzgut eine Walzstraße mit einem oder mehreren Walzgerüsten. Die einzelnen Walzgerüste weisen jeweils einen Antrieb für Walzen auf, mit denen das Walzgut zu Platten oder Drähten mit einer gewünschten Geometrie, wie beispielsweise Dicke oder Querschnitt gewalzt wird.

[0003] Um dies zu erreichen, können die Walzen mithilfe der Antriebe der einzelnen Walzgerüste auf eine bestimmte Drehzahl geregelt werden. Dabei ist es auch wichtig, dass während des gesamten Betriebs der Walzstraße auch das vorbestimmte Verhältnis der Drehzahlen der Walzen der einzelnen Walzgerüste konstant bleibt, da sonst Zug- und Druckbelastungen auf das Walzgut auftreten, die wiederum zu einem ungewünschten Walzergebnis oder sogar zu einem Reißen oder einer Schlingenbildung des Walzgutes führen können.

[0004] Um dies insbesondere bei großen Walzgeschwindigkeiten mechanisch zu gewährleisten, werden beispielsweise einige in einer Langprodukt-Walzstraße befindlichen Walzen in einem mehrgerüstigen Drahtblock über ein mechanisches Verteilergetriebe starr miteinander gekoppelt und mit einem gemeinsamen Motor angetrieben. Ein großer Nachteil ist jedoch, dass die Teilanlage aufgrund der festen Drehzahlverhältnisse für weitere Produkte nur eingeschränkt angepasst werden kann und dass beispielsweise bei Verschleiß einzelner Walzen der komplette Walzensatz nachgeschliffen werden muss, da es sonst zu den oben genannten Effekten kommen kann.

[0005] Diese Nachteile können dadurch überwunden werden, dass jedes Walzgerüst einen separaten Antrieb für die Walzen aufweist. Dabei weisen die einzelnen Antriebe jeweils eine separate Drehzahlregelung auf, so dass diese einzeln geregelt werden können.

[0006] Eine große Herausforderung einer solchen Antriebslösung stellt jedoch die Drehzahlregelung der Walzen bzw. Antriebe der einzelnen Walzgerüste während der Bearbeitung von Walzgut dar. Dies gilt insbesondere dann, wenn unterschiedliche Lastmomente auf die einzelnen Walzgerüste wirken, was beispielsweise beim Anstich, d.h. beim Einfädeln bzw. Auftreffen des Walzgutes in bzw. auf die Walzen der Fall ist. Bei einem derartigen Einwirken eines Lastmomentes auf den Antrieb werden die Walzen abgebremst, was somit zu einem Einbruch der Drehzahl der Walzen bzw. des Antriebs an dem betreffenden Walzgerüst führt. Die Walzen anderer Walzgerüste hingegen, auf die zum Anstich-Zeitpunkt kein oder ein abweichendes, zum Beispiel ein kleineres Lastmoment wirkt, weisen eine unveränderte bzw. nur leicht veränderte Drehzahl auf. Dies hat zur Folge, dass die Drehzahlen der einzelnen Antriebe bzw. Walzen nicht mehr synchron, also nicht mehr in einem vorgegebenen Drehzahlverhältnis zueinander arbeiten. Dies führt zu Fehlern der Materialdicke und kann bei unzulässiger Zug- oder Druckbelastung zu einem Reißen oder zur Schlingenbildung des Walzgutes zwischen den einzelnen Walzgerüsten führen.

[0007] Ein Verfahren zum Bearbeiten von Walzgut in einem Walzwerk mit mindestens einem Walzgerüst ist beispielsweise aus der DE 197 26 586 A1 bekannt, welches sich insbesondere mit Drehzahleinbrüchen beim Einfädeln eines Walzgutes in einem Walzgerüst beschäftigt. Zur Verringerung bzw. Kompensation der Drehzahleinbrüche wird dort die Walzendrehzahl anhand eines Reglers mit einem vorgegebenen Zusatzwert geregelt.

[0008] Mit den bisherigen Drehzahlregelungen mit teilweise überlagerten Korrekturaufschaltungen war zudem auch das Verhalten des Gesamtsystems, also der einzelnen Antriebe bzw. Walzen der Walzgerüste und somit deren Auswirkungen auf das Walzergebnis nicht immer vorhersehbar, so dass die Qualität des Walzgutes nicht immer den Anforderungen entsprach.

[0009] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einem Verfahren zum Bearbeiten von Walzgut die Qualität des Walzgutes zu verbessern.

[0010] Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren zum Bearbeiten von Walzgut in einem Walzwerk mit mindestens einem Walzgerüst gelöst, wobei das Walzgerüst einen Antrieb und zumindest eine mittels des Antriebs antreibbare Walze aufweist, wobei die zumindest eine Walze während eines stationären Arbeitsvorganges mit einer vorgebbaren stationären Arbeitsdrehzahl betrieben wird, wobei eine Drehzahl-Aufschaltung und ein durch eine Drehmoment-Vorsteuerung des Antriebs erzielter zeitlicher Drehmoment-Verlauf des Antriebs derart gewählt werden, dass ein zeitliches Integral einer Drehzahl-Differenz zwischen einem durch die Drehzahl-Vorsteuerung und die Drehmoment-Vorsteuerung erzielten Drehzahl-Verlauf der zumindest einen Walze und der vorgebbaren stationären Arbeitsdrehzahl der zumindest einen Walze einen vorgebbaren Wert ergibt.

[0011] Der Begriff der Drehmoment-Vorsteuerung ist dabei weit gefasst und schließt jede Art von geeigneter Drehmomenteinprägung ein. Erfindungsgemäß erfolgt die Drehmoment-Vorsteuerung bzw. die geeignete Drehmomenteinprägung dabei derart, dass das zeitliche Integral der Drehzahl-Differenz den vorgebbaren Wert ergibt.

[0012] Während des Walzprozesses, das heißt nach dem Anstich, dreht sich die zumindest eine Walze mit einer vorgebbaren stationären Arbeitsdrehzahl, welche in einer bestimmten stationären Geschwindigkeit des Walzgutes vor der zumindest einen Walze resultiert. Dadurch, dass sich das Walzgut vor der Walze mit der bestimmten stationären Geschwindigkeit bewegt, legt das Walzgut in einer bestimmten Zeitspanne somit einen bestimmten stationären Weg zurück. Zusätzlich gibt die Drehmoment-Vorsteuerung einen zeitlichen Drehmoment-Verlauf des Antriebs vor, so dass der tatsächlich erzielte Drehzahl-Verlauf der zumindest einen Walze in einer bestimmten erzielten Geschwindigkeit des Walzgutes vor der zumindest einen Walze resultiert und das Walzgut damit in der bestimmten Zeitspanne einen bestimmten erzielten Weg zurücklegt.

[0013] Das zeitliche Integral der Drehzahl-Differenz zwischen dem erzielten Drehzahl-Verlauf und der vorgebbaren stationären Arbeitsdrehzahl der zumindest einen Walze wird über eine bestimmte Zeitspanne ermittelt, beispielsweise beim Anstich ab dem Beginn des Aufbaus eines Lastmomentes. Dabei entspricht das zeitliche Integral einer Wegabweichung bzw. Wegdifferenz zwischen dem bestimmten stationären Weg und dem bestimmten erzielten Weg. Durch das erfindungsgemäße Verfahren wird die Drehmoment-Vorsteuerung derart gewählt, dass das zeitliche Integral einen vorgebbaren Wert ergibt, so dass entsprechend auch die Wegabweichung bzw. Wegdifferenz wählbar ist.

[0014] Das erfindungsgemäße Verfahren kann beispielsweise bei einem Warmwalzwerk mit mehreren Gerüsten, insbesondere bei der Herstellung von Langprodukten, während des Anstichs bzw. einem anderweitigen Absinken der Drehzahl einer Walze eingesetzt werden. Bisher kann es insbesondere beim Anstich zu beträchtlichen, unerwünschten Drehzahlabweichungen der zumindest einen Walze kommen, welche zu einer unregelmäßigen Bearbeitung des Walzgutes und somit zu einer verminderten Qualität des Walzgutes führen können. Anhand des erfindungsgemäßen Verfahrens können durch eine einstellbare Abweichung in Form des zeitlichen Integrals der Drehzahl-Differenz negative Einflüsse auf die Materialqualität des Walzgutes insbesondere beim Anstich reduziert werden. Denkbar ist allerdings auch, während des stationären Walzprozesses, während dem sich die zumindest eine Walze mit der stationären Arbeitsdrehzahl dreht, eine gegebenenfalls aufkommende Materialschlinge oder einen gegebenenfalls zu großen Zug auf das Walzgut zu kompensieren, indem eine derartige Drehmoment-Vorsteuerung gewählt wird, dass das zeitliche Integral einer die Materialschlinge oder den zu großen Zug kompensierenden Wegabweichung entspricht.

[0015] Die Drehzahl-Differenz kann beispielsweise beim Anstich durch eine Kombination des durch die Drehmoment-Vorsteuerung erzielten zeitlichen Drehmoment-Verlaufes und eine Drehzahl-Aufschaltung akkurat eingestellt werden, wobei auftretende Totzeiten eliminiert werden können. Dabei gewährleistet die Drehzahl-Aufschaltung, dass die zumindest eine Walze sich bei einem stationären Betrieb mit einer gewünschten Drehzahl dreht, wie zum Beispiel vor dem Anstich mit einer Leerlaufdrehzahl oder beim stationären Walzbetrieb mit der stationären Arbeitsdrehzahl. Im Gegensatz zu einem Drehzahl-Regler wird die Drehzahl-Aufschaltung allerdings nicht nur dazu verwendet, zu erreichen, dass die zumindest eine Walze beispielsweise beim Anstich möglichst schnell die stationäre Arbeitsdrehzahl erreicht sondern zusätzlich zu erreichen, dass das erfindungsgemäße zeitliche Integral den vorgebbaren Wert annimmt und somit eine Abweichung definiert einstellbar ist.

[0016] Beispielsweise kann eine Materialschlinge kompensiert werden, indem eine Drehzahl-Aufschaltung in Form einer definierten Drehzahlerhöhung vor dem Durchführen der Drehmoment-Vorsteuerung durchgeführt wird. Dies kann unabhängig von der Höhe des Walzmomentes erfolgen. Alternativ wird das Timing des erzielten zeitlichen Drehmoment-Verlaufs derart gewählt, dass die Drehmoment-Aufschaltung bzw. der erzielte zeitliche Drehmoment-Verlauf zeitlich nach hinten verlagert wird, wobei eine korrespondierende nach oben korrigierte Drehzahl-Aufschaltung angewandt wird. Damit nimmt das zeitliche Integral der Drehzahl-Differenz einen gewünschten positiven Wert an, der einer positiven Wegabweichung bzw. Wegdifferenz entspricht, wodurch die Materialschlinge verringert wird.

[0017] Beim Auftreten eines bekannten Lastmomentes ab einem bekannten Zeitpunkt kann beispielsweise vorgesehen sein, dass die Drehzahl-Aufschaltung vor dem bekannten Zeitpunkt eine Drehung der zumindest einen Walze mit der vorgebbaren stationären Arbeitsdrehzahl bewirkt und die Drehmoment-Vorsteuerung ab dem bekannten Zeitpunkt ein derartiges vom Antrieb aufgebrachtes und auf die zumindest eine Walze wirkendes Drehmoments bewirkt, welches das Lastmoment vollständig kompensiert. Entsprechend ist der vorgebbare Wert des zeitlichen Integrals der Drehzahl-Differenz gleich 0.

[0018] Besonders vorteilhaft ist die Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens bei so genannten "No-Twist Mills" und "Reducing Sizing Mills".

[0019] Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird ein Zug, der von der zumindest einen Walze auf das Walzgut ausgeübt wird, vorgegeben.

[0020] Über den vorgebbaren Wert des zeitlichen Integrals kann der Zug der zumindest einen Walze auf das Walzgut voreingestellt werden, beispielsweise wenn Materialeigenschaften, wie das E-Modul, des Walzgutes bekannt sind. Dies rührt daher, dass das zeitliche Integral über eine Geschwindigkeit des Walzgutes einer Wegabweichung bzw. Wegdifferenz entspricht. Diese Wegabweichung bzw. Wegdifferenz geht in Form einer relativen Wegabweichung bzw. relativen Wegdifferenz als Dehnung in ein entsprechendes, für das Walzgut zum Zeitpunkt des Walzens charakteristisches Spannungs-Dehnungs-Diagramm ein.

[0021] Denkbar ist auch eine Messung des Zuges durch Sensoren, wobei die Drehmoment-Vorsteuerung und gegebenenfalls die Drehzahl-Aufschaltung entsprechend variiert werden, um einen gewünschten Zug auf das Walzgut zu erreichen.

[0022] Durch das erfindungsgemäße Verfahren kann ein auf das Walzgut wirkender Zug erhöht bzw. erniedrigt werden, indem wiederum eine Drehzahl-Aufschaltung in Form einer definierten Drehzahlerhöhung bzw. Drehzahlerniedrigung vor dem Durchführen der Drehmoment-Vorsteuerung durchgeführt wird. Das Timing des erzielten zeitlichen Drehmoment-Verlaufs wird dann derart gewählt, dass der erzielte zeitliche Drehmoment-Verlauf zeitlich nach hinten bzw. nach vorne verlagert wird, wobei gegebenenfalls eine nach oben bzw. nach unten korrigierte Drehzahl-Aufschaltung angewandt wird. Damit nimmt das zeitliche Integral der Drehzahl-Differenz einen gewünschten positiven bzw. negativen Wert an, der einer positiven bzw. negativen Wegabweichung bzw. Wegdifferenz entspricht, wodurch der Zug auf das Walzgut erhöht bzw. erniedrigt wird.

[0023] Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung erfolgt die Drehzahl-Aufschaltung und/oder die Drehmoment-Vorsteuerung des Antriebs derart, dass innerhalb einer vorgebbaren Zeitdauer die vorgebbare stationäre Arbeitsdrehzahl erreicht wird.

[0024] Damit innerhalb der vorgebbaren Zeitdauer die zumindest eine Walze die vorgebbare stationäre Arbeitsdrehzahl erreicht, wird als Randbedingung der Wert 0 für die (absolute) Drehzahl-Differenz nach der bestimmten Zeitspanne vorgegeben. Während der bestimmten Zeitdauer greift der durch die Drehmoment-Vorsteuerung erzielte zeitliche Drehmoment-Verlauf an der zumindest einen Walze an. Zusätzlich wird vor der Zeitspanne eine Drehzahl-Aufschaltung vorgenommen, so dass die zumindest eine Walze sich zu Beginn der vorgegebenen Zeitspanne mit einer der Drehzahl-Aufschaltung entsprechenden Drehzahl dreht.

[0025] Um zu erreichen, dass die zumindest eine Walze die vorgebbare stationäre Arbeitsdrehzahl somit spätestens mit Ablauf der bestimmten Zeitspanne erreicht, wird die Drehzahl-Differenz durch eine entsprechende Vorgabe der Drehzahl-Aufschaltung und/oder der Drehmoment-Vorsteuerung derart beeinflusst, dass die resultierende Drehzahl-Differenz als zeitliches Integral des resultierenden Drehmomentes, d.h. der Differenz zwischen einem an der zumindest einen Walze angreifenden Lastmoment und dem momentanen Drehmoment gemäß dem Drehmoment-Verlauf, geteilt durch die Trägheit berechnet und dem physikalischen Verhalten der Trägheit entsprechend kompensiert wird. Dabei wird neben einer Modellabbildung der Mechanik das tatsächliche physikalische Verhalten der Drehmomenteinprägung der Maschinenregelung bei der Ermittlung der Drehzahl-Aufschaltung berücksichtigt. Ein überlagerter Drehzahlregler bliebe somit bei einer idealen kombinierten Aufschaltung inaktiv.

[0026] Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die vorgebbare Zeitdauer dabei kleiner als 20 ms. Besonders bei einer Drehzahl-Aufschaltung mit einer Drehzahl, welche kleiner als die stationäre Arbeitsdrehzahl ist, und insbesondere bei aufeinanderfolgenden Produktionsschritten ist diese vergleichsweise kurze vorgebbare Zeitdauer, bei welchen das Walzgut innerhalb einer Walzstraße durch mehrere hintereinander angeordnete Walzgerüste hindurch geführt wird, wünschenswert. Denn zum einen bedingt die im Vergleich zur stationären Arbeitsdrehzahl niedrigere Drehzahl der zumindest einen Walze unmittelbar vor dem Anstich, dass die Drehzahl der zumindest einen Walze während des Anstichs weiter absinkt und zum Erreichen der stationären Arbeitsdrehzahl eine schnelle Reaktion in Form eines schnellen Anstiegs des zeitlichen Drehmoment-Verlaufs erforderlich ist. Und zum anderen wird durch die aufeinanderfolgenden Walzvorgänge das Walzgut zunehmend dünner, so dass die Geschwindigkeit des Walzgutes in der Walzstraße in Bearbeitungsrichtung stark zunimmt und 100 m/s und mehr erreichen kann.

[0027] Bei aufeinanderfolgenden Produktionsschritten kann die Drehzahl-Aufschaltung und/oder Drehmoment-Vorsteuerung derart variiert werden, dass bei geringfügigen Abweichungen oder nach einer Produktionsumstellung ein betriebssicheres Einfädeln erzielt wird und Produktionsausfälle vermieden werden.

[0028] Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird die zumindest eine Walze vor dem Einwirken eines bekannten Lastmomentes auf den Antrieb mit einer Leerlaufdrehzahl betrieben, welche größer als die vorgebbare stationäre Arbeitsdrehzahl ist.

[0029] Insbesondere beim Anstich wirkt ein bekanntes Lastmoment auf die zumindest eine Walze, wobei das Lastmoment entweder durch Berechnung oder Simulation oder durch Messungen bekannt ist. Gemäß dieser Ausgestaltung der Erfindung ist nun vorgesehen, vor dem Auftreten des Lastmomentes die Drehzahl-Aufschaltung derart auszuführen, dass die zumindest eine Walze mit einer Leerlaufdrehzahl betrieben wird, welche größer als die vorgebbare stationäre Arbeitsdrehzahl ist. Wird während des Anstichs kein Drehmoment vom Antrieb auf die zumindest eine Walze ausgeübt, so bedingt das Lastmoment eine Erniedrigung der Drehzahl der zumindest einen Walze, so dass sich die Drehzahl der zumindest einen Walze der stationären Arbeitsdrehzahl annähert. Daher ist neben der Drehzahl-Aufschaltung gleichzeitig vorgesehen, dass die Drehmoment-Vorsteuerung einen derartigen zeitlichen Drehmoment-Verlauf bewirkt, dass der Antrieb erst nach Ablauf einer bestimmten Zeitspanne ein das Lastmoment ausgleichendes Drehmoment auf die zumindest eine Walze ausübt. Denn während der bestimmten Zeitspanne erniedrigt sich die Drehzahl der zumindest einen Walze, wobei die bestimmte Zeitspanne derart gewählt werden kann, dass nach Ablauf der bestimmten Zeitspanne die Drehzahl der zumindest einen Walze auf die stationäre Arbeitsdrehzahl abgesunken ist.

[0030] Beispielsweise kann der genaue Zeitpunkt des Beginns der bestimmten Zeitspanne bekannt sein, insbesondere weil die zumindest eine Walze Teil einer größeren Walzstraße ist und der zumindest einen Walze zumindest eine weitere Walze bzw. ein weiteres Walzgerüst vorgeschaltet ist und daher der Zeitpunkt des Eintreffens des Walzgutes in der zumindest einen Walze genau bekannt ist. Alternativ kann eine Sensorik, welche den Beginn des Walzgutes erfasst, oder ein anderes Hilfsmittel dazu verwendet werden, den genauen Zeitpunkt des Beginns der bestimmten Zeitspanne zu bestimmen.

[0031] Bei einer Walzstraße, bei der mehrere Walzgerüste hintereinander das Walzgut bearbeiten und bei welcher eine Materialschlinge bzw. ein zu geringer Zug auf das Walzgut vorliegen, kann der Betrieb der zumindest einen Walze mit einer Leerlaufdrehzahl, welche größer als die vorgebbare stationäre Arbeitsdrehzahl ist, auch zur Kompensation einer gegebenenfalls vorliegenden Materialschlingen bzw. eines gegebenenfalls zu geringen Zuges auf das Walzgut verwendet werden, wie weiter oben schon ausgeführt.

[0032] Bei einer Walzendrehzahl, welche einer Geschwindigkeit des Walzgutes von etwa 100 m/s entspricht, kann die bestimmte Zeitspanne beispielsweise 1 ms bis 10 ms betragen und die Leerlaufdrehzahl 0,1 % bis 2 % größer sein als die vorgebbare stationäre Arbeitsdrehzahl.

[0033] Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wirkt dabei das bekannte Lastmoment ab einem zuvor unbekannten Zeitpunkt auf den Antrieb, wobei das Einwirken des bekannten Lastmomentes auf den Antrieb detektiert wird. Der genaue, aber zunächst unbekannte Zeitpunkt des Beginns des Einwirkens des bekannten Lastmomentes kann dadurch ermittelt werden, dass das Lastmoment über die zumindest eine Walze auch am Antrieb angreift. Die schlagartig veränderte Drehmomentsituation am Antrieb kann über die Ströme eines entsprechenden Antriebsmotors bzw. die Winkellage oder Drehzahl des Rotors des Antriebsmotors innerhalb kurzer Zeit erfasst werden.

[0034] Diese Art des Bestimmens des Lastmomentes ist insbesondere für den Einsatz beim ersten Walzgerüst einer Walzstraße von Vorteil, da dort gegebenenfalls der genaue Zeitpunkt des Eintreffens des Walzgutes beim Anstich nicht bekannt ist. Folglich können somit Materialsensoren zur Bestimmung des Auftretens des Lastmomentes eingespart werden. Sollten dennoch Materialsensoren eingesetzt werden, so kann auf zwei unterschiedliche und voneinander unabhängige Arten das Auftreten des Lastmomentes bestimmt werden.

[0035] Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird die zumindest eine Walze vor dem Einwirken eines bekannten Lastmomentes auf den Antrieb mit einer Leerlaufdrehzahl betrieben, welche kleiner als die vorgebbare stationäre Arbeitsdrehzahl ist, wobei das bekannte Lastmoment ab einem zuvor bekannten Zeitpunkt auf den Antrieb wirkt.

[0036] Durch die Kombination aus der Drehmoment-Vorsteuerung für ein bekanntes Lastmoment ab einem bekannten Zeitpunkt und einer Drehzahl-Aufschaltung mit einer Leerlaufdrehzahl, welche kleiner als die vorgebbare stationäre Arbeitsdrehzahl ist, ist eine vollständige Kompensation der Drehzahlabweichung insbesondere beim Materialeintritt in Verbindung mit der exakt vorhersehbaren Störgröße und dem vorhersehbaren Drehmomentaufbau möglich. Das Drehmoment wird derart eingeprägt, dass es zum Zeitpunkt des Auftretens der Last vollständig aufgebaut ist und gleichzeitig eine Drehzahl-Aufschaltung mit Drehzahl-Differenz gleich 0 unmittelbar nach dem Lastaufbau erreicht wird. Dabei ist die vorangehende negative Drehzahlabweichung für das Material nicht relevant, so dass dadurch die Qualität des Walzgutes nicht negativ beeinflusst wird.

[0037] Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird dabei bei wiederholtem Auftreten des bekannten Lastmomentes die Größe des bekannten Lastmomentes iterativ korrigiert.

[0038] Das bekannte Lastmoment ist beispielsweise durch Berechnung oder Simulation oder durch Messungen vor dem Durchführen des Verfahrens zugänglich. Da jedoch bei der Ermittlung des bekannten Lastmomentes Ungenauigkeiten auftreten können und Toleranzen zu berücksichtigen sind, kann das ermittelte bekannte Lastmoment von dem tatsächlich auftretenden Lastmoment abweichen. Durch eine Auswertung der Abweichung des tatsächlichen, während des Verfahrens gemessenen Lastmomentes von dem vorher ermittelten Lastmoment wird die Größe des bekannten Lastmomentes während sich wiederholenden Vorgängen iterativ korrigiert bzw. optimiert. Hierzu wird die stationäre Abweichung des Drehmoment-Verlaufs zum tatsächlichen Lastmoment bei der nächsten Vorsteuerung berücksichtigt.

[0039] Zusätzlich kann durch eine Analyse der Drehzahlistwerte die Differenz zwischen dem Beginn des zeitlichen Drehmoment-Verlaufs und dem Beginn des Auftretens des Lastmomentes ermittelt werden, um den genauen Zeitpunkt des Auftretens des Lastmomentes zu bestimmen bzw. iterativ zu korrigieren bzw. zu optimieren.

[0040] Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung erfolgt die Drehmoment-Vorsteuerung des Antriebs anhand eines dem Antrieb zugeführten momentenbildenden Stromes, wobei der momentenbildende Strom zeitlich rampenförmig oder treppenförmig variiert wird.

[0041] Dabei kann die Rampe unterschiedlich steil ausgeführt werden, so dass der momentenbildende Strom also schneller oder weniger schnell geändert wird und somit die erste zeitliche Ableitung des momentenbildenden Stromes größer oder kleiner ist.

[0042] Wenn der momentenbildende Strom treppenförmig variiert wird, kann auch die Treppe Zeitintervalle aufweisen, während denen der momentenbildende Strom schneller oder weniger schnell geändert wird. Durch die Treppenform kann dabei insbesondere ein Zusatzwert für die Drehmoment-Vorsteuerung realisiert werden, indem der zeitliche Drehmoment-Verlauf zunächst ein geringeres Drehmoment aufweist, anschließend mittels eines entsprechenden, dem Antrieb zugeführten momentenbildenden Stromes ein mit der Zeit ansteigendes Drehmoment aufweist, dann bei einem bestimmten Drehmoment-Plateau verharrt, um schließlich wiederum ein bis zu einem Endwert ansteigendes Drehmoment aufzuweisen. Dabei kann eine solche Treppe durchaus mehrere Treppenstufen aufweisen, welche durch jeweils ein Zeitintervall mit ansteigendem Drehmoment und ein Zeitintervall mit konstantem Drehmoment charakterisiert sind.

[0043] Dabei kann sowohl die Rampe als auch die Treppe auch mit zeitlich abnehmendem Drehmoment oder Mischformen ausgeführt werden.

[0044] Durch die rampenförmige oder treppenförmige Variation des momentenbildenden Stromes kann eine sehr flexible und anpassungsfähige Drehmoment-Vorsteuerung erreicht werden, wodurch eine besonders gute Qualität des Walzgutes erreicht werden kann.

[0045] Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird dabei der Antrieb von einem Stromrichter gespeist und ein dem Stromrichter vorgegebener zeitlicher Verlauf eines Sollwerts der Rampe oder der Treppe des momentenbildenden Stroms weist maximal jene Steilheit auf, welche dem Antrieb durch den Stromrichter tatsächlich maximal als Istwert des momentenbildenden Stroms zuführbar ist.

[0046] Die tatsächlich erreichbare Steilheit der Rampe oder der Treppe, also die betragsmäßige Größe der ersten zeitlichen Ableitung des momentenbildenden Stromes, ist unter anderem abhängig von den technischen Daten des Stromrichters.

[0047] Somit ermöglicht ein besonders dimensionierter Stromrichter vergleichsweise große Steilheiten des momentenbildenden Stromes. Im Gegensatz dazu erlauben vergleichsweise langsam reagierende und möglicherweise leistungsschwächere Stromrichter vergleichsweise kleine, erreichbare Steilheiten. Gegebenenfalls ist die erreichbare Steilheit auch vom Betriebszustand des jeweiligen Stromrichters abhängig und durch den Motor des Antriebs beschränkt.

[0048] Gemäß dieser Ausgestaltung der Erfindung werden folglich die für die Steilheit des momentenbildenden Stromes maßgeblichen Eigenschaften insbesondere des Stromrichters und/oder des Antriebs berücksichtigt und maximal jene Steilheit des zeitlichen Verlaufs des Sollwerts der Rampe oder der Treppe gewählt, welche der Stromrichter dem Antrieb tatsächlich maximal als Istwert des momentenbildenden Stroms zuführen kann. Dabei kann eine Variation der Steilheit ebenfalls zum Erreichen des gewünschten Wertes des zeitlichen Integrals verwendet werden.

[0049] Somit wird eine in hohem Maße oder vollständig reproduzierbare Rampe oder Treppe des momentenbildenden Stromes und somit auch ein in hohem Maße oder vollständig reproduzierbarer zeitlicher Drehmoment-Verlauf erreicht, was sich wiederum positiv auf die Qualität des Walzgutes auswirkt.

[0050] Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist das Walzwerk ein Langprodukt-Walzwerk und weist mehrere Walzgerüste mit separaten oder gemeinsamen Antrieben auf.

[0051] Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist das Walzwerk ein Langprodukt-Walzwerk und weist mehrere Walzgerüste mit jeweils einem separaten Antrieb für hohe Walzgeschwindigkeiten auf, wobei jeder Antrieb einzeln vorgesteuert wird. Dabei werden Geschwindigkeiten von 10 m/s und mehr als hohe Geschwindigkeiten angesehen mit erreichbaren Auslaufgeschwindigkeiten größer als 100 m/s. Bei derartigen Walzgeschwindigkeiten ist eine präzise und dynamische Steuerung bzw. Regelung der Geschwindigkeiten der einzelnen Walzen von herausragender Bedeutung, insbesondere wenn unterschiedliche Lastmomente an den verschiedenen Walzen angreifen. Insbesondere gegenüber Walzstraßen mit Walzen, die nur mittels Drehzahlreglern geregelt sind, weist die vorliegende Erfindung den Vorteil auf, dass die vorgebbare stationäre Arbeitsdrehzahl innerhalb einer Zeitdauer erreicht werden kann, welche um etwa eine Größenordnung kürzer ist als jene, die bei Walzstraßen mit konventionellen Drehzahlreglern ohne entsprechende Vorsteuerung erreicht werden kann.

[0052] Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung erfolgt die Drehmoment-Vorsteuerung und/oder die Drehzahl-Aufschaltung materialbasiert. Eine materialverfolgungsbasierte Drehmoment-Vorsteuerung und/oder Drehzahl-Aufschaltung zur Kompensation beispielsweise des oben genannten Lastmoments erlaubt deutlich kleinere Abweichungen von einem idealen zeitlichen Drehmoment-Verlauf bzw. von einem idealen vorgebbaren Wert des zeitlichen Integrals, da hierbei nur Fehler durch Abweichungen der Drehmoment-Vorsteuerung bzw. der Drehzahl-Aufschaltung sowie Torsionsschwingungen entstehen.

[0053] Im Folgenden wird die Erfindung anhand der in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele näher beschrieben und erläutert. Es zeigen:

FIG 1

einen Ausschnitt einer Walzstraße mit aufeinanderfolgenden Walzgerüsten und mit einem separaten Antrieb für jedes Walzgerüst

FIG 2-18

verschiedene beispielhafte Drehmoment- und Drehzahlverläufe

[0054] Figur 1 zeigt einen Ausschnitt einer Walzstraße 2 mit aufeinanderfolgenden Walzgerüsten 4 zur Bearbeitung eines Walzgutes 6. Beispielhaft sind acht aufeinanderfolgende Walzgerüste 4 dargestellt, die das Walzgut 6, z.B. ein Knüppel, der zu Draht gewalzt wird, durchläuft.

[0055] Jedem Walzgerüst 4 ist ein separater Antrieb 8, umfassend einen Motor 10 und ein Getriebe 12, zugeordnet, wobei in der Figur zur besseren Übersichtlichkeit nur ein Antrieb 8 angedeutet ist. Dem Antrieb wird mittels eines Stromrichters 14 mit einer Steuereinheit 16 ein gewünschter Strom zugeführt. Jedes Walzgerüst 4 umfasst weiterhin mindestens eine antreibbare Walze 13, die von dem jeweiligen Antrieb 8 mit einer stationären Arbeitsdrehzahl 22 angetrieben werden kann, welche beispielsweise aus einem Stichplan entnommen wird.

[0056] Trifft nun Walzgut 6 auf die Walze 13 eines Walzgerüstes 4, so wird auf den Antrieb 8 des entsprechenden Walzgerüstes 4 ein Lastmoment 25 ausgeübt. Dieses Lastmoment 25 führt nun dazu, dass die Drehzahl 20 des betreffenden Antriebs 8 einbricht. In Walzwerken 2 gemäß dem Stand der Technik, welche üblicherweise mittels Drehzahlreglern geregelt sind, erfolgt dann eine entsprechende Korrektur der Drehzahl 20 nach oben, so dass nach einer bestimmten Verzögerungszeit der Antrieb 8 des betreffenden Walzgerüstes 4 wieder die stationäre Arbeitsdrehzahl 22 erreicht. Jedoch ist das Verhalten des Antriebs 8 insbesondere unmittelbar nach dem Auftreten des Lastmoments 25 nicht immer reproduzierbar. Aufgrund der daraus entstehenden Drehzahlabweichungen mit verbundenen Zugschwankungen entspricht die Qualität des Walzergebnisses nicht immer den Anforderungen. Anders gesagt hängt das dynamische Verhalten der Antriebe somit von dem auftretenden Lastmoment 25 und dem Verhalten des Reglers ab. Dieses Verhalten ist jedoch nicht immer exakt genug vorhersehbar und aufgrund der Abhängigkeit vom Betriebspunkt nur bedingt reproduzierbar.

[0057] Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein durch eine Drehmoment-Vorsteuerung des Antriebs 8 erzielter zeitlicher Drehmoment-Verlauf 24 des Antriebs 8 derart gewählt, dass ein zeitliches Integral 26 einer Drehzahl-Differenz 30 zwischen einem durch die Drehmoment-Vorsteuerung erzielten Drehzahl-Verlauf 21 der zumindest einen Walze 13 und der vorgebbaren stationären Arbeitsdrehzahl 22 der zumindest einen Walze 13 einen vorgebbaren Wert ergibt.

[0058] Für in Figur 1 nicht dargestellte Bezugszeichen siehe die weiteren Figuren.

[0059] Figur 2 zeigt einen ersten beispielhaften Drehmoment- und Drehzahlverlauf bei zeitlich vorgelagertem Drehmomentaufbau. Dargestellt sind dabei ein Lastmoment 25, ein zeitlicher Drehmoment-Verlauf 24, ein Drehzahl-Verlauf 21 und eine stationäre Arbeitsdrehzahl 22 in Abhängigkeit von der Zeit t, welche in Millisekunden auf der x-Achse des Schaubildes aufgetragen ist. Auf der y-Achse bezieht sich die rechte Skala auf das Drehmoment 23, in Prozent und bezogen auf das komplett aufgebaute Lastmoment 25, und die linke Skala auf die Drehzahl 20, wiederum in Prozent und bezogen auf die stationäre Arbeitsdrehzahl 22.

[0060] Das Lastmoment 25 wird gemäß diesem ersten beispielhaften Verlauf vom Zeitpunkt t_25-0 bis zum Zeitpunkt t_25-1 = 0 komplett aufgebaut und verharrt anschließend auf diesem Wert. Dabei sieht die Drehzahl-Aufschaltung vor, die zumindest eine Walze 13 für t < t_25-0, d.h. vor dem Beginn des Aufbaus des Lastmomentes 25, und insbesondere für t < t_24-0, d.h. vor dem Beginn des Aufbaus des Drehmoments 23 gemäß dem Drehmoment-Verlauf 24, mit einer Drehzahl 21 zu betreiben, welche geringfügig geringer als die stationäre Arbeitsdrehzahl 22 ist. Gleichzeitig sieht die Drehmoment-Vorsteuerung den Aufbau eines Drehmomentes 20 des Antriebs 8 noch vor dem Aufbau des Lastmomentes 25 vor, nämlich ab dem Zeitpunkt t_24-0 bis zum Zeitpunkt t_24-1. Hierzu muss der genaue Zeitpunkt t_25-0 des Beginns des Aufbaus des Lastmomentes 25 bekannt sein. In der Zeitspanne zwischen t_24-0 und t_25-1, während der Drehmoment-Verlauf 24 des Antriebs 8 ein größeres Drehmoment 23 als das zum gleichen Zeitpunkt wirkende Lastmoment 25 aufweist, wirkt somit ein resultierendes Drehmoment 20 auf die zumindest eine Walze 13, welches die zumindest eine Walze 13 beschleunigt und daher bewirkt, dass der Drehzahl-Verlauf 21 sich der stationären Arbeitsdrehzahl 22 angleicht.

[0061] Zum Zeitpunkt t = 0 sieht die Drehmoment-Vorsteuerung und die damit kombinierte Drehzahl-Aufschaltung vor, dass die Walze 13 mit der stationären Arbeitsdrehzahl 22 rotiert und der Antrieb 8 das mittlerweile vollständig aufgebaute Lastmoment 25 aufbringt. Entsprechend ist ein zeitliches Integral 26, welches ab dem vollständigen Aufbau des Lastmomentes 25 berechnet wird, gleich 0, wobei das zeitliche Integral 26 erfindungsgemäß auf einen gewünschten, vorgebbaren Wert eingestellt werden kann.

[0062] Die Drehmoment-Vorsteuerung des Antriebs 8 kann dabei beispielsweise durch einen dem Antrieb 8 zugeführten momentenbildenden Strom erfolgen, der im vorliegenden Beispiel rampenförmig mit der Zeit erhöht wird, wobei die Rampe eine gewisse Steilheit aufweist.

[0063] Figur 3 zeigt einen zweiten beispielhaften Drehmoment- und Drehzahlverlauf bei zeitlich verzögertem Drehmomentaufbau, wobei die Darstellung jener der Figur 2 entspricht.

[0064] Wiederum wird das Lastmoment 25 ab dem Zeitpunkt t_25-0 aufgebaut, um ab dem Zeitpunkt t_25-1 = 0 komplett aufgebaut zu sein. Die Drehzahl-Aufschaltung sieht gemäß dem zweiten beispielhaften Verlauf eine im Vergleich zur stationären Arbeitsdrehzahl 22 leicht erhöhte Drehzahl 20 für t < t_25-0 vor, das heißt vor dem Beginn des Aufbaus des Lastmomentes 25. Dagegen sieht die Drehmoment-Vorsteuerung vor, dass das Drehmoment 23 erst nach dem vollständigen Aufbau des Lastmomentes 25 zum Zeitpunkt t_25-0 erhöht wird, nämlich in der Zeitspanne zwischen t_24-0 und t_24-1. Entsprechend wirkt auf die zumindest eine Walze 13 zwischen t_25-0 und t_24-1, also ab dem Aufbau des Lastmomentes 25 und bis zum vollständigen Aufbau des Drehmoments 23 gemäß dem zeitlichen Drehmoment-Verlauf 24 des Antriebs 8 ein resultierendes Drehmoment, welches die Drehzahl 20 der zumindest einen Walze 13 erniedrigt und schließlich bewirkt, dass der Drehzahl-Verlauf 21 sich der stationären Arbeitsdrehzahl 22 angleicht.

[0065] Dabei ergibt das zeitliche Integral 26 der Drehzahl-Differenz 30 einen gewünschten, vorgebbaren Wert, welcher auch als Wegabweichung bzw. Wegdifferenz verstanden werden kann. Im vorliegenden Beispiel bedeutet diese Wegabweichung, dass zwischen t_25-0 und t_24-1, also ab dem Aufbau des Lastmomentes 25 und bis zum vollständigen Aufbau des Drehmoments 23 gemäß dem zeitlichen Drehmoment-Verlauf 24 des Antriebs 8, ein erhöhter Zug bzw. eine erhöhte Zugkraft auf das Walzgut 6 wirkt und somit beispielsweise eine Materialschlinge reduziert werden kann.

[0066] Beispielsweise wird der Drehmoment-Verlauf 24, den der Antrieb 8 auf die zumindest eine Walze 13 ausübt, erst mit 3 ms Zeitverzögerung nach dem Aufbau des Lastmomentes 25 aufgebaut, wobei der Drehzahl-Verlauf 21 für t < t_24-0 um 0,3 % gegenüber der stationären Arbeitsdrehzahl 22 erhöht ist und die stationäre Arbeitsdrehzahl 22 in einer Geschwindigkeit des Walzgutes 6 von 100 m/s resultiert. Das zeitliche Integral 26 der Drehzahl-Differenz 30 berechnet sich für dieses Beispiel zu 0,45 mm, was bei bekannten Materialeigenschaften des Walzgutes 6 in eine entsprechende Zugkraft umgerechnet werden kann.

[0067] Dabei kann der Zeitpunkt t_25-0 des Beginns des Aufbaus des Lastmomentes 25 im Voraus bekannt oder auch unbekannt sein. Im letzteren Fall kann beispielsweise das Angreifen des Lastmomentes 25 am Antrieb 8 detektiert werden, so dass dadurch auch der bis dahin unbekannte Zeitpunkt t_25-0 erkannt wird, damit anschließend ab dem Zeitpunkt t_24-0 der Antrieb 8 den Aufbau des Drehmoments 23 des zeitlichen Drehmoment-Verlaufs 24 beginnt. Um genügend Zeit für die Detektion des Beginns des Lastmomentes 25 und den anschließenden Beginn der Drehmoment-Vorsteuerung zur Verfügung zu haben, muss die Zeitspanne (t_25-0 - t_24-0) ausreichend groß sein.

[0068] Figur 4 zeigt einen dritten beispielhaften Drehmoment- und Drehzahlverlauf bei zeitlich verzögertem Drehmomentaufbau, wobei die Darstellung jener der Figuren 2 und entspricht.

[0069] Gegenüber dem zweiten beispielhaften Verlauf der Figur 3 findet der Aufbau des zeitlichen Drehmoment-Verlaufs 24 noch später statt und der Drehzahl-Verlauf 21 ist stärker gegenüber der stationären Arbeitsdrehzahl 22 erhöht. Damit ergibt sich ein größeres zeitliches Integral 26 im Vergleich zum zweiten beispielhaften Verlauf.

[0070] Wenn angenommen wird, dass die Zeitverzögerung nunmehr 10 ms beträgt, der Drehzahl-Verlauf 21 für t kleiner 0 um 1 % gegenüber der stationären Arbeitsdrehzahl 22 erhöht ist und die stationäre Arbeitsdrehzahl 22 immer noch in einer Geschwindigkeit des Walzgut 6 von 100 m/s resultiert, ergibt sich somit eine Wegabweichung von 5 mm.

[0071] Figur 5 zeigt einen ersten beispielhaften weiteren Drehmomentverlauf bei zeitlich vorgelagertem Drehmomentaufbau. In Abhängigkeit der Zeit t, welche auf der x-Achse aufgetragen ist, sind das Lastmoment 25, das von der Drehmoment-Vorsteuerung vorgegebene Drehmoment 34 und der tatsächliche, zeitliche Drehmoment-Verlauf 24 sowie der Betrag einer Drehmoment-Differenz 35 zwischen dem zeitlichen Drehmoment-Verlauf 24 und dem Lastmoment 25 gezeigt. Dabei sieht die Drehmoment-Vorsteuerung ab dem Zeitpunkt t_34-0 einen Drehmomentaufbau vor, wohingegen gemäß dem tatsächlichen zeitlichen Drehmoment-Verlauf 24 erst ab dem späteren Zeitpunkt t_24-0 tatsächlich ein Drehmoment 23 vom Antrieb 8 aufgebaut wird. Zwischen beiden Drehmoment-Verläufen besteht die Diskrepanz darin, dass der zeitliche Drehmoment-Verlauf 24 gegenüber dem vorgegebenen Drehmoment 34 zeitlich nach hinten versetzt ist. Der Betrag der Drehmoment-Differenz 35 steigt ab dem Zeitpunkt t_24-0 mit dem zeitlichen Drehmoment-Verlauf 24 an und wird ab dem Zeitpunkt t_25-0 des Beginns des Aufbaus des Lastmomentes 25 wieder verringert und nimmt schließlich den Wert 0 an für t = 0.

[0072] Figur 6 zeigt den zum ersten beispielhaften weiteren Drehmomentverlauf zugehörigen Drehzahlverlauf. Wiederum in Abhängigkeit von der auf der x-Achse dargestellten Zeit sind auf der y-Achse in willkürlichen Einheiten das zeitliche Integral 26 und eine Drehzahl-Differenz 30 zwischen dem durch die Drehmoment-Vorsteuerung erzielten Drehzahl-Verlauf 21 und der vorgebbaren stationären Arbeitsdrehzahl 22 der zumindest einen Walze 13 dargestellt.

[0073] Die zur in Figur 5 dargestellten Drehmoment-Vorsteuerung gehörende Drehzahl-Aufschaltung sieht dabei vor, dass die Walze 13 zunächst mit einer Drehzahl 20 rotiert, welche um die Drehzahldifferenz 30 geringer als die stationäre Arbeitsdrehzahl 22 ist. Folglich ist die Drehzahl-Differenz 30 entsprechend Figur 6 negativ, erhöht sich allerdings entsprechend dem Betrag der Drehmoment-Differenz 35 ab dem Zeitpunkt t_24-0 des Beginns des Aufbaus des Drehmoments 23 durch den Antrieb 8. Schließlich nimmt die Drehzahl-Differenz 30 ab dem Zeitpunkt t = 0 den Wert 0 an, so dass von nun an die zumindest eine Walze 13 mit der vorgebbaren stationären Arbeitsdrehzahl 22 rotiert. Entsprechend nimmt das zeitliche Integral 26, welches insbesondere beim Anstich ab dem Zeitpunkt t = 0 des Eintreffens des Walzgutes 6 berechnet wird, den Wert 0 an. Dabei kann der Wert des zeitlichen Integrals 26 erfindungsgemäß vorgegeben werden und die Drehmoment-Vorsteuerung in Kombination mit der Drehzahl-Aufschaltung entsprechend gewählt werden.

[0074] Figur 7 zeigt einen zweiten beispielhaften weiteren Drehmomentverlauf bei zeitlich verzögertem Drehmomentaufbau, wobei die Darstellung jener der Figur 5 entspricht. Im Unterschied zur in der Figur 5 dargestellten Drehmoment-Vorsteuerung beginnt der Aufbau des Drehmoments 23 des Drehmoments-Verlaufs 24 erst zum Zeitpunkt t_24-0, also nachdem der Aufbau des Lastmomentes 25 begonnen hat.

[0075] Figur 8 zeigt den zum zweiten beispielhaften weiteren Drehmomentverlauf zugehörigen Drehzahlverlauf, wobei die Darstellung jener der Figur 6 entspricht. Die Drehzahl-Aufschaltung sieht für die Zeit vor dem Aufbau des Lastmomentes 25 einen Drehzahl-Verlauf 21 mit einer größeren Drehzahl 20 als die vorgebbare stationäre Arbeitsdrehzahl 22 vor. Entsprechend ist die Drehzahl-Differenz 30 zunächst positiv und nimmt ab dem Zeitpunkt t_25-0 langsam ab, um bis zur vollständigen Kompensation des Lastmomentes 25 durch den Drehmoment-Verlauf 24 den Wert 0 anzunehmen. Das zeitliche Integral 26 ist zunächst 0 und steigt ab dem Zeitpunkt t_25-0 stetig an, bis das Lastmoment 25 vollständig durch den Drehmoment-Verlauf 24 kompensiert wird.

[0076] Figur 9 zeigt einen dritten beispielhaften weiteren Drehmomentverlauf bei zeitlich verzögertem Drehmomentaufbau, wobei die Darstellung jener der Figur 5 entspricht. Dabei ist die Zeitverzögerung des Aufbaus Drehmoment-Verlaufs 24 größer als beim in der Figur 7 dargestellten, zweiten beispielhaften weiteren Drehmomentverlauf, so dass hier ein sensorloser Betrieb möglich ist, um auch bei einem zuvor unbekannten Beginn des Aufbaus des Lastmomentes 25 eine Drehmoment-Vorsteuerung durchführen zu können.

[0077] Figur 10 zeigt den zum dritten beispielhaften weiteren Drehmomentverlauf zugehörigen Drehzahlverlauf, wobei die Darstellung jener der Figur 6 entspricht. Die tatsächliche Drehzahl-Differenz 30 ist wiederum positiv, so dass der Drehzahl-Verlauf 21 eine höhere Drehzahl als die stationäre Arbeitsdrehzahl 22 vorsieht. Die Drehzahl-Differenz 30 sinkt ab dem Zeitpunkt t_25-0 des Beginns des Aufbaus des Lastmomentes 25, wobei das Absinken beispielsweise über elektrische Ströme des Antriebs 8 erst zeitversetzt detektiert wird und die detektierte, sensorlos gemessene Drehzahl-Differenz 36 der tatsächlichen Drehzahldifferenz 30 zumindest zu Beginn des Absinkens zeitlich versetzt folgt. Sobald das Absinken detektiert wurde, kann beim sensorlosen Betrieb die Drehmoment-Vorsteuerung beginnen und das von der Drehmoment-Vorsteuerung vorgegebene Drehmoment 34 erhöht werden, woraufhin schließlich auch der Drehmoment-Verlauf 24 erhöht wird und schließlich das Lastmoment 25 ausgleicht.

[0078] Figur 11 zeigt einen vierten beispielhaften weiteren Drehmomentverlauf, wobei die Darstellung jener der Figur 5 entspricht. Im Unterschied zu den bisher dargestellten, von der Drehmoment-Vorsteuerung erzielten Drehmoment-Verläufen 24 weist der in der Figur 11 dargestellte Drehmoment-Verlauf 24 eine geringere Steilheit auf. Das heißt, dass die erste zeitliche Ableitung des Drehmomentverlaufs einen vergleichsweise geringen Wert annimmt, was beispielsweise einen weniger dynamischen bzw. leistungsschwächeren Stromrichter 14 berücksichtigt. Ein solcher Stromrichter 14 kann dem Antrieb 8 bzw. dem Motor 10 lediglich momentenbildende Ströme zuführen, welche entsprechend eine geringere zeitliche Ableitung aufweisen. Im dargestellten Beispiel beginnt dabei der Aufbau des Drehmoment-Verlaufs 21 noch vor dem Aufbau des Lastmomentes 25 und ist aufgrund der geringen Steilheit erst lange nach dem Aufbau des Lastmomentes 25 abgeschlossen. Unterschiedliche Steilheiten können auch zum Erreichen des gewünschten Wertes des zeitlichen Integrals 26 verwendet werden.

[0079] Figur 12 zeigt den zum vierten beispielhaften weiteren Drehmomentverlauf zugehörigen Drehzahlverlauf, wobei die Darstellung jener der Figur 6 entspricht. Für die Drehzahl-Aufschaltung wird wiederum ein derartiger Drehzahl-Verlauf 21 gewählt, dass die Drehzahl-Differenz 30 vor dem Auftreten des Lastmomentes 25 positiv ist. In der Zeit zwischen t_24-0 und t_25-0 findet kurzzeitig eine weitere Erhöhung der Drehzahldifferenz 30 statt, welche anschließend ab dem Zeitpunkt t_25-0 stetig abfällt und schließlich den Wert 0 annimmt. Das zeitliche Integral 26 ist zunächst 0 und steigt ab dem Zeitpunkt t_25-0 des Aufbaus des Lastmomentes 25 stetig an, um ab der vollständigen Kompensation des Lastmomentes 25 durch den Drehmomentverlauf 24 schließlich einen konstanten Wert, der vorher gewählt werden konnte, anzunehmen.

[0080] Figur 13 zeigt einen fünften beispielhaften weiteren Drehmomentverlauf, wobei die Darstellung jener der Figur 5 entspricht. Im Unterschied zu den bisher dargestellten, von der Drehmoment-Vorsteuerung erzielten Drehmoment-Verläufen 24 weist der in der Figur 13 dargestellte Drehmoment-Verlauf 24 eine größere Steilheit auf. Größere Steilheiten benötigen besonders dynamische Stromrichter 14 und können beispielsweise dort eingesetzt werden, wo besonders dynamische Prozesse stattfinden

[0081] Figur 14 zeigt den zum vierten beispielhaften weiteren Drehmomentverlauf zugehörigen Drehzahlverlauf, wobei die Darstellung jener der Figur 6 entspricht. Zunächst ist eine negative Drehzahl-Differenz 30 vor dem Auftreten des Lastmomentes 25 vorgesehen. Ab dem Beginn des Aufbaus des zeitlichen Drehmoment-Verlaufs 24 wird der Betrag der Drehzahl-Differenz 30 erniedrigt bis sie schließlich den Wert 0 annimmt.

[0082] Figur 15 zeigt einen sechsten beispielhaften weiteren Drehmomentverlauf, wobei die Darstellung jener der Figur 5 entspricht und Figur 16 zeigt den zum sechsten beispielhaften weiteren Drehmomentverlauf zugehörigen Drehzahlverlauf, wobei die Darstellung jener der Figur 6 entspricht. Weil es in diesem Fall zweckmäßig ist, die beiden Figuren zusammen zu erläutern, wird im Folgenden der Drehmomentverlauf der Figur 15 zusammen mit Verlauf der Drehzahl-Differenz 30 und des zeitlichen Integrals 26 der Figur 16 diskutiert.

[0083] Zunächst sind wiederum der Aufbau eines Lastmomentes 25 ab dem Zeitpunkt t_25-0 sowie eine darauf angepasste Drehmoment-Vorsteuerung ab dem Zeitpunkt t_34-0 bzw. t_24-0 dargestellt. Weiterhin sind eine vom Aufbau des Lastmomentes 25 unabhängige Drehmoment-Vorsteuerung und Drehzahl-Aufschaltung ab dem Zeitpunkt t_34-a bzw. t_24-a dargestellt. Obwohl das volle Lastmoment 25 auf den Antrieb 8 wirkt sieht diese Drehmoment-Vorsteuerung vor, den Drehmoment-Verlauf 24 gezielt zu erniedrigen und anschließend wieder auf den Betrag des Lastmomentes 25 zu erhöhen. Weiterhin ist dargestellt, dass die Drehmoment-Vorsteuerung noch vor dem Auftreten des Lastmomentes 25 aktiv wird, indem ab dem Zeitpunkt t_34-A bzw. t_24-A ein positiver Drehmoment-Verlauf 24 erzeugt wird.

[0084] Chronologisch betrachtet verhalten sich die Drehzahl-Differenz 30 und das zeitliche Integral 26 wie folgt. Vor dem Zeitpunkt t_24-A sind sowohl die Drehzahl-Differenz 30 als auch das zeitliche Integral 26 gleich 0. In der Zeitspanne von t_24-A bis t_24-B weist der Drehmoment-Verlauf 24 positive Werte auf, wohingegen noch kein Lastmoment 25 anliegt. Folglich erhöht sich die Drehzahl 20 der zumindest einen Walze 13, so dass sich nunmehr eine positive Drehzahl-Differenz 30 ergibt. Anschließend, während der Drehmoment-Verlauf 24 den Wert 0 annimmt und noch kein Lastmoment 25 anliegt, verharrt die Drehzahl-Differenz 30 auf ihrem positiven Wert. Ab dem Zeitpunkt t_24-0 wird entsprechend dem vorgegebenen Drehmoment 34 und der Stromrichtereigenschaften dann ein positiver Drehmoment-Verlauf 24 erzielt, wobei anschließend ab dem Zeitpunkt t_25-0 das Lastmoment 25 angreift. In der Zeitspanne zwischen t_24-0 und jenem Zeitpunkt, wo sich das momentane Lastmoment 25 und der momentane Drehmoment-Verlauf 24 zum ersten Mal kurzzeitig kompensieren, steigt die Drehzahl-Differenz 30 weiter an. Anschließend ist das momentane Lastmoment 25 kleiner als der momentane Drehmoment-Verlauf 24, so dass auch die Drehzahl-Differenz 30 wieder absinkt, um anschließend konstant zu bleiben. Erst ab dem Zeitpunkt t_24-a, ab dem die Drehmoment-Vorsteuerung eine gezielte Erniedrigung des zeitlichen Drehmoment-Verlaufs 24 bei konstant anliegendem Lastmoment 25 vorsieht, erniedrigt sich die Drehzahl-Differenz 30, bis sie schließlich zum Zeitpunkt t_24-b, ab dem sich der Drehmoment-Verlauf 24 und das Lastmoment 25 wieder kompensieren, den Wert 0 annimmt.

[0085] Das zeitliche Integral 26 ändert sich dabei wie folgt. Weil das zeitliche Integral 26 im vorliegenden Beispiel erst ab dem Beginn des Aufbaus des Lastmomentes 25 berechnet wird, nimmt es erst ab dem Zeitpunkt t_25-0 positive Werte an. Dabei steigt der Wert des zeitlichen Integrals 26 bis zum Zeitpunkt t_24-b stetig an, da bis zu diesem Zeitpunkt eine positive Drehzahl-Differenz 30 vorliegt.

[0086] Entsprechend kann also durch eine Drehmoment-Vorsteuerung, welche noch vor dem Aufbau des Lastmomentes 25 einen positiven Drehmoment-Verlauf 24 vorsieht, wie zum Beispiel während der Zeitspanne zwischen t_24-A und t_24-B, eine positive Drehzahl-Differenz 30 erreicht werden, welche selbst bei vollständiger Kompensation eines auftretenden Lastmomentes 25 durch einen entsprechend gewählten Drehmoment-Verlauf 24 in einem beständig zunehmenden zeitlichen Integral 26 und damit einhergehend in einem beständig zunehmenden Zug auf das Walzgut 6 resultiert. Genauso gut ist es während eines stationären Walzvorganges, bei dem das Walzgut 6 durch die zumindest eine, sich mit der vorgebbaren stationären Arbeitsdrehzahl 22 drehenden Walze 13, möglich, das zeitliche Integral 26 und damit den Zug zu variieren, den die zumindest eine Walze 13 auf das Walzgut 6 ausübt. Beispielsweise kann somit ein stetig zunehmendes zeitliches Integral 26, wie im vorliegenden Fall, bei einem konstanten Wert stabilisiert werden.

[0087] Bei einem solchen stationären Walzvorgang ist es weiterhin möglich, bei einer Drehzahl-Differenz 26, die den Wert 0 hat, den Zug zu erhöhen oder zu erniedrigen, indem die Drehmoment-Vorsteuerung einen Drehmoment-Verlauf 24 vorsieht, der ein größeres oder kleineres Drehmoment 23 als das anliegende Lastmoment 25 aufweist. Denn dadurch wird eine positive oder negative Drehzahl-Differenz 30 erzeugt, welche in einem positiven oder negativen zeitlichen Integral 26 resultiert. Dabei ist durch ein positives zeitliches Integral 26 weiterhin der Abbau einer Materialschlinge möglich.

[0088] Figur 17 zeigt einen siebenten beispielhaften weiteren Drehmomentverlauf, wobei die Darstellung jener der Figur 5 entspricht. Wiederum wird ein Lastmoment 25 innerhalb der Zeitspanne zwischen t_25-0 und t_25-1 aufgebaut, wobei die Drehmoment-Vorsteuerung einen zeitlich vorgelagerten Aufbau des Drehmoment-Verlaufes 24 vorsieht, beginnend ab dem Zeitpunkt t_34-0 bzw. t_24-0. Charakteristisch für diesen beispielhaften Drehmomentverlauf ist allerdings ein zeitlich treppenförmiger Verlauf, der dadurch dargestellt wird, dass der Drehmoment-Verlauf 24 bis zum Zeitpunkt t_34-I bzw. t_24-I erhöht wird, danach auf einem konstanten Plateau-Wert verharrt, um anschließend in der Zeitspanne zwischen t_34-II bzw. t_24-II und t_34-1 bzw. _24-1 weiter anzusteigen und schließlich jenen Wert annimmt, der benötigt wird um das komplett aufgebaute Lastmoment 25 zu kompensieren.

[0089] Dabei können sowohl die Anzahl der Stufen der Treppe, der jeweilige Plateau-Wert sowie die jeweilige Steilheit der zeitlichen Abschnitte der Treppe variiert werden, um den gewünschten Wertes des zeitlichen Integrals 26 zu erreichen. Dabei kann die Drehmoment-Vorsteuerung des Antriebs 8 insbesondere durch einen dem Antrieb 8 zugeführten momentenbildenden Strom erfolgen, der im vorliegenden Beispiel treppenförmig mit der Zeit erhöht wird.

[0090] Figur 18 zeigt den zum siebenten beispielhaften weiteren Drehmomentverlauf zugehörigen Drehzahlverlauf, wobei die Darstellung jener der Figur 6 entspricht. Vor dem Beginn des Aufbaus des Lastmomentes 25 zum Zeitpunkt t_25-0 sieht die Drehzahl-Aufschaltung eine positive Drehzahl-Differenz 30 vor, wobei sich die Drehzahl-Differenz 30 ab dem Aufbau des Drehmoment-Verlaufs 24 zum Zeitpunkt t_24-0 leicht erhöht, um sich anschließend ab jenem Zeitpunkt, bei welchem der momentane wirkende Drehmoment-Verlauf 24 gleich dem momentan anliegenden Lastmoment 25 ist, wieder zu verringern bis schließlich das Plateau und der erneute Anstieg im Drehmoment-Verlauf 24 durchlaufen ist und zum Zeitpunkt t_24-1. das komplett anliegende Lastmoment 25 durch den Drehmoment-Verlauf 24 kompensiert wird.

[0091] Zusammenfassend betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Bearbeiten von Walzgut in einem Walzwerk mit mindestens einem Walzgerüst. Um bei einem Verfahren zum Bearbeiten von Walzgut die Qualität des Walzgutes zu verbessern, wird vorgeschlagen, dass das Walzgerüst einen Antrieb und zumindest eine mittels des Antriebs antreibbare Walze aufweist, wobei die zumindest eine Walze während eines stationären Arbeitsvorganges mit einer vorgebbaren stationären Arbeitsdrehzahl betrieben wird, wobei eine Drehzahl-Aufschaltung und ein durch eine Drehmoment-Vorsteuerung des Antriebs erzielter zeitlicher Drehmoment-Verlauf des Antriebs derart gewählt werden, dass ein zeitliches Integral einer Drehzahl-Differenz zwischen einem durch die Drehzahl-Vorsteuerung und die Drehmoment-Vorsteuerung erzielten Drehzahl-Verlauf der zumindest einen Walze und der vorgebbaren stationären Arbeitsdrehzahl der zumindest einen Walze einen vorgebbaren Wert ergibt.

Ansprüche

1. Verfahren zum Bearbeiten von Walzgut (6) in einem Walzwerk (2) mit mindestens einem Walzgerüst (4),
wobei das Walzgerüst (4) einen Antrieb (8) und zumindest eine mittels des Antriebs (8) antreibbare Walze (13) aufweist, wobei die zumindest eine Walze (13) während eines stationären Arbeitsvorganges mit einer vorgebbaren stationären Arbeitsdrehzahl (22) betrieben wird,
wobei eine Drehzahl-Aufschaltung und ein durch eine Drehmoment-Vorsteuerung des Antriebs (8) erzielter zeitlicher Drehmoment-Verlauf (24) des Antriebs (8) derart gewählt werden, dass ein zeitliches Integral (26) einer Drehzahl-Differenz (30) zwischen einem durch die Drehzahl-Vorsteuerung und die Drehmoment-Vorsteuerung erzielten Drehzahl-Verlauf (21) der zumindest einen Walze (13) und der vorgebbaren stationären Arbeitsdrehzahl (22) der zumindest einen Walze (13) einen vorgebbaren Wert ergibt.

2. Verfahren nach Anspruch 1,
wobei ein Zug, der von der zumindest einen Walze (13) auf das Walzgut (6) ausgeübt wird, vorgegeben wird.

3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
wobei die Drehzahl-Aufschaltung und/oder die Drehmoment-Vorsteuerung des Antriebs (8) derart erfolgt, dass innerhalb einer vorgebbaren Zeitdauer die vorgebbare stationäre Arbeitsdrehzahl (22) erreicht wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3,
wobei die vorgebbare Zeitdauer kleiner als 20 ms ist.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
wobei die zumindest eine Walze (13) vor dem Einwirken eines bekannten Lastmomentes (25) auf den Antrieb (8) mit einer Leerlaufdrehzahl betrieben wird, welche größer als die vorgebbare stationäre Arbeitsdrehzahl (22) ist.

6. Verfahren nach Anspruch 5,
wobei das bekannte Lastmoment (25) ab einem zuvor unbekannten Zeitpunkt auf den Antrieb (8) wirkt, und
wobei das Einwirken des bekannten Lastmomentes (25) auf den Antrieb (8) detektiert wird.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-4,
wobei die zumindest eine Walze (13) vor dem Einwirken eines bekannten Lastmomentes (25) auf den Antrieb (8) mit einer Leerlaufdrehzahl betrieben wird, welche kleiner als die vorgebbare stationäre Arbeitsdrehzahl (22) ist, und
wobei das bekannte Lastmoment (25) ab einem zuvor bekannten Zeitpunkt auf den Antrieb (8) wirkt.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 5-7,
wobei bei wiederholtem Auftreten des bekannten Lastmomentes (25) die Größe des bekannten Lastmomentes (25) iterativ korrigiert wird.

9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
wobei die Drehmoment-Vorsteuerung des Antriebs (8) anhand eines dem Antrieb (8) zugeführten momentenbildenden Stromes erfolgt, und
wobei der momentenbildende Strom zeitlich rampenförmig oder treppenförmig variiert wird.

10. Verfahren nach Anspruch 9,
wobei der Antrieb (8) von einem Stromrichter (14) gespeist wird und ein dem Stromrichter (14) vorgegebener zeitlicher Verlauf eines Sollwerts der Rampe oder der Treppe des momentenbildenden Stroms maximal jene Steilheit aufweist, welche dem Antrieb (8) durch den Stromrichter (14) tatsächlich maximal als Istwert des momentenbildenden Stroms zuführbar ist.

11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
wobei das Walzwerk (2) ein Langprodukt-Walzwerk ist und mehrere Walzgerüste (4) mit separaten oder gemeinsamen Antrieben (8) aufweist.

12. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
wobei das Walzwerk (2) ein Langprodukt-Walzwerk ist und mehrere Walzgerüste (4) mit jeweils einem separaten Antrieb (8) für hohe Walzgeschwindigkeiten aufweist, und
wobei jeder Antrieb (8) einzeln vorgesteuert wird.

13. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
wobei die Drehmoment-Vorsteuerung und/oder die Drehzahl-Aufschaltung materialbasiert erfolgt.

Zeichnung