Verfahren zum Betrieb einer Wickeltrommel eines Haspelofens für ein reversierend arbeitendes Warmwalzwerk, Steuer- und/oder Regeleinrichtung und reversierend arbeitendes Warmwalzwerk

Die Erfindung betrifft ein Verfahren für eine verbesserte Fahrweise bei einem Anwickelvorgang für Metallband im Rahmen einer reversierenden Prozessierung von Metallband in einer Warmwalzstraße .

In einer reversierend arbeitenden Warmwalzstraße, einer soge ^¬ nannten Steckel Mill, fädelt das Band zum Zwischenheizen in den Slot bzw. Spalt der Wickeltrommel des Haspelofens ein. In der Regel steht die Wickeltrommel des Wickelofens, auf welche das Band aufgewickelt werden soll, still. Nach Abschluss des Einfädelvorgangs wird die Wickeltrommel beschleunigt, um das Band aufwickeln zu können und Zug zwischen Haspel und Gerüst aufzubauen.

Heutzutage erfolgt dies derart, dass die Wickeltrommel mit einer maximalen Beschleunigung auf eine konstante Umfangsgeschwindigkeit gefahren wird. Diese ist gleich dem Produkt der Bandgeschwindigkeit mit einem Führungsfaktor, welcher größer 1 ist .

So wird das Band an irgendeinem Punkt bei der Umdrehung der Wickeltrommel ruckartig gespannt. Ist eine Zugspannung aufge- baut, so wird der Betrieb des Antriebs von einer Drehzahlre ^¬ gelung auf eine Momentenregelung umgestellt. Die Regelung erfolgt derart, dass ein vorgegebener Zugsollwert im Rahmen be ^¬ stimmter Toleranzen eingehalten wird. Nachteilig an dieser Lösung ist es, dass es durch den Ruck zu einem Herausziehen des Bandes aus dem Einfädelspalt kommen kann. Je nach Geometrie des Haspelofens, der Wickeltrommel und der Bandzuführung in den Haspelofen, kann dies zu Proble- men führen, bis hin zum Abbruch des Wickelvorgangs, da der oben beschriebene Ruck bspw. zum Lösen des eingefädelten Bandes in der Wickeltrommel führen kann. Ferner führt jede Rela ^¬ tivbewegung des gewickelten Bandes bzw. dessen Bandoberfläche zur Wickeltrommel oder zu einem anderen aufgewickelten Abschnitt desselben Bandes zu sichtbaren Oberflächenbeschädi ^¬ gungen, insbesondere Kratzern. Dies führt zu einer unerwünschten Reduktion des wirtschaftlichen Wertes des Bandes.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, obige Nachteile zu verringern bzw. zu vermeiden. Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Verfahren und eine Vorrichtung bereitzustellen, mittels welcher ein möglichst störungsfreier Einfädelvorgang in den Haspelofen ermöglicht wird.

Der verfahrensmäßige Teil der Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zum Betrieb einer Wickeltrommel eines Haspelofens für ein reversierend arbeitendes Warmwalzwerk, wobei eine sich auf der Wickeltrommel aufwickelnde Bandlänge in Abhän ^¬ gigkeit von einem Drehwinkel der Wickeltrommel ermittelt wird, wobei die sich auf der Wickeltrommel aufwickelnde Band ^¬ länge in Abhängigkeit von der Zeit ermittelt wird, wobei ein erster, kleinerer Winkel bzw. ein erster Punkt des Wickeltrommelumfangs in Wickelrichtung und ein zweiter, größerer Winkel bzw. ein zweiter in Wickelrichtung hinter dem ersten Punkt angeordneter Punkt des Wickeltrommelumfangs vorgegeben werden, an welchen frühestens bzw. spätestens ein Bandzug zwischen Walzgerüst und Wickeltrommel aufgebaut werden soll, wobei die Wickeltrommel derart betrieben wird, dass zwischen dem kleineren Winkel bzw. dem ersten Punkt und dem größeren Winkel bzw. dem zweiten Punkt wenigstens ein Winkel bzw. ein Wickeltrommelumfangspunkt existiert, bei welchem die sich auf der Wickeltrommel aufwickelnde Bandlänge in Abhängigkeit von einem Drehwinkel gleich der sich auf der Wickeltrommel aufwickelnden Bandlänge in Abhängigkeit von der Zeit ist. Insbe ^¬ sondere kann der erste und der zweite Winkel bzw. erste uznd zweite Punkt derart vorgegeben werden, dass diese Winkel bzw. Punkte zusammenfallen. Das „bzw" in obiger Formulierung ist derart zu verstehen, dass entweder die Winkel und/oder die Umfangspunkte zur Durchführung des Verfahrens verwendet wer ^¬ den .

Hierdurch wird ein möglichst stoßfreier AufWickelvorgang erreicht .

In einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung wird für einen vorgegebenen Winkel eine zeitminimale Fahrkurve der Wi ^¬ ckeltrommel im Rahmen einzuhaltender technischer und/oder technologischer Randbedingungen, insbesondere technischer Grenzen des Antriebs der Wickeltrommel, ermittelt. Dadurch wird nicht nur ein möglichst stoßfreies Anwickeln ermöglicht, sondern dies wird insbesondere mit möglichst geringem Zeit ^¬ aufwand erreicht.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung wird die zeitminimale Fahrkurve für den kleineren Winkel und den größeren Winkel ermittelt.

In Verbindung mit der vorherigen vorteilhaften Ausgestaltung ist es vorteilhaft, aus der zeitminimalen Fahrkurve für den kleineren Winkel und den größeren Winkel eine Zeit zu ermit ^¬ teln, bei welcher der kleinere Winkel bzw. der größere Winkel erreicht wird. Indem die Zeit bis zum Erreichen des kleineren und größeren Winkels ermittelt wird, kann diese für weitere Berechnungen verwendet werden.

Vorteilhafterweise wird aus der ermittelten Zeit jeweils die Bandlänge in Abhängigkeit von der Zeit für den kleineren und den größeren Winkel ermittelt. Damit ist die Bandlänge be ^¬ kannt, welche bei der vorgegebenen Zeit auf der Wickeltrommel aufgehaspelt ist.

In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform wird die Einstellung des Winkels bei der die sich auf der Wickeltrommel aufwickelnde Bandlänge in Abhängigkeit von einem Drehwinkel gleich der sich auf der Wickeltrommel aufwickelnden Bandlänge in Abhängigkeit von der Zeit ist, durch Einstellung der Bandgeschwindigkeit eingestellt. Die Bandgeschwindigkeit ist in diesem Fall ein freier Parameter, der die entsprechende Flexibilität zur Einstellung des Winkels bereitstellt, bei wel- eher die Bandlänge in Abhängigkeit vom Drehwinkel gleich der sich auf der Wickeltrommel aufwickelnden Bandlänge in Abhängigkeit von der Zeit ist.

In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist wird die Einstellung des Winkels bei der die sich auf der Wickeltrommel aufwickelnde Bandlänge in Abhängigkeit von einem Drehwin ^¬ kel gleich der sich auf der Wickeltrommel aufwickelnden Bandlänge in Abhängigkeit von der Zeit ist, durch Änderung des Winkels innerhalb des kleineren und größeren Winkels einge- stellt. Hierbei handelt es sich um eine alternative Vorge ^¬ hensweise zur Nutzung der Bandgeschwindigkeit als freien Pa ^¬ rameter. Diese erlaubt ein möglichst störungsfreies und zeit ^¬ minimales Anwickeln, indem der Winkel zwischen dem kleineren und dem größeren Winkel, bei dem die sich auf der Wickeltrom- mel aufwickelnde Bandlänge in Abhängigkeit vom Drehwinkel gleich der sich auf der Wickeltrommel aufwickelnden Bandlänge in Abhängigkeit von der Zeit ist, variabel einstellbar ist.

Besonders vorteilhaft ist es ebenfalls, wenn ein Drehmoment für eine Antriebseinrichtung der Wickeltrommel ermittelt wird, welches ein Abknicken eines in den Wickelspalt einge ^¬ führten Bandendes bewirkt. Dadurch wird das Bandende in der Wickeltrommel gut fixiert. Dies wiederum verringert die Ge ^¬ fahr weiter, dass sich das Bandende beim Anwickeln von der Wickeltrommel bzw. aus dem Wickelspalt löst. Vielmehr wird das Bandende auf diese Weise zusätzlich fixiert.

Vorteile der Erfindung sind insbesondere, dass bei den Aus ^¬ gestaltungen der vorliegenden Erfindung die Geometrie der Wi- ckelvorrichtung, insbesondere Treiberrolle, Umlenkrolle, Wi ^¬ ckeltrommel, insbesondere bei einer Ermittlung der Fahrkurve berücksichtigt wird. Die ermittelten Fahrkurven berücksichti ^¬ gen Antriebsgrenzen, insbesondere auch unter Einbeziehung des für das Abbiegen des Bandkopfes benötigten Momentes. Insbe ^¬ sondere kann die von der Fahrkurve an den Antrieb vorgegebene Beschleunigung herabgesetzt werden, da der Antrieb einer gleichförmigen Beschleunigung aufgrund des für das Abbiegen des Bandes benötigten Momentes nicht folgen könnte. Vorteil ^¬ haft ist es ferner, gleichzeitig zum Abbiegen des Bandes eine StörgrößenaufSchaltung vorzunehmen, die zur Kompensation eines Geschwindigkeitseinbruches, verursacht durch das Abbiegen des Materials, dient. Diese StörgrößenaufSchaltung wird be- vorzugt als Vorsteuerung ausgeführt.

Es kann im Bedarfsfall auch die zum Einfädeln erforderliche Bandgeschwindigkeit herabgesetzt werden. Der Zugpunkt bzw. der Winkel, ab dem ein Zug gewünscht ist, ist frei wählbar. Eine geeignete Wahl jenseits eines Winkels phi = 180° verhindert das Herausziehen des Bandes aus dem Wi ^¬ ckelspalt. Der Wickelspalt ist die Öffnung der Wickeltrommel, in welche der Bandkopf eingeführt wird, um das Band aufwi- ekeln zu können.

Erfindungsgemäß kann in den zeitlichen Bereichen, in denen das Band frei hängt, mit überhöhter Geschwindigkeit gefahren werden kann. D.h. hier wird Bandlänge aufgeholt im Vergleich zum Stand der Technik, so dass zum Erreichen des Winkels, bei dem Zug aufgebaut wird, auf einen deutlich kleineren Wert für den Führungsfaktor zurückgegriffen werden kann als bei der alten Lösung. D.h. die Geschwindigkeitsüberhöhung der Drum bzw. Wickeltrommel gegenüber dem Band ist deutlich kleiner. Dadurch wird der Ruck beim Anwickeln spürbar verringert.

Ferner liefert die Erfindung den Vorteil, dass bei langsamen Bandgeschwindigkeiten oder großen Winkeln, bei welchen ein Zugaufbau auftritt, die auftretenden Beschleunigungen vergli chen zum Stand der Technik verringert werden, was zu einer Erhöhung der Standzeit der Mechanik beiträgt. Vorteilhaft ist ebenfalls, dass bereits in der Bremsphase die Momentengrenze des Antriebes entsprechend dem Zugsollwert verringert werden kann. Dadurch besteht eine geringere Gefahr des Bandrisses oder des Herausziehens des Bandes aus dem Slot bzw. Wickelspalt.

Mittels der Erfindung wird somit das Anwickeln für einen wickelvorgang einer Steckel Mill signifikant verbessert.

Vorrichtungsmäßig wird die Aufgabe gelöst durch eine Steuer und/oder Regeleinrichtung für eine Wickeltrommel eines Haspelofens eines reversierend arbeitenden Warmwalzwerks, mit einem maschinenlesbaren Programmcode, welcher Steuerbefehle umfasst, welche die Steuer- und/oder Regeleinrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis veranlassen .

Ferner wird die Aufgabe vorrichtungsmäßig gelöst von einem Warmwalzwerk zum reversierenden Warmwalzen von Walzgut, mit wenigstens einem Haspelofen umfassend eine Wickeltrommel und eine Steuer- und/oder Regeleinrichtung nach Anspruch 9, wobei die Wickeltrommel und die Steuer- und/oder Regeleinrichtung wirkverbunden sind.

Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich anhand eines Aus ^¬ führungsbeispiels, welches anhand schematischer Zeichnungen genauer erläutert wird. Es zeigen:

FIG 1 eine schematische Darstellung eines Warmwalzwerks zum reversierenden Walzen von Walzgut,

FIG 2 ein schematisches Ablaufdiagramm zur Darstellung eines beispielhaften Ablaufs einer Ausführungsform des Verfahrens .

FIG 1 zeigt ein schematisch dargestelltes Steckel-Walzwerk . Das Steckel-Walzwerk 1 umfasst wenigstens ein Walzgerüst 2 zum Warmwalzen von Walzgut, insbesondere Metallband B. Es kann ein Walzgerüst oder es können mehrere Walzgerüste vorge ^¬ sehen werden.

Nahe des in Bearbeitungsrichtung - diese wechselt, da rever- sierend gewalzt wird - letzten Walzgerüsts ist jeweils ein sogenannter Steckel-Ofen 3 bzw. 4 angeordnet. Dieser Steckel- Ofen 3 bzw. 4 dient der Aufheizung und Lagerung des Warmwalzguts zwischen zwei Walzstichen. Hierzu umfasst jeder Steckel-Ofen eine Wickeltrommel 5 bzw.

6, auf welcher das Warmband B nach dem Walzstich - vorbehalt ^¬ lich eines letzten Walzstichs - aufgewickelt wird. Hierzu wird das Band B der dem Steckel-Ofen 3 bzw. 4 zugeführt und in die Wickeltrommel eingespannt.

Die Wickeltrommel 5 bzw. 6 sowie das wenigstens eine Walzge ^¬ rüst ist mit einer Steuer- und/oder Regeleinrichtung wirkverbunden. Insbesondere kann mit der Steuer- und/oder Regeleinrichtung die Umfangsgeschwindigkeit der Wickeltrommel, deren Drehmoment und weitere Betriebsparameter eingestellt werden. Ferner kann mittels der Steuer- und/oder Regeleinrichtung 7 das wenigstens eine Walzgerüst 2, insbesondere die Walzge ^¬ schwindigkeit gesteuert werden. Die Steuer- und/oder Regeleinrichtung 7 ist dazu ausgebildet eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens auszuführen. Hierzu ist auf der Steuer- und/oder Regeleinrichtung maschinenlesbarer Programmcode 9 hinterlegt, welcher Steuerbefehle umfasst, welche die Steuer- und/oder Regeleinrichtung 7 zur Durchführung des Verfahrens veranlassen. Die Hinterlegung des maschinenlesbaren Programmcodes 9 kann mittels eines Speichermediums 8 erfolgen. Darüber hinaus kann die Steuer- und/oder Regeleinrichtung ein speicherprogrammierbares Medium aufweisen, auf welcher der Programmcode zur Ausführung hin- terlegt werden kann. Der Programmcode 9 kann der Steuer- und/oder Regeleinrichtung 7 auch über ein Netzwerk übermittelt werden. FIG 2 zeigt ein Ablaufdiagramm, welches beispielhaft auf der Steuer- und/oder Regeleinrichtung ablaufen kann, um das Anwi- ckeln von Warmband nach einem Walzstich zu steuern bzw. zu regeln. Das Ablaufdiagramm geht davon aus, dass das Warmband die Wickeltrommel noch nicht erreicht hat, jedoch in naher Zukunft ein Aufwickeln von Warmband beabsichtigt ist.

Um die für das Aufwickeln vorgesehene Wickeltrommel in ge ^¬ wünschter Weise betreiben zu können, wird in einem ersten Verfahrensschritt 101 mit einem ersten Rechenmodul die von der Drum bzw. Wickeltrommel gewickelte winkelabhängige Band ^¬ länge 1 (phi) als Funktion ihres Drehwinkels phi ermittelt. Als Eingangsparameter werden hierbei berücksichtigt: z.B. der geometrische Aufbau der Wickelanlage inkl. Positionen der Um ^¬ lenkrolle und der Treiberrolle, der Radius der Wickeltrommel, sowie ein Winkel, bis zu dem das Band weiter in den Slot bzw. Wickelspalt eingefüttert wird.

In einem zweiten Verfahrensschritt 102 wird mittels eines zweiten Rechenmoduls die zeitabhängige Bandlänge 1 (t) als Funktion der Zeit t ab Rotationsbeginn der Wickeltrommel ermittelt. Hierbei ist insbesondere die Bandgeschwindigkeit zu berücksichtigen .

In einem dritten Verfahrensschritt 103 wird mittels eines dritten Rechenmoduls das zum Abknicken des Bandes benötigte Drehmoment des Antriebes ermittelt. Dies kann ermittelt wer ^¬ den unter Einbeziehung der Parameter Fließspannung des Materials und Bandgeometrie, insbesondere Dicke, Breite, usw..

In einem vierten Verfahrensschritt 104 wird mittels eines vierten Rechenmoduls für einen vorgegebenen Winkel eine zeit ^¬ optimale bzw. zeitminimale Fahrkurve der Wickeltrommel er ^¬ rechnet. Dies erfolgt unter Einbeziehung insbesondere der ma ^¬ ximal möglichen Beschleunigung und/oder maximalen Winkeltrommelgeschwindigkeit als Funktion des Winkels. Ferner ist die gewünschte Umfangsgeschwindigkeit, welche bei Erreichen des vorgegebenen Winkels erreicht sein soll, vorzugeben. In einem fünften Verfahrenschritt 105 wird nun die optimale Fahrkurve ermittelt. Hierzu werden ein minimaler Winkel phil und ein maximaler Winkel phi2 für einen Zugpunkt vorgegeben. Der Zugpunkt ist ein Winkel, der dadurch gekennzeichnet ist, dass beim Abfahren der optimalen Fahrkurve an diesem Winkel die im ersten Rechensschritt ermittelte Bandlänge gleich der im Rechenschritt 2 ermittelten eingelaufenen Bandlänge ist. D.h. ab diesem Punkt sollte - bei weiterer Trommeldrehung mit einer Umfangsgeschwindigkeit, die höher ist, als die Bandge ^¬ schwindigkeit - Zug gegen das Walzgerüst aufgebaut werden.

Ebenso werden hier die maximal mögliche Beschleunigung, das maximale Drehmoment, und die maximale Umfangsgeschwindigkeit der Wickeltrommel berücksichtigt. Ferner wird ein Führungs ^¬ faktor mit Betrag größer 1 im Hinblick auf die Geschwindig ^¬ keit des einlaufenden Bandes berücksichtigt.

Im Verfahrensschritt 105 wird zunächst die minimale Zeit tl zur Erreichung des minimalen Zugpunktes phil und die minimal Zeit t2 zur Erreichung des maximalen Zugpunktes phi2 ermittelt. Dazu werden im vierten Rechenmodul, vgl. Verfahrens ^¬ schritt 104, die Antriebsgrenzen und der jeweilige vorgegebe ne kleinere bzw. größere Winkel bzw. Zugpunkt als vorgegebe ^¬ ner Winkel eingesetzt. Die Geschwindigkeit am vorgegebenen Winkel ist die einlaufende Bandgeschwindigkeit mal dem Füh ^¬ rungsfaktor. Damit ist die gesamte Fahrkurve bekannt und es kann daraus die benötigte minimale Zeit tl bzw. t2 zum Abfah ren der Fahrkurve ermittelt werden.

In einem Verfahrensschritt 106 werden für die minimalen Zei ^¬ ten tl und t2 jeweils die eingelaufene zeitabhängige Bandlän ^¬ ge l(tl) und l(t2) mit dem zweiten Rechenmodul ermittelt. kann man drei Fälle unterscheiden:

l(phil) > l(tl) : In diesem Fall hätte die Trommel das Band bei Erreichung des minimalen Zugpunktes bereits ab gerissen. Als Maßnahme wird hier vorgesehen, die Beschleunigung solange zu verringern, bis l(phil)=l gilt. • l(t2) > l(phi2) > l(tl): In diesem Fall ist das Band unter Ausnutzung maximaler Kennzahlen am minimalen Zugpunkt noch nicht straff, am maximalen Zugpunkt abgerissen. Als

Maßnahme wird hier vorgesehen, dass der Winkel, bei dem Zug auftreten soll, d.h. der Zugpunkt, zwischen phil und phi2 so ermittelt wird, dass die Bedingung 1 (phi) = 1 (t) gilt .

· l(t2) > l(phi2) : In diesem Fall muss die Einfädelge ^¬ schwindigkeit herabgesetzt werden, so lange bis

l(phi2)=l(t) ist.

Für den Fall, dass phil=ph2 vorgegeben wird, geht die Ernied- rigung der Beschleunigung der Wickeltrommel direkt bzw. unmittelbar in die Erniedrigung der Bandgeschwindigkeit über.

Die Suche nach der Beschleunigung, dem Zugpunkt oder der Einfädelgeschwindigkeit ist eine eindimensionale Nullstellensu- che. Hier sind dem Fachmann mehrere Verfahren zugänglich.

Die ermittelten Parameter werden dann über die Steuer- und/oder Regeleinrichtung auf die Wickeltrommel beaufschlagt, so dass diese auf Basis der Ausführungsform des erfindungsge- mäßen Verfahrens betrieben werden kann.

Die Ermittlung der Fahrkurve wird vorzugsweise in einem Level 2-System einer Automatisierung implementiert. Das Level 2- System überträgt die Fahrkurve an den Level 1 der Automati- sierung. Die Geschwindigkeit als Funktion des Winkels wird aktuell an eine Zahl von Stützstellen übertragen. Denkbar ist auch, den Winkel als Funktion der Zeit an variablen Stützstellen anzugeben, oder andere Darstellungen zu wählen. Im Level 1 wird nun bei hoher Taktzahl die Kurve aus den Stütz- stellen ermittelt und an den Antrieb der Sollwert für die Ge ^¬ schwindigkeit weitergegeben. Denkbar ist auch, die Fahrkurve direkt in eine Antriebslösung zu integrieren.