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Anordnung für die Banddickenregelung von Tandem-Kaltbandwalzwerken
Kaltbandwalzwerke in Tandemanordnung bestehen bekanntlich aus mehreren hintereinander
angeordneten Walzengerüsten, durch welche ein Metallband mit fortschreitender Dickenabnahme
ausgewalzt wird. Dabei ist es Aufgabe des Walzwerkes, das in das erste Gerüst einlaufende
Rohband, dessen Dicke innerhalb gewisser Grenzen schwanken kann, auf ein Band möglichst
konstanter Dicke auszuwalzen. Dies gelingt um so leichter, je geringer die Maßabweichungen
des einlaufenden Bandes sind. Da man nun Maßabweichungen des Rohbandes kaum vermeiden
kann, liegt es nahe, die Anstellung des ersten Gerüstes laufend der Dicke des einlaufenden
Bandes anzupassen. Dies erscheint zunächst unnötig, da man anzunehmen geneigt ist,
daß ein einmal eingestellter Walzspalt unabhängig von der Dicke des einlaufenden
Bandes dieses immer auf gleiche Dicke auswalzt. Dem ist aber nicht so, da der Walzenständer
wie eine große Feder wirkt und je nach Walzkraft mehr oder weniger auffedert, d.
h. also, wenn ein dickes Band einläuft, wird auch die Walzkraft größer, der Walzenständer
federt mehr auf, und das das Gerüst verlassende Band ist dicker als gewünscht. Um
also die alte Banddicke wiederherzustellen ist es notwendig, den Walzspalt etwas
zu verkleinern, indem man die Anstellschrauben betätigt. Für ein Blech, das dünner
ist als das normalerweise einlaufende, gilt entsprechend das Entgegengesetzte.
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Der ständige Vorgang des Nachstellens des Walzspaltes in Abhängigkeit
der Dicke kann automatisiert werden. Dazu ordnet man hinter dem Walzgerüst ein Dickenmeßgerät
an, welches zweckmäßigerweise mit einer durchdringenden Strahlung arbeitet, wie
sie z. B. Röntgenröhren oder strahlende Isotopen liefern. Geräte dieser Art sind
bekannt. Eine solche Anordnung zeigt F i g. 1. Der Ausgang des Dickenmeßgerätes
gibt über eine Steuereinrichtung bei Abweichungen vom Sollwert den Befehl auf die
Anstellschrauben, den Walzspalt im richtigen Sinn zu verändern. Dabei sind grundsätzlich
zwei Methoden möglich: a) ein kontinuierliches Verfahren, bei dem jede Dickenabweichung
eine Schraubenverstellung hervorruft, und b) ein diskontinuierliches Verfahren,
bei welchem Dickenabweichungen, die innerhalb bestimmter festzusetzender Grenzen
bleiben, keine Verstellung zur Folge haben.
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Der grundsätzliche Nachteil dieses an sich bekannten Verfahrens ist,
daß das Dickenmeßgerät die Abweichungen der Banddicke um einen Zeitbetrag verspätet
mißt, die der Laufzeit des Bandes zwischen Walzspalt und Meßgerät entspricht. Zu
diesem Zeitbetrag ist noch die Eigenzeit des Gerätes hinzuzuaddieren, die es benötigt,
um den Meßwert zu bilden, sowie noch eine Zeit, die notwendig ist die Schrauben
tatsächlich zu verstellen. Als Folge dieser Verspätungen wird in die folgenden Walzgerüste
immer ein Stück Band einlaufen, das durch die Dickenregelung nicht mehr erfaßt wurde,
also gegebenenfalls außerhalb der zulässigen -Toleranz für das zu walzende Band
liegt. Bei den heute angewendeten hohen Walzgeschwindigkeiten können das erhebliche
Mengen sein.
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Es wäre nun naheliegend, das Dickenmeßgerät vor das erste Walzgerüst
zu setzen, die Dickenabweichungen also vor Einlaufen in das Walzgerüst messen zu
können, um auf diese Weise den notwendigen Vorlauf für die Eigenzeit des Gerätes
und die Schraubenverstellung zu gewinnen. Dieses an sich naheliegende Verfahren
scheitert in der Regel daran, daß das Band im nicht gespannten Zustand in das erste
Gerüst einläuft, also wellig ist. Ein Dickenmeßgerät mißt auf der Durchstrahlungsbasis
immer die Dicke in der Strahlrichtung, die sich bei Schrägstellen des Bandes scheinbar
um den Betrag 1: cosa vergrößert, wenn a der Winkel der Schrägstellung bedeutet.
Da aber Schrägstellungen durch Wellungen im Band vorübergehend 10 bis 15° betragen
können, würden dem Dickenmeßgerät nicht vorhandene Schwankungen von einigen Prozent
vorgetäuscht werden. Dieser Nachteil wäre nur mit kostspieligen Einrichtungen für
eine Abhaspel oder andere geeignete Spannvorrichtungen zu vermeiden.
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Auch ist die ständige Einwirkung des Dickenmeßgerätes auf die Anstellschrauben
des zweiten Gerüstes
nicht von Vorteil, da es für den technologischen
Prozeß des Walzens bestimmte, von Gerüst zu Gerüst günstigste Stichabnahmen gibt.
Man kann dabei für das erste Gerüst noch einige Konzessionen machen, doch ist es
unerwünscht, wenn innerhalb der Gerüstreihe die Anstellung des Walzspaltes ständig
verändert wird. Ein weiterer Nachteil ist der, daß wegen des Vorliegens einer Steuerung
an Stelle einer Regelung das Ergebnis der Schraubenverstellung nicht nachträglich
gemessen und korrigiert werden kann.
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Es ist eine Einrichtung zur Regelung der Banddicke bekannt, bei der
das Dickenmeßgerät vor dem Walzgerüst angeordnet ist. Die Laufzeit zwischen Walzgerüst
und Meßgerät wird bei der Korrektur der Walzspaltverstellung mit Hilfe einer Verzögerungseinrichtung
berücksichtigt, die im wesentlichen aus einem umlaufenden Impulsträger besteht,
der sich mit einer der Walzgeschwindigkeit proportionalen Geschwindigkeit bewegt.
Die Meßwerte werden mittels eines Schreibkopfes eingegeben und von einem Lesekopf
abgenommen. Der Abstand beider Köpfe ist entsprechend der Laufzeit und der Totzeit
einstellbar. Der Nachteil dieser Anordnung liegt darin, daß bei Änderung der Walzgeschwindigkeit
die Verzögerungszeit falsch wird, weil jetzt die als Weglänge ausgedrückte Totzeit
falsch gewertet wird.
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Die Erfindung hilft allen oben geschilderten Nachteilen und Schwierigkeiten
ab. Sie bezieht sich auf eine Anordnung für die Banddickenregelung von Tandem-Kaltbandwalzwerken,
bei der die Dicke des Walzgutes zwischen dem ersten und dem zweiten Walzgerüst mittels
eines Durchstrahlungsgerätes gemessen und in eine elektrische Meßgröße umgeformt
wird, die dann über einen Regelkreis auf die Walzspaltverstellung des ersten Walzgerüstes
und unter Zwischenschaltung einer Verzögerungseinrichtung, bei der ein vorgegebener
Weg mit einer der Walzgeschwindigkeit proportionalen Geschwindigkeit durchlaufen
wird, auf die Walzspaltverstellung des zweiten Walzgerüstes einwirkt. Die Erfindung
ist dadurch gekennzeichnet, daß der durchlaufene Weg ein Differenzweg aus einer
festen, dem Abstand des Meßortes vom folgenden Walzspalt entsprechenden Wegstrecke
und einer den konstanten Totzeiten der Steuergeräte und des Walzspaltverstellantriebes
entsprechenden, mit der der Walzgeschwindigkeit proportionalen Geschwindigkeit vervielfachten
Wegstrecke ist.
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Die F i g. 2 bis S geben ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wieder.
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An Hand der F i g, 2 soll die Anordnung grundsätzlich erläutert werden.
Das Dickenmeßgerät 31 ist zwischen dem ersten Walzgerüst 2 und dem nachfolgenden
Gerüst 3 angeordnet. Es wird als Fühlglied für einen auf die Walzspaltverstellung
7, 8 des Walzgerüstes 2 wirkenden Regelkreises benutzt, der aus dem Meßwertumformer
4, dem Vergleichsgeräts und der Steuereinrichtung 6 besteht. Gleichzeitig dient
es als Fühlglied für einen auf die Walzspaltverstellung 9, 10 des Gerüstes 3 wirkenden
Steuerkreis, der den Meßwertumformer 11, die Verzögerungseinrichtung 12 und die
Steuereinrichtung 13 enthält.
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Das Banddickenmeßgerät 31 mißt die Dicke des durchlaufenden Bandes
und bildet im Gerät 4 eine der Banddicke proportionale elektrische Größe, beispielsweise
eine Spannung. Diese Spannung, die den Istwert der Blechdicke abbildet, wird im
Gerät 5 mit dem Sollwert der Banddicke verglichen. Das Gerät 5 gibt über seinen
Ausgang an die Steuereinrichtung 6 einen Befehl zur Verstellung des Schraubenantriebsmotors
7. Im Beispiel der F i g. 2 ist vorausgesetzt, daß dies ein Stromrichterantrieb
sei. In gleicher Weise könnte aber ein Leonardumformer zur Speisung des Motors 7
dienen. Auch hydraulische Antriebe für die Schraubenverstellung sind ausgeführt
worden. Hier tritt an Stelle des Motors 7 ein Ölkolben, und die Steuereinrichtung
6 wäre ein elektrohydraulisches Ventil.
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Der Motor 7 wirkt im dargestellten Ausführungsbeispiel über ein Getriebe
8 auf die Schraubenverstellung und ändert den Walzspalt zwischen den Rollen des
ersten Gerüstes 2. Die dadurch hervorgerufene Dickenänderung des Bandes wird nach
Durchlaufen der Strecke si, das ist der Abstand zwischen Walzspalt und Dickenmeßgerät,
diesem rückgemeldet. Es entsteht auf diese Weise der schon oben angedeutete Regelkreis
für die Ausregelung der Banddicke, welcher die erwähnte Zeitverzögerung durch die
Laufzeit des Bandes zwischen dem Gerüst 2 und dem Meßgerät 3 enthält.
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Um nun die durch diese Zeitverzögerung entstandene nicht korrigierte
Dickenabweichung des Bandes auszugleichen, wird erfindungsgemäß vom gleichen Banddickenmeßgerät
31 auch die Anstellung des Gerüstes 3 vorübergehend verändert, bis die Regelung
über das Gerüst 2 wieder ein Walzgut der richtigen Dicke liefert.
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Zu diesem Zweck wirkt die vom Meßwertumformer 31 gelieferte elektrische
Größe nicht nur auf das Gerät 5, sondern auch auf einen weiteren Meßwertumformer
11, welcher die kontinuierlich anfallenden Banddickenänderungen vom Meßwertumformer4
#n geeigneter Weise so umformt, daß sie von dem Zeitverzögerungsglied 12 verarbeitet
werden können.
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Die Arbeitsweise des Meßwertumformers 4 soll an Hand der F i g. 3
erläutert werden. Die Kurve 14 stellt die zeitliche Schwankung der Banddicke dar.
Zu beiden Seiten der Nullinie sind die Abweichungen vom: Sollwert in Toleranzstreifen
von der Breite d h
unterteilt. Ein solcher Toleranzstreifen ist diejenige
Abweichung nach einer Seite, innerhalb der kein Befehl zur Korrektur der Walzenanstellung
des Gerüstes 3 ausgelöst werden soll. Die Anzeige des Banddickenmeßgerätes sollte
also normalerweise zwischen den Linien v d h spielen. Überschreitet die Banddickenabweichung
diese Toleranzgrenze, so hat Gerät 11 die Aufgabe, jedesmal bei Überschreitung einer
Ah-Linie einen Impuls abzugeben. Dies isst schematisch in F i g. 3 durch die Striche
15 angedeutet. Eine Anordnung, die dies leistet, kann z. B. aus mehreren Schmitt-Triggern
mit nachgeschalteten Difterenziergliedern bestehen. Die Impulse selbst sind je nach
Banddickenabweichung positiv oder negativ, wobei es notwendig ist, die positiven
und negativen Impulse über getrennte Kanäle zu führen. Die Impulse selbst werden
dem Gerät 12 zugeführt, wobei auch hier getrennte Kanäle für Plus- und 11Tnusimpulse
unter Umständen vorzusehen sind.
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Die aus dem Zeitverzögerungsglied 12 austretenden Befehle werden auf
die Steuereinrichtung 13 gegeben, welche beispielsweise über einen Stromrichter
den Verstellmotor 9 des Schraubengetriebes 14 des Walzgerüstes 3 betätigt.
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Die Anforderungen an das Zeitverzögerungsglied 12 ergeben sich aus
der Überlegung, daß eine Ver-
Stellung des Getriebes 10 erst
erfolgen darf, wenn die vom Meßgerät 31 erfaßte Verdickung tatsächlich in den Walzspalt
des Gerüstes 3 einläuft. Diese Zeit ist
worin s2 den Abstand zwischen Banddickengerät 31 und Walzspalt des Gerüstes 3 bedeutet,
v die Bandgeschwindigkeit, tm die Verzögerungzeit für das Meßgerät 31 und tA die
Anlaufverzögerung für den Motor 9. Der Steuerbefehl muß die angegebene Zeitverzögerung
nicht nur dann erhalten, wenn das Dickenmeßgerät 31 eine Bandverdickung registriert,
sie muß auch dann wirksam sein, wenn die Bandstärke am Meßort mit dem Sollwert wieder
übereinstimmt und die vorübergehende Korrektur der Walzspaltanstellung am Gerüst
3 rückgängig gemacht werden muß. Das Gerät 12 hat also die Aufgabe, den vom Impulsumformer
11 gegebenen Befehl für eine Schraubenverstellung gemäß der Zeitformel (I) zu verzögern.
Dies kann nun auf verschiedene Arten geschehen. Die einfachste wäre eine Anordnung,
bei welcher sich in der Zeitformel (I) die negativen und positiven Glieder gerade
aufheben, so daß eine zusätzliche Zeitverzögerung durch das Gerät 12 entfallen könnte.
Das ist dann der Fall, wenn der Abstand s2 bestimmt wird durch die Formel
Dieser Abstand ist allerdings nur für eine einzige Bandgeschwindigkeit V, richtig,
die mit Rücksicht auf die unbeeinflußbaren Totzeiten tm und t.4 nicht überschritten
werden darf. Diese Anordnung wäre dann zweckmäßig, wenn man vorwiegend mit der so
bestimmten Geschwindigkeit walzt, und hat den Vorteil, daß für die Zeitverzögerung
kein zusätzliches Gerät vorgesehen werden muß.
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Will man sich aber von dieser Bedingung frei machen, so muß für das
Verzögerungsorgan 12 ein Gerät vorgesehen werden, welches eine variable Laufzeit
besitzt, die sich umgekehrt proportional zur Bandgeschwindigkeit verhält. Eine Anordnung
(F i g. 4), die dieses leistet, wäre z. B. eine Scheibe 16 aus magnetischem Material,
welche mit einer der Bandgeschwindigkeit v proportionalen Winkelgeschwindigkeit
rotiert. Am Umfang dieser Scheibe werden an einer Stelle durch das Gerät 11 Impulse
auf den Geber 17 aufgegeben, welche eine codierte Information über die Banddickenabweichungen
darstellen. Diese auf der Scheibe 16 magnetisch markierten Impulse laufen nun mit
konstanter Drehgeschwindigkeit auf einen Empfänger 18 zu und werden von ihm registriert.
Der Empfänger 18 selbst sitzt auf einem um den Mittelpunkt der Scheibe drehbaren
Zahnsegment und kann durch einen Schraubentrieb 19 gekuppelt mit einem Nachstellmotor
20 um diesen Mittelpunkt geschwenkt werden. Der Schwenkwinkel ß wird durch
eine Nachsteuereinrichtung als proportionale Größe zur Bandgeschwindigkeit eingestellt.
Zu diesem Zweck ist mit dem Zahnsegment ein Potentiometer 21 gekuppelt, welches
von einer Spannungsquelle 22 gespeist wird. Die am Potentiometer abgegriffene Spannung
wird mit der von der Tachodynamo 23 abgegebenen, also der Bandgeschwindigkeit proportionalen
Spannung verglichen. Die Differenz zwischen beiden Spannungen wird durch das Nachsteuergerät
auf Null gebracht. Bezeichnet man den Proportionalitätsfaktor zwischen ß und v mit
k1 und den Proportionalitätsfaktor zwischen Winkel- und Bandgeschwindigkeit mit
k2, so ergibt sich, wie man leicht nachrechnen kann, für die erzielte Zeitverzögerung
der Wert
Durch Vergleich mit der weiter oben angegebenen Formel (I) für die Verzögerungszeit
findet man, daß die Konstante k2 so gewählt werden muß, daß
und die Konstante k1 so, daß
ist. . Diese mechanische Anordnung kann auch durch eine rein elektronische Steuerung
nachgebildet werden. Zu diesem Zweck verwendet man an Stelle der rotierenden Scheibe
ein sogenanntes Schieberegister 30 (F i g. 5). Der Eingang 24 des Schieberegisters
erhält die vom Meßwertumformer 11 gelieferte impulscodierte Information über
die Banddickenabweichung. Der Eingang 25 wird von einer Impulsfrequenz gespeist,
welche proportional der Bandgeschwindigkeit ist. Diese Impulsfrequenz schiebt die
eingegebene Information entsprechend der Bandgeschwindigkeit durch das Schieberegister.
Der Ausgang jedes Elementes des Schieberegisters ist über einen elektronischen Schalter
26 auf eine gemeinsame Ausgangssammelschiene 27 gekuppelt. Diese elektronischen
Schalter, beispielsweise in Form von Schmitt-Triggern, sollen die Eigenschaft besitzen,
durch eine elektrische Vorspannung bestimmter Höhe in den leitenden Zustand übergeführt
zu werden. Die Vorspannungen werden linear gestaffelt von einem Spannungsteiler
28 abgenommen, welcher von einer Tachodynamo 29 gespeist wird, deren Spannung proportional
der Bandgeschwindigkeit ist. Die Vorspannungen sind so in ihrer Polarität und Größe
gestuft, daß die elektronischen Schalter der Reihe nach vom Ende des Schieberegisters
in Richtung auf den Eingang 24 leitend werden, d. h. also, ein Impuls wird um so
eher auf den Ausgang 27 gelangen, je höher die Spannung der Tachodynamo 29 ist.
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Die Anordnung leistet das gleiche wie diejenige der F i g. 3. Eine
bei 24 eingegebene Information durchläuft proportional der Bandgeschwindigkeit
das Schieberegister und wird vom nächsten leitenden elektronischen Schalter 26,
auf den sie trifft, zum Ausgang 27 geleitet. Eine Nachrechnung zeigt, daß die Zeitverzögerung
denselben funktionsmäßigen Zusammenhang hat, wie durch Formel (II) angegeben. Es
ist denkbar, daß derartige Zeitverzögerungsglieder, die auf die Differenz von zwei
Zeitgrößen beruhen, auch außerhalb der vorliegenden Aufgabenstellung Verwendung
finden können.