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Verfahren zur Regelung kontinuierlich arbeitender Walzenstraßen Bei
kontinuierlich arbeitenden Walaenstraßen muß dafür gesorgt werden, daß nicht durch
fehlerhafte Abstimmung der Drehzahlen oder Anstellungen der Walzen aufeinanderfolgender
Gerüste Längskräfte in dem von Gerüst zu Gerüst laufenden Walzgut entstehen. Derartige
Längskräfte sind vor allem dann unerwünscht, wenn sie als Druckkräfte auftreten,
da diese zu Aufwellungen und Stauungen des Walzgutes führen. Längskräfte in Form
von Zugkräften können dagegen unter Umständen erwünscht sein, dürfen aber bestimmte
Grenzen nicht überschreiten.
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Es ist ein Verfahren bekannt, bei dem den 1.uierwünschten Längskräften
dadurch begegnet wird, daß an jedem Gerüst bei längskraftfreiem Durchlauf des Walzg4tes
eine dein Gesamtdrehmoment proportipnaie Größe gemessen und der gemessene Wert gespeichert
und als Sollwert für die Einstellung der Drehzahlen der Gerüste verwendet wird (britische
Patentschrift 401111). Hiervon macht auch die Ergtndung Gebrauch.
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Bei dem bekannten Verfahren wird als dem C'.iesamtdrehmoment proportionale
Größe der Ankerstrom des Antriebsmotors gemessen, also eine Größe, die außer vom
Gesamtdrehmoment nur von praktisch konstanten Größen abhängt. Das Gesamtdrehmoment
seinerseits hängt aber von der Walzendruckkraft und damit auch von der Temperatur
des Walzgutes ab, ist mithin keine Konstante, fällt vielmehr im allgemeinen beim
Durchlauf des Blockes von den kälteren Blockenden zur Blockmitte hin ab, hat aber
auch manchmal einen anderen Verlauf. Würde man beispielsweise den am Blockanfang
auftretenden Drehmomentwert speichern, also einett Wert, der wegen der dort verhältnismäßig
niedrigen Temporatur im allgemeinen bedenklich über dem an der Blockmitte erforderlichen
Drehmoment liegt, und als Sollwert für die Gerüsteinstellung verwenden, so wäre
die Güte der Einstellung von der Temperatur des Walzgutes und von deren Verlauf
abhängig.
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Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß dieser Mangel entfällt,
wenn man als dem Gesamtdrehmoment proportionale Größe das Verhältnis des Gßsamtdrehmoments
zur Walzendruckkraft als Regelgröße einführt, und sie besteht somit drin, daß als
gemessene und gespeicherte Größe das Verhältnis des Gesamtdrehmoments zur Walzendruckkraft
verwendet wird. Dabei soll unter dem Gesamtdrehmoment die Summe der Drehmomente
der Walzen das Gerüstes oder eine dieser Summe proportionale Größe verstanden werden,
also beispielsweise auch der Mittelwert der Drehmomente der Einzelwalzen.
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Die erwähntc Erkenntnis kann nachträglich durch eine rechnerische
Betrachtung bestätigt werden, Bezeichnet man mit M das Gesamtdrehmoment und zeit
P die WalzendrueUraft, dann gilt für das Verhältnis
Hierin ist a = Hebelarm von P an den Walzen, r = Halbmesser der Walzenlager, m =
mittlerer Reibungswert der Walzenlager, Q = Längskraft mit Walzgut außerhalb des
Walzspalts und R = Hebelarm von Q an den Walzen. Dabei hängt das Vorzeichen von
Q davon ab, ob die sich zunächst einstellende Längskraft als Zugluaft oder Pmckkraft
auftritt.
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Die obige Gleichung macht deutlich, daß in dem Ausdruck für das Verhältnis
nach Verschwinden der Längskraft Q nur noch Größen
übrigbleiben, die praktisch konstant sind.
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Messungen haben dies Ergebnis gleichfalls bestätigt. So zeigt F i
g, 1 ein Beispiel für den an einer Umkehrstraße gemessenen Verlauf des Gesamtspindeldrehmoments
einerseits und des Verhältnisses
andererseits, aufgenommen während eines Stiches. Das Gesamtdrehmoment hat sich in
diesem Fall um etwa 35 "/o, das Verhältnis
dagegen nur
um etwa 3 % des Mittelwertes geändert. In F i g.1 ist
auch eingezeichnet, wie groß unter sonst gleichen Umständen das obenerwähnte zusätzliche
Schubmoment werden würde, wenn es sich um eine kontinuierliche Walzenstraße handelte
und nur M als Regelgröße eingehen würde. Würde die Sollwertmessung 1,25 Sekunden
nach Einlaufbeginn stattfinden, so würde ein Wert von 49 tm gespeichert werden.
Das Moment fällt aber im Verlauf auf etwa 39 tm ab, mithin entstünde ein Schubmoment
von 10 tm, was bei einem Walzenhalbmesser von 350 mm einer Längsdruckkraft von 30
t entspräche. Es liegt nahe, zu vermuten, daß das Verhältnis
von den Längskräften wesentlich weniger stark abhängig ist als das Drehmoment M.
Diese Vermutung hat sich jedoch als unbegründet erwiesen. F i g. 2 zeigt das Ergebnis
von Messungen am ersten Gerüst einer kontinuierlich arbeitenden Halbzeugvorstraße.
Bei dem Versuch wurde mit Vorzug gewalzt, und zwar war die Walzendrehzahl am ersten
Gerüst auf einen Wert eingestellt worden, der etwa 10% unter dem üblichen Wert lag.
Im oberen Diagramm ist Mund im unteren
über der Zeit aufgetragen. Die Abhängigkeit des Verhältnisses
von der Längskraft ist, wie ersichtlich, praktisch nicht kleiner als diejenige des
Moments M.
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Bei dem eingangs erwähnten bekannten Verfahren wird die Drehmomentenmessung,
nach der dann später sämtliche Drehzahlen eingestellt werden, an einem Werkstück
vorgenommen, das zwischen je zwei Gerüsten eine Schlinge bildet, um auf diese Weise
alle Längskräfte mit Sicherheit auszuschalten. Dies setzt ein Material voraus, das
für die Schlingenbildung genügend biegsam ist, und hat beim Warmwalzen den Nachteil
erhöhter Wärmeverluste in den Schlingen. Im Gegensatz hierzu ist das Verfahren nach
der Erfindung in seiner bevorzugten Ausführungsform auch beim Walzen von nicht auslenkfähigem,
steifem Walzgut anwendbar. In dieser bevorzugten Ausführung wird durch Nachstellen
der Walzendrehzahl oder -anstellung eines dem ersten folgenden Gerüstes nach Eintritt
des Walzgutes der Istwert des Verhältnisses am vorhergehenden Gerüst auf den Sollwert
gebracht,
der vor dem Eintritt des Walzgutes in das nachzustellende Gerüst, aber nach einer
etwaigen Nachstellung am vorhergehenden Gerüst an diesem gemessen wird. Die Längskräfte
im Walzgut zwischen je zwei Gerüsten werden auf diese Weise schon in ihrer Entstehung
auf praktisch Null heruntergesetzt, ohne daß es dazu besonderer Maßnahmen der Bedienungsmannschaft
bedarf. Dazu kommt der Vorteil, daß bei jedem Einlauf des Blockes für erneute Regelung
gesorgt wird. Das Verfahren nimmt also auf Veränderungen der innerhalb eines Walzprogramms
wechselnden Betriebsbedingungen Rücksicht, also insbesondere auf den Werkstoff,
die Temperatur und den Zustand der Walzenbahnen und der Kaliber.
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Zum besseren Verständnis seien das erste, zweite und dritte Gerüst
eines kontinuierlichen Walzwerks betrachtet, wie sie in F i g. 3 schematisch gezeichnet
sind. Nach Eintritt des Walzgutes in das erste Gerüst A hat die Größe
an diesem Gerüst einen bestimmten Wert angenommen. Dieser Wert wird, wenn die Walzgutspitze
sich zwischen den Gerüsten A und B befindet, gemessen und in dem Gedächtnis eines
Rechners als Sollwert gespeichert. Tritt das Walzgut in den Walzspalt des zweiten
Gerüstes B ein, so wird sich
am ersten GerüstA im allgemeinen ändern, und zwar wird es fallen, wenn das zweite
Gerüst B einen Zug ausübt, und wachsen, wenn das zweite Gerüst das Walzgut zurückzuhalten
sucht, also eine Druckkraft erzeugt. Durch Änderung der Drehzahl oder Anstellung
des zweiten Gerüstes B wird am ersten Gerüst A wieder auf den Sollwert
gebracht,
also auf den Wert, bei dem die Längskraft im Walzgut zwischen beiden Gerüsten A
und B gleich Null ist. Dies geschieht nach Maßgabe der Differenz zwischen dem Istwert
und dem Sollwert der Größe
Die Drehzahl oder Anstellung des zweiten Gerüstes B wird mithin verändert, bis die
Differenz verschwunden ist. Ist das Gerüst B in dieser Weise nachgestellt worden
und befindet sich die Walzgutspitze zwischen den Gerüsten B und C, so wird entsprechend
die Größe
am Gerüst B gemessen und als Sollwert gespeichert. Tritt das Walzgut dann in das
dritte Gerüst C ein, dann wird dieses Gerüst nachgestellt, bis
am zweiten Gerüst B wieder den dort zuvor gemessenen Sollwert annimmt. Ganz entsprechend
wird mit jedem weiteren Gerüst verfahren.
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Ist der Regelvorgang, der sich zwischen zwei Gerüsten, beispielsweise
zwischen dem ersten und zweiten Gerüst, abspielt, beendet und tritt das Walzgut
nunmehr in das dritte Gerüst ein, so wird dieses im allgemeinen wiederum zunächst
eine Längskraft im Walzgut erzeugen. Diese Längskraft wirkt in vermindertem Maße
rückwärts bis in das erste Gerüst hinein und ruft dort wieder eine Abweichung des
Istwertes vom Sollwert des Verhältnisses hervor, die einen neuen Regelvorgang einleitet
und das zweite Gerüst erneut nachstellt. Dies ist grundsätzlich nicht schädlich,
kann aber je nach Art und Charakteristik der verwendeten Regel- und Steuergeräte
gegenseitige Rückwirkungen der einzelnen Regler und damit unerwünschte Zustände,
etwa Pendelungen, hervorrufen. In der bevorzugten Ausführung der Erfindung wird
daher die Nachstellung unterbrochen, nachdem am vorhergehenden Gerüst erstmalig
Gleichheit zwischen Sollwert und Istwert hergestellt worden ist. Dazu wird der zugeordnete
Regler so weit abgeschaltet oder blockiert, daß eine nachträglich auftretende Abweichung
des Istwertes vom Sollwert keinen neuen Regelvorgang einleitet. Dies kann mittels
Photozellen zwischen den einzelnen Gerüsten geschehen, die auf das Vorbeilaufen
der Walzgutspitze ansprechen und so angeordnet sind, daß die Zeit, die das Walzgut
braucht, um den Bereich der Photozelle zu erreichen, größer ist als die für den
Ablauf eines Regelvorganges nötige Zeit. Mann kann aber auch den einzelnen Regler
so ausbilden, daß er sich selbsttätig abschaltet, wenn er die Gleichheit zwischen
Istwert und Sollwert hergestellt hat. Die erneute Einschaltung der Regler vor Einlaufen
eines neuen Blocks kann durch das Ende des
auslaufenden Gutes über
geeignete Schalter oder Photozellen bewirkt werden.
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Es kann in manchen Fällen erwünscht sein, die Längskraft nicht völlig
auf Null herunterzusetzen, vielmehr - wie an sich bekannt - mit einem geringen,
begrenzten Längszug zu arbeiten. Dies läßt sich in einer Abwandlung des Verfahrens
verwirklichen, die darin besteht, daß zwischen dem Sollwert und dem Istwert des
Verhältnisses
eine positive Differenz begrenzter Höhe aufrechterhalten wird. Dazu ist lediglich
eine geeignete Einstellung der Regelgeräte notwendig.
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Im allgemeinen wird es sich empfehlen, nach Maßgabe der Abweichung
des Istwertes vom Sollwert der Größe
nicht die Anstellung, sondern die Drehzahl des nächstfolgenden Gerüstes zu steuern.
Werden aber die Walzen mehrerer Gerüste von einem gemeinsamen Motor angetrieben,
dann bietet die Steuerung der Walzenanstellung eine Möglichkeit, das Verfahren auch
in diesem Fall anzuwenden.
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Das Verfahren ist auch für mehradrige Walzen anwendbar, da das Verhältnis
als Regelgröße nicht von der Zahl der in einem Gerüst laufenden Adern, vielmehr
von der absoluten Größe des Moments und der Walzendruckkraft abhängt. Nur beim Ein-
oder Auslauf einer Ader können sich unter Umständen kurzzeitig Veränderungen der
Regelgröße ergeben, die aber durch Dämpfung oder kurzzeitige Unterbrechung des Regelvorganges
unschädlich gemacht werden können. Im übrigen kann es beim mehradrigen Walzen, etwa
infolge von Unterschieden zwischen den Kalibern, geschehen, daß in einer Ader eine
Längskraft auftritt, in den anderen dagegen nicht. In diesem Fall hätte die längskraftfreie
Walzendrehzahl an einem Gerüst nicht für jede Ader den gleichen Betrag. Das Verfahren
nach der Erfindung würde aber automatisch eine Drehzahl einstellen, die dem Mittelwert
der für die einzelnen Adern günstigsten Werte entspricht.