DE1301787B - Walzwerk mit zwischen den oberen und unteren Einbaustuecken eingesetzten Distanzstuecken - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine fortschrittliche Ausgestaltung des den Gegenstand der Patentanmeldung P 12 68 570.0-14 bildenden Walzwerks mit zwischen den oberen und unteren Einbaustücken eingesetzten Distanzstücken, die mit mindestens einem Druckmeßglied versehen sind und durch einen Teil der die Einbaustücke zusammendrückenden, durch ein Stellglied veränderlichen Außenkraft belastet sind, und mit einem zum Konstanthalten des Walzspaltes dienenden Regelkreis, dessen Regelgröße der Belastung der Distanzstücke entspricht.

Die Wirkungsweise dieses Walzwerks beruht darauf, daß der Abstand der Walzenzapfenachsen konstant gehalten wird, wenn die Distanzstücke, die zwischen den oberen und unteren, die Lager der Walzenzapfen aufnehmenden Einbaustücken eingesetzt sind, unter einer gleichbleibenden Spannung stehen, die durch die Regelung konstant gehalten wird.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, den Walzspalt mit noch größerer Genauigkeit konstant zu halten, als es bei dem in der Hauptpatentanmeldung beschriebenen Ausführungsbeispiel der Erfindung möglich ist. Bei diesem Ausführungsbeispiel wird zwar der Abstand der Walzenzapfen konstant gehalten; doch bleibt dabei der Einfluß gewisser elastischer Verformungen von Walzwerksteilen auf die Weite des Walzspaltes unberücksichtigt. Das gilt vor allem für ein elastisches Durchbiegen und elastisches Abplatten der Walzen. Um auch den Einfluß dieser elastischen Verformungen von Walzwerksteilen auszugleichen, weist das Walzwerk nach der Erfindung eine Folgeregelung mit der Außenkraft als Führungsgröße über eine Schaltung auf. die unter dem Einfluß der Außenkraft und einer die Elastizität der Walzwerksteile darstellenden Konstante steht und den Sollwert der Regelgröße entsprechend beeinflußt. Dadurch ist erreicht, daß bei wachsender Außenkraft, d. h. bei wachsender Abplattung und Durchbiegung der Walzen, die Belastung der Distanzstücke etwas vergrößert wird, statt genau konstant gehalten zu werden. Die Distanzstücke werden daher ein wenig stärker zusammengedrückt, und dadurch werden die Achsen der Walzenzapfen einander um ein Maß genähert, das die Aufweitung des Walzspaltes durch die elastischen Formveränderungen der Walzen ausgleicht.

Der Inhalt der Hauptpatentanmeldung ist vorveröffentlicht. Es war auch bereits bekannt, daß die Federungseigenschaften des Walzgerüsts samt Einbauten und die Walzenabplattung bei gesteigerten Anforderungen an die Walzgenauigkeit zu berücksichtigen sind. Eine solche Berücksichtigung hat bisher aber nur bei Regelungen stattgefunden, die auf einer Messung der Stärke des Walzgutes nach Austritt aus dem Walzwerk beruhen.

Vorzugsweise stellt die Schaltung, über welche die Folgeregelung wirkt, einen elektrischen Analogrechner mit drei Eingängen dar, deren ersten eine der Außenkraft entsprechende Spannung, deren zweiten eine der Belastung der Distanzstücke entsprechende Spannung und deren dritten eine den Sollwert der Regelgröße darstellende elektrische Spannung zugeführt wird, wobei dieser Analogrechner mindestens eine der beiden erstgenannten Spannungen um Verhältniswerte verringert, die der Elastizität der Walzwerksteile entsprechend einstellbar sind, die verringerten Spannungen voneinander substrahiert und am Ausgang, der mit dem Kraftschalter des Regelkreises verbunden

ist, die Abweichung der Differenz der Spannungen von der den Sollwert darstellenden Spannung liefert. Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung in einer der F i g. 4 der Hauptpatentanmeldung entsprechenden Darstellung wiedergegeben, die ein hydraulisches und elektrisches Schaltbild enthält.

Wie in der Hauptpatentanmeldung beschrieben, besteht das Walzengerüst aus einem Bett 10 und zwei im Abstand voneinander angeordneten Ständern 11, von denen nur der eine in der Zeichnung wiedergegeben ist. Jeder der beiden Ständer hat ein Fenster 12 mit parallelen Seitenwandungen, und die beiden Ständer sind oben durch einen Querbalken 13 verbunden.

Es handelt sich dabei um ein Quarto-Walzwerk mit zwei übereinander angeordneten Walzenaggregaten, die je aus einer Arbeitswalze 14 und einer Stützwalze 16 bestehen. Die Walze 14 läuft mit ihren Zapfen in Lagern, die von Einbaustücken 15 getragen werden, während die Walze 16 mit ihren Enden in Lagern läuft, die in Einbaustücken 17 sitzen. Die Arbeitswalzen 14 bilden miteinander den Walzspalt, der das Walzgut aufnimmt und dessen Weite durch die nachstehend beschriebene Folgeregelung mit großer Genauigkeit konstant gehalten wird. Die Einbaustücke 17 der Stützwalzen 16 sitzen mit Gleitsitz in den Fenstern 12 der Ständer 11, während die Einbaustücke 15 der Arbeitswalzen 14 mit Gleitsitz in Aussparungen 21 eingepaßt sind, die in den oberen Enden der unteren Einbaustücke 17 und in den unteren Enden der oberen Einbaustücke 17 vorgesehen sind.

Die Einbaustücke 17 für die Stützwalzen 16 werden durch vier Schraubspindeln 26 in Abstand gehalten, die zu je zweien für jeden Ständer 11 des Walzwerks auf gegenüberliegenden Seiten der oberen Einbaustücke 15 der Arbeitswalzen 14 angeordnet sind. Jede Schraubspindel 26 hat einen unteren Gewindeabschnitt 27, der in eine Gewindebuchse 31 eingeschraubt ist. Diese ist im unteren Ende des betreffenden oberen Einbaustückes 17 befestigt. Die Spindeln sind in der in der Hauptpatentanmeldung beschriebenen Weise gemeinsam antreibbar, um dadurch die Weite des Walzspaltes einzustellen.

In den Einbaustücken 15 befinden sich hydraulische, aus Zylinder und Kolben bestehende Antriebe 74, 76, welche die Einbaustücke 15 in den Einbaustücken 17 abstützen.

In oberen Aussparungen der unteren Einbaustücke 17 sind vier Druckmeßglieder 53 angebracht, und zwar befindet sich jedes von ihnen unmittelbar unter einer der vier Spindeln 26. Auf jedem Druckmeßglied 53 ist zu diesem Zweck ein Distanzstück 54 in Gestalt eines Stahlblockes angeordnet. Die Druckmeßglieder 53 liefern eine dem Druck S entsprechende elektrische Spannung.

Die Kraft S sucht jedes obere Einbaustück von dem darunter befindlichen abzuspreizen. Jeder der unteren Einbaustücke 17 ruht auf einem Schubblock 56, der mit einer lotrechten Zylinderbohrung versehen ist. Diese mündet auf der Unterseite des Schubblockes 56 und enthält einen Tauchkolben 58, der an der unteren Wandung des Fensters 12 des betreffenden Ständers 11 befestigt ist. Die Zylinderbohrungen werden mit einer Druckflüssigkeit von einer durch Motor M angetriebenen Pumpe 60 beliefert. Diese saugt die Flüssigkeit aus einem Vorratsbehälter 61

an und drückt sie in die Räume über den Kolben 58. Gesteuert wird der Druck dieser Flüssigkeit durch das Stellglied des Regelkreises in Gestalt eines Überdruckventils 64, von dem aus der gegebenenfalls austretende Flüssigkeitsüberschuß zum Behälter 61 zurückgeleitet wird.

Das überdruckventil 64 ist durch einen Elektromotor verstellbar, der an den Ausgang eines Verstärkers 68 angeschlossen ist, dessen Eingang die Steuerspannung zugeführt wird.

Insoweit entspricht das beschriebene Ausführungsbeispiel demjenigen der Hautpatentanmeldung.

Für die Zwecke der Zusatzerfindung sind jedoch zusätzlich ein oder mehrere Druckmeßglieder 148 vorgesehen, die den von dem Kolben 58 erzeugten Außendruck P messen und im vorliegenden Falle zwischen dem oberen Einbaustück 17 eines jeden Ständers 11 und der oberen Begrenzung des Fensters 12 eingefügt sind, aber auch zwischen dem Bett 10 und dem Kolben 58 eingefügt sein können. Die Druckmeßglieder 53 messen die Belastung 5 der Distanzstücke 54, die je zwischen dem oberen und dem unteren Einbaustück eingesetzt sind. Die Druckmeßglieder 148 messen hingegen die Außenkraft P, mit der die unteren Einbaustücke 17 durch den Schubblock 56 aufwärts gedrückt werden, wobei jedes Druckmeßglied eine der gemessenen Kraft entsprechende elektrische Spannung liefert. Die Druckmeßglieder 148 können durch Druckmeßgeräte 150 ersetzt werden, die mit dem Innenraum der Schubblöcke 56 verbunden sind und den darin herrschenden hydraulischen Druck messen und eine diesem entsprechende elektrische Spannung liefern.

Bei dem in der Hauptpatentanmeldung beschriebenen Ausführungsbeispiel wird dem Eingang des Verstärkers 68 jede Abweichung der von den Druckmeßgliedern 53 gelieferten Spannung S vom konstanten Sollwert zugeführt und die Außenkraft P über das überdruckventil 64 so gesteuert, daß die Abstandslast S genau konstant gehalten wird. Infolgedessen bleibt der Achsabstand der in den Einbaustücken 17 gelagerten Zapfen der Walzen 16 unverändert. Das führt zwar dazu, daß die Weite des Spaltes zwischen den Walzen 14 ungefähr konstant bleibt. Eine Schwankung dieser Weite kann jedoch dadurch auftreten, daß sich die elastische Durchbiegung und die elastische Abplattung der Walzen ändert, wenn die von dem Walzgut auf die Walzen ausgeübte Trennkraft R zu- oder abnimmt. Bei einer Zunahme werden die Walzen stärker abgeplattet und durchgebogen und daher der Walzenspalt um einen gewissen Betrag erweitert. Um nun auch diesen Betrag auszugleichen, wird die Regelung dahingehend verfeinert, daß bei zunehmender Trennkraft R die beiden Einbaustücke 17 einander genähert werden. Zu diesem Zweck wird die Regelung so vorgenommen, daß die Abstandslast S in diesem Falle etwas vergrößert wird. Wenn sich also die Walzen stärker durchbiegen und abplatten, dann werden auch die Distanzstücke 54 stärker zusammengedrückt und daher die Einbaustücke 17 einander etwas genähert. Der Sollwert von S bleibt also nicht mehr genau unverändert, sondern ist von der veränderbaren Führungsgröße P abhängig, die mit der Trennkraft R zu- und abnimmt. Es handelt sich also um eine Folgeregelung. Diese erfolgt über die dem Verstärker vorgeschaltete und nachstehend erläuterte Schaltung in Gestalt eines Analogrechners 152. Diese Schaltung steht unter dem Einfluß der Außenkraft P, die durch die Druckmeßglieder 148 gemessen wird, und unter dem Einfluß einer die Elastizität der Walzwerksteile darstellenden Konstante m.
Der Analogrechner 152 hat drei Eingänge. Dem ersten Eingang wird die durch die Druckmeßglieder 148 gelieferte Spannung P zugeführt und durch einen verstellbaren Widerstand R1 im Verhältnis einer Konstante k2 verringert; diese stellt die Elastizität der Walzen dar.

Dem zweiten Eingang des Analogrechners 152 wird die von den Druckmeßgliedern 53 gemessene Spannung S zugeführt, welche die Abstandslast darstellt. Diese Spannung S wird durch einen verstellbaren Widerstand R2 im Verhältnis der Konstantensumme kl+ kl vermindert, wobei kl die Elastizität der Einbaustücke darstellt. In einer Analogrechenschaltung I wird die verminderte Spannung S von der verminderten Spannung P abgezogen, und die Differenzspannung wird einer Analogrechenschaltung II zugeführt. Dort wird sie verglichen mit dem Sollwert in Gestalt einer Spannung, die durch ein von Hand auf diesen Sollwert einstellbares Potentiometer 154 geliefert und dem dritten Eingang zugeführt wird.

Weicht die von der Analogrechenschaltung I gelieferte Spannung klP-(kl+kl)S von dem Sollwert im positiven oder im negativen Sinne ab, dann wird diese Abweichung durch ein Instrument 170 angezeigt und über einen Schalter 166 dem Eingang des Verstärkers 68 zugeführt. Diese Folgeregelung bewirkt, daß nicht mehr, wie bei dem Ausführungsbeispiel der Hauptpatentanmeldung, der Wert S, son dern vielmehr der Wert S —

1 + m

P konstant ge-

halten wird. Dabei stellt m den Quotienten kl:kl dar. Jede Zu- oder Abnahme von P um dP hat also

zur Folge, daß die Abstandslast S um

zu- oder abnimmt. Je größer die Steifigkeit der

Walzen ist, d.h., je kleiner kl ist, um *so kleiner wird m. Im Grenzfall bei unendlich hoher Steifigkeit

der Walzen wird daher

dP zu Null. In diesem

Fall wird daher S konstant gehalten. Das entspricht dem Ausführungsbeispiel der Hauptpatentanmeldung. Die vorstehende Formel leitet sich folgendermaßen ab: Wächst die auf die Walzen wirkende Trennkraft R, die der Außenkraft P vermindert um die Abstandslast S entspricht, um den Betrag dR, dann erweitert sich der Walzspalt infolge der elastischen Verformung der Walzen um den Betrag k2dR. Infolgedessen beläuft sich die Erweiterung des Walzspaltes, die von der elastischen Verformung nicht nur der Einbaustücke und Abstandshalter, sondern auch der Walzen selbst herrührt, auf JtI dR + kl· dR oder kl dR (1 +m)

kl
worin, wie oben angegeben, m gleich -rj- ist. Diese Erweiterung des Walzspaltes läßt sich dadurch ausschließen, daß der Abstand der Walzenzapfenachsen voneinander um die gleiche Strecke kldRiX +m) verringert wird. Die beschriebene Regelung führt diese Verringerung dadurch herbei, daß die Außenkraft um dR(i +m) vergrößert wird. Aus der Formel

P = R+S

wird bei dieser Zunahme der Außenkraft die Formel

dR(\+m) = (R+dR)

-dR). (2)

Bei einer Zunahme der Außenkraft um dR(l +m) wird also die Abstandslast gleichzeitig um m ■ dR vergrößert. Mit anderen Worten: Um den Einfluß der elastischen Verformung nicht nur der Einbaustücke und der Abstandshalter, sondern auch der Walzen auf die Weite des Walzspaltes auszuschließen, muß das Verhältnis zwischen der Zunahme dP der Außenkraft und der Zunahme dS der Abstandslast folgendermaßen bemessen werden:

dP _ (1+m)

ls~^r

IO

rm

Da diese Größe konstant ist und da sich aus der

Gleichung (3) ableiten läßt: dS = sich die Formel

P = konstant.

dP, ergibt

(4)

S

1 -\-m

Die Regelung hält also nicht mehr, wie bei dem Ausführungsbeispiel der Hauptpatentanmeldung, S,

sondern die korrigierte Größe S — -r—:— P kon-

stant. Das ist durch die Folgeregelung mit dem Analogrechner 152 erreicht, wie sich aus folgendem ergibt:

Ändert sich die Trennkraft R infolge einer Zustandsänderung des Walzgutes, dann ändert sich die Außenkraft P um dP und die Abstandslast S um dS. Die am Ausgang der Analogrechenschaltung I gelieferte Spannung belauft sich dann auf

si = kl(P±dP) - (kl + k2) [STdS).

Die am Potentiometer 154 eingestellte Sollspannung beträgt kl-P — [kl +k2)S, Am Ausgang der Rechenschaltung II ergibt sich die Abweichung vom Sollwert mit

<?' = k2dP-{ki+k2)dS.

Der vom überdruckventil 64 mit dem Verstärker 68 gebildete Kraftschalter wird durch diese Spannung e' stets so gesteuert, daß sie zu Null wird. Wird aber e zu Null, dann ergibt sich die Formel

kldP = {k\+k2)dS. Daraus folgt aber

dP 1 + hi

45

dS

Das bedeutet aber nichts anderes, als das der Wert

P konstant gehalten wird, wie oben

1 + m
dargelegt.

Das Anzeigegerät 170 bietet die Möglichkeit, laufend die Regelung zu beobachten und zu prüfen, ob die Regelabweichung auf Null gehalten wird.

Mindestens einer der Widerstände Ri, JR2 wird vorzugsweise auf die anfängliche Kalibrierung eingestellt, wobei jede nachfolgende Änderung des Koeffizienten m berücksichtigt werden muß, weil eine solche Änderung infolge eines Verschleißes der Walzen oder aus anderen Gründen eintreten kann.

Bevor man mit einem Walzvorgang beginnt, stellt man die Weite des Walzspaltes zwischen den Walzen 14 mit Hilfe der Spindeln 26 auf den Sollwert der Stärke des Walzgutes ein. Wenn der Walzvorgang beginnt, ist die selbsttätige Regelung durch den Schalter 166 abgeschaltet. Die Lastmeßgeräte liefern dann die den Größen P und S entsprechenden Spannungen. Das Potentiometer 154 wird dann so eingestellt, daß das Meßgerät 170, das die Regelabweichung angibt, auf Null steht. Alsdann wird der Schalter 166 geschlossen. Von dann an führen alle Schwankungen der Trennkraft J?, die durch Änderungen der Eigenschaften des Walzgutes bedingt sind, zu entsprechenden Schwankungen der am Ausgang der Rechenschaltung I abgegebenen Spannung und daher zu einer Regelabweichung, die dem Verstärker 68 zugeführt und durch die Regelwirkung zu Null verringert wird.

Das beschriebene Ausführungsbeispiel kann in mannigfacher Hinsicht abgewandelt werden. So können die Druckmeßglieder 53 durch Abstandsmeßgeräte ersetzt werden, die den Achsabstand der Zapfen der Stützwalzen 16 messen und das Meßergebnis in Gestalt eines elektrischen Signals liefern. Der Widerstand Rl kann entfallen. In diesem Fall muß der Widerstand JR 2 so eingestellt werden, daß er die Spannung S vermindert im Verhältnis —^=— .

Ferner kann man auf eines der Druckmeßglieder 53 eines jeden Ständers verzichten, weil gewöhnlich die Abstandskräfte in den beiden Schraubspindeln 26 gleich groß sind. Auch ist es möglich, nur einen der beiden Ständer des Walzwerks mit den Kraftmeßgeräten zu versehen, wenn man unterstellen kann, daß die gemessenen Größen auf beiden Seiten des Walzwerks gleich groß sind.

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Walzwerk mit zwischen den oberen und unteren Einbaustücken eingesetzten Distanzstücken, die mit mindestens einem Druckmeßglied versehen sind und durch einen Teil der die Einbaustücke zusammendrückenden, durch ein Stellglied veränderlichen Außenkraft belastet sind, und mit einem zum Konstanthalten des Walzspaltes dienenden Regelkreis, dessen Regelgröße der Belastung der Distanzstücke entspricht, nach Patentanmeldung P 1268 570.0-14 (deutsche Auslegeschrift 1 268570), gekennzeichnet durch eine dem Ausgleich des Einflusses elastischer Verformungen von Walzwerksteilen dienende Folgeregelung mit der Außenkraft (P) als Führungsgröße über eine Schaltung, die unter dem Einfluß der Außenkraft (P) und einer die Elastizität der Walzwerksteile darstellenden Konstante steht und den Sollwert der Regelgröße entsprechend beeinflußt.

2. Walzwerk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltung einen elektrischen Analogrechner (152) mit drei Eingängen darstellt, deren ersten eine der Außenkraft (P) entsprechende Spannung, deren zweiten eine der Belastung (S) der Distanzstücke entsprechende Spannung und deren dritten eine den Sollwert der Regelgröße darstellende elektrische Spannung zugeführt wird, wobei dieser Analogrechner mindestens eine der beiden erstgenannten Spannungen (P, S) um Verhältniswerte verringert, di'e der Elastizität der Walzwerksteile entsprechend einstellbar sind, und die verringerten Spannungen voneinander subtrahiert und am Ausgang, der mit dem Kraftschalter (64, 68) des Regelkreises verbunden ist, die Abweichung der Differenz der Spannungen von der den Sollwert darstellenden Spannung liefert.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen