DE2821396A1 - Anordnung zur betriebsmaessigen erfassung der veraenderung der walzlinienhoehe bei einer walzstrasse - Google Patents

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Hoesch Werke AG, Dortmund

Anordnung zur betriebsmäßigen Erfassung der Veränderung der Walzlinienhöhe bei einer Walzstraße

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Anordnung zur betriebsmäßigen Erfassung der Veränderung der Walzlinienhöhe bei einer Walzstraße

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur betriebsmäßigen Erfassung der Veränderung der Walzlinienhöhe bei einer Walzstraße mit mehreren Gerüsten, zwischen denen Schiingenheber angeordnet sind, deren Heberarm einen Winkel ^α zwischen Walzlinie und Armachse aufspannt, sowie zur Korrektur des Bandvorrates und/oder Zugs innerhalb des Walzbandes bei Auftreten einer Veränderung der Walzlinienhöhe.

An sich bekannte Breitbandwalzwerke gliedern sich in eine Vor- und eine Zwischenstraße, die als Umkehr- oder halbkontinuierliche Straßen ausgeführt sein können, und in eine kontinuierliche Breitband-Fertigstraße. In letzterer erhält das Warmband seine Endabmessungen und seine Form. Einflußgrößen sind dabei Walzspalt, Walzenumfangsgeschwindigkeit, Walzenform, Walzkraft und Zug zwischen den Walzgerüsten.

Der Zug Z hat entscheidenden Einfluß und muß daher auch bei vorübergehender Störung des Materialflusses konstant gehalten werden. Dies wird erreicht, indem zwischen den einzelnen Gerüsten eine sog. Schlinge zugelassen wird, deren Länge L geregelt wird. Dazu werden Schiingenheber eingebaut, die mit Rollen, die an einem Schlingenheberarm befestigt sind, gegen die Unterseite des Bandes drücken. Um Bandzug und Bandvorrat konstant zu halten, sind Regeleinrichtungen bekannt geworden,

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die das Drehmoment des Schlingenheberarms und die Drehzahlregelung des Hauptantriebes beeinflussen. Der Bandzug wird durch den Schiingenheber erzeugt und dessen Stellung als Meßgröße für die Schiingenregelung verwendet. Wie an sich bekannt (vgl. A. HEINDEL, Regeleinrichtungen für Hauptantriebe und Schlingenheberantriebe von Breitband-Fertigstraßen, Siemens-Z. 40 (1966), S. 795 ff.), wird das Drehmoment des Schiingenhebers und damit der Banobug mit solchen bekannten Einrichtungen hergestellt. Die Winkellage des Schlingenhebers wird durch einen Sollwert vorgegeben und das Drehmoment durch einen regelbaren Antrieb aufgebracht.

Bei den Walzstraßen gemäß dem Stand der Technik tritt das Problem auf, daß der Sollwertgeber zwar einen Schlingenheberwinkel und damit einen bestimmten Bandvorrat vorgeben kann, dieser Bandvorrat jedoch nur einer bestimmten Walzlinienhöhe zugeordnet ist. Bei Änderung der Walzendurchmesser kann nicht mehr davon ausgegangen werden, daß die durchlaufene Walzlinienhöhe zwischen den einzelnen Gerüsten gleich ist. Um diesen Fehler zu kompensieren, werden daher, wie bekannt, beim Walzenwechsel Unterlegstücke unter den Walzeneinbaustücken angebracht. Werden diese mechanischen Korrekturen nicht vorgenommen, so könnten erhebliche Zugschwankungen im Material auftreten, die zu starken Abmessungsveränderungen des Materials führen könnten.

Es stellt sich demnach die Aufgabe, bei der Veränderung eier

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Walzlinienhöhe einen Ausgleich mit Hilfe einer Anordnung zu schaffen, die mechanische Korrekturen der Walzlinienhöhe / beispielsweise durch Unterlegstücke, praktisch überflüssig macht, die die Korrekturen auf elektronischem Wege durchführt und die bei Walzlinienänderungen gleich welcher Ursache einen raschen Abgleich der richtigen Größen Zug- und Bandvorrat ermöglicht. Diese Aufgabe wird gemäß Erfindung durch eine Anordnung gelöst, die folgende Teile aufweist:

a) einen Additionsschaltkreis, mit dem die Durchmesser der Stütz- und Arbeitswalzen sowie weitere, addiarbare,. die Walzlinienhöhe beeinflussende Größen zu einem der Walzlinienhöhe entsprechenden elektrischen Analogwert U_n addierbar sind,

b) zwei dem Additionsschaltkreis nachgeschaltete Funktionsgeneratoren, die eine dem Winkel α proportionale elektrische Größe U_a und U_n unter Zugrundelegung der funktionalen Beziehungen:

^üi - ^fi <^uc ü_D)

bzw.

^Um/z = f₂ (U_a, U_n)

zu einem Signal verarbeiten, wobei das von den Funktionsgeneratoren erzeugte Signal unter üblicher Anpassung Regelkreisen zur Steuerung der Walzendrehzahl und des Antriebes des Schlingenheberarmes eingegeben wird (dabei ist: U, = analoge elektrische Größe zum Bandvorrat; U_M/„ = analoge elektrische Größe zum Bandzugfaktor).

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Das Prinzip der erfindungsgemäßen Anordnung wird anhand der Zeichnung erläutert.

Die Figuren der Zeichnung zeigen:

Figur 1 zeigt in schematischer Ansicht drei Walzgerüste einer Fertigstraße mit den dazwischengeschalteten S chiingenheberη;

Figur 2 zeigt ein Diagramm, bei dem der Bandvorrat 1 über dem Winkel α aufgetragen ist;

Figur 3 zeigt ein Diagramm, bei dem der Bandzug Z (dargestellt als Bandzugfaktor M/Z; M = Drehmoment des Schlingenhebers) über dem Winkel α aufgetragen ist,

Figur 4 ein Blockschaltbild der Schlingen- und Schlingenheberregelung;

Figur 5 ein detailliertes Blockschaltbild des in Figur 4 dargestellten, strich-punktiert eingefaßten Teilkreises;

Figur 6 eine Skizze, die die geometrischen Beziehungen zwischen zwei Walzgerüsten verdeutlicht.

In Figur 1 ist schematisch eine Folge von drei Walzgerüsten 1, 2, 3 innerhalb einer beispielsweise siebengerüstigen kontinuierlichen Fertigstraße einer Warmbandstraße dargestellt. Spiegelbildlich zur Walzlinie 4 liegen die kleineren inneren Arbeitswalzen 5, 6 und die größeren äußeren Stützwalzen 7, 8 jedes Walzgerüstes. Abweichend von der (gedachten) Walzlinie 4 wird ein zu walzendes Band 9 mit Hilfe von Schlingenhebern

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10, 11 zur Bildung von sog. Schlingen 12 angehoben. Wie eingangs beschrieben, sind die Schlingen dazu erforderlich, um zwischen den einzelnen Gerüsten einen definierten und konstanten Bandzug herzustellen. Weiterhin ist auf der Einlaufseite eines jeden Gerüstes ein Einlauftisch 13 vorgesehen, der das zu walzende Band genau vor den Spalt zwischen den Arbeitswalzen 5, 6 führt.

Der Schiingenheber 10 bzw. 11 besteht im Prinzip aus einem Drehmomentantrieb 14 mit einem Drehpunkt 14' sowie einem Schlingenheberarm 15 mit Rolle 16, die unterhalb des Bandes im Scheitel der Schlinge andrückt und damit das Band anhebt. Dabei wird ein Winkel α zwischen der Achse des Schlingenheberarmes 15 und einer Parallelen zu der Walzlinie gemessen. Der Winkel α ist die direkt meßbare Größe, aus der die Istwerte von Bandzug und Bandvorrat ermittelt werden.

Einem Bandvorrat 1 des si^ch zwischen zwei Gerüsten befindenden Bandes gegenüber der direkten Verbindung zwischen zwei Walzspalten bei mittlerer Walzlinienhöhe D entspricht ein Winkel α . Wird ein Walzenpaar 5, 6 oder 7, 8 mit abweichendem Durchmesser gegen das vorhandene ausgewechselt, so resultiert aus den veränderten Durchmessern eine veränderte Walzlinienhöhe gegenüber dem Drehpunkt 14' des Schlingenheberarmes 15. Damit wären bei konstantem Winkel α Bandvorrat und Bandzug nicht mehr die gleichen; der tatsächliche Bandvorrat wäre größer und der tatsächliche Bandzug geringer, wenn die

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Walzlinie nach unten und kleiner bzw. größer, wenn die Walzlinie nach oben verschoben wäre gegenüber einer definierten mittleren Walzlinienhöhe.

Durch Verschleiß und nachfolgende Bearbeitung unterliegen die Walzendurchmesser erheblichen Veränderungen. Der Abstand D zwischen dem Drehpunkt des Schiingenhebers und der Walzlinie wird also durch Walzenwechsel sprunghaft geändert. Ohne ein Eingehen hierauf würde zwar der Winkel α durch die automatisch wirkende Stellelektronik konstant gehalten, der Bandzug könnte sich aber erheblich verändern, was zu Störungen und zu fehlerhaften Produkten führen würde.

Die Walzlinienhöhe D hängt definitionsgemäß von folgenden Größen ab:

1. Stützwalzendurchmesser C

2. Arbeitswalzendurchmesser C

el

3. Höhe des Drehpunktes des Schiingenhebers H

4. Höhe evtl. vorhandener mechanischer Unterlegstücke κ.

Um die Zusammenhänge darstellen zu können, wird auf Figuren 2 und 3 verwiesen. In Figur 3. ist aufgetragen für einen bestimmten Fall des Gerüstabstandes und weiterer festgelegter geometrischer Werte der Bandvorrat 1 in Abhängigkeit von bestimmten Stellungen des Schlingenheberarmes, ausgedrückt durch den Stellwinkel α. Die mit D_m bezeichnete Kurve stellt die Abhängigkeit

1 = f (α)

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bei einer mittleren Walzlinienhöhe dar. Wesentliche Änderungen des Bandvorrates ergeben sich dann, wenn der definierte Abstand D sich ändert. Aufgetragen ist die funktionale Abhängigkeit für zwei Extremwerte:

D . (Walzen sehr dünn)

D (Walzen sehr dick). max

In Figur 2 ist weiterhin folgender Beispielsfall dargestellt: Um bei einer mittleren Walzlinienhöhe D einen Bandvorrat von 1 = 30 mm einzuhalten, muß der Winkel α des Schlingenhebers auf 32 gestellt und geregelt sein. Werden die Walzenpaare gewechselt, so ergibt sich beispielsweise eine Walzlinienhöhe D . Würde die ursprüngliche Winkelstellung von α = 32° beibehalten, so erg be dies einen Bandvorrat von 42 mm, d.h. die Schlinge wäre zu groß. Um den richtigen Bandvorrat von 30 mm zu erreichen, ist demnach ein veränderter Winkel α von 27° einzustellen. Die Werte des Bandvorrates lassen sich aus einer Funktion 1 = f₃ (a, D) ermitteln.

Die Funktion f-, lautet:

1 = Y(h + r)² + (I₁ +R cos α) ² + "\J(h + r) ² + (I₂-RcOS α)²

mit h = R sin α - D

Die dabei benutzten geometrischen Größen lassen sich aus

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/ID·

der Figur 6 ableiten.

Figur 3 zeigt zur Erläuterung des nächsten gedanklichen Schrittes die Abhängigkeit des Bandzugfaktors M/Z (Drehmoment M des Schiingenhebers für einen bestimmten Zug Z) in Abhängigkeit von dem Winkel α. Da der Zug Z konstant zu halten ist, muß dementsprechend der Bandzugfaktor und damit das Drehmoment korrigiert werden, wenn sich D ändert.

Im Beispiel sei ursprünglich einem D ein Winkel von 32 zugeordnet. Wird - wie anhand der Figur 2 erläutert - der Winkel α zu 27° korrigiert, so würde sich bei einem zu berücksichtigenden D . der Bandzugfaktor von 0,119 ergeben. Zum Erhalt des konsta ten Zuges müßte das Drehmoment um den Betrag 0,119 : 0,113 erhöht werden.

Weiterhin sind in den Figuren 2 und 3 noch strichpunktierte Kurven angegeben, die jeweils die maximalen Abweichungen der Bandlänge bzw. des Bandzugfaktors angeben: Figur 2: A1 max = 1 (D_min) - 1 (Dj, Figur 3: Δ M/Z max = M/Z (D . J - M/Z (D_1n 1 .

min ΐΐΐα,χ

Diese Kurven zeigen, daß die Unterschiede zwischen den Extremwerten sich im Bereich der Winkelveränderung von 10 bis 40° etwa linearisieren lassen.

Figur 4 zeigt ein Blockschaltbild zur Verwirklichung der Er-

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findung. Die Komponenten des Regelkreises sind vereinfacht dargestellt, um das Prinzip zu verdeutlichen. Der Schiingenheberarm 15 erfährt einen Antrieb durch den Schlingenhebermotor 14, welcher ein konstant erregter Gleichstrom-Nebenschlußmotor ist. Die Ankerspeisung des Motors 14 erfolgt über einen Stromrichter 19. Jeder Schlingenhebermoter 14 hat eine eigene Drehzahlregelung mit unterlagerter Stromregelung. Die Drehzahl-Ist-Werterfassung erfolgt durch die EMK des Motors in dem Rechner 18 (EMK-Bildung). Die EMK wird aus Ankerstrom und Ankerspannung gebildet. Je nach gewünschter Bewegungsrichtung erhält der als EMK-Regler ausgeführte Drehzahlregler 20 zusätzlich zur EMK einen bestimmten Sollwert.

Zur Erzeugung eines definierten Drehmomentes und damit Bandzugs erhält der Regler 20 als Begrenzungsgröße einen Additionswert aus dem Additionsverstärker 21, der sich aus den Signalen für Eigengewicht, Bandgewicht und Bandzug zusammensetzt. Entsprechend den Abweichungen vom Sollwert wird die Stellgröße, d. h. der Ankerstrom für den Motor 14, über den Stromregler 29, verändert. Die einzelnen Momentanteile für Eigengewicht, Bandgewicht und Bandzug werden in den dafür bestimmten Anpassungsreglern 23, 24, 25 gebildet und zu einem Sollwert addiert, der als Begrenzung auf den Regler 20 wirkt. Der Ausgang des EMK-Reglers 20 ist damit der Sollwert für den Stromregler 29.

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Weiterhin ist zur zeitrichtigen Berücksichtigung der Sollwertvorgaben, wie z. B. Bandvorrat, Bandabmessungen u. a., eine STeuerung der Schlingen- und Schlingenheberregelung erforderlich. Die notwendigen Eingaben für die Steuerung werden im Eingabenteil 40 selbstätig durch die Bandanfänge und Bandenden oder manuell vorgegeben und über die Steuerung 41 den einzelnen Komponenten zugeführt, wie aus der Figur 4 ersichtlich ist.

Während des Betriebs wird von einem Meßfühler 22 der Stellwinkel α ständig gemessen. Über die Funktionsgeneratoren 23, 24 werden, wie bereits beschrieben, das Bandgewicht und das Eigengewicht des Schiingenhebers als Momentenanteile berücksichtigt, die aus α berechnet werden. Der Stellwinkel α wird außerdem als Meßgröße für die Schiingenregelung verwendet. Erfindungsgemäß wird bei der Regelung auch die jeweilige Walzlinienhöhe D berücksichtigt. Durch Addition der Walzendurchmesser und evtl. weiterer, die Walzlinienhöhe beeinflussender Größen in dem Schaltkreis -33 wird die Walzlinienhöhe ermittelt, und als entsprechender Analogwert U_n dargestellt. Zwei nachgeschalteten Funktionsgeneratoren 42, 43 obliegt es, jeweils den elektrischen Analogwert U_M,„ bzw. U-, für den Bandzugfaktor M/Z und den Bandvorrat 1 zu ermitteln als Funktion des Stellwinkels α und der fest vorgegebenen Walzlinienhöhe D zu ermitteln.

In dem Regelkreis 27 ("Schlingenregler") wird der errechnete,

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• /13-

von α und D abhängige Wert für den Bandvorrat U-, = f~ (U , U ) verglichen mit dem Sollwert für den Bandvorrat. Mittels des Regelbausteins 28 ("Drehzahlreglung") wird der Walzenmotor gesteuert und damit der Bandvorrat 1 eingestellt.

In Figur 5 ist der in dem strichpunktierten Kasten der Figur 4 befindliche Teil des Blockschaltplanes dargestellt. Die Schaltkreise 30, 31, 32 erlauben die manuelle Einstellung der durch körperliche Messung ermittelten Werte für Stützwalzendurchmesser, Arbeitswalzendurchmesser und Gesamtdicke der Unterlegstücke und liefern an ihren Ausgängen entsprechende analoge Spannungswerte. In einem Addierverstärker 33 werden die Spannungswerte addiert. In einem weiteren Addierverstärker 34 werden als weitere Korrekturgrößen die Höhendifferenz des Einlauftisches und die Walzlinienhöhen der benachbarten Gerüste berücksichtigt. Die gesamte Korrektur kann über den Schalter 35 auch abgeschaltet werden. An den Eingängen 36 und 37 der Funktionsgeneratoren 42 und 43 liegt demnach ein Spannungswert U_D an, der der aktuell gemessenen Walzlinienhöhe D entspricht. An den weiteren Eingängen 38, 39 werden Spannungswerte eingegeben, die dem aktuell gemessenen Winkel α entsprechen.

Die Konstruktion der Funktionsgeneratoren 42, 43 soll nicht im einzelnen erläutert werden, da ihr Aufbau dem Fachmann geläufig ist, wenn die zugrundeliegenden Funktionen bekannt sind. Im einzelnen liegen den Generatoren folgende Funktionen zugrunde:

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• -IV·

(a) U₁ = f₁ (α, D) bzw. 1 = £₃ (vgl. S. 7 der Beschreibung) ^UM/Z ^{= f}2 ^(Ua'V
bzw. M/Z = f₄ (oc, D)

M/Z =

R [sin (180 - α - arctan

R sin α - D

cos α

- arctan ————————-^-———— ) +

2 2*

(R sin α - D) + (I₃-R cos α)

R sin α - D + sin (arctan ■■ +

I₁ +R cos α

r + arctan ■ - α )

(R sin α - D)² + (I₁ +R cos α )²

Die geometrischen Einzelheiten sind aus der Figur 6 erkennbar. Den in den Figuren 4 und 5 dargestellten Schaltkreisen liegt die Aufgabe zugrunde, den Bandvorrat 1 und den Bandzug Z auf einem vorgegebenen Sollwert zu halten. Die Sollwerte werden vor dem jeweiligen Walzbeginn in den Reglerschaltungen 20, 27 fest eingestellt.

Bandvorrat 1: Geht man davon aus, daß

1 = f₃ (a, D)

ist und daß beispielsweise D = D„ und der festgelegte Bandvorrat 1 = 30 mm ist, so stellt sich ein Winkel α = 32° ein. Sollwert und tatsächlich ermittelter Bandvorrat stimmen überein.

Ändert sich D, wird beispielsweise D=D. ,so ergibt sich bei unverändertem α = 32° ein verändertes 1- = 42 mm. Da aber

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/S-

1. vom Sollwert abweicht, wird die Drehzahl für den Motor
29 so geändert, daß die Abweichung von 1 berücksichtigt
wird. Ist dies der Fall, so hat sich α auf 27° eingestellt (vgl. Figur 2).

Gleichzeitig ändert sich auch der Bandzugfaktor M/Z. Während bei D = D_m der Faktor bei α = 32° 0,113 beträgt, d.h. ein konstanter Zug bei einem Moment von M = Z ■ 0,113 erzeugt
wird ergibt sich nunmehr mit (M/Z) = f₄ (a, D) mit α= 27°; D = D_min (M/Z) = 0,119 (vgl. Fig. 3).

Da die Abweichung des Zuges vom Sollwert 0 sein soll, muß der Bandzug durch den Regelkreis 20, 29 so eingestellt werden, daß die Abweichung 0 wird.

Die erfindungsgemäße Anordnung ermöglicht damit die Erfassung der Veränderung der Walzlinie durch Einsatz von Funktionsgeneratoren, die sowohl den aktuellen Wert für α als auch ein eingestelltes D berücksichtigen.

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Claims (1)

1. ■ νί-

   Patentanspruch :

   Anordnung zur betriebsmäßigen Erfassung der Veränderung der Walzlinienhöhe bei einer Walzstraße mit mehreren Gerüsten, zwischen denen Schiingenheber angeordnet sind, deren Heberarm einen Winkel α zwischen Walzlinien-Parallele und Armachse aufspannt, sowie zur Korrektur von Bandvorrat und/ Öder Zug innerhalb des Walzbandes bei Auftreten einer Veränderung der Walzlinienhöhe,
   gekennzeichnet durch

   a) einen Additionsschaltkreis (34), mit dem die Durchmesser der Stütz- und Arbeitszwalzen (5, 6; 7, 8) sowie weitere addierbare, die Walzlinienhöhe beeinflussende Größen zu einem der Walzlinienhöhe entsprechenden elektrischen Analogwert U addierbar sind,

   b) zwei dem Additionsschaltkreis nachgeschaltete Funktionsgeneratoren (42, 43), die eine dem Winkel α proportionale elektrische Größe U und U_n unter Zugrundelegung der funktionalen Beziehungen:

   U₁ - f, (U_a, Ü_D)

   ^UM/Z ^{= f}2 <^Ua' V

   zu je einem Signal verarbeiten, wobei die von den Funktionsgeneratoren erzeugten Signale unter üblicher Anpassung Regelkreisen zur Steuerung der Walzendrehzahl und des Antriebes des Schlingenheberarmes eingegeben werden. (Dabei ist: U₁ = analoge elektrische Größe zum Bandvorrat; ^ÜM/Z ^{= ana}l°9^e elektrische Größe zum Bandzugfaktor)

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   ORIGINAL INSPECTED