DE1931654A1

DE1931654A1 - Walzenspaltpositionsregelung fuer Walzgerueste

Info

Publication number: DE1931654A1
Application number: DE19691931654
Authority: DE
Inventors: Siegfried Girlatschek
Original assignee: Vereinigte Flugtechnische Werke Fokker GmbH
Current assignee: Fried Krupp AG
Priority date: 1969-06-21
Filing date: 1969-06-21
Publication date: 1971-05-27
Also published as: FR2052831A5; US3662576A; SE353792B; GB1288481A; DE1931654B2

Description

18.6.1969 69-B-022/Sm/bt

Vereinigte Plugtechnische Werke Gesellschaft mit "beschrankter Haftung

früher "Weser" Flugzeugbau/Focke-Wulf/Heinkel-Flugzeugbau

Walzenspaltpositionsregelung für Walzgerüste

Die Erfindung "betrifft eine Anordnung zur Regelung des Spaltes eines Walzenpaares für ein Walzgerüst mit einem Regler und einer zur Messung des Spaltes dienenden Meßinduktivität, die einen Kern aufweist und über einen durch einen Anker veränderbaren Luftspalt veränderbar ist, wobei die Meßinduktivität mit einer als Sollwertgeber dienenden verstellbaren Induktivität und zwei Hilfsxnduktivitäten eine Brückenschaltung bildet, der bei einer Abweichung des Istwertes vom Sollwert ein Signal zur Steuerung des Reglers entnehrnbar ist.

Bei Walzv/erken ist es üblich die gewünschte Stärke des Walzgutes durch eine Änderung des Druckes, der auf die Arbeite- ' walzen v/irkt, einzustellen. Durch eine derartige indirekte Regelung lassen sich aber nicht alle Störgrößen erfassen, so daß man naturgemäß bei den auf diese ?/eise erzeugten Walzgütern beträchtliche Toleranzen zulassen muß. Zur Erzielung möglichst enger Toleranzen ist deshalb eine direkte Regelung mit einer exakten Messung des Walzspaltes erforderlich. Diese Forderung läßt sich am besten mit-elektronischen Reglern erfüllen. Dazu ist es aber erforderlich den gemessenen Wert des Spaltes als elektrische Größe zur Verfugung zu haben.

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Es ist bekannt, den Walzenspalt eines Wa-lzenpaares elektrooptisch oder durch Abtastung über Hebelsysteme und angekoppelte Potentiometer bzw. induktive Geber elektromechanisch zu erfassen. Derartige Einrichtungen sind aber sehr kompliziert; außerdem lassen sie sich nur sehr schwer einstellen. Diese Tatsache ist z.B. bei Kaltwalzwerken nachteilig, da man hierbei die Arbeitswalzen aus Gründen der Oberflächengüte etwa alle 2 bis 3 Stunden auswechseln, muß.

Bei einem anderen bekannten Verfahren wird der Walzenspalt durch eine berührungslose Messung erfaßt. Dieses Verfahren benutzt zur Messung des Walzenspaltes ein magnetisches Gleichfeld_λ dessen Stärke der Größe eines sich mit dem Walzenspalt ändernden Luftspaltes annähernd umgekehrt proportional ist. Mit Hilfe von Hallgeneratoren oder Indium-Antimonsoden (Feldplatten), die im Kraftlinienweg angeordnet sind, wird der Luftspalt gemessen, der somit als elektrische Größe zur Verfügung steht. Dieses Verfahren erfordert jedoch starke magnetische Felder in Luftspalt, da Feldplatten und Hallgeneratoren relativ unempfindlich bei kleinen magnetischen Feldern sind. Hierdurch können aber insbesondere beim Walzen von ferromagnetischen Werkstoffen Ungenauigkeiten entstehen, und zwar durch das Anziehen von Spänen, da die Meßgeber dagegen sehr schlecht zu schützen sind. ;

Weiterhin erfordert die Erzeugung des magnetischen Gleichfeldes eine exakte Konstanthaltung des Erregerstromes_s da Schwankungen des Erregerstromes die Meßgenauigkeit beeinflussen. Ferner ist bei der Erzeugung eines ausreichend starken magnetischen Gleichfeldes mit einer erheblichen Erwärmung des Meßgebers zu rechnen. Diese Tatsache erfordert zusätzliche Maßnahmen zur Temperaturkompensation« Aufgrund des großen Aufwandes und der vielen Nachteile hat diesee Verfahren noch keine Bedeutung erlangt*

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Zur Lösung dieses Problems erscheinen daher kapazitive oder induktive Meßverfahren am "besten geeignet zu sein. Da aber der Meßgeber beim Walzvorgang nicht vor Kühlflüssigkeit geschützt v/erden kann, können kapazitive Meßverfahren nicht verwendet werden, da Kühlmittel erheblich große relative Dielektrizitätskonstanten besitzen.

Aufgrund dieser Tatsache geht die Erfindung von einem induktiven Meßverfahren aus, wobei der Y/alzenspalt durch eine Meßinduktivität, die durch einen Anker, mit dem ein Luftspalt ihreä Kerns veränderbar ist, eingestellt wird. Die Meßinduktivität bildet hierbei zusammen mit zwei Hilfsinduktivitäten unä einer Sollwertinduktiv!tat eine Brückenschaltung. Die erfindungsgemäße Anordnung ist dadurch gekennzeichnet, daß die Meßinduktivität und eine Hilfsinduktivität als Meßgeberpaar eine Hälfte der Brückenschaltung bilden und in einen gemeinsamen Meßgeberträger eingebaut sind, dem eine Meßplatte, in der der Anker sitzt, zugeordnet ist, und daß der Meßgeberträger und die Meßplatte derart auf je einen gapfen der zwei Walzen aufsteckbar sind, daß der Luftspalt der Meßinduktiv!tat sich mit dem Spalt der Walzen ändert.

Die erfindungsgemäße Anordnung zeichnet sich durch einen einfachen Aufbau, eine mechanische Unempfindlichkeit des Gebers gegen beliebig weites Auseinander- und Zusammenfahren der Walzen und eine hohe Auflösung sowie Meßgenauigkeit aus. Auch die Montage bereitet keine Schwierigkeiten, da sich die Anordnung durch Schaffung eines Referenz-Nullpunktes beim Zusammenfahren der Waisen leicht justieren läßt. Weiterhin ergeben sich durcli die Zusammenfassung der Meßinduktivität mit einer Hilfsinduktivitat zu einem Meßgeberpaar in bestimmten G-renzen keine Temperaturprobleme, da beide Induktivitäten und ihre Yerlustwiderstände den gleichen Temperaturbedingungen ausgesetzt sind.

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Ein weiterer Vorteil ergibt sich, durch den einfachen Aufbau der gesamten Elektronik, da eine auf v/endige Strom- und Spannungsstabilisation nicht erforderlich ist. Auch sind Linearisierungsmaßnahmen hinsichtlich der Abhängigkeit des Istwertes vom Sollwert nicht erforderlich. Weiterhin., ist die Dynamik des Regelkreises unabhängig von der Größe des eingestellten Luftspaltes der Meßinduktivität.

Die erfindungsgemäße Anordnung eignet sich auch für Walzgerüste zum Walzen ferromagnetischer Werkstoffe, da wegen der geringen Wechselfeldinduktion im Luftspalt nicht mit dem , Anziehen irgendwelcher Späne zu rechnen ist. Außerdem ist der Meßgeber gegen die Berührung von Kühlmitteln unempfindlich.

Weitere Einzelheiten der Erfindung werden anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen:

Pig. 1 einen prinzipiellen Aufbau einer Walzenspaltrege lung ,

Fig. 2 einen Meßgeber und
Pig. 3. eine Prinzipschaltung.

In Pig. 1 ist der prinzipielle Aufbau einer Walzenspaltregelung dargestellt. Dabei ist auf einen Zapfen 11 einer unteren Arbeitswalze 10 ein Meßgeberträger 12 mit einem. Haltering 13 aufgesteckt. Zwischen der unteren Arbeitswalze 10 und einer oberen Arbeitswalze 14 liegt das Walzgut 16. Auf einen Zapfen 15 der oberen Arbeitswalze 14 ist eine Meßplatte 17 mit einem Haltering 18 aufgesteckt. Von dem Meßgeberträger

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wird der Istwert|^palt 19 einem Regler 20 zugeleitet, dem · gleichzeitig auch der Sollwert von einem Sollwertgeber 21 zugeführt ist. Der Regler 20 steuert ein elektro-hydraulisches Servoventil 22, das die Hydraulik 25$ die einen entsprechenden Druck auf die Arbeitswalzen- 10, 14 ausübt, steuert.

Der Meßgeberträger 12 und die Meßplatte 17 sind in Fig. 2 näher dargestellt. In den Meßgeberträger 12 ist neben der Meßinduktivität 30 auch eine Hilfsinduktivität 31 eingebaut. Die Meßinduktivität 30 besitzt einen U-förmigen Kern 32, de'ssen Schenkel 33 mit der Meßfläche 34 abschließen. Gegenüber- den Schenkeln 33 ist in die Meßplatte 17 derart ein Anker 35 eingesetzt, daß er mit der Meßfläche 36 der Meßplatte 17 abschließt. Der Abstand 37 der Meßfläche 34 des Meßträgers 12 zur Meßfläche'36 der Meßplatte 17 entspricht dem Spalt der Walzen 10, 14· Bei der Hilfsinduktivität 31, die ebenfalls einen Kern 38 mit einem Anker 39 aufweist, ist der Luftspalt auf einen festen Wert eingestellt. Die Hilfsinduktivität 31 ist in einen Schirm 40 eingebettet„ der aus einem Werkstoff hoher Permeabilität besteht* Auch der Anker 35 und die Meßinduktivität 30 sind in je einen Schirm 41 bzw. 42 aus einem Werkstoff hoher Permeabilität eingebettet, wobei jedoch beide Schirme zu den Meßflächön 3,4 bzw. 36 offen sind.

Pig. 3 zeigt ein Prinzipschaltbild der erfindungsgemäßen Regelanordnung. Die Meßinduktivität 30 ist hierbei mit der Hilfsinduktivität 31? mit der sie das Meßgeberpaar bildet, in Reihe geschaltet. Parallel zu dieser Reihenschaltung liegt eine weitere Reihenschaltung, die aus dar Sollwertinduktivität 50 und der zweiten Hilfsinduktivität 51 besteht und das Sollwertgeberpaar bildet. Dabei liegen die Sollwertinduktivität 50 und die zweite

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Hilfsinduktivität 51 so, daß jeweils das freie Ende der · Sollwertinduktivität 50 mit dem freien Ende der Meßinduktivität 30 und das freie Ende der Hilfsinduktivität 51 mit dem freien Ende der Hilfsinduktivität 31 verbunden ist. Der Brückenschaltung ist die von einem Generator 55 erzeugte Wechselspannung zugeführt, wozu vom Generator 55 zwei Leitungen, und zwar zu dem Verbindungspunkt der Hilfsinduktivitäten 31,51 "bzw. zu dem Verbindungspunkt von Sollwertinduktiv!tat 50 und Meßinduktivität 30 führen. Die Widerstände R deuten die Verlustwiderstände

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der vier Induktivitäten an.

Die der Brückenschaltung entnehmbare Spannung wird dem Verbindungspunkt Meßinduktivität 30 und Hilfsinduktivität 31 entnommen. Als Gegenpol dient der Verbindungspunkt der Sollwertinduktivität 50 und der Hilfsinduktivität 51» der an Masse liegt. Die der Brückenschaltung entnehmbare Spannung ist einem phasenabhängigen Gleichrichter 56 zugeführt, der durch den Generator 55 gesteuert wird. Die Ausgangsspannung des phasenabhängigen Gleichrichters 56 ist über einen Filter 57 dem Regler 20 zugeleitet. Der Regler 20 steuert das Servoventil 22, das über die Hydraulik 23 die untere Arbeitswalze 10 und über den Luftspalt den Wert der Meßinduktivität 30 verändert. Der Regler 20 ist weiterhin mit einem Potentiometer 58 verbunden, dessen Schleifer gleichzeitig mit der Peinspindel zur Einstellung der Sollwertinduktivität 50 verstellbar ist.

Alle vier.Induktivitäten sind so bemessen, daß sich bei gleichen Luftspalten ihrer Kerne gleiche Induktivitätswerte ergeben. Da außerdem die Meßinduktivität 30 und die Hilfsinduktivität 31 zu einem Meßgeberpaar und die Sollwertinduktivität 50 und die Hilfsinduktivität 51 zu einem Sollwertgeberpaar zusammengefaßt sind, ergibt sich der große Vorteil weitgehender -Unempfinälichkeit der Anordnung gegenüber den sich mit der Temperatur ändernden Verlust-

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widerständen R der Induktivitäten. Auch die Tatsache, Cu

daß bei der wechselspannungsgespeisteri Brückenschaltung Restfehlersignale durch Verstimmungen der Ohm¹sehen Widerstände entstehen können, bereitet keine Schwierigkeiten, da diese Signale eine Phasenverschiebung von 90° gegen die eigentliche Information besitzen. Diese Signale erscheinen am Ausgang des phasenabhängigen Gleichrichters 56 als reine Weehselspannungen und werden durch den Filter 57 abgesiebt.

Sind die an dem Meßgeber zu erwartenden Temperaturänderungen sehr groß, z.B. in Warrawalzwerken, so kann durch in die Wicklungen der Induktivitäten eingebettete Heißleiter mit geringem zusätzlichen Aufwand eine Temperaturkompensation für große Temperaturänderungen erzielt werden. Induktive Änderungen, z.B. durch Temperaturschwankungen haben wegen des symmetrischen Aufbaues der Brückenschaltung praktisch keinen Einfluß auf die Meßgenauigkeit. Die aus hochpermeablen Werkstoffen vorgesehenen Schirme dienen zur Abschirmung magnetischer 3?remdfeider und damit sur"Erhöhung des Signal-Störabstandes.

Die von dem Generator .55 der Brückenschaltung zugeführte Wechselspannung ist frequenzmäßig so gewählt, daß sich einerseits ein großes Verhältnis ^- für. eine

cu

•Induktivität ergibt und daß andererseits Eisenverluste im Kern einer Indtiktivität oder Kapazitätsänderungen in den Zuleitungen noch keinen Einfluß haben«.

Aus Pig. 3 ist weiterhin zu entnehmen, daß der Regler die Information aus der Brückenschaltung über den phasenabhängigen Gleichrichter 56 als sog« Nullinformation bekommtj d.h. bei Übereinstimmung von Soll- und Istwert

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liegt am Eingang des Reglers 20 bei statisch entsprechender Beschaltung keine Spannung. Diese Art der Signalgewinnung für den Regler erspart die üblichen Konstantstrom- oder Spannungsquellen, die im vorliegenden Fall wegen des hohen Signal-Störabstandes einen recht hohen Aufwand erfordern würden.

Als Regler ist ein nach dem Prinzip des Operations-Verstärkers arbeitender Regler vorgesehen, bei dem das gewünschte Zeitverhalten durch Änderung eines äußeren Netzwerkes einstellbar ist. Weiterhin können auf den Eingang des Reglers beliebig viele Korrekturgrößen aufgeschaltet· werden. Das Potentiometer 58, das mit der Feinspindel zur Sollwerteinstellung verstellbar ist, dient zur Konstanthaltung der Kreisverstärkung im Regelkreis und somit zur Erzielung eines vom eingestellten Luftspalt unabhängigen optimalen Einschwingverhaltens. Dieser Ausgleich der Kreisverstärkung ist notwendig, da die Meßinduktivität sich mit dem luftspalt hyperbolisch ändert und der Spannungsgradient der Brücke mit zunehmendem Luftspalt geringer wird. Aus Gründen völliger elektrischer Symmetrie weist der Sollwertgeber gleiche Abmessungen wie der Meßwertgeber auf.

Die erfindungsgemäße Anordnung kann auch mit einem aus ferromagnetischem Material bestehenden Meßgeberträger aufgebaut sein, der gleichzeitig die magnetische Abschirmung ausübt. In gleicher Weise wäre dann auch die Meßplatte auszuführen.

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Claims

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Patentansprüche

1· Anordnung zur Regelung dee Spaltes eines Walzenpaares für ein Walzgerüst mit einem Regler und einer zur Messung des Spaltes dienenden Meßinduktivität, die einen Kern aufweist und über einen durch einen Anker veränderbaren Luftspalt veränderbar ist, . wobei die Meßinduktivität mit einer als Sollwertgeber dienenden verstellbaren Induktivität und zwei Hilfsinduktivitäten eine Brüekenschaltung bildet,¹ der bei einer Abweichung des Istwertes vom Sollwert ein Signal zur Steuerung des Reglers entnehmbar ist, dadurch gekennzeichnet , daß die Meßinduktivität (50) und eine Hilfsinduktivität (31) als Meßgeberpaar eine Hälfte der Brüekenschaltung bilden und in einen gemeinsamen Meßgeberträger (12) eingebaut sind, dem eine Meßplatte (17)» in der der Anker (35) sitzt, zugeordnet ist, und daß der Meß-, geberträger (12). und die Meßplatte (17) derart auf je einen Zapfen (11, 15) der zwei Walzen (10, 14): aufsteckbar sind, daß der Luftspalt der Meßinduktivität (30) sich mit dem Spalt (19) der Walzen (10, H) ändert.
2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Sollwertinduktivität (50) mit der zweiten Hilfsinduktivität (51) als Sollgeberpaar die zweite Hälfte der Brüekenschaltung bildet und daß alle Induktivitäten einen Kern mit einem durch einen Anker einstellbaren Luftspalt aufweisen, wobei der Luftspalt der Hilfsinduktivitäten auf einen festen Wert eingestellt ist, während der Luftspalt der Sollwertinduktivität (50) über eine Feinspindel veränderbar ist.

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3· Anordnung nach Anspruch 1 pder 2, dadurch g e k e η η zeichnet, daß die Meßinduktivität (30), die Sollwertinduktivität (50) und die zwei Hilfsinduktivitäten (311 51) derart bemessen sind, daß sich "bei gleichen Luftspalten gleiche Induktivitätswerte ergeben.
4· Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3₁ dadurch gekennzeichnet , daß der Meßgeberträger (12) und die Meßplatte (17) aus nichtmagnetischem Werkstoff bestehen, und daß die Meßinduktivität '(30) und die Hilfsinduktivität (31) gegen die Einwirkung magnetischer Fremdfelder durch einen in den Meßgeberträger (12) und die Meßplatte (17) eingebauten Schirm (40, 41, 42), der aus einem Werkstoff hoher Permeabilität besteht, gesichert, sind«
5· Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis'3» dadurch gekennzeichnet , daß der Meßgeberträger (12) und die Meßplatte (17) aus ferromagnetischein Werkstoff bestehen und gleichzeitig als Abschirmung gegen magnetische Fremdfelder wirken·
6. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Brückenschaltung durch eine in einem Generator (55) erzeugte Wechselspannung^speist wird, deren Frequenz so gewählt ist, daß sich einerseits ein großes Verhältnis Φ für eine Induktivität ergibt und ande-^Rcu

rerseits Eisenverluste im Kern einer Induktivität oder Kapazitätsänderungen in den Zuleitungen noch nicht entstehen.

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7· Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet , daß die der Brückenschaltung entnehmbare Spannung einem durch den Generator (55) gesteuerten .phasenabhängigen Gleichrichter (56) zugeführt ist, der in Abhängigkeit von einer Abweichung des Istwertes vom Sollwert eine vorzeichenrichtige Gleichspannung erzeugt, die als sog. Nullinformation über einen Filter (57) dem Regler (20) zugeführt ist.
8. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7» da- . durch -gekennzeichnet , daß als Regler (20) ein nach dem Prinzip des Operational-Verstärkers arbeitender Regler verwendet ist, bei dem das erforderliche Zeitverhalten in weiten Grenzen durch Änderung eines äußeren Netzwerkes einstellbar ist·

9· Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß über die Peinspindel zur Einstellung der Sollwertinduktivität (50) gleichzeitig ein Potentiometer (58) verstellbar ist, das zur Konstanthaltung der Kreisverstärkung im Regelkreis dient.

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