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Einrichtung zur Ermittlung der Walzkraft in Walzgerüsten Die Erfindung
betrifft eine Einrichtung zur Ermittlung der Walzkraft in Walzgerüsten mit jeweils'in
Einbaustücken drehbar gelagerten oberen und unteren Arbeits- und Stützwalzen, von
denen die obere Arbeits- und Stützwalze ausbalancierbar sind, unter Verwendung von
Kraft oder Druckmeßgliedern zur Messung der auf die Anstelispindeln einwirkenden
Kraft.
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Beim Walzen von Blöcken, Brammen, Blechen, Bändern, Profilen oder
dgl. in Walzgerüsten ist die Walzkraft, mit der das Material verformt wird, eine
wichtige Betriebsgröße. Zur Erzeugung einwandfreier Ausgangsprodukte ist die Messung
dieser Größe notwendig.
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Bekannt sind Verfahren und Einrichtungen zur Ermittlung der Walzkraft
durch Messung der Kräfte, die auf die Anstellspindem einwirken oder du.rch Messung
der Kräfte, mit denen die unteren St;ützwalzen-Einbaustücke gegen den Ständer gepreßt
werden. Die hierdurch erhaltenen Meßwerte sind jedoch fehlerhaft,
weil
die Gewichte der Arbeits- und Stützwalzen sowie die meist hydraulisch erzeugten
Kräfte zur Ausbalancierung der Arbeits- und Stützwalzen die Messung verfälschen.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine verhältnismäßig einfache,
aber betriebssicher arbeitende Einrichtung zu schaffen, die durch Berücksichtigung
der erwähnten Fehlergrößen eine genaue und kontinuierliche Messung der Walzkraft
ermöglicht.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß zusätzlich
Kraft oder Druckmeßglieder zur Messung der Ausbalancierungskräfte der oberen Arbeits-
und Stützwalze vorgesehen sind, deren Meßwerte als elektrische Größen einer außerdem
die Gewichte der oberen Arbeits- und Stützwalze einschließlich der jeweiligen Einbaustücke
berücksichtigenden elektronischen Rechenschaltung zugefuhrt werden, die sie nach
der Formel Fw = FV + G1 + G2 ~ (FAW + FSw) zusammenfaßt, worin FW die zu ermittelnde
Walzkraft, Fv die auf die Anstellspindeln einwirkende Kraft, G1 das Gewicht der
oberen Arbeitswalze einschließlich der zugehörigen Einbaustücke, G2 das Gewicht
der oberen Stützwalze einschließlich der zugehörigen Einbaustücke, FAW die Summe
der Ausbalancierungskräfte der oberen Arbeitswalze und
FSW die Summe
der Ausbalancierungskräfte der oberen Stützwalze darstellen.
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Neuerdings sind auch Gerüstkonstruktionen bekanntgeworden, bei denen
zwischen den Einbaustücken der Stützwalzen ein sogenanntes Keilsystem angeordnet
ist. Durch Verändern der Kellposition kann der Abstand der Einbaustücke der Stützwalzen
und damit die Größe des Walzspaltes beeinflußt werden. Die Einbaustücke der oberen
Stützwalze werden durch die Position der Anstellspindel fixiert, während die unteren
Einbaustücke durch Vorspannzylinder gegen das Keilsystem und das Walzgut gedrückt
werden.
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Die Keilposition und die Kräfte, welche die Vorspannzylinder ausüben
("Vorspannkräfte"), können so gewählt werdens daß die Vorspannkräfte überwiegend
vom Walzgut aufgenommen werden. Die Kräfte, welche auf das Keilsystem wirken ("Keilkräfte"),
sind dann verhältnismäßig klein, und somit muß bei einer notwendigen Veränderung
des Walzspaltes das Teilsystem nur gegen kleine Kräfte verstellt werden. Die Veränderung
des Walzspaltes erfordert deshalb nur geringe Leistung der Verstellmotoren und erfüllt
damit die Anforderungen, welche beispielsweise eine automatische Regelung stellt,
besser als herkömmliche Gerüstkonstruktionen.
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Bei Walzgerüsten der letztgenannten Art, sogenannte vorgespannte Walzgerüste,
war die Messung der Walzkraft mit den bekannten Verfahren und Einrichtungen überhaupt
nicht möglich.
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Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung ermöglicht nunmehr auch
in vorgespannten Gerüsten, bei denen zwischen den Einbaustücken der oberen und unteren
Stützwalze Keilsysteme angeordnet sind, eine Messung der Walzkraft. Erreicht wird
das dadurch, daß weitere Kraft- oder Druckmeßglieder zur Messung der Summe der durch
die Keilsysteme aufgenommenen Kräfte vorgesehen sind und die elektronische Rechenschaltung.
die ihr zugeführten Größen nach der Formel FW = FV + G1 + G2 - (FAW +FSW + FK) zusammenfaßt,
worin FK die Summe der durch die Keilsysteme aufgenommenen Kräfte darstellt.
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Im folgenden soll die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen näher
erläutert werden. Die Zeichnung zeigt in Fig. 1 die Anwendung der Erfindung zur
Ermittlung der Walzkraft in einem herkömmlichen Walzgerüst, Fig. 2 die Anwendung
der Erfindung zur Ermittlung der Walzkraft in einem vorgespannten Walzgerüst, Fig.
3 eine elektronische Rechenschaltung zur Berechnung der Walzkraft aus den einzelnen
Einflußgrößen..
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Fig. 1 zeigt ein Walzgerüst herkömmlicher Bauart, von dem nur der
vordere Ständer 10 sichtbar ist. Die beiden Walzenaggregate bestehen aus je einer
Arbeitswalze 1,2 und einer Stützwalze 3,4. Die obere Arbeitswalze 1 ist in einem
Einbaustück 5, die obere Stützwalze 3 in einem Einbaustück 7 drehbar gelagert. Entsprechendes
gilt für die Lagerung der unteren Arbeits- und Stützwalze 2,4 in den Einbaustücken
6 bzw. 8.
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Die beiden Arbeitswalzen 1,2 bilden miteinander einen Walzspalt zur
Aufnahme des Walzgutes 9. Die Stützwalzen-Einbaustücke 7,8 können sich in senkrechter
Richtung innerhalb des Fensters des Ständers 10 frei verschieben, während die Arbeitswalzen-Einbaustücke
5,6 sich in senkrechter Richtung in Aussparungen der Stützwalzen-Einbaustücke 7,8
bewegen können. Das Stützwålzen-Einbaustück 7 ist an seinen oberen Enden 11 und
12 unter Zwischenschaltung von Kraftmeßdosen 13 und 14 beweglich aufgehängt.
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ueber diese Aufhängung läßt sich das Stützwalzen-Einbaustück 7 - und
damit auch die in diese gelagerte Stützwalze 3 - mittels eines nicht dargestellten,
z. B. hydraulischen, Drucksystems ausbalancieren. Das Arbeitswalzen-Einbaustück
5 - und damit auch die Arbeitswalze 1 - läßt sich ebenfalls ausbalancieren, und
zwar mittels (nur angedeuteter) Drucksysteme 15,16 unter Zwischenschaltung von Kraftmeßdosen
17,18. Die Anstellung der Walzen erfolgt in dem gezeigten Ausführungsbeispiel über
eine Anstellspindel 19 unter Zwischenschaltung einer Kraftmeßdose' 20.
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Der Einfachheit halber ist nur ein Ständer gezeigt. Der zweite
Ständer
auf der anderen Seite des Walzgerüstes ist gleichartig aufgebaut und weist die gleichen
Einbauteile (Einbaustücke, Kraftmeßdosen, Anstellspindel usw.) auf wie der gezeigte
Ständer.
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Die erfindungsgemäße genaue Errechnung der Walzkraft unter Berücksichtigung
der verschiedenen Kräfte bzw. Einflußgrößen ergibt sich aus Fig. 1 bei einem herkömmlichen
Walzgerüst wie folgt: F' = Fw + FAW - G1 (1) FV + G2 = F + PsW (2) Hierin bedeuten:
F' = Kraft zwischen oberer Arbeitswalze 1 und Stützwalze 3, FW =zu ermittelnde Walzkraft,
FAW = Summe der Ausbalancierungskräfte (FAW + FAW + 1 2 der oberen Arbeitswalze
1, erfaßt über die KraftmeEdosen 17, 18 und die diesen entsprechenden kraftmeßdosen
des (in Fig. 1 nicht gezeigten) zweiten Walzenständers, FsW = Summe der Ausbalancierungskräfte
(FSw + FSW2 + der oberen Stützwalze 3, erfaßt über die Kraftmeßdosen 13, 14 und
die diesen entsprechenden Kraftmeßdosen des (in Fig. 1 nicht gezeigten) zweiten
Walzenständers, G1 = Gewicht der oberen Arbeitswalze 1 einschließlich der zugehörigen
Einbaustücke
beider Walzenständer, G2 =Gewicht der oberen Stützwalze 3 einschließlich der zugehörigen
Einbaustücke beider Walzenständer.
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Aus den Gleichungen (1) und (2) errechnet sich die zu ermittelnde
Walzkraft zu Fw = FV + G1 + G2- (FAW + FSW) (3) Die einzelnen Werte dieser Gleichung
werden gemäß der Erfindung als elektrische Größen einer elektronischen Rechenschaltung
zugeführt, welche diese Größen vorzeichenrichtig summiert und an ihre.Ausgang eine
der Walzkraft FW proportionale Spannung liefert. Eine hierfür geeignete Rechenschaltung
wird später im Zusammenhang mit Fig. 3 noch erläutert.
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Fig. 2 erläutert als weiteres AusfühFungsbeisplel die Anwendung der
Erfindung zur Ermittlung der Walzkraft in einem vorgespannten Walzgerüst. flit Fig.
1 übereinstimmende Teile sind mit den gleichen Bezugssiffern versehen. Gegenüber
der in Fig.
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1 gezeigten Gerüstkonstruktion sind hier zwischen den Stützwalzen-Einbaustücken
7 und 8 Keilsysteme 21, 22 unter Zwischenschaltung von Kraftmeßdosen 23, 24 angeordnet.
Entsprechende Seilsysteme sind hinreichend bekannt, so daß sich eine nähere Beschreibung
erübrigt. Durch Verändern der Eeilpositlon kann der Abstand der Stützwalzen-Einbaustücke
7,8 und damit die Größe des Walzspaltes beelnflußt werden. Das Einbaustück 7 der
oberen Stützwalze 3 wird durch die Position der Anstellspindel 19 fixiert, während
das Einbaustück 8 der anderen Stützwalze 4
durch den Kolben eines
Vorspannzylinders 25 gegen die Keilsysteme 21, 22 und das Walzgut 9 gedrückt wird.
Der nicht dargestellte zweite Walzenständex ist auch hier gleichartig ausgebildet.
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Bei dem in Fig. 2 gezeigten vorgespannten Walzgerät müssen nun bei
der Errechnung der Walzkraft noch die Kräfte berücksichtigt werden, welche durch
die Keilsysteme der beiden Walzenständer aufgenommen werden. In diesem Fall lautet
Gleichung (2): FV + G2= F + FSW + FK (2a) mit FK = Summe der durch die Xeilsysteme
21,22 beider Walzenständer aufgenommenen Kräfte (FK1 + FK2 + ....), erfaßt über
die Kraftmeßdosen 23, 24 und die diesen entsprechenden Kraftmeßdosen des (in Fig.
2 nicht gezeigten) zweiten Walzenständers.
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Aus den Gleichungen (1) und (2a) errechnet sich somit die zu ermittelnde
Walzkraft bei einem vorgespannten Walzgerüst zu FW = FV + G1 + G2 - (FAW + FSW +
FK) (3a).
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Fig. 3 zeigt als Ausführungsbeispiel eine elektronische Rechenschaltung
mit Operationsverstärkern zur Summierung der einzelnen Meßwerte.
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Für die Ermittlung der Walzkraft Fw in einem herkömmlichen Gerüst
(Fig. 1) werden der Rechenschaltung über Eingänge 30, 31
den Meßwerten
FAW bzw. FSw entsprechende Spannungen zugeführt, die über Einstellwiderstände 36
bzw. 37 in proportionale Ströme umgeformt und auf einen ersten Operationsverstärker
43 mit einem im Rückfuhrkreis liegenden ohmschen Widerstand 44 gegeben werden. Soll
die Walzkraft in einem vorgespannten Gerüst (zig. 2) ermittelt werden, so wird über
einen weiteren Eingang 32 eine dem Meßwert FE entsprechende Spannung zugeführt,
die ebenfalls nach Umformung in einen proportionalen Strom über einen Einstellwiderstand
38 zusätzlich auf den Operationsverstärker 43 gegeben wird (gestrichelte Darstellung).
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Der Operationsverstärker 43 liefert eine der Summe der Eingangsströme
entsprechende Ausgangsspannung entgegengesetzter Polarität, deren absoluter Betrag
damit der Summe der über die Eingänge 30, 31 und gegebenenfalls 32 zugeführten Spannungen
proportional ist. Die dem Betrag -(FAW + FSW) bzw.
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-(FAW + FSW + K entsprechende Ausgangsspannung des Operationsverstärkers
43 wird über einen Einstellwiderstand 42 in einen proportionalen Strom umgeformt
und einem zweiten Operationsverstärker 45 mit einem im Rückführkreis liegenden ohmschen
Widerstand 46 zugeleitet.
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Dem Operationsverstärker 45 werden ferner Ströme zugeführt, die dem
Meßwert FV sowie den Gewichten G1 und G2 proportional sind. Eine dem Meßwert FV
entsprechende Spannung wird über einen Eingang 33 eingespeist und über einen Einstellwiderstand
39 in einen proportionalen Strom umgeformt. Die Werte für die
Gewichte
G1 und G2 werden an mit konstanter Gleichspannung gespeisten Potentiometern 34 bzw.
35 eingestellt. Die den Gewichten G1, G2 entsprechenden an den Potentiometern abgegriffenen
Spannungen werden über Einstellwiderstände 40 bzw. 41 in proportional.e Ströme umgeformt.
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Der Operationsverstärker 45 summiert vorzeichenrichtig die ihm über
die Einstellwiderstände 39 bis 42 zugeführten Ströme gemäß Gleichung (3) bzw. (3a)
und liefert somit eine Ausgangsspannung, die der zu ermittelnden Walzkraft FW entspricht.
Diese Ausgangsspannung kann dann auf ein Anzeigeinstrument gegeben oder zur Ansteuerung
eines Schreibers benutzt werden. Außerdem ist eine Weiterverarbeitung in einer automatischen
Regeleinrichtung zur Konstanthaltung der Walzkraft oder der Walzgutdicke möglich.
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Die Erfindung ist nicht auf die dargestellten und beschriebenen Ausführungsbeispiele
beschränkt. So können statt der in Fig. 1 und 2 gezeigten Kraftmeßdosen selbstverständlich
auch andere Meßglieder, z. B. Dehnungsmeßstreifen, zur Erfassung der verschiedenen
Kräfte und zu deren Umwandlung in entsprechende elektrische Größen benutzt werden.
Falls einzelne Kräfte, insbesondere die Ausbalancierungskräfte FAW und Fsw.über
Hydraulikzylinder erzeugt werden, ist es zweckmäßig, diese Kräfte über flruckmeßglieder
zu erfassen, welche die Betriebsmitteldrücke in den Zylindern oder Zuleitungen messen.
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Auch ist es dem Fachmahn nach Kenntnis der durch die Erfindung vermittelten
Lehre ohne weiteres möglich, für die Summierung der einzelnen elektrischen Größen
anstelle der in Fig. 3 gezeigten Schaltung andere Rechenschaltungen einzusetzen,
die dem gleichen Zweck dienen.
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11 Seiten Beschreibung 4 Patentansprüche 1 Blatt Zeichnungen mit 3
Figuren