DE2333461A1 - Verfahren und regelsystem zum korrigieren der walzenexzentrizitaet - Google Patents

Description

PATENTANWÄLTE F.W. HEMMERICH ■ GERD MÜLLEn· D.GROSSE 22 368

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Wean-United Inc.. Pittsburgh. Pa. 15 222/USA

Verfahren und Regeleyβtem zum Korr!gieren der Walaenexzentrizität

Gegenstand dieser Erfindung sind eine Vorrichtung und ein Regelungssystem zum Korrigieren der Walzenexzentrizität in einem Walzgerüst, dessen Walzen zwischen ihren Lagerzapfen und ihren Walzenballen eine unerwünschte Exzentrizität aufzuweisen haben» Xn Übereinstimmung mit dieser Erfingung ist für Jede Walze, deren Exzentritizität zu überachen und zu korrigieren ist, jeweils eine eigene elektrische Vorrichtung und ein eigenes elektrisches Steuerungs-und Regelungssystem vorgesehen, zu denen ein linear variabler Differentialtransformator gehört, der exakt in der Phasenlage der Walzenexzentrizität ein gegenüber dem tatsächlichen Wert dieser Exzentrizität stark vergrößertes und periodisches elektrisches Signal erzeugt, das dann elektrisch oder.elektronisch derart verarbeitet wird, daß das Signal im zugehörigen Verstärker der tatsächlich gegebenen Walzenexzentrizität entspricht· Das erzeugte Signal, bei Überwachung von mehr als einer Walze, die erzeugten Signale, wird/werden einer dem Walzgerüst zugeordneten übergeordneten Dickenregelung aufgeschaltet und dann zusammen mit anderen Signalen, die der übergeordneten Dickenregelung aufgeschaltet werden, zur Herbeiführung einer entsprechend richtigen Walzspaltänderung, damit aber auch zum Walzen eines Produktes mit konstanter Dicke, herangezogen·

Was das dickenreduzierende Walzen oder Kalandern von bandartigem Haterial, beispielsweise von Stahlband, Gummi oder Kunststoff betrifft, das zwischen einem Walzenpaar eines Walzgerüstes oder eine Kalandere verarbeitet wird, so ist bereits bekannt, daß eine der Ursachen für die Dickenänderung beim gewalzten oder kalanderten Band auf die Walzenexzentrizität

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zurückgeführt werden kann. Ursache dieser Exzentrizität ist eine unvermeidbare Abweichung zwischen den Hauptachsen der Lagerzapfenteile und de« Walzenballenteiles, die während -der Herstellung der Walze, insbesondere aber während des Abdrehen oder Abschleifens der Walze, entsteht. Diese Abweichung resultiert mehr oder weniger aas der Verarbeitungstechnik und aus den Bearbeitungsanlagen, die bei der Endbearbeitung der Lagerzapfen und des Walzenballens Anwendung finden« Wenn diese Exzentrizität unter den besten Verarbeitungstechniken und bei Anwendung der besten Verarbeitungsanlagen nur 0.0002" ausmacht, so kann diese Exzentrizität der Walzen doch dann sehr beanstandet werden, wenn bei einigen Walzvorgängen oder Kalandervorgängen sehr enge Toleranzen erforderlich sind.

Bei Walzgerüsten oder Walzwerken, die mit den bisher bekannten Dickenregelungssystem zur Erzielung einer konstanten Walzdicke arbeiten, wird von vielen der Regelungssysteme die Walzenexzentrizität nicht nur nicht berücksichtig und nicht kompensiert, es wird darüber hinaus auch noch ein fehlerhaftes Dickenregelungssignal erzeugt, indem periodisch der Walzdruck erhöht und verringert wird,und die Dickenregelung dazu veranlaßt, durch Öffnen und Schließen des Walzspaltes in der falschen Richtung zu reagieren· Dieses Phänomen ist auf dem Walzwerkssektor bereits so bekannt, daß eine weitere Erklärung oder Erläuterung nicht erforderlich ist.

In Kenntnis dieses Problemes sind viele verschiedenartige Steiarungs-und Regelungssysteme, durch die der Einfluß der Walzenexzentrizität auf das Dickenregelungssystem vermieden werden soll, vorgeschlagen worden. Trotzdem ist noch nicht versucht worden, den Fehler selber, der durch diese Exzentrizität hervorgerufen wird, zu kompensieren. Dieses Problem

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wird dadurch noch verschärft, daß zu einem Walzgerüst oder zu einem Kalander mehrere zusammenarbeitende Walzen gehören, die jeweils eine andere Exzentrizität haben können, so daß dann, wenn »ich diese Walzen drehen, sich auch die Phasen der Exzentrizität kontinuierlich zueinander verschieben, wobei sich der Einfluß auf die Dicke des verarbeiteten Bandes zwischen einer Kumulation der Exzentrizitäten, hierbei handelt es sich um die schlimmste Dickenänderungsbedingung, und einer Exzentrizitätssubtraktion, hierbei handelt es sich um den besten Zustand während der Dickenänderung, verändern kann,

Ziel dieser Erfindung ist somit die Schaffung einer Vorrichtung und eines Regelungssystem für ein Walzgerüst und dergleichen, die aufgrund der Walzenexzentrizität für eine oder für mehrere Walzen die Dickenänderung kontinuierlich korrigieren·

Ein anderes Ziel dieser Erfindung ist die Schaffung einer Vorrichtung und eines Regelungssystemes für ein Walzgerüst oder für eine ähnliche Anlage, wobei 'sich die Vorrichtung und das Regelungssystem zusammensetzen aus:- einem elektrischen Meßwandler, der einer Walze des Walzgerüstes zugeordnet ist und ein Signal erzeugt, das dem periodischen Verhalten der Exzentrizität dieser Walze entspricht und diesem periodischen Verhalten der Walzenexzentrizität proportional ist, wobei der Wert des Signales größer ist als die tatsächlich gegebene Walzenexzentrizität; eine Vorrichtung, durch die die Amplitude des periodischen Signales derart verarbeitet und modifiziert wird, daß das Signal im wesentlichen gleich der tatsächlich gegehenen Walzenexentrizität ist; schließlich auch noch aus einer Vorrichtung, durch die das verarbeitete oder modifizierte Signal einem Dickenregelungssystem aufgeschaltet wird.

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Als ein weiteres Ziel dieser Erfindung wird jeweils eine der vorerwähnten Vorrichtung und eines der vorerwähnten Regelungssysteme einer jeden Walze, für die die Exzentrizität korrigiert werden soll, zugeordnet, wobei auch noch eine Vorrichtung vorgesehen ist, die zur Erzeugung eines einzigen Fehlersignales die verarbeiteten und modifizierten Signale für .jede Walze kombiniert, so daß für die zu überwachenden Walzen und deren Exzentrizität nur mit einem einzigen Fehlersi*nial gearbeitet wird.

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Diese Erfindung wird nachstehend nun anhand des in Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles (der in Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele) näher erläutert. Die Zeichnung zeigt in:-

Pig. 1 Eine Übersichtsskizze einer Stützwalze eines Quartowalzgerüstes und des Regelungssysteines zum kontinuierlichen Messen und zum kontinuierlichen Korrigieren der Exzentrizität der Walze.

Fig. 2 Eine Kennlinie für das Signal der exzentrischen Abweichung der mit Pig· I dargestellten Stützwalze , desgleichen aber auch die Kennlinie des Korrektursignales, das im Hinblick auf das Fehlersignal erzeugt wird.

Fig. 3 Die Kennlinie für das Exzentrizitätsabweichungssignal einer zweiten Stützwalze und das erforderliche Korrektursignal dazu·.

Fig. k Eine Kennlinie betreffend ein aus den beiden Korrektursignalen nach Fig. 2 und Fig. 3 zusammengefaßtes Korrektursignal.

Wie aus Fig. 1 hervorgeht, ist ein Teil einer zu einem Quartowalzgerüst gehörenden Stützwalzenkonstruktion 10 dargestellt, während die anderen Konstruktionselemente, deren Konstruktion als bekannt vorausgesetzt werden kann, weggelassen worden sind, Zur Stützwalzenkonstruktion 10 gehören:- ein Teil des Walzenballens 11; einer der Lagerzapfen 12, und ein Lagereinbaustück oder Walzeneinbaustück 13. Auf dem Walzenballenteil ist durch den Hinweisbuchstaben e in vergrößerter Form die Exzentrizität des Walzenballenteiles 11 im Hinblick auf den Lagerzapfenteil 12 und dessen Mittelachse gekennzeichnet. Die Exzentrizität, die entsprechend einem zuvorgegebenen Hinweis nur in der

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Größenordnung von 0.0002" liegen mag, wirkt sich dahingehend aus, daß der Walzspalt zwischen den nicht dargestellten Arbeitswalzen periodisch kleiner und größer wird, d.h. dieser Walzspalt schließt sich und öffnet sich periodisch, was zur Folge hat, daß beim Walzraaterial eine Dickenabweichung entsteht. Entsprechend der Größe und der Phasenlage der Exzentrizität der anderen Walzen, insbesondere aber der anderen Stützwalze, deren Exzentrizität für gewöhnlich vielgrößer als die der kleineren Arbeitswalzen ist, wird die Dickenabweichung in dem zu walzenden Material entweder größer oder kleiner. Dieser Zusammenhang zwischen den Exzentrixitätsphasen der Stützwalzen wird im weiteren Verlaufe dieser Patentanmeldung ausführlich dargestellt und beschrieben werden.

Am Ende des Lagerzapfenteiles 12 befestigt ist die in Axialrichtung davon hervorstehende Nocke 16, dessen Oberfläche der genauen Phasenlage des Walzenballenteiles 11 entspricht, d.h. auch den gleichen Abweichungen in den oberen und unteren Lagen des Walzenballens entspricht. Die Exzentrizität der Nocke ist jedoch größer ausgelegt als die des Walzenballens, was im Vergleich des Hinweisbuchstabens e mit dem auch in Fig. 1 wiedergegebenen Hinweisbuchstaben x, der für die Exzentrizität der Nocke im Hinblick auf die Hauptachse des Lagerzapfenteiles 12 steht, zu erkennen ist. Weil in den meisten Fällen die Walzenexzentrizität so klein ist, kann über die Nocke ein leichter erkennbares und besser zu unterscheidendes Signal, dessen Phasenlage jedoch der Phasenlage der Exzentrizität des Walzenballenteiles 11 entspricht, erzeugt werden. Dies Signal wird dadurch erzeugt, daß die Nockenfläche gegen einen Nockenstößel 17 drückt, der mit dem Kolben oder der Kolbenstange eine Lineartransforraators verbunden ist,

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beispielsweise mit einem linear variablen Gleichspannungs-Differential transformator (LVDT). Diese ganze Baugruppe ist in der schematischen Darstellung mit der Hinweiszahl 22 gekennzeichnet. Zu erkennen ist auch noch, daß der Nockenstößen 17 durch eine Feder 18 gegen die Oberfläche der Nocke gedruckt wird. Für diesen Zeck können viele unterschiedliche Transformatorausführungen herangezogen werden, dargestellt aber ist eine Ausführung, die von der Schaevitz Engineering in Pennsauken, New Jersey, U.S.A., geliefert wird. Diese Transformat orausführung ist beschrieben in dem technischen Bulletin AAl b und im technischen Bulletin A-35 dieser Firma.

Zu der Baugruppe des linear variablen Differentialtransformators 22 gehört ein Verstärker 23» der vom linear variablen Differentiaitransformator oder vom LVDT ein elektrisches Signal aufgeschaltet erhält, das die Form einer mit Fig. 2 wiedergegebenen Sinuskurve hat. Wie bereits angeführt, ist dieses Signal absichtlich größer gemacht worden, damit eine bessere Wiederholbarkeit oder Signaldarstellung durch den linear variablen Differentialtransformator oder den LVDT erzielt werden kann. Zur Erzeugung eines Signales, das sowohl der genauen Phasenlage als auch dem genauen Wert oder der genauen Größe der Exzentrizität der Walze 10 entspricht, wird vom Verstärker 23 aus das Signal auf ein einstellbares Potentiometer 28 geschaltet und dort derart verändert oder modifiziert, daß dessen Größe genau dem tatsächlichen Wert der Walzenexzentrizität entspricht, der beispielsweise 0.0002" betragen kann. Diese Signalandβrung ist in Fig. 2 durch die Sinuskurve 2y gekennzeichnet. Das durch diese Sinuskurve dargestellte Signal entspricht dabei durch die Einwirkung des LVDT und des Potentiometers 28 sowohl der Phasenlage als auch der Größe

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der Exzentrizität der Walze 10. Diese Exzentrizität, d.h. deren genauer Wert ist bereits zuvor festgelegt und bestimmt worden, beispielsweise während des Abschleifens der Walze in der Walzenwerkstatt·

Eine ähnliche Vorrichtung und ein ähnliches Regelungssystem - auch darauf ist bereits hingewiesen worden - ist auch für die andere, in diesem Zusammenhang aber nicht dargestellte Stützwalze des Walzgerüstes vorgesehen. Mit Fig. 1 dargestellt sind jedoch der linear variable Differentialtransformator oder der LVDT 31 für die andere Stützwalze und ein einstellbares Postentiometer Jl, die alle gleich den bereits beschriebenen entsprechenden Geräten ausgeführt sind.

Die mit Fig. 1 wiedergegebene elektrische Schaltung läßt erkennen, daß die separaten Signale für die beiden Walzen einem Summierungsverstärker 3"5 aufgeschalte-t werden, der aus diesen Signalen dann ein Signal erzeugt, das proportional der algebraischen Summe der beiden separaten Signale ist. Sollten zu diesem Zeitpunkt sich die Exzentrizitätsphasen der beiden Walzen am Walzspalt einander gegenüberliegen, wobei eine Erhöhung der einen Walze einer Vertiefung der anderen Walze gegenüberliegt, dann würde sich dieses in einer gegenseitige Aufhebung auswirken, Voraussetzung dafür ist aber, daß deren Exzentrizitäten gleich sind, daß weiterhin das Signal des Verstärkers 3*> gleich Null sein würde. Mit Fig. 3 wird jedoch ein irgenwie anderer Zustand für die andere Stützwalze wiedergegeben. Nach Fig. 3 ist sowohl das vergrößerte Signal 37 als auch das modifizierte Signal 38 für diesen Zeitpunkt gegenüber den Kennlinien 26 und 29 der Walze 10 um 45 gegeneinander phasenverschoben. Das mit Fig. 4 dargestellte Ausgangssignal des Verstärkers ist gleich der Summe aus den Kennlinien 29 und 38 der beiden

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Walzen« Bereits angeführt worden ist, daß sich die Exzentrizitätsphasenlagen der beiden Walzen kontinuierlich verändern können und dann auch angemessen und festgestellt werden, woraufhin dann ein für die Veränderungen in den Walzen stehendes Signal erzeugt werden wird.

Zusammen mit anderen für die Dickenabweichung im Walzgerüst stehenden Signalen, beispielsweise mit einem Ölfilmsignal bei Verwendung von Ölflutlagern, mit einem Walzdrucksignal usw., wird vom Verstärker 35 aus das Signal einer übergeordneten Regelungseinheit kO aufgeschaltet und schließlich zur* Herbeiführung der erforliehen Änderung im Walzspalt durch die regulierende Anstellung von einer der beiden Walzen zur Erzeugung eines Walzproduktes mit konstanter Dicke herangezogen. Eine solche übergeordnete Dickenregelung ist mit dem U.S.-Patent Nr. 3.496.7^3, das am 2k, Februar 197O M.D. Stone erteilt worden ist, dargestellt und beschrieben worden.

In Übereinstimmung mit den geltenden Patentbestimmungen ist das Prinzip und die Punktion dieser Erfindung anhand eines Ausführungsbeispieles dargestellt und beschrieben worden, das für das beste Ausführungsbeispiel gehalten worden ist und gehalten wird.

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Claims (1)

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   Patentansprüche;-

   Steuerung -und Regelungssystem zur Erzeugung eines Korrektursignales zum Korrigieren der Exzentrizität einer Walze einer Verarbeitungsanlage· Dieses Steuerungs-und Regelungssystem
   dadurch gekennzeichnet, daß

   zu ihm gehören:- aine der vorerwähnten Walze zugeordnete Vorrichtung zur Erzeugung eines Signales, das dem periodischen Verhalten der Exzentrizität der vorerwähnten Walze proportional ist, dessen Wert aber gegenüber der tatsächlichen Exzentrizität der vorerwähnten Walze größer ist; eine Vorrichtung, mit der die Amplitude des vorerwähnten periodischen Signales dahingehend verändert oder modifiziert wird, daß sie im wesentlichen gleich der tatsächlich gegebenen Exzentrizität der vorerwähnten Walze ist; schließlich noch eine'Vorrichtung zum Aufschalten des geänderten und modifizierten Signales auf ein Dickenregelungssys t em·

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   Steuenings-und Regelungssystem zur Erzeugung eines Korrektursignales zum Korrigieren der Walzenexzentrizität einer zu einer Mehrwalzenanlage gehörenden Walze« Dieses Steuerungs-und Regelungssystem, bei dem eine Vorrichtung zur Erzeugung eines periodischen Signales einem Teil der Walze zugeordnet ist, deren Umdrehung überwacht werden soll,

   dadurch gekennzeichnet, daß

   fortlaufende Wellenzüge des Signales'erzeugt werden, deren Abstände in einer vorgegebenen Phasenlage oder einer vorbestimmten Phasenlage bestimmten Sektoren des Walzenumfanges jener Walze zugeordnet sind; eine Vorrichtung vorhanden ist, die das vorerwähnte Signal übernimmt und dessen fortlaufende und wiederholbare Wellenzüge derart verändert oder modifiziert, daß deren Amplitude im Hinblick auf eine Bezugsebene im wesentlichen gleich der Exzentrizität der vorerwähnte Walze ist; schließlich von einer weiteren Vorrichtung das vorerwähnte modifizierte ' Signal einem Befehlgeber aufgeschaltet wird, der dann die korrigierende Kompensation der Exzentrizität dieser Walze im Hinblick auf die vorerwähnten bestimmten Sektoren herbeiführt·

   Steuerungs-und Hegelungssystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß

   das elektrische Signal die Form einer Sinuswelle hat, dessen Amplitude gegenüber der tatsächlich gegebenen Exzentrizität der Walze wesentlich größer ist; auch das geänderte und modifizierte Signal die Form einer Sinuswelle hat, deren Amplituden gegenüber .jenen der ersten Kurve des vorerwähnten elektrischen Signales viel kleiner sind.

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   h. Steuerunfi-s-und Regelungssystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß

   die der Walze zugeordnete Vorrichtung zur Erzeugung des elektrischen Signales, die Vorrichtung, der das elektrische Signal aufgeschaltet wird, und die Vorrichtung, die das Signal auf die Dickenregelung schaltet für mehl- als eine Walze der Verarbeitungsvorrichtung vorgesehen sind, deren Exzentrizität jeweils korrigiert werden soll; eine Vorrichtung vorhanden ist, der die modifizierten und für die Walzen stehende Signale aufgeschaltet werden, woboi diese Vorrichtung dann ein Signal erzeugt, das dar algebraischen Summe der beiden separaten Signale proportional ist»

   5. Steuerungs-und liege lungs sys tem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß

   es sich bei der der Walze zugeordneten Vorrichtung um einen linear variablen Di ff er en ti. al tr ans format or handelt; an einem Ende der vorerwähnten Walze eine Nocke drehbar befestigt ist. und zwar in identischer Phasenlage zur Exzentrizitätsphasenlage der vorerwähnten Walze; schließlich dem vorerwähnten Transformator und der vorerwähnten Nocke eine Vorrichtung zugeordnet ist, die den Transformator dazu veranlaßt, ein der Exzentrizitätsphasenlage der vorerwähnten Nocke proportionales Signal zu erzeugen.

   6, Steuerungs-und Regelungssystem nach Anspruch 5t dadurch gekennzeichnet, daß

   die Exzentrizität der vorerwähnten Nocke beträchtlich größer ist, als die Exzentrizität der Walze.

   - Ende -

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