DE2730028A1 - Messvorrichtung fuer walzkraefte - Google Patents

Description

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Bethlehem Steel Corporation Bethlehem, Pennsylvania 18016, USA

Meßvorrichtung für Walzfcräfte

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Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Kraftmessung, insbesondere eine Vorrichtung zur Messung der auf ein Werkstück in einem Universalwalzwerk ausgeübten Horizontal- und Vertikal- Walzkräfte.

Für den Betrieb von alten und neuen Metallwalzwerken ist die Kenntnis der Walzkräfte und anderer Parameter von Bedeutung, welche in einem Walzgerüst nach Einstellung des Walzspaltes auf eine gewünschte Reduktion eines das Walzgerüst durchlaufenden Werkstücks auftreten. In älteren Walzwerken ist eine mechanische Walzspaltahtesung zusammen mit anderen Parameterinformationen die einzige Art und Weise, um die Walzkräfte für eine Folge von Betriebszuständen zu bestimmen. Häufig wechseln die Betriebsbedingungen, was wesentliche Fehler bei der Walzkraftbestimmung zur Folge hat. In einigen neueren Bandwalzwerken sind beispielsweise unter großem Aufwand Kraftmeßdosen in den Walzenständeraufbau eingebaut und mit einer entfernt davon angeordneten Walzkraft-Ableseeinrichtung verbunden. Diese Einrichtung ermöglicht dem Bedienungsmann ein Ablesen der Walzkräfte bis auf einen bestimmten Genauigkeitsgrad, wodurch der Bedienungsmann infolge ständiger Beobachtung eine überbelastung der Arbeitswalzen und der Walzgerüste verhindern kann.

Bei Universalwalzwerken , in welchen,.Profile wie etwa I- und Η-Träger gewalzt werden, ist die Bestimmung der Walzkräfte eine komplexe Angelegenheit. Dies ist dadurch begründet, daß daß die Walzgerüste sowohl in Horizontalrichtung als auch in Vertikalrichtung ausgerichtete Arbeitswalzen aufweisen, welche während des Walzens gleichzeitig zwei Arten von Walzkräften in den Seitenständern erzeugen. Im Nachfolgenden werden diese zwei Arten von Walzkräften als Horizontalwalzkräfte F_fl und als Vertikalwalzkräfte F_y bezeichnet und wie folgt definiert. Die Horizontalwalzkräfte F„wirken in einem WaIz-

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ständer in Vertikalrichtung und wirken über ein Paar von in Horizontalrichtung ausgerichteten Walzen auf das Werkstück, wobei der vertikale Spalt zwischen diesen Walzen zur Steuerung einer Abmessung des Profils mittels eines Anstellmechanismus einstellbar ist. Die vertikalen Walzkräfte wirken horizontal in einem Walzenständer und werden durch ein Paar von in Vertikalrichtung ausgerichteten Walzen in das Werkstück eingeleitet, wobei der Horizontalepalt zwischen diesen Walzen zur unabhängigen Steuerung einer zweiten Reduktion des Profils durch einen separaten Anstellmechanismus einstellbar ist. Symmetrisch ausgebildete Werkstücke erzeugen im wesentlichen gleiche F„ oder Fy-Walzkräfte J.n einem Paar von Ständern gegenüberliegender Seitenrahmen des Walzwerks. Gelegentlich können aufgrund eines speziellen Profils die Walzkräfte F_H oder F_v in ein- und demselben Paar von Walzenständern ungleich sein.

Im wesentlichen erzeugen in einem üniversal-Walzwerk horizontale Walzkräfte F„ Zugbelastungen in einem Paar Walzenständer gegenüberliegender Seitenrahmen, wohingegen die vertikalen Walzkräfte F_y Biegebeanspruchungen im selben Paar von Walzenständern hervorruft. Wenn immer die Walzkräfte gleich oder ungleich sind, so trifft dies auch auf die entsprechenden Belastungen zu, die gleichzeitige Kombination von F„ und Fv Walzkraftbelastungen erzeugt komplexe Spannungsmuster in den Ständern, welche schwierig zu messen sind. Diese Meßschwierigkeit wird weiter durch eine Nullpunktweglauf- oder Nullpunkt-Abwanderungskomponente (im Nachfolgenden kurz Nullpunktweglauf .

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genannt) verstärkt, welche durch thermische und mechanische BetriebsVeränderungen, wie etwa Verziehen des Walzgerüstes und Walzgerüsthysterese erzeugt wird, die den Nullpunktweglauf hervorrufenden Betriebsveränderungen können vor, während und/oder zwischen den Walzvorgängen auftreten.

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Bei einer bekannten Vorrichtung sind begrenzte Maßnahmen getroffen worden, um lediglich die horizontalen Walzkräfte in einem Walzwerk mit lediglich horizontalen Arbeitswalzen zu messen. Beispielsweise 1st an lediglich einer Fläche eines Walzenständers ein elektromagnetischer oder ein mechanischer Dehnungmesser befestigt» welcher die horizontale Walzkraft misst» wobei vorausgesetzt wird, daß die horizontalen Walzkräfte im anderen Ständer denjenigen des ersten Ständers entsprechen. Der Aasgang des Dehnungsmessers ist mit einem Korrektor (elektromagnetisch oder elektronisch) für den Nullpunktweglauf verbunden, bevor die Ausgangsgröße als Walzkraft angezeigt oder aufgezeichnet wird.

In einer neueren Vorrichtung sind vier Halbbrücken-Dehnungsmesser seitlich an gegenüberliegenden Seiten zweier Walzständer in einem horizontalen Walzwerk angeordnet. Diese Dehnungsmesser sind zu zwei Schaltkreisen geschaltet, welche zwei volle Brückenschaltungen darstellen, so daß diese die Wirkungen der Biegebeanspruchungen in den beiden Walzständern aufheben. Ihre Ausgangsgrößen geben lediglich die horizontalen Walzkräfte in den beiden Walzständern an und sie werden elektronisch auf einen. Nullpunktweglauf pro Ständerbasis korrigiert. Diese Größen für die horizontalen Walzkräfte werden selektiv in eine Einrichtung gegeben, welche entweder die Summe oder auch die einzelnen Walzkräfte in den Walzständern anzeigt.

Keine der vorher angegebenen Vorrichtungen arbeitet in der Umgebung eines universalen Walzwerks zufriedenstellend, weil sie nicht imstande sind, Betriebsnotwendigkeiten in einer modernen Walzanlage zu erfüllen, welche entweder alte oder neue Walζausrüstungen aufweist. D.h., sie sind nicht dazu ausgebildet, gleichzeitig sowohl Horizontal- als auch Vertikalwalzkräfte zu messen, eine einzelne Verschiebungskorrektur

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auszuführen, noch weisen sie eine Einrichtung zur Auflösung von komplexen Spannungsmustern in relativ einfache Walzkraftkomponenten auf, welche für den Bedienungsmann eines Universal-Walzwerks erforderlich sind.

Zur Behebung dieser Nachteile wird erfindungsgemäß bei einer Vorrichtung zur Kraftmessung für auf Werkstücke in einem Walzgerüst, insbesondere Universalwalzgerüst wirkende Walzkräfte, mit einer Einrichtung zur Erzeugung von Ausgangssignalen, welche wenigstens zu den horizontalen Walzkräften analog sind, erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß durch vier Dehnungsmesser, welche paarweise entlang einer gemeinsamen neutralen Achse an gegenüberliegenden Lastpunkten eines ersten und zweiten Walzenständers angeordnet sind, wobei jeder Dehnungsmesser ein eigenes Ausgangssignal erzeugt, welches sich proportional zur Gesamtspannung an einem Lastpunkt als Funktion der horizontalen Walzkraft, vertikalen Walzkraft und eines* Nullpunktweglaufes ändert, durch eine erste auf ein Nnllpuhkt-Schaltsignal zur automatischen und unabhängigen Nullstellung des Ausgangssignals eines jeden Dehnungsmessers ansprechende Schaltung zur Korrektur des eines bestimmten Lastpunktes zugeordneten Nullpunktweglaufes, durch eine zweite Schaltung zur Zerlegung der vier auf Null gestellten Ausgangssignale der Dehnungsmesser in gleichzeitig Signale für die horizontale und vertikale Walzkraft beider Walzenständer, wobei die zweite Schaltung während des Fehlens eines Werkstücks im Walzgerüst das Nullpunkt-Schaltsignal erzeugt, sowie durch eine die Signale von der zweiten Schaltung zur gleichzeitigen Bestimmung der horizontalen und vertikalen Walzkräfte verwendende Einrichtung zur Messung von auf ein Werkstück ausgeübten horizontalen und vertikalen Walzkräften.

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Gemäß der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird in Rechnung gestellt, daß die die Komponente des Nullpunkt weg lauf es verursachenden Betriebs Veränderungen die Belastungs- und Spannungsmuster an verschiedenen Stellen einzelner Walzständer in unterschiedlicher Weise stört. Auf gegenüberliegenden Belastungsstellen eines Ständers kann die Komponente des Nullpunktweg lauf es an j-eder Stelle der anderen entgegengesetzt sein und in einen gleichen oder sogar umgekehrten Wert driften. Laststellen an einem anderen Ständer können zu jeder gegebenen Zeit unterschiedlich zu denjenigen am ersten Ständer reagieren. Nach einer ausreichenden Walzzeit, " kann sich der Nullpunktweg lauf sogar auf einen unterschiedlichen Wert für jede Belastungsstelle auf jedem Ständer stabilisieren. Bei Verwendung von Dehnungsmessern an Laststellen von Ständern in einem Universalwalzwerk, wird infolgedessen in Rechnung gestellt, daß die Komponente der variablen Nullpunktabweichung entsprechend den Nullpunkt für die horizontale und vertikale Walzkraft F_fl und F_y beeinflußt, wie im nachfolgenden offenbart wird.

Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung beschrieben. Es zeigen

Fig. 1 eine Schemadarstellung der erfindungsgemäßen

Walzkraft-Meßvorrichtung, Fig. 2 einen Querschnitt durch ein Walzgerüst mit

Dehnungsmessern, Fig. 3 eine Anordnung eines Dehnungsmessers an einer

Laststelle oder einem Belastungspunkt, Fig. 4 ein Biegemomenten-Diagramm eines Walzständers

von Fig. 1, Fig. 5 ein Spannungsdiagramm eines Walzständers,

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Fig. 6 ein Blockschaltbild eines kennzeichnenden

Signalgrößenkonditionierungs-, Nullpunktnachführung- und Nullpunktkorrekturkreislaüfesι welche in der in Fig. 1 dargestellten Meßvorrichtung verwendet sind, sowie

Fig. 7 ein Summen und Differenzschaltdiagramm, welches die gleichzeitige Zerlegung der vier Dehnungsmesser-Signalgrößen in Horizontal- und Vertikalwalzkräfte und die ausgewählte einzelne Stelle und die Ständerbelastungen zeigt.

Das in Fig. 1 dargestellte üniversal-Walzgerüst 1o weist Seitenrahmen 11 und 12 mit Walzständern 13 und 14 etwa am Ausgang des Walzwerks auf. Walzständer 13 und 14 sind jeweilig durch untere und obere Zug- oder Verbindungsstangen 15 und 16 stabilisiert. Ein Paar von horizontalen Walzen 17 und 18, welche mit einem Paar vertikaler Walzen 19, 2o zusammenwirken, bedingen gleichzeitig eine Reduktion des I-förmigen Werkstücks 21 in zwei Richtungen.

Zur Veränderung des vertikalen Spalts zwischen den Horizontalwalzen 17 und 18 und damit zur Einleitung der horizontalen Walzkräfte F„ in die Walzständer 13 und 14 dient ein nicht

dargestellter horizontaler Anstellmechanismus. Ein nicht dargestellter vertikaler Anstellmechanismus dient zur Veränderung des horizontalen Walzspalts zwischen den vertikalen Walzen 19 und 2o, wodurch gleichzeitig mit dem F_H-Walzkräften die vertikalen Walzkräfte F_y in die Walzständer 13 und 14 eingeleitet werden.

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Die Horizontal- und Vertikalwalzkräfte F_ und P verursachen gemeinsam Verbiegungen des Walzständers 13, welche ihrerseits komplexe Spannungsmuster im Ständeraufbau hervorrufen. Diese Spannungs- oder Belastungsmuster sind unmittelbar von den F_H und F -Walzkräften abhängig und werden durch Dehnungsmesser A und B registriert. Im Walzständer 14 treten ähnliche Spannungsmuster auf, die durch Dehnungsmesser G und D registriert werden, welche an gegenüberliegendenden Flächen des Walzständers 14 angeordnet sind.

Nähere Einzelheiten der Dehnungsmesser A, B, C und D sind aus Fig. 3 ersichtlich. Dabei sind zwei Stifte 22 auf jeder der beiden Flächen des Walzständers 13 sowie des Walzständers 14 aufgeschweißt und zwar an allen in den Fig. 1 oder 2 aufgezeichneten Stellen. Ein die Belastung abnehmendes Element 23 ist auf jedes Paar der Stifte 22 auf gebolzt. Das Element 23 ist vorzugsweise ein in einer vollständigen Brücke geschalteter Halbleiter-Dehnungsmesser, welcher vor Aufbolzen auf die Stifte 22 für Zug- und Druckkräfte geschaltet und geeicht ist. Die Meßeinrichtung 23 ist in einem isolierten Gehäuse 23a eingeschlossen, welches entsprechend an der Oberfläche eines Walzenständers befestigt ist. Die Walzkraftgrößen von der Meßeinrichtung 23 werden mittels eines Kabels-24 durch eine nicht gezeichnete Leitung zum nachfolgend beschriebenen Meßkreis geführt.

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Es ist wesentlich, daß dieDehnungsmesser A, B, C und D im Reihe in einem bekannten Abstand zu den oberen und unteren Zugstangen 15 und 16 sowie in einem bekannten Abstand zu der Stelle angeordnet sind, wo die Walzkraft F.. aufgebracht wird, wie aus Fig. 1 hervorgeht. Zusätzlich müssen die in Fig. 2 gezeichneten Dehnungsmesser A und B in einem gleichen Abstand

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zu einer sich in Längsrichtung erstreckenden neutralen Achse NA auf den Flächen des Walzständers 13 angeordnet sein. In ähnlicher Weise sind die Dehnungsmesser C und O auf dem Walzständer 14 in gleichem Abstand zu einer weiteren in Längsrichtung verlaufenden und zu derjenigen durch den Walzenständer 13 parallelen Achse NA angeordnet. Darüberhinaus müssen die Dehnungsmesser A, B, C und D auch entlang einer gemeinsamen neutralen Achse NA angeordnet sein, welche in Seitrichtung durch die Walzenständer 13 und 14 und ortogonal zu dem sich in Längsrichtung durch die Walzenständer 13 und 14 erstreckenden neutralen Achsen verläuft.

Bei einer Anordnung der Dehnungsmesser A, B, C und D an den oben beschriebenen Stellen, ist nur ein Satz von Dehnungsmesser zur gleichzeitigen Auflösung sowohl der Horizontalwie auch derWettikalwalzkräfte F und F aus ihren Ausgangsgrößen der unten beschriebenen Schaltung notwendig. Es darf dabei nicht vergessen werden, daß die vertikalen Walzkräfte F_v Biegebelastungen im Walzständer 13 und 14 bedingen, deren Größe durch den dem Dehnungsmesser A, B oder D, C zugeordnettn Momenten arm bestimmt wird, wie aus dem B ie gemoinen te ndi ag ramm für den Walzständer 13 in Fig. 4 hervorgeht. Die durch die Walzkraft F_v hervorgerufenen Biegespannungen zeigen an den Dehnungsmessern A und D Zug- oder positive Spannungen und an den Dehnungsmessern B und C Druck- oder negative Spannungen an.

Wie bereits ausgeführt, erzeugen diei. horizontalen Walzkräfte F„ im wesentlichen lediglich Zug- oder positive Spannungen an den Dehnungsmessern A, B, C und D. Die Verteilung der Zugspannungen, Biegespannungen und der Gesamtspannung ist im Spannungsdiagramm für den Walzenständer 13 in Fig. 5 angegeben. Die .Spannungsverteilung des Walzständers 14 ist entgegengesetzt zu derjenigen des Walzständers 13 in Bezug auf die in Fig.

dargestellte neutrale Achse.

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Gem. Fig. 1 werden die Ausgangsgrößen aus den Dehnungsmessern A, B, C und D, welche die durch die kombinierten horizontalen und vertikalen Walzkräfte F und F.. in den Walzenständern 13 und 14 hervorgerufene Gesamtspannung darstellen, über jeweilige Leitungen 24a, 24B, 24C und 24 D zu den Signalgrößen-Konditionierscnaltkreisen 25 geführt. Die konditionierten Dehnungsmesser-Ausgangsgrößen werden über die Leitungen 26A, 26B, 26C und 26D zu einem automatischen Nullpunktkorrektur-Schaltkreis 27 geführt. Hier wird jede Ausgangsgröße des Dehnungsmessers zusätzlich zur elektronischen Nullpunktverschiebung im Meßsystem einzeln auf den variablen Nullpunktweglauf korrigiert, welcher aufgrund der oben beschriebenen Walzwirkungen herrührt.

Der automatische Nullpunktnachführkreis 28 arbeitet während des Fehlens eines Metall-im-Walzwerk-Signals auf der Leitung 29, um über die Leitung 3o ein Nullpunkt-Schaltsignal zu geben und für jede Ausgangsgröße eines einzelnen Dehnungsmessers eine Nullpunkt-Korrektur durchzuführen. Die Nullpunktsignalkorrektur ist während der Anzeige Metall-im-Walzwerk durch die Leitung unterbrochen. Die Schaltkreise für den Signalkonditionierer 25, Nullpunkt-Nachführkreis 27 und Nullpunkt-Korrekturkreis 28 sind in Fig. 6 dargestellt, welche im Nachfolgenden beschrieben sind.

Vier Nullpunktkorrigierte Dehnungsmessignale werden über die Leitungen 31A, 31B, 31C und 31D zu den Summen und Differenzschaltungen 32 geführt, welche in Fig. 7 dargestellt und im Nachfolgenden beschrieben sind. Die Summen- und Differenzschaltungen 32 sind zur gleichzeitigen Zerlegung der vier Nullpunktkorrigierten Dehnungsmeßsignale in fünf unterschiedliche Walzkraftanzeigegrößen zusammengesetzt, wobei die Anzeigegrößen insbesondere für einen Bedienungsmann eines Universalwalzwerks von Bedeutung sind.

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Ein erstes Ausgangssignal aus der Summen- und Differenzschaltung 32 wird über die Leitung 33 zu einer Anzeigeeinrichtung 34 geführt, welche die_Summe der horizontalen Walzkräfte F₁, angibt, welche als

oder

Dehnungsmesser-Signale bestimmt sind. Die Anzeige der Walzkraft F„ wird durch einen Dreifach-Wahlschalter 35 geregelt.

Die erste Anzeige der Anzeigeeinrichtung 34 gibt dem Bedienungsmann die gesamte horizontale Walzkraft F„ an, welche

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auf das Werkstück 21 gegeben wird. Die zweite und dritte Anzeige auf der Anzeigeeinrichtung 34 gibt dem Bedienungsmann die horizontale Walzkraft F„ in den Walzständern 13 und 14 an.

Diese Anzeigen ermöglichen dem Bedienungsmann die Bestimmung der einzelnen Kräfte F„ auf die Seitenrahmen 11 und 12.

Ein zweites Ausgangssignal aus den Schaltungen 32 wird über die Leitung 36 zu einer Anzeigeeinrichtung 37 geführt, welche die Differenz der horizontalen Walzkraft F„ angibt, welche als (A+B)-(C+D) Dehungsmesser-Signale bestimmt sind. Wenn das Werkstück 21 symmetrisch ausgebildet ist, soll die Anzeige auf der Anzeigeeinrichtung 37 Null sein. Irgendeine andere Anzeige gibt dem Bedienungsmann das Vorhandensein einer ungleichmäßigen horizontalen Walzkraftbelastung in den Walzenständern 13 und 14 an, welche aufgrund eines ungleichen Walzenverschleisses oder einer nicht ausgerichteten Durchführlinie herrührt. Wenn das Werkstück 21 asymmetrisch ausgebildet ist, sind die horizontalen Walzkräfte F„ in den Ständern 13 und

normalerweise außer Gleichgewicht und zwar gem. einem vorbestimmten Verhältnis.

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Ein drittes Ausgangssignal von den Schaltungen 32 wird über die Leitung 38 einer Anzeigeeinrichtung 39 zugeführt, welche die Summe der vertikalen Walzkräfte F_v angibt, welche durch die (A-B)+(D-C) Dehnungsmesser-Signale definiert sind. Ein viertes Ausgangssignal aus den Schaltungen 32 wird über die Leitung 4o einer Anzeigeeinrichtung 41 zugeführt, welche die Differenz der vertikalen Walzkräfte F_v angibt, welche als (A-B)-(D-C) Dehnungsmesser-Signale definiert sind. Die Summe und Differenz der vertikalen Walzkräfte Fy jeweilig auf den Anzeigeeinrichtungen 39 und 41 hat für den Bedienungsmann die Bedeutung, welche der der Anzeigeeinrichtungen 34 und 37 für die Summe und die Differenz der horizontalen Walzkraft F₁₁ entspricht (oben beschrieben).

Ein fünftes Ausgangssignal aus den Schaltungen 32 wird über die Leitung 42 zu einer Anzeigeeinrichtung 43 geführt, welche die Dehnungsmesser-Ausgangsgrößen A, B, C, oder D anzeigt, je nach Bestimmung durch einen Vierfach-Wahlschalter 44. Jede dieser Anzeigen gibt dem Bedienungsmann die gesamte Walzkraftbelastung an irgendeiner Belastungsstelle oder ein Versagen eines Dehnungsmessers an.

Somit wird ersichtlich, daß sowohl die horizontalen wie auch die vertikalen Walzkräfte F_H und F_y gleichzeitig in Summen- und Differenzschaltungen 32 von dem einen Satz Dehnungsmesser A, B, C, und D, welche auf Walzständern 13 und 14 eines Universal-Walzgerüsts montiert sind, aufgelöst werden.

Aus Fig. 1 ist weiter ersichtlich, daß die Summen- und Differenzschaltungen 32 auch angeben, ob sich ein Werkstück im Walzgerüst befindet, wobei das entsprechende Signal über die Leitung 29 sowie durch eine Alarmleuchte 45 mitgeteilt wird.Zusätzlich zeigen die Schaltungen 32 eine überlastung durch die Walzkraft an, wobei diese überlastung 3-eichfalls auf einer Alarmleuchte

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sichtbar gemacht wird. Weiter ist Vorsorge getroffen, irgendeine Zahl dieser fünf Stürmen und Differenzen der horizontalen und vertikalen Walzkräfte, sowie der einzelnen Ständersignale über die Schiene 47 auf andere Lasteinrichtungen 48, wie etwa einer Registriereinrichtung oder einem Computer, zu führen. Alle diese zusätzlichen Merkmale sind im Detail in der nachfolgenden Beschreibung zur Fig. 7 angegeben.

In Fig. 6 ist eine Konditionierschaltung 25 für ein A-Ubertragungssignal (Kanalsignal) sowie eine dem Dehnungsmesser A zugeordnete Schaltung 27 für eine automatische Nullpunkt-Korrektur dargestellt. Jeder der Kanäle B, C und D ist ein Duplikat des Kanals A, wodurch vier unabhängige Kanäle der Dehnungsmeßsignalkonditionierung und automatischen Nullpunkt-Korrektur entstehen. Der Kreis 28 für die automatische Nullpunk tn ach führung gibt ein Nullpunkt-Schaltsignal über die Leitung 3o auf jeden der A, B, C und D-Kanäle, wodurch alle Schaltungen 27 zur gleichen Zeit erregt sind.

In der Signalkonditionierschaltung 25 wird das Ausgangssignal des Dehnungsmessers A über eine Leitung 24A zu einem Vorverstärker 49, durch einen aktiven Filter 5o zugeführt und durch die Leitung 26A weggeführt. Weiter ist eine nicht dargestellte Gleichstromquelle beinhaltet, welche der Erregung der Dehnungsmeßbrücke (A) über das Kabel 24A dient.

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Die Schaltung 27 für die automatische Nullpunkt-Korrektur kompensiert den mit dem konditionlerten Ausgangssignal A zusammenhängenden Nullpunktweglauf sowie die elektronische Nullpunktverschiebung. Wie bereits oben angegeben, kann der Nullpunktweglauf durch Veränderungen in der Umgebungstemperatur am Dehnungsmesser, durch umgebungsbedingte Wärmeveränderungen des gesamten Walzgerüsts 1o oder durch lokale Erwärmungs- und Abkühlvorgänge aufgrund periodischer Bewegung der heißen Werkstücke

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beim Durchlauf durch die Walzen 17 bis 2o verursacht werden. Die Größe der Nullpunktabwanderung oder des Nullpunktweglaufs des Dehnungsmessers A kann in der gleichen Größe sein wie derjenigeces Dehnungsmessers D, doch ist die-Größe des-Nullpunkt-weglaufes der Dehnungsmesser B und C zwar zueinander gleich, aber über die meiste Zeit im wesentlichen größer als derjenige der Dehnungsmesser A und D. Eine zusätzliche Nullpunktabwanderung wird durch mechanische Veränderungen hinsichtlich der Hysterese im Walzgerüst 1o verursacht, welche mit den Lastwechseln wirksam ist und manchmal mit denen der thermischen Veränderungen überlagern oder andererseits dazu subtraktiv sein können oder sogar während des Stillstands des WaIzgerüsts auf eine Nullpunktwirkung abwandern kann.

Ohne Rücksicht darauf, was den veränderlichen Nullpunktweglauf verursacht, wird das konditionierte Ausgangssignal A des Dehnungsmessers A über die Leitung 26A auf den Kondensator 51 gegeben, welcher dieses Signal auf den Eingang des elektronischen Nullstellungsverstärkers 52 gibt. Für den Kanal A wird der Nullpunkt elektrisch durch die Nullstellungs-Justiereinrichtung 53 eingestellt. Der Verstärkungsfaktor des Verstärkers 52 wird durch eine Meßbereichs-Einstelleinrichtung 54 (span ajuster) derart eingestellt, daß der Ausgang auf der Leitung 31A in Bezug auf das dem Dehnungsmesser A zugeordnete Biegemoment maßstäblich festgelegt ist. Diese gleichen Nullstellungs- und Maßstabfestlegungsvorgänge werden auch für die Kanäle B, C und D durchgeführt.

Gewöhnlicherweise würde der Verstärker 52 jedes Signal verstärken, welches durch den Kondensator 51 auf ihn gegeben wird, einschließlich eines Walzkraftsignals plus einer variablen Nullpunktweglauf τKomponente. Der Nullpunktweglauf wird entweder, wie unten beschrieben, inkrementell oder kontinuierlich kompensiert, in dem

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die Verstärkereingangsseite des Kondensators 51 durch die Leitung 55, den Relaiskontakt 56a und den Widerstand 57 mit Erde verbunden ist. Der Relaiskohtakt 56a ist durch die Relaisfeder 56 für die Zeitdauer geschlossen, in der die Basis des Transistors 58 einen positiven Nullschaltungsimpuls über die Leitung 3o vom Schaltkreis 28 für die automatische Nullpunktnachführung empfängt. Der positive Impuls auf der Leitung 3o gibt das Fehlen der über die Leitung 29 gegebene Metall-im-Walzwerk-Information an. Das Schließen des Relaiskontakts 56a erdet den Kondensatcr 51, welcher nicht nur dem Ausgang des Verstärkers 52 an der Leitung 31A auf Null stellt, sondern gleichzeitig alle Walzkraft-Anzeigeeinrichtungen auf Null stellt.

Lediglich ein Schaltkreis 28 für eine automatische Nullpunktnachführung ist zur Verwendung mit allen Nullpunkt-Korrekturschaltungen 27 vorgesehen. Der Schaltkreis 28 umfaßt einen frei schwingenden Oszillator 59 mit > ungefähr einem Ausgangssignal von 2 Hz, welches durch das Steuergatter 6o geleitet und über die Leitung 3o ausgegeben wird. Wenn das Steuergatter 6o einen positiven Impuls über die Leitung 29 empfängt, welches das NichtVorhandensein von Metall im Walzgerüst 1o angbit, wird das Gatter 6o erregt und sendet einen positiven Impuls von 2 Hz über dia Leitung 3o zur Basis des Transistors 58, wodurch die Schaltkreise 27 für die automatische Nullstellung aktiviert werden. Wenn das Steuergatter 6o einen Impuls über die Leitung 29 empfängt, wodurch das Fehlen von Metall im Walzgerüst 1o angegeben wird, werden das Gatter 6o und der Transistor 58 unterbrochen, wodurch die Schaltungen 27 für die automatische Nullstellung während der Zeitdauer, in welcher sich ein Werkstück im Walzgerüst 1o befindet, gesperrt wird.

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Geeignete Werte von R und C für den Widerstand 57 und den Kondensator 51 ermöglichen eine inkrementelle Durchführung einer automatischen Nullstellung bei 2 Hz über eine Periode von ungefähr 3 Zyklen. Dieses Zeitintervall ist für einige Walzkraft-Meßvorrichtungen bevorzugt, kann jedoch für andere durch Reduzierung des Werts des Widerstands 57 gekürzt werden. Dur eine vollkommene Ausklammerung des Widerstands 57 tritt die automatische Nullstellungsfunktion am ersten Zylkus des Oszillators.

Alternativ dazu kann die selbsttätige Nullpunktstellung anstelle inkrementeller Durchführung kontinuierlich durchgeführt werden, indem die Schaltungen 27 und 28 für die automatische Nullpunktkorrektur und die Nachführung ausgeschlossen und dafür geschaltete Integratoren (etwa gem. der US-PS 3 791 204) eingesetzt sind.

Bezogen auf Fig. 7, zerlegen die Summen- und Differenzschaltungen 32 alle nullgestellten Dehnungsmessersignale von den Leitungen 31A, 31B, 31C und 31D in Ausgangssignale für die horizontale und vertikale Walzkraft F und F... Die Summe der horizontalen Walzkräfte F„ in den Walzenständern

13 und 14 wird dadurch erreicht, indem der Wahlschalter 35 in die (A + B) + (C + D) Stellung gelegt wird. Hier sind die Dehnungsmessersignale der Leitungen 31A, 31B, 31C und 31D durch entsprechende Summierwiderstände 61A, 61B, 61C und 61D mit einer Summierverbindung am Summiereingang des Operationsverstärkers 62 verbunden. Der Differenzeingang zum Verstärker 62 ist durch den Widerstand 63 mit Masse verbunden. Der Verstärkungsfaktor des Verstärkers 62 wird auf geteIlt-durch-4 durch den Rückkopplungswiderstand 64 eingestellt und der Ausgang auf die Leitung 33 wird auf der Anzeigeeinrichtung 34 für die Walzkraft F_u gelesen.

Die Summierung der horizontalen Walzkräfte F„ im Walzenständer

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13 oder 14 wird dadurch erreicht, indem der Wahlschalter 35 entweder in die (A + B) oder (C + D) Stellungen gelegt wird. Die Dehnungsmessersignale in den Leitungen 31A und 31C werden durch Sununierwiderstände 61A und 61B oder die Leitungen 31C und 31D durch die Summierwiderstande 61C und 61D, wahlweise mit dem Summiereingang des Verstärkers 62 verbunden. Ein geteilt-durch-2 Rückkopplungswiderstand 65 wird anstelle des Rückkopplungswiderstands 64 in beiden Fällen verwendet, so daß der über die Leitung 33 zur Anzeigeeinrichtung 34 für die Walzkraift F₁₁ geführte Ausgang den

selben Maßstab besitzt wie die Summe der 4 Dehnungsmeßsignale, wenn sich der.Wahlschalter 35 in der ersten Stellung befindet.

Die Differenz der horizontalen Walzkräfte F_ zwischen den

Walzenständern 13 und 14, das ist (A + B) - (C + D) wird durch die Verbindung der Dehnungsmeßsignale in den Leitungen 31A und 31B durch entsprechende Sununierwiderstände 66A und 66B zu einer Summierverbindung am Summiereingang des Operationsverstärkers 67 erreicht. Die Dehnungsmessersignale in den Leitungen 31C und 31D werden mit entsprechenden Summierwiderständen 66C und 66D mit einer Summierverbindung am Differenzeingang des Verstärkers 67 verbunden. Der Differenzeingang wird durch den Widerstand 68 geerdet. Der Rückkopplungswiderstand 69 ist derart gestaltet, daß der Ausgang des Verstärkers 67 an der Leitung 36 genau maßstäblich bestimmt ist, um genau die Walzkraft F„ in der Anzeigeeinrichtung 3 7 zu

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lesen.

Die Summe der vertikalen Walzkräfte F_v in den Walzenständern 13 und 14, das ist also (A-B) + (D-C), wird dadurch erreicht, indem die Dehnungsmessersignale in den Leitungen 31A und 31D durch entsprechende Suramierwiderstände 7OA und 7OD mit einer Summierverbindung am Summiereingang des Operationsverstärkers 71 verbunden werden. Die Dehnungsmeßsignale 31B

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und 31C werden durch entsprechende Summierwiderstände 71B und 71C mit einer Summierverbindung am Differenzeingang des Verstärkers 71 verbunden. Der Differenzeingang des Verstärkers 71 wird durch den Widerstand 12 geerdet. Rückkopplungswiderstand 73 ist derart gestaltet, daß der Ausgang des Verstärkers 72 über der Leitung 38 genau maßstäblich festgelegt wird, um die Walzkraft F.. in der Anzeigeeinrichtung 39 zu lesen.

Die Differenz der vertikalen Walzkräfte F.. zwischen den Walzenständern 13 und 14, das ist (A-B) - (D- C) wird"dadurch erreicht, indem die Dehnungsmeßsignale in den Leitungen 31A, 31B, 31C und 31D durch entsprechende Summierwiderstände 74A 74B, 74C und 74D mit einer Summierverbindung am Differenzeingang des Operationsverstärkers 75 verbunden werden. Der Summiereingang des Verstärkers 75 wird durch den Widerstand 76 geerdet. Der Rückkopplungswiderstand 77 ist derart gestaltet, daß der Ausgang des Verstärkers 75 über der Leitung 40 genau maßstäblich bestimmt ist, um in der Anzeigeeinrichtung 41 die Walzkraft F zu lesen.

Einzelne Ausgänge der DehnungsmeßSignaIe 31A, 31B, 31C und 31D werden sequentiell durch jeweilige Stellungen des Wahlschalters 44 durch den Widerstand 78 mit dem Summiereingang des Operationsverstärkers 79 verbunden. Der Differenzeingang des Verstärkers 79 wird durch den Widerstand 80 geerdet. Der Rückkopplungswiderstand 81 ist derart gestaltet, daß der Ausgang des Verstärkers 79 auf der Leitung 42 genau maßstäblich festgelegt ist, um auf der Anzeigeeinrichtung 43 zu lesen.

Das oben angegebene Signal für Metal1-im-Walzgerüst (also Werkstück im Walzgerüst) wird ebenfalls in den Sumnien- und Differenzschaltungen 32 ermittelt. Dieses Signal wird dadurch erzeugt, indem das Signal der Summe der horizontalen Walzkräfte F_H an der Ausgangsleitung 33 und das Signal der Summe der

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vertikalen Walzkräfte F.. an der Aus gangs leitung 38 durch jeweilige Summierwiderstände 82 und 83 an einer Verbindung eines Eingangs zu einer Vergleichseinrichtung 84 kombiniert. Der andere Eingang der Vergleichseinrichtung 84 ist mit einer Bezugsspannungs-Teileinrichtung 85 verbunden. Die Teileinrichtung 85 wird derart eingestellt, daB ungefähr 3 bis 5% der wahren Größe von entweder der Summe der horizontalen Walzkräfte F_H oder der Summe der vertikalen Walzkräfte F_y die Vergleichseinrichtung 84 dazu bringt, ihren Zustand zu ändern.

Normalerweise ist der Ausgang der Vergleichseinrichtung 84 auf der Leitung 29 ein positiver Impuls, wenn kein Metall im Walzgerüst 10 vorhanden ist. Wenn die Summe einer jeden der horizontalen oder vertikalen Walzkräfte den vorbestimmten Wert übersteigt, was einen Durchbrandschutz für den anderen erfordert, ändert die Vergleichseinrichtung 84 ihren Zustand und das NichtVorhandensein eines positiven Impuls in der Leitung 29 gibt an, daß Metall im Walzgerüst 10 ist. Dieses Signal in der Leitung 29 steuert das Gatter 60, damit die selbsttätige Nullpunkt-Nachführschaltung 28 in Fig. 6 den Nullpunkt; Schaltimpuls für die selbsttätige Nullpunk tk or rek tür in der Leitung 30, wie oben beschrieben, erzeugt.

Der Ausgang der Vergleichseinrichtung 84 auf der Leitung 29 wird im Verstärker 86 derart invertiert, daß das Relais 87 erregt wird, wenn Metall im Walzgerüst 10 angezeigt wird. Der Relaiskontakt 87a schließt und schaltet die Alarmeinrichtung 45 zur Angabe, daß Metall im Walzgerüst ist, an.

Das oben angegebene Überlastungssignal für die Walzkraft wird gleichfalls in den Summen- und Differenzschaltungen 32 ermittelt. Dieses Signal wird durch Vergleich des Signals der Summe der horizontalen Walzkraft in der Leitung 33 durch

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den Widerstand 88 in der Vergleichseinrichtung 89 mit einem Bezugssignal in der Quelle 90 ermittelt. Die Quelle 90 ist derart eingestellt, daß der Ausgang der Vergleichseinrichtung 89 von oben nach unten steigt, wenn die Summe der horizontalen Walzkräfte F„ einen vorbestimmten überlastwert überschreitet. Der Ausgang der Vergleichseinrichtung 89 auf der Leitung 91 wird durch den Verstärker 92 invertiert, so daß das Relais 9 3 erregt ist, wenn die Summe der horizontalen Walzkräfte F₁₁ den vorbestimmten überlastwert überschreitet. Das Relaiskontakt 93a schließt und schaltet die Alarmeinrichtung 46 für überlastung ein.

Zusätzlich zu den vorhergehenden Funktionen, geben die Summen- und Differenzschaltungen 32 die nachfolgenden Signale über die Schiene 47 zu anderen Lasteinrichtungen 48, wie etwa eine Registrier- und Aufzeichnungseinrichtung und einen Computer. Falls gewünscht, kann eine weitere Einrichtung im Wahlschalter 35 angegliedert werden, um entsprechende Signalstellungen zu anderen Lasteinrichtungen 48 zu ergeben, beispielsweise die Summe der horizontalen Walzkräfte F„ die auf der

Leitung 33 präsent ist, die Differenz der horizontalen Walzkräfte F_n auf der Leitung 36, die Summe und Differenz der vertikalen Walzkräfte auf den Leitungen 38 und 40, die 4 einzelnen Dehnungsmeßausgangssignale, die sequentiell auf der Leitung 42 präsent sind. Falls gewünscht, Kann eine weitere zusätzliche Einrichtung dem Wahlschalter 44 angegliedert sein, um entsprechende Signalstellungen für andere Lasteinrichtungen zu ergeben. Das vom Relaiskontakt 87b über die Leitung 9 4 geleitete Signal für Metall-im-Walzgerüst, sowie das vom Relaiskontakt 93b über die Leitung 95 geleitete Überlastsignal für die Walzkraft wird ebenso zu den anderen Lasteinrichtungen 48 geführt.

Somit ist dargestellt, daß sowohl die horizontalen wie auch

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die vertikalen Walzkräfte in einem Universalwalzgerüst durch lediglich einen Satz von vier Dehnungsmesser" an zwei Walzenständern ermittelt und ihre Ausgangssignale einzeln auf Null gestellt und zur gleichzeitigen Angabe sowohl der horizontalen wie auch der vertikalen Walzkräfte zerlegt werden können.

Starnberg, den 1. Juli 1977/1065/48/56 d

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Claims (10)

1. Patentansprüche :

   Meßvorrichtung für auf Werkstücke in einem Walzgerüst, insbesondere Universalwalzgerüst wirkende Walzkräfte, mit einer Einrichtung zur Erzeugung von Ausgangssignalen, welche wenigstens zu den horizontalen Walzkräften analog sind, gekennzeichnet durch einen ersten (A), zweiten (B), dritten (C) und vierten (D) Dehnungsmesser, welche paarweise (A, B und C, D) entlang einer gemeinsamen neutralen Achse an gegenüberliegenden Lastpunkten eines ersten und zweiten Walzenständers (13,14) angeordnet sind, wobei jeder Dehnungsmesser ein eigenes Ausgangssignal erzeugt, welches sich proportional zur Gesamtspannung an einem Lastpunkt als Funktion der horizontalen Walzkraft, vertikalen Walzkraft und eines Nullpunktweglaufes ändert, durch eine erste auf ein Nullpunkt-Schaltsignal (29) zur automatischen und unabhängigen Nullstellung des Ausgangssignals eines jeden Dehnungsmessers ansprechende Schaltung (27) zur Korrektur des einem bestimmten Lastpunkt zugeordneten Nullpunktweglaufes, durch eine zweite Schaltung (32) zur Zerlegung der vier auf Null gestellten Ausgangssignale der Dehnungsmesser in gleichzeitig Signale für die horizontale und vertikale Walzkraft beider Walzenständer, wobei die zweite Schaltung (32) während des Fehlens eines Werkstücks im Walzgerüst das Nullpunkt -Schaltsignal (29) erzeugt, sowie durch eine die Signale von der zweiten Schaltung (32) zur gleichzeitigen Bestimmung der horizontalen und vertikalen Walzkräfte verwendende Einrichtung (33, 34 oder 36, 37 oder 38, 39 oder 40, 41 oder 42, 43) zur Messung von auf ein Werkstück ausgeübten vertikalen und horizontalen Walzkräften.
2. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Schaltung (32) das Summieren der vier Ausgangssignale

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   der Dehnungsmesser zur Bildung einer Summe der horizontalen Walzkräfte im Walzgerüst ermöglichende Schaltglieder (31,33, 35, 61 bis 65) umfaßt .
3. 3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Schaltung (32) das Summieren von zwei der einem Walzenständer zugehörigen Ausgangssignale der Dehnungsmesser ermöglichende Schaltglieder (31, 33, 35, 61 bis 63, 65) umfaßt.
4. 4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die

   zweite Schaltung (32) eine . Differenz der horizontalen Walzkräfte als Funktion der Summe der Signale des dritten und vierten Dehnungsmessers (C,D), subtrahiert von der Summe der Signale des ersten und zweiten Dehnungsmessers (A,B), bestimmende Schaltglieder (31,36, 66 bis 69) umfaßt.
5. 5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Schaltung (32) eine Summe der vertikalen Walzkräfte als Funktion der zur Differenz zwischen den Ausgangssignalen des vierten und dritten Dehnungsmessers (d, c) hinzugefügten Differenz zwischen den Ausgangssignalen des ersten und zweiten Dehnungsmessers (A,B) bestimmtende Schaltglieder (31, 38, 70 bis 73) umfaßt.
6. 6. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Schaltung (32)eine Differenz der vertikalen Walzkräfte als Funktion der von der Differenz zwischen dem Signal des vierten und dritten Dehnungsmessers subtrahierten Differenz zwischen den Ausgangssignalen des ersten und zweiten Dehnungsmessers bestimmende Schaltglieder (31, 40, 74 bis 77 )umfaßt.
7. 7. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß

   die zweite Schaltung (32) Schaltglieder (31, 42, 44, 79 bis 81) zur selektiven Vorgabe irgendeines der Dehnungsmesserausgangssignale umfaßt.

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8. 8. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Schaltung (32) ein Überlastsignal gebende Schaltglleder (33, 88 bis 93, 93a, 93b) umfaßt, sobald eine der horizontalen oder vertikalen Walzkräfte einen vorbestimmten Grenzwert überschreitet.
9. 9. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Schaltung (27) zur inkrementellen Nullstellung eines Dehnungsmesserausgangssigna Ie s ausgebildet ist.
10. 10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Schaltung (27)zur kontinuierlichen Nullstellung eines Dehnungsmesserausgangssignals ausgebildet ist.

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