-
Zentrierkraftregelung für eine Ringwalzmaschine
-
Stand der Technik Es sind Ringwalzmaschinen bekannt, die zu der Ebene
der Walzenachsen symmetrisch angeordnete Zentrierrollen aufweisen, die unter einem
gewissen Andruck in Berührung mit dem Außenumfang des ringförmigen Werkstückes gehalten
werden. Dabei sollen die Zentrierrollen während des Walzprozesses ein seitliches
Auswandern des ringförmigen Werkstückes verhindern und zu einer möglichst genauen
Kreisform des BerkstUckes beitragen.
-
Problematisch ist, daß der Andruck der Zentrierrollen an die sich
ändernde Verstellkraft des ringfdrmigen Werkstückes angepaßt werden muß, damit das
Werkstück nicht durch die Zentrierrollen deformiert wird. Dabei muß allerdings sichergestellt
sein, daß das ringförmige Werkstück nicht wegen zu geringen Andrucks durch die Zentrierrollen
ins Flattern gerät; bzw. sonstige unkontrollierte Schwingungen ausführt.
-
In diesem Zusammenhang ist es bekannt, eine oder mehrere Zentrierrollen
an Schwenkhebeln zu lagern, deren Schwenkachsen am Walzwerksrahmen ortsfest angeordent
sind. In Folge des zunehmenden Ringdurchmessers vollziehen sich Lageänderungen auf
Bahnen, die durch ihre Hebelanordnung bestimmt sind.
-
Obwohl die grundsätzliche Problematik seit langem bekannt ist, hat
es sich in der Praxis als sehr schwierig erwiesen, den Andruck der Zentrierrolle
bzw. der Zentrierrollen fortlaufend optimal dem sich ändernden Durchmesser des ringförmigen
Werkstückes anzupassen, wobei als wichtigster Einfluß zu berUcksichtigen ist, daß
mit zunehmendem Durchmesser die radiale Ringbreite und oft auch die axiale Ringhöhe
abnimmt, was zu einer entsprechend fortlaufend geringer werdenden Formsteifigkeit
des Werkstückes führt. Dies führt beim Walzen dünner Ringe zu der Gefahr, daß der
Ring zwischen der Walzzone und der Zentrierrolle nach außen dringt, eine Schlaufe
bildet und der Ring unbrauchbar wird.
-
Zum Stande der Technik zählt auch eine Zentrierrollenanordnung für
Ringwalzwerke mit beiderseits der Tellerwalze an schwenkbaren Hebeln angeordneten
Zentrierrollen, wobei jede Zentrierrolle an einem zum Walzdorn hin verlängerten
Koppelglied eines Gelenkvierea §W st, Xessen 6essen zwei Festpunkte auf der der
Tellerwalze abgekehrten Seite des Koppelgliedes liegen (DE-PS 11 60 397). Den Koppelgliedern
sind Zylinder zugeordnet, wobei die Zylinderkammer mit der großen Kolbenfläche Uber
ein einstellbares Druckbegrenzungs- oder Druckregelventil mit einem Öltank verbunden
ist, während die Zuleitung zur Zylinderkammer mit der kleineren Kolbenfläche als
Saugleitung ausgeführt ist. Man bezeichnet dieses System als nVerdrängersystem".
Das während des Walzprozesses im Durchmesser wachsende ringförmige Werkstück drückt
über die Zentrierrolle und einen Zentrierarm bzw. Koppelglied auf den Kolben des
zugeordneten Zylinders, Bei Uberschreiten des Druckes, z. B. am Druckbegrenzungsventil,
öffnet dieses und läßt Hydraulikflüssigkeit zu einem Tank abströmen. Da der Minimaldruck
einstellbarer Druckbegrenzungsventile etwa 7 bis 10 bar beträgt, kann eine bestimmte
Kraftgrenze nicht unterschritten werden. Hinzukommen mechanische Reibungen im Zylinder
und den Zentrierarm-Aufhängungen. Daraus resultiert eine relativ hohe Restzentrierkraft,
die nur durch aufwendige Gegendruckkompensationseinrichtungen beeinflußt werden
kann.
-
Solche Systeme sind schwer einzustellen und auch nicht stabil, da
durch temperaturbedingte Viskositätsänderungen ein Driften des Arbeitspunktes nicht
zu vermeiden ist.
-
Ein weiteres System bezeichnet man mit dem Dachbegriff "Positionierungssystemßl(DE-OS
22 22 607). Nach diesem System werden die Zentrierrollen über die bekannten geometrischen
Maschinenabmessungen in Abhängigkeit vom Ringdurchmesser geregelt in Positi so fahren,
so daß sie gerade an einem kreisrunden ringförmigen Werkstück anliegen. Bei Werkzeugwechsel
oder Werkzeugverschleiß müssen neue Bahnkurven ermittelt werden. Das ist insbesondere
bei größeren Ringwalzwerken ein zeitraubendes Verfahren. Bei stark profilierten
ringförmigen Werkstücken ist das Positionierungssystem nur mit extremen Aufwand,
z. B. Korrekturrechner, einzusetzen.
-
Aufgabe Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Zentrierkraftregelung
für eine Ringwalzmaschine der im Anspruch 1 vorausgesetzten Gattung zu schaffen,
bei welcher die Regelung der Zentrierkraft und die davoEbhängige Lageänderung der
betreffenden Zentrierrolle selbstätig von den Jeweiligen Querschnittsabmessungen
des betreffenden WerkstUckes beeinflußt wird und damit die gegebene Formsteifigkeit
berücksichtigt.
-
Lösung Die Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 wiedergegebenen Merkmale
gelöst.
-
Einige Vorteile Bei der erfindungsgemäßen Regelung wird fortlaufend
das Widerstandsmoment des zu walzenden ringförmigen Körpers ermittelt, so daß die
Zentrierkraft der betreffenden Zentrierrolle in
optimaler Weise
selbstätig entsprechend der abnehmenden Formsteifigkeit des betreffenden Ringes
eingestellt wird.
-
Während man bei den bekannten Ringwalzmaschinen praktisch nur die
geometrische Form als solche für die Anstellung der Jeweiligen Zentrierrolle berücksichtigt
oder mehr oder weniger willkürlich eine Zentrierkraft eingestellt hat, werden bei
der erfindungsgemäßen Regelung das während des Walzprozesses abnehmende Widerstandsmoment
des Ringquerschnittea, so daß g auch beim Walzen dünner Ringe keine ungewollte Verformung
durch die Zentrierrollen möglich ist.
-
Darüberhinaus kann die minimale Zentrierkraft der Jeweiligen Zentrierrolle
praktisch beliebig gewählt werden, Je nach dem gemessenen Widerstandsmoment in Verbindung
mit der Werkstoffestigkeit. Durch die Anbringung von Kraftmeßgliedern im Bereich
der Zentrierrolle läßt sich in einfacher Weise die tatsächliche Andruckkraft der
Zentrierrolle gegen das ringförmige Werkstück genau und ohne störende Nebenwirkungen
erfassen, so daß sich insbesondere Reibungen nicht nachteilig auszuwirken vermögen
und nicht wie bei dem bekannten Verdrängersystem eine untere Zentrierkraftgrenze
zu beachten ist.
-
Besondere Einstell-arbeiten beim Walzen unterschiedlicher Ringrohlinge
oder beim Werkzeugwechsel entfallen. Durch die bei der erfindungsgemäßen Regelung
feinfühlige und auf das Jeweilige Widerstandsmoment abgestellte Regelung der Zentrierrollen
sind erhebliche Verbesserungen bezüglich der Rundheitstoleranzen zu erzielen, so
daß die bisher üblichen Schmiedezugaben reduziert werden können. Das bringt besonders
beim Verwalzen teurer Titanlegierungen od. dgl. erhebliche wirtschaftliche Vorteile.
-
Weitere Ausführungsformen Bei Ausgestaltung nach den Ansprüchen 2
bis 9 lassen sich alle Meß-, Rechen- und Regelungsaufgaben in den leicht zu überprüfenden
Elektronikbereich
verlegen. Damit läßt sich auch ein zum Verschwenken der Hebelarme der Zentrierrollen
etwa vorhandenes Hydrauliksystem sehr vereinfachen.
-
Die gemäß Anspruch 2 bis 5 verwendeten Minimalwertspeicher selektieren
und speichern die Jeweils kleinsten Werte der Ringbreite bzw. Ringhöhe, so daß ein
Schlagen vorübergehend unrunder Ringe die Ermittlung des Widerstandsmoments nicht
verfälscht. Zwei gleichartig aufgebaute automatische Kompensationseinrichtungen,
bestehend aus Vergleicher und Kompensator normieren die Meßwerte für Ringhöhe und
Ringwanddicke zu Beginn des Walzprozesses. Damit wird die Einrichtung unabhängig
von den Abmessungen des zu walzenden Ringrohlings.
-
Weitere Merkmale und Vorteile ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung
der Zeichnung, in der die Erfindung - schematisch - an einem Ausführungsbeispiel
veranschaulicht ist.
-
Es zeigen: Fig. 1 ein Blockschema zur Erläuterung der Regelungseinrichtung;
Fig. 2 ein Ringwalzwerk mit automatischer Sollwertverstellung in Teildraufsicht
und Fig. 3 eine Einzelheit aus Fig. 2 im Teilquerschnitt.
-
Die mit den Bezugszeichen I, II bzw. III bezeichneten Blockgruppen
dienen der automatischen Sollwertbildung wie es weiter unten im einzelnen noch beschrieben
wird. Dagegen stellt Block IV einen Regler für die Zentrierkraft dar, worauf ebenfalls
weiter unten im einzelnen noch eingegangen werden wird.
-
Block I dient dabei der Minimalwertbildung und Normierung für die
Ringhöhe h eines zu walzenden ringförmigen Werkstückes 1, während der Block II für
die Minimalwertbildung, Quadrierung und Normierung der Ringwanddicke b des betreffenden
ringförmigen Werkstückes 1 bestimmt ist.
-
Bei Aufnahme des Walzprozesses werden eine angetriebene Radialwalze
2 und eine Dornwalze 3 des Radialkalibers, das zur Messung der Ringwanddicke b herangezogen
wird, zusammengefahren, d. h. in Kontakt mit dem Ringrohling 1 gebracht.
-
Desweiteren wird das Axialkaliber, bestehend aus einer oberen und
einer unteren Axialwalze 4 bzw. 5 in Kontakt mit dem Ringrohling 1 gebracht. Das
Axialkaliber 4, 5 wird zur Messung der Ringhöhe h herangezogen.
-
Solange die Kaliber 2, 3 bzw. 4, 5 nicht kraftschlüssig mit dem ringförmigen
Werkstück 1 verbunden sind, sind elektrische bzw. elektronische Minimalwertspeicher
6 bzw. 7 inaktiv, d. h.
-
sie speichern keine Meßwerte. Das bedeutet, daß die von dem Meßglied
8 für die Ringhöhe h bzw. 9 für die Ringwanddicke b kommenden Meßwerte den betreffenden
Minimalwertspeicher 6 bzw. 7 unbeeinflußt durchlaufen. Die Minimalwertspeicher haben
im übrigen die Fähigkeit, bei über dem Ringumfang schwankenden Meßwerten für die
Ringhöhe h bzw. die Ringwanddicke b nur die Jeweils kleinsten Werte zu speichern.
-
Nachfolgend wird das Verfahren zunächst für die Ringhöhe h beschrieben.
-
Angenommen, das Kaliber 4, 5 sei noch nicht kraftschlüssig mit dem
ringförmigen Werkstück 1 in Kontakt gebracht worden.
-
Dann gelangt der von dem Meßglied 8 kommende Meßwert über den Minimalwertspeicher
6 zu dem Eingang eines elektrischen bzw.
-
elektronischen Multiplizierers 10. Der Ausgang dieses Multiplizierers
10 wird in einem elektrischen bzw. elektronischen Vergleicher 11 mit einer Normspannung
12 - im allgemeinen 10 V - verglichen. Bei Nichtifbereinstimmung wird ein elektrischer
Kompensator 13 angesteuert, der eine Kompensationsspannung UK1 erzeugt, die auf
den zweiten Eingang des Multiplizierers 10 gelegt wird. Am Ausgang des Multiplizierers
10 erscheint daher das Produkt h . UK1. Die Kompensationseinrichtung sorgt dafür,
daß h . UK1 der Normspannung entspricht. Bei Kraftschluß des Axialkalibers 4, 5
wird ein beispielsweise von einem Druckaufnehmer ausgelöstes
Steuersignal
vom Glied 14 wirksam, das den betreffenden Minimalwertspeicher 6 aktiviert und den
Kompensator 13 anhält. Damit bleibt die Spannung UKl im Walzprozeß konstant, während
das Produkt h . UKl proportional zur Höhenabnahme kleiner wird.
-
Nachfolgend wird der Vorgang für die Ringwanddicke b beschrieben:
Der Vorgang ist im wesentlichen wie bei Ringhöhe h. Für die Weiterverarbeitung des
vom Meßglied 9 kommenden Meßsignals wird jedoch das Quadrat der Wanddicke b, also
b2, benötigt. Dazu wird das Meßsignal zunächst über einen elektrischen bzw. elektronischen
Quadrierer 15 geleitet, bevor in einem nachgeschalteten elektrischen bzw. elektronischen
Multiplizierer 16 das Produkt b2 . UK2 gebildet wird. Bevor Kraftschluß zwischen
den Walzen 4, 5 und dem Ring 1 besteht, ist der Minimalwertspeicher 7 inaktiv. Der
Meßwert für die Ringwanddicke b durchläuft also unbeeinflußt den Minimalwertspeicher
7 und gelangt tiber den Quadrierer 15 in den Multiplizierer 16.
-
Der Ausgang des Multiplizierers 16 wird in einem elektrischen bzw.
elektronischen Vergleicher 34 mit einer Normspannu55 - im allgemeinen 10 V - verglichen.
Bei Nichtübereinstimmung wird der elektrische Kompensator 18 angesteuert, der die
Kompensationsspannung UK2 erzeugt, die auf den zweiten Eingang des Multiplizierers
16 gelegt wird. Am Ausgang des Multiplizierers 16 erscheint daher das erwähnte Produkt
b2 . UK2. Bei Kraftschluß im Radialkaliber 2, 3 wird durch ein Steuersignal vom
Glied 17 der Minimalwertspeicher 7 elektrisch aktiviert und ein elektrischer Kompensator
18 blockiert, so daß sich während des Walzprozesses das Produkt b2 . UK2 proportional
b2 ändert.
-
Die Signale h . UK1 und b2 . UK2 werden den Eingängen eines weiteren
Multiplizierers 19 zugeführt, an dessen Ausgang somit die normierte automatische
Sollwertspannung USoll b2 , h erscheint. Das Widerstandsmoment des Ringquerschnittes
des Werkstückes 1 um die Höhenmittenachse ist W = b2 . h . Der automatische Sollwert
für die Zentrierkraft istt proportional dem Widerstandsmoment des Ringquerschnittes.
-
Mit dem Bezugszeichen 20 ist ein Sollwertabschwächer bezeichnet, der
eine Vorwahl der Anfangszentrierkraft für unterschiedliche Verhältnisse Ringquerschnitt/Ringdurchmesser
bzw. Werkstoffestigkeiten gestattet. Es ist damit auch möglich, während des Walzprozesses
zusätzlich den Zentrierkraftsollwert in Abhängigkeit vom Ringdurchmesser zu verstellen,
um eine Veränderung des Abstandes zwischen dem Walzspalt der Walzen 2, 3 und dem
Anlagepunkt des Ringes 1 an der Zentrierrolle 29 auszugleichen.
-
Der Sollwert für die Zentrierkraft wird anschließend einem elektrischen
bzw. elektronischen Regler 21 zugeleitet und hier mit dem Istwert der Zentrierkraft
22 verglichen. Dieser Istwert der Zentrierkraft wird gemäß Fig. 2 von einer Kraftmeßdose
23 gemessen. Am Ausgang des Reglers 21 entsteht ein Regelsignal, das im anschließenden
elektrischen bzw. elektronischen Begrenzer 24 begrenzt wird und als Stellsignal
25 einem hydraulischen SteuergliedpzugefUhrt wird, das einem beidseitig mit Hydraulikflüssigkeit
beaufschlagbaren Hydraulikzylinder 27 zuführbar ist und diesen in die eine oder
andere Richtung antreibt. Geeignete hydraulische Steuerglieder, Druck- und Durchflußregelventile
kann der Durchschnittsfachmann dem Stand der Technik entnehmen und interessieren
im Rahmen des Erfindungsgedankens (Aufgabe und Lösung) hier nicht.
-
Dabei stellt der Begrenzer 24 sicher, daß ein Öffnen eines Zentrierarms
28 gemäß der erfolgenden Regelsignale durchgeführt wird. Das Schließen des Zentrierarmes
28 erfolgt dagegen abgeschwächt entsprechend der vom Begrenzer 24 ausgehenden Regelsignale.
Dies ist beispielsweise dann der Fall, wenn ein unrundes ringförmiges Werkstück
1 sich an der Zentrierrolle 29 vorbeibewegt. An dem freien Ende des Zentrierarms
28 ist die Zentrierrolle 29 drehbar gelagert, während das andere Ende des Zentrierarmes
28 an einem ortsfesten Lager 30 schwenkbeweglich angeordnet ist.
-
in Fig. 2 ist noch dargestellt, daß die Einrichtung auch mit mehreren
Zentrierrollen funktioniert. In Fig. 2 ist eine weitere Zentrierrolle 31 schematisch
angedeutet. Der zugehörige
Zentrierarm 32, der ebenso wie der
Zentrierarm 28 an einem ortsfesten Lager 33 schwenkbeweglich angeordnet ist, ist
lediglich mit gestrichelten Linien schematisch angedeutet.
-
In allen Fällen ermöglicht die erfindungsgemäße Regelung die Bildung
eines Zentrierkraftsollwertes. Dabei wird aus den laufenden Messungen am Werkstück
1 - hier dieRinghöhe h und Ringwanddicke b - während des Walzprozesses das Widerstandsmoment
des Ringquerschnittes des betreffenden Werkstückes fortlaufend, d. h. kontinuierlich,
erre-chnet und die elektrische Sollwertspannung für die Eingabe in den Zentrierkraftregelkreis
proportional zum Widerstandsmoment gebildet.
-
Die in der Zeichnung dargestellten und in der Beschreibung und in
den Patentansprüchen beschriebenen Merkmale können sowohl einzeln als auch in beliebigen
Kombinationen für die Verwirklichung der Erfindung wesentlich sein.
-
Literaturverzeichnis DE-PS 11 60 397 DE-PS 54 323 DE-OS 22 22 607