DE2830252C2 - Zentrierkraftregelung für eine Ringwalzmaschine - Google Patents
Zentrierkraftregelung für eine RingwalzmaschineInfo
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- B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
- B21H—MAKING PARTICULAR METAL OBJECTS BY ROLLING, e.g. SCREWS, WHEELS, RINGS, BARRELS, BALLS
- B21H1/00—Making articles shaped as bodies of revolution
- B21H1/06—Making articles shaped as bodies of revolution rings of restricted axial length
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- Constituent Portions Of Griding Lathes, Driving, Sensing And Control (AREA)
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf eine Zentrierkraftregelung für eine Ringwalzmaschine, bei welcher die
Durchmesserzunahme durch das Verringern des Abstandes zwischen je mindestens zwei auf das ringförmige
Werkstück radial und axial einwirkenden Walzen
bewirkbar ist und wenigstens eine lageveränderliche Zentrierrolle auf das Werkstück eine Zentrierkraft ausübt
und bei der aus den während des Walzens sich ändernden Ringabmessungen fortlaufend automatisch ein
als Maß für die Formsteifigkeit des Werkstückes geeigneter Rechenwert ermittelt, ein diesem proportionaler
Zentrierkraft-Sollwert gebildet und die Zentrierkraft automatisch entsprechend dem Sollwert geregelt wird.
Es ist bekannt, eine oder mehrere Zentrierrallen an
Schwenkhebeln zu lagern, deren Schwenkachsen am Walzwerksrahmen ortsfest angeordnet sind. Infolge des
zunehmenden Ringdurchmesseis vollziehen die Zentrierrollen
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 berücksichtigen ist,
daß mit zunehmendem Durchmesser die radiale Ringbreite und oft auch die axiale Ringhöhe abnimj.it, was zu
einer entsprechenden fortlaufend geringer werdenden Formsteifigkeit des Werkstückes führt Dies führt insbesondere
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.
Aus der DE-Z. Stahl und Eisen 94 (1974), Nr. 24, Seiten
1207 bis 1211, insbesondere Seite 1210, linke Spalte,
ist eine Steuerung bekannt, bei der kontinuierlich der Quotient aus radialer Wanddicke und Außendurchmesser
als Maß für die Ringsteifigkeit gebildet wird. Der Wert dieses Quotienten vermindert proportional zu seiner
Änderung die anfangs wirkende Zentrierkraft an der Zentrierrolle. Dieser Meßwert ergibt bei Ringen mit
geringer radialer Wanddicke und insbesondere bei nennenswerten Änderungen der axialen Ringhöhe während
des Walzens unbefriedigende Ergebnisse.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Zentrierkraftregelung
für eine Ringwalzmaschine der im Anspruch 1 vorausgesetzten Gattung zu schaffen, bei
welcher unter besserer Berücksichtigung der Formsteifigkeit des Werkstückes die Regelung der Zentrierkraft
und die1 davon abhängige Lageänderung der betreffenden ZentrieiTolle selbsttätig von den jeweiligen Abmessungen
der radialen Wanddicke und der axialen Höhe des Werkstückes beeinflußt wird.
Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 wiedergegebenen Merkmale gelöst.
Bei der erfindungsgemäßen Regelung wird fortlaufend das Widerstandsmoment des zu walzenden ringförmigen
Körpers ermittelt, so daß die Zentrierkraft der betreffenden Zentrierrolle in optimaler Weise selbsttätig
entsprechend der abnehmenden Formsteifigkeit des Werkstückes eingestellt wird und auch beim Walzen
dünner Ringe keine ungewollte Verformung durch die Zentrierrollen möglich ist.
Darüber hinaus kann die minimale Zentrierkraft der jeweiligen Zentrierrolle praktisch beliebig gewählt werden,
je nach dem gemessenen Widerstandsmoment in Verbindung mit der Werkstoffestigkeit. Durch Anbringen
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.
Besondere Einstellarbeiten 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.
ίο Bei Ausgestaltung nach den Ansprüchen 2 bis 6 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
erheblich vereinfachen.
Die gemäß Anspruch 2 verwendeten Minimalwertspeicher selektieren und speichern die jeweils kleinsten
Werte der Ringwanddicke bzw. Ringhöhe, so daß ein Schlagen vorübergehend unrunder Ringe die Ermittlung
des Widerstandsmomentes nioJ··-: verfälscht Zwei
gleichartig aufgebaute automatische Kotnpensationseinrichtungen,
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 jeweils zu walzenden Ringrohlings.
Weitere Merkmale und Vorteile ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung anhand der Zeichnung, in
der die Erfindung — schematisch — an. einem Ausführungsbeispiel
veranschaulicht ist. Es zeigt
F i g. 1 ein Blockschema zur Erläuterung der Regelungseinrichtung,
F i g. 2 ein Ringwalzwerk mit automatischer Sollwertverstellung in Teildraufsicht und
F i g. 3 eine Einzelheit aus F i g. 2 im Teilquerschnitt.
Die mit den Bezugszeichen I, II und III bezeichneten
Blockgruppen dienen der automatischen Sollwertbildung, wie es weiter unten im einzelnen noch beschrieben
wird. Block IV stellt einen Regler für die Zentrierkraft dar, worauf ebenfalls weiter unten im einzelnen
noeli eingegangen werden wird.
Block I dient dabei der Minimalwertbildung und Normierung für die axiale Ringhöhe h eines zu walzenden
ringförmigen Werkstückes 1, während der Block II für die Minimalwertbildung, Quadrierung und Normierung
der radialen Ritigwanddicke 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 das Werkstück 1 bildenden Ringrohling gebracht, Des weiteren wird das Axialkaliber, bestehend
aus einer oberen und einer unteren Axialwalze 4 bzw. 5 in Kontakt mit derc Ringrohling gebracht. Das Axialkaliber
wird zur Messung der Ringhöhe h herangezogen.
Solange die Radialwalzen 2,3 bzw. die Axialwalzen 4,
5 nicht kraftschlüssig mit dem ringförmigen Werkstück 1 verbunden sind, sind elektrische oder elektronische
Minimalwei tspeicher 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 Rkigwanddicke
b kommenden Meßwerte den betreffenden Minimalwertspeicher 6 bzw. 7 unbeeinflußt durchlaufen. Die Miss
nimalwertspeicher 6, 7 haben im übrigen die Fähigkeit, bei über den Ringumfang schwankenden Meßwerten
für die Ringhöhe h bzw. die Ringwanddicke b nur die jeweils kleinsten Werte zu speichern.
Es wird zunächst die Arbeitsweise für das Verarbeiten
der axialen Ringhöhe h beschrieben.
Angenommen, die Axialwalzen 4, 5 seien 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 Vorspannung 12 —
im allgemeinen 10 V — verglichen, die aus der Gleichspannung Ub gewonnen wird. Bei Nichtübereinstimmung
wird ein elektrischer Kompensator 13 angesteuert, der eine Kompensationsspannung Uk ι erzeugt, die
auf den zweiten Eingang des Multiplizierers 10 gelegt wird. Am Ausgang des Multiplizierers 10 erscheint daher
das Produkt Λ·ίΛ.ι. Die Kompensationseinrichtung
sorgt dafür, daß h-Ux\ der Vorspannung entspricht. Bei
Kraftschluß der Axialwalzen 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 Uk \ im Walzprozeß konstant, während das Produkt Λ · Uk ι proportional zur
Höhenabnahme kleiner wird.
Der Vorgang für das Verarbeiten der radialen Ringwanddicke b läuft im wesentlichen wie bei der Ringhöhe
h ab. Für die Weiterverarbeitung des vom Meßglied 9 kommenden Meßsignals wird jedoch das Quadrat der
Ringwanddicke b, also b 2, 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 ö2-Uk2 gebildet wird. Bevor Kraftschluß
zwischen den Radialwalzen 2, 3 und dem Werkstück 1 besteht, ist der Minimaiwertspeicher 7 inaktiv.
Der Meßwert für die Ringwanddicke b durchläuft also unbeeinflußt den Minimalwertspeicher 7 und gelangt
über den Quadrierer 15 in den Multiplizierer 16. Der Ausgang des Multiplizierers 16 wird in einem elektrisehen
bzw. elektronischen Vergleicher 34 mit einer Vorspannung 35 — im allgemeinen 10 V — verglichen, die
aus der Gleichspannung Ub gewonnen wird. Bei Nichtübereinstimmung
wird der elektrische Kompensator 18 angesteuert, der die Kompensationsspannung Ukj 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
der Radialwalzen 2,3 wird durch ein Steuersignal vom Glied 17 der Minimalwertspeicher 7 elektrisch aktiviert
und der elektrische Kompensator 18 blockiert, so daß sich während des Walzprozesses das Produkt
b 2 · Uk 2 proportional b 2 ändert
Die Signale Ii-Uk\ und b2 ■ Uk 2 werden den Eingängen
eines weiteren Multiplizierers 19 zugeführt, an dessen Ausgang somit automatisch die Soilwertspannung
erscheint Das Widerstandsmoment des Ringquerschnittes des Werkstückes 1 um die Höhenmittenachse ist
W-
b2- h
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 Zentrierkraftsoliwert in Abhängigkeit
vom Ringdurchmesser zu verstellen, um eine Veränderung des Abstandes zwischen dem Walzspalt der Radialwalzen
2, 3 und dem Anlagepunkt des Werkstückes 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 22 der Zentrierkraft verglichen. Dieser Istwert 22 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 Steuerglied 26 zugeführt wird, das einem beidseitig mit Hydraulikflüssigkeit beaufschlagbaren
Hydraulikzylinder 27 zugeordnet ist und diesen in die eine oder andere Richtung betätigt (geeignete hydraulische
Steuerglieder, Druck- und Durchflußregelventile sind aus dem Stand der Technik bekannt und interessieren
im Rahmen des Erfindungsgedankens hier nicht). Dabei stellt der Begrenzer 24 sicher, daß das Bewegen
eines Zertrierarms 28 in Öffnungsrichtung gemäß den ankommenden Regelsignalen durchgeführt wird. Das
Schließen des Zentrierarmes 28 erfolgt dagegen abgeschwächt entsprechend den vom Begrenzer 24 ausgehenden,
begrenzten Regelsignalen. Dies kommt beispielsweise dann vor, wenn ein unrundes ringförmiges
Werkstück 1 sich an der Zentrierrolle 29 vorbeibewegt, die an dem freien Ende des Zentrierarms 28 drehbar
gelagert ist, dessen anderes Ende an einem ortsfesten Lager 30 schwenkbeweglich angebracht ist.
In Fig.2 ist noch dargestellt, daß die Einrichtung auch mit mehreren Zentrierrollen funktioniert. Dort ist
eine weitere Zentrierrolle 31 schematisch gezeigt. Der
zugehörige Zentrierarm 32, der dem Zentrierarm 28 entsprechend an einem ortsfesten Lager 33 schwenkbeweglich
angebracht ist, ist lediglich mit gestrichelten Linien schematisch angedeutet.
In allen Fällen ermöglicht die erfindungsgemäße Regelung die Bildung eines Zentrierkraft-Sollwertes abhängig
vom Widerstandsmoment des Werkstückquerschnitts. Dabei wird aus den laufenden Messungen am
Werkstück 1 — hier der axialen Ringhöhe Λ und der radialen Ringwanddicke b — während des Walzprozesses
das Widerstandsmoment des Ringquerschnitte, des betreffenden Werkstückes 1 fortlaufend, d. h. kontinuierlich,
errechnet und die elektrische Sollwertspannung Usoii für die Eingabe in den Zentrierkraftregelkreis proportional
zum Widerstandsmoment gebildet
Hierzu 2 Blatt Zeichnungen
Der der Sollwertspannung Usob entsprechende Sollwert
für die Zentrierkraft ist damit proportional dem Widerstandsmoment des Ringquerschnittes.
65
Claims (6)
1. Zentrierkraftregelung für eine Ringwalzmaschine, bei welcher die Durchmesserzunahme durch das
Verringern des Abstandes zwischen je mindestens zwei auf das ringförmige Werkstück radial und axial
einwirkenden Walzen bewirkbar ist und wenigstens eine lageveränderliche Zentrierrolle auf das Werkstück
eine Zentrierkraft ausübt und bei der aus den während des Walzens sich ändernden Ringabmessungen
fortlaufend automatisch ein als Maß für die Formsteifigkeit des Werkstückes .geeigneter Rechenwert
ermittelt, ein diesem proportionaler Zentrierkraft-Sollwert gebildet und die Zentrierkraft automatisch
entsprechend dem Sollwert geregelt wird, dadurch gekennzeichnet, daß der als Maß
für die Formsteifigkeit fortlaufend ermittelte Rechenwert dem Widerstandsmoment des Ringquerschnitts
entspricht
2. Regelung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß während des Walzens fortlaufend elektrisch die axiale Ringhöhe (h) und die radiale Ringwanddicke (b) gemessen und diese Meßwerte in zugeordnete
elektrische oder elektronische Minimalwertspeicher (6 bzw. 7) weitergeleitet werden, die
bei über den Umfang schwankenden Meßwerten für die Ringhöhe (h) und die Ringwanddicke (b) zur Bildung
eines stetig abnehmenden Zentrierkraft-Sollwertes nur die jeweils kleinsten Werte speichern.
3. Regelung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,
daß zwei Gleichartig aufgebaute, automatische Kompensationseinrichtungen, bestehend
aus jeweils einem elektrischen riSer elektronischen
Vergleicher (11 bzw. 34) und einem elektrischen oder elektronischen Kompensator (13 bzw. 18) bei
Beginn des Walzens empfangene Meßwerte für die Ringhöhe (h) bzw. die Ringwanddicke (b) jeweils in
einen Bezugswert umwandeln.
4. Regelung nach Anspruch 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß vor Kraftschluß der Axialwalzen
(4, 5) mit dem zu walzenden, ringförmigen Werkstück (1) der zugeordnete Minimalwertspeicher (6)
inaktiv ist und die betreffenden elektrischen Meßwerte für die Ringhöhe (h) ohne Beeinflussung dieses
Minimalwertspeichers (6) zum Eingang eines elektrischen bzw. elektronischen Multiplizierers (10)
gelangen, dessen Ausgang an den Vergleicher (11) angeschlossen ist, der das ankommende Signal mit
einer elektrischen Vorspannung (12) vergleicht und bei Nichtübereinstimmung den zugeordneten Kompensator
(13) ansteuert, der eine Kompensatorspannung (Uk \) erzeugt, die zu einem zweiten Eingang
des Multiplizierers (10) geleitet wird und an dessen Ausgang ein Produkt aus der Kompensatorspannung
(Uk i) und der Ringhöhe (h) liefert, das gleich der Vorspannung (12) ist, jedoch bei Kraftschluß der
Axialwalzen (4,5) mit dem ringförmigen Werkstück (1) ein Steuersignal den Minimalwertspeicher (6) aktiviert
und den Kompensator (13) blockiert, so daß beim Walzen die Kompensatorspannung (Uk i) konstant
bleibt, während das Produkt aus der Ringhöhe (h) und der Kompensatorspannung (Uk i) proportional
zur Höhenabnahme kleiner wird, daß vor Kraftschluß der Radialwalzen (2, 3) mit dem zu walzenden,
ringförmigen Werkstück (1) der zugeordnete Minimalwertspeicher (7) inaktiv ist und die betreffenden
elektrischen Meßwerte für die Ringwanddikke (b) ohne Beeinflussung dieses Minimalwertspeichers
(7) zum Eingang eines elektrischen bzw. elektronischen Quadrierers (15) und von hier aus zu einem
elektrischen bzw. elektronischen Multiplizierer (16) gelangen, dessen Ausgang an den Vergleipher
(34) angeschlossen ist, der das ankommende Signal mit einer elektrischen Vorspannung (35) vergleicht
und bei Nichtübereinstimmung den zugeordneten Kompensator (18) ansteuert, der eine Kompensatorspannung
(Uk2) erzeugt, die zu einem zweiten Eingang
des Multiplizierers (16) geleitet wird und an dessen Ausgang ein Produkt aus dem Quadrat der
Ringwanddicke (b) und der Kompensatorspannung (Ukt) liefert, das gleich der Vorspannung (35) ist,
jedoch bei Kraftschluß der Radialwalzen (2, 3) mit dem ringförmigen Werkstück (1) ein Steuersignal
den Minimalwertspeicher (7) aktiviert und den Kompensator (18) blockiert, so daß beim Walzen die
Kompensatorspannung (Uk2) konstant bleibt, während
sich das Produkt aus dem Quadrat der Ringwanddicke (b)una der Kompensatorspannung (Uk2)
proportional zu dem Quadrat der Ringwanddicke (b) ändert, daß die Signale des Produkts aus der Ringhöhe
(h) und der Kompensatorspannung (Uk 1) und des Produkts aus dem Quadrat der Ringwanddicke (b)
und der Kompensatorspannung (ίΛ.2) den Eingängen
eines elektrischen bzw. elektronischen Multiplizierers (19) zugeführt werden, an dessen Ausgang
eine dem Zentrierkraft-Sollwert entsprechende SoIlwertspannung (Uson) proportional dem Produkt aus
dem Quadrat der Ringwanddicke (b) und der Ringhöhe (h) erscheint, daß diese Sollwertspannung
(Usoii) einem elektrischen bzw. elektronischen Regler (21) zugeleitet wird, in dem sie mit einer der
augenblicklichen Zentrierkraft entsprechenden Istwertspannung
verglichen wird and daß am Ausgang des Reglers (21) ein Regelsignal entsteht, das als
Stellsignal (25) einem geeigneten Steuerglied (26) zugeführt wird, welches die Zentrierrolle(n) (29,31)
in die dem Zentrierkraft-Sollwert zugeordnete Lage verstellt.
5. Regelung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Regelsignal in einem dem Regler
(21) nachgeschalteten elektrischen bzw. elektronisehen Begrenzer (24) verzerrt wird, derart, daß eine
Lageveränderung der Zentrierrolle(n) (29, 31) auf einen größeren Durchmesser des ringförmigen
Werkstückes (1) hin entsprechend dem Regelsignal erfolgt, während eine anschließende Lageveränderung
wieder auf einen kleineren Durchmesser hin abgeschwächt mit verminderter Anstellgeschwindigkeit
in Abhängigkeit von dem verzerrten Regelsignal durchgeführt wird.
6. Regelung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß in einem Sollwertabschwächer
(20) eine Vorwahl der Anfangszentrierkraft der Zentrierrolle(n) (29, 31) für unterschiedliche
Verhältnisse Ringquerschnitt/Ringdurchmesser und/oder Werkstoffestigkeiten einstellbar ist.
Priority Applications (1)
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---|---|---|---|
DE19782830252 DE2830252C2 (de) | 1978-07-10 | 1978-07-10 | Zentrierkraftregelung für eine Ringwalzmaschine |
Applications Claiming Priority (1)
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DE19782830252 DE2830252C2 (de) | 1978-07-10 | 1978-07-10 | Zentrierkraftregelung für eine Ringwalzmaschine |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
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DE2830252A1 DE2830252A1 (de) | 1980-01-24 |
DE2830252C2 true DE2830252C2 (de) | 1986-07-10 |
Family
ID=6043980
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE19782830252 Expired DE2830252C2 (de) | 1978-07-10 | 1978-07-10 | Zentrierkraftregelung für eine Ringwalzmaschine |
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CN109277505B (zh) * | 2018-09-25 | 2020-09-01 | 武汉理工大学 | 中小型环件马架扩孔转动控制装置及其使用方法 |
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1978
- 1978-07-10 DE DE19782830252 patent/DE2830252C2/de not_active Expired
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