DE2830252C2 - Zentrierkraftregelung für eine Ringwalzmaschine - Google Patents

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.

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Claims (6)

Patentansprüche:

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.