DE2942810A1

DE2942810A1 - Verfahren zum regeln des walzgutdurchlaufes durch eine kontinuierliche walzstrasse

Info

Publication number: DE2942810A1
Application number: DE19792942810
Authority: DE
Inventors: Johann Gsottbauer; Hans Dr Hojas; Alois Dr Leutgoeb
Original assignee: GFM Gesellschaft fuer Fertigungstechnik und Maschinenbau AG
Current assignee: GFM Gesellschaft fuer Fertigungstechnik und Maschinenbau AG
Priority date: 1978-12-18
Filing date: 1979-10-23
Publication date: 1980-06-19
Also published as: AT356622B; DD147820A5; GB2038037B; FR2444513B1; ATA900378A; DE2942810C2; US4287738A; FR2444513A1; GB2038037A; JPS5584214A; JPS6032527B2

Description

Verfahren zum Regeln des Walzgutdurchlaufes durch eine kontinuierliche Walzstraße

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zinn Regeln des Walzgutdurchlaufes durch eine kontinuierliche Walzstraße mit stufenlos in ihrer Drehzahl regelbaren Einzelantrieben für die Gerüste, bei denen eine sich mit dem Verformungs-Drehmoment ändernde physikalische Kenngröße vor und nach dem Anstich des jeweils nachfolgenden Gerüstes gemessen und dann die Drehzahl des Antriebes für dieses nachfolgende Gerüst in Abhängigkeit von der beim Anstich festgestellten Kenngrößenänderung gesteuert wird.

Es ist bereits bekannt, strangförmige Werkstücke zunächst einem Streckschmiedevorgang und anschließend einem Walzvorgang zu unterwerfen, wobei der Durchlaufschmiedemaschine die Hauptverformung und der anschließenden Walzstraße die Profilierung bei gleichzeitiger Kalibrierung übertragen wird. Als besonderer Vorteil muß für eine solche zweistufige Verformung angegeben werden, daß nicht nur gute Oberflächen erreicht werden, sondern auch enge Toleranzen für die Werkstücke eingehalten werden können. Soll in der Walzstraße eine über ein Kalibrieren hinausgehende Walzreduktion in beliebig vielen,hinter der Schmiedemaschine angeordneten Gerüsten vorgenommen werden, so hängt die Einhaltung der engen Toleranzen und der gewünschten Oberflächengüte entscheidend davon ab, ob ein zug- bzw. druckfreies Walzen gewährleistet werden kann.

Eine bekannte Möglichkeit, den Walzgutdurchlauf auf ein zug- bzw. druckarmes Walzen zu regeln, besteht in der sogenannten Schlingenregelung, bei der das Walzgut zwischen den Gerüsten schlingenbildend abglenkt wird.

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Die Drehzahl des jeweils nachfolgenden Gerüstes wird dabei so gesteuert, daß die Schlingenhöhe einen gewissen Bereich nicht verläßt. Schiingenregelungen benötigen daher vergleichsweise große Gerüstabstände. Außerdem ist die Auslenkkraft für die Schlingenbildung bei dickerem Walzgut sehr groß. Als weiterer Nachteil solcher Schiingenregelungen ist anzuführen, daß sie für das Walzen von Profilquerschnitten ungeeignet sind. Aus diesen Gründen ist eine Schiingenregelung für ein zug- bzw. druckfreies Walzen von Profilstäben od.dgl. unbrauchbar.

Wird an Stelle einer Schiingenregelung eine Drehzahlregelung vorgenommen, die von der Leistungsaufnahme des jeweils vorgeordneten Gerüstes ausgeht, so kann zwar der bei der Schiingenregelung erforderliche Abstand zwischen den einzelnen Gerüsten vermieden werden, doch reicht die mit diesem Regelverfahren erzielbare Genauigkeit nicht aus, um die gewünschten Toleranzgrenzen einhalten zu können. Damit zug- bzw. druckfrei gewalzt werden kann, muß jedes Gerüst für sich das für den Stich erforderliche . Verformungs-Drehmoment aufbringen, das jedoch einer unmittelbaren Messung nicht zugänglich ist. Da sich die aufgenommene Leistung eines Gerüstes beim Anstich des unmittelbar nachfolgenden Gerüstes ändert, wenn über das nachfolgende Gerüst Zug- bzw. Druckkräfte auf das Walzgut ausgeübt werden, kann über eine Leistungsmessung am vorgeordneten Gerüst vor und nach dem Anstich des nachfolgenden Gerüstes beurteilt werden, ob dieses nachfolgende Gerüst im wesentlichen nur das Drehmoment liefert, das für die Materialverformung benötigt wird, oder ob zusätzliche Kräfte auf das Walzgut ausgeübt werden, die eine Drehzahländerung dieses Gerüstes erforderlich machen, um Längsspannungen im Walzgut auszuschalten.Nun hängt aber das zugfreie Walzen nicht unmittelbar von der Leistungsänderung, sondern vom Verformungs-Drehmoment ab, so daß zusätzlich das in der Zeiteinheit verformte Volumen bekannt sein müßte, damit eine entsprechend genaue Regelung des Walzgutdurchlaufes vorgenommen werden kann.

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Diese zusätzliche Größe kann meßtechnisch nicht erfaßt werden, weil zu diesem Zweck für den jeweils vorhandenen Querschnitt seine Geschwindigkeit ermittelt werden müßte. Die auf der Messung der aufgenommenen Leistung bzw. Leistungsänderung beruhende Regelung auf zugarmes Walzen ist folglich wegen seiner notwendigen Ungenauigkeit für die Einhaltung enger Toleranzen ungeeignet, wozu trotz der bei den üblichen Gleichstrommotor-Antrieben einfachen Leistungsmessung ein hoher Rechenaufwand kommt, um aus der festgestellten Leistungsänderung des vorgeordneten Walzgerüstes die notwendige Drehzahlkorrektur des nachfolgenden Gerüstes zu ermitteln.

Werden zur Bestimmung des einer direkten Messung nicht zugänglichen Verformungs-Drehmomentes die nach dem Anstich auftretenden Walzkräfte bei jedem Gerüst gemessen, so kann mit einem entsprechend hohen Rechenaufwand aus den Walzkräften das Verformungs-Drehmoment bestimmt werden, wenn der Formänderungswiderstand vorgegeben ist. Da dieser Formänderungswiderstand aber meßtechnisch kaum erfaßt werden kann, ist auch dieses Regelungsverfahren mit einem grundsätzlichen Mangel behaftet, der selbstverständlich in die Genauigkeit der Regelung eingeht.

Der Erfindung liegt demnach die Aufgabe zugrunde, diese Mängel zu vermeiden und ein Verfahren zum Regeln des Walzgutdurchlaufes durch eine kontinuierliche Walzstraße der eingangs geschilderten Art so zu verbessern, daß mit einfachen Mitteln und geringem Aufwand ein zug- bzw. druckarmes Walzen sichergestellt werden kann.

Die Erfindung löst die gestellte Aufgabe dadurch, daß als Einzelantriebe jeweils an eine steuerbare Pumpe angeschlossene Hydraulikmotoren verwendet werden, daß als Kenngröße der Hydraulikdruck gemessen wird und daß die beim Auftreten einer Änderung des Hydraulikdruckes nach dem Anstich des nachfolgenden Gerüstes erforderliche, sich aus der Abhängigkeit von Drehzahl und Hydraulikdruck ergebende Drehzahländerung für dieses nachfolgende Gerüst über eine Pumpenver-

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stellung vorgenommen wird. Wegen des einfachen Zusammenhanges zwischen dem Drehmoment eines hydraulischen Antriebes und dem vorliegenden Hydraulikdruck, kann über die Messung des Hydraulikdruckes unmittelbar das Drehmoment bestimmt werden, so daß über eine Änderung des Hydraulikdrucker» beim Anstich des nachfolgenden Gerüstes unmittelbar abgelesen werden kann, ob das nachfolgende Gerüst zieht, zugfrei arbeitet oder drückt. Die neben dem Verformungs-Drehmoment auftretenden Drehmomentbelastungen der einzelnen Antriebe können ja mit ausreichender Genauigkeit als konstant angesehen werden.

Wird nun eine Ä nierung des Hydraulikdruckes des Antriebes eines Gerüstes beim Anstich des nachfolgenden Gerüstes festgestellt, so kann mit Hilfe der meß technisch leicht zugänglichen Drehmoment-Drehzah!kennlinie bzw, dor¹ proportionalen Druck-Drehzahlkormlinie die zur Erreichung einer zugfreien Walzung notwendige Drehzahländerung für· das nachgeordnete Gerüst unmittelbar abgelesen werden. Der Hegeleingriff erfolgt dabei in einfacher Weise über eine Verstellung der regelbaren Pumpe.

Durch den an sich bekannten Einsatz von hydraulischen Kinze !antrieben kann somit das Verformung»-Drehmoment, unmittelbar aus dem meß technisch Leicht erfaßbaren ilydrauL ikdruck bestimmt werden, so daß über die Änderung des HydrauLikdruc;kes zufolge der proportionalen Drehmoment änderung beim Anstich des nachfolgenden Gerüstes dieses Gerüst über' die DrehzahL genau auf die Abgabe des Verformungs-Drehmomentes eingestellt werden kann.

Werden die boziigl Ich finer Konstanthaltung des

Hydraulikdruckes des vorgeordneten Geriistantriebe:; korrigierten Drehzahlen der Gerüste gespeichert und wird ein neuer· W.-iL:·.-Vorgang mit diesen Gerüstdrehzahlen begonnen, so kann von vornherein mit einer minimalen Regelabweichung gerechnet werden.

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An Hand der Zeichnung wird das erfindungsgemäße Verfahren näher erläutert. Es zeigen: Fig. 1 eine an eine Durchlaufschmiedemaschine angeschlossene Walzstraße in Draufsicht, Fig. 2 die Rege Lungsanlage der Walzstraße im vereinfachten Blockschaltbild,

FLg. 5 den zeitlichen Verlauf der. Hydraul ikdruckes des Hydraul·ikmotors des ersten Walzgerüstes in einem Dingramm,

Fig. 4 ein der Fig. 3 entsprechendes Diagramm des zeitlichen Hydraulikdruckverlaufes des Hydraulikmotors für das zweite Walzgerüst und

Fig. ') die Drehzahl-EIydrauiikdruckkennLinie eines Walzgerüs tea.

Das strangförmige Werkstück 1 wird nach einer entsprechenden Umformung in einer Durchlaufschmiedemaschine einem V/al:⁷.block Λ zugeführt, in dem eine über ein Kalibrieren hinausgehende; Walzrvdukt ion vorgenommen v/ird. Damit bei dieser vergleichsweise großen Walzreduktion die erforderlichen f;ngen Toleranzen eingehalten werden können, muß der Durchlauf des Walzgutes auf zugfreier; Walzen geregelt wurden. Zu diesem Zweck werden die einzelnen WaLzgeriisLo h des WaLzblockes über stufenlos in ihrer DrehzahL rogtl bart; Einzelantriebe angetrieben, die Jeweils aus einem Hydraulikmotor ¹J mit einer angeschlossenen, steuerbaren Pumpe 6 bestehen, die von einem Elektromotor 7 betrieben wird. Dit; Hydraul ikle i tungen zwischen der· Pumpe 6 und dem Hydraulikmotor 'j sind mit O bezeichnet.

Wit; aus Fig. 2 hervorgeht, wird der HydrauLikdruck des Antriebes für das erste Walzgerüst ^lm durch einen Mo(J-wertgeber 9a erfaßt und einem MitteLwertbLLdner 10a zugeführt, der den über eine vorgegeben«; Zeit gem it te L ten Hydr nil ikdruck in zwei i>p»;icher Ma und 12a wo i tor Le i t ■<; t.

Π 'M)Il .M)/Ub 3.)

In ähnlicher Weise wird die Drehzahl des Hydraulikantriebes für das Gerüst 4a über einen Meßwertgeber 13a erfaßt und über einen Mittelwertbildner 14a in zwei Speicher 15a und I6a eingelesen. Das Einlesen in die Speicher 11a, 12a, 15a und I6a erfolgt in Abhängigkeit vom Walzgutdurchlauf und wird von einer übergeordneten, wegen der Übersichtlichkeit nicht näher dargestellten Ablaufsteuerung gesteuert, und zwar werden in die Speicher 11a und 15a die Mittelwerte des ersten Gerüstes 4a vor dem Anstich und in die Speicher 12a und 16a die Mittelwerte nach dem Anstich eingelesen, so daß die Mittelwerte der Drehzahl und des Drucks bei Leerlauf η und P sowie bei Last rL und P^ abgespeichert sind. Aus diesen Werten läßt sich die Drehzahl-Hydraulikdruckkennlinie bestimmen, wie dies in Fig. 5 angedeutet ist. Die auf der Abszisse des Koordinatensystems aufgetragenen Drehzahlwerte η ergeben mit den auf der Ordinate aufgetragenen DruckwertenP zwei Arbeitspunkte A und A_L , die die Kennlinie 17 bestimmen. Verschiebt sich der Arbeits punkt Al,.so kann auf Grund der Kennlinie 17 unmittelbar abgelesen werden, welche Drehzahländerung vorgenommen werden muß, um für eine gemessene Änderung des Druckes den ursprünglichen Arbeitspunkt A^ wieder zu erreichen.

Aus dem zeitlichen Verlauf des mittleren Hydraulik druckes vor und nach dem Anstich des Walzgerüstes 4a läßt sich die beim Anstich auftretende Druckänderung gut ablesen, die dem aufgebrachten mittleren Verformungs-Drehmoment proportional ist. Fig. 3 zeigt den Druckanstieg zum Zeitpunkt t.. des Anstiches von P auf P_T , wobei der

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Wert Ργ selbstverständlich erst nach einem Ausgleichsvorgang erreicht wird.

Aus den abgespeicherten Werten η , Ρ_Λ und n_T, P_T

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läßt sich in einem an die Speicher 11a, 12a und 15a, I6a angeschlossenen Kennlinienrechner 18a die Abhängigkeit

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von Drehzahl und Hydraulikdruck gemäß Fig. 5 berechnen, wobei zumindest in der Umgebung der Arbeitspunkte lineare Abhängigkeiten mit ausreichender Genauigkeit angenommen werden dürfen.

Für die nachfolgenden Walzgerüste werden die mittleren Drehzahlen und mittleren Drücke in analoger Weise ermittelt und abgespeichert, wie das für das zweite Walzgerüst 4b in Fig. 2 dargestellt ist. Die analogen Einrichtungen sind dabei mit den gleichen Bezugsziffern, jedoch mit dem auf das zweite Walzgerüst hinweisenden Buchstaben b versehen.

Da sich beim zug- bzw. druckfreien. Walzen das Verformungs-Drehmoment des vorgeordneten Walzgerüstes nach dem Anstich des nachfolgenden Gerüstes nicht ändern darf, v/eil nur in einem solchen Fall das nachgeordnete Walzgerüst das zur Verformung des Walzgutes erforderliche Drehmoment aufbringt, kann an der Änderung des Verformungs-Drehmomentes des jeweils vorgeordneten Walzgerüstes festgestellt werden, ob das nachgeordnete Walzgerüst zug- und druckfrei arbeitet oder nicht. Ergibt sich demgemäß beim Anstich des zweiten Walzgerüstes 4b zu dem in Fig. 4 dargestellten Zeitpunkt ±2 eine Änderung des Hydraulikdruckes des ersten Walzgerüstes 4a, so muß der Antrieb des zweiten Walzgerüstes 4b entsprechend geregelt werden. Wesentlich für das erfindungsgemäße Verfahren ist, daß auf Grund der hydraulischen Einzelantriebe eine einfache Abhängigkeit zwischen dem Verformungs-Drehmoment und dem Hydraulikdruck gegeben ist, so daß aus dem ebenfalls einfachen Zusammenhang zwischen Hydraulikdruck und Drehzahl die erforderliche Drehzahländerung für das zweite Walzgerüst 4b abgeleitet werden kann. Entsprechend dem dargestellten Beispiel bedingt der Anstich des zweiten Walzgerüstes 4b eine Erhöhung des Leerlaufdruckes dieses Wqlzgerüstes 4b von P" auf P₁. . Das vom

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Walzgerüst ^b aufgebrachte mittlere Verformungs-Drehmoment, das dem mittleren Druck P./ proportional ist, bewirkt eine Erhöhung des Verformungs-Drehmomentes des ersten Walzgerüstes 4a, was durch eine Erhöhung des mittleren Hydraulikdruckes um einen bestimmten Betrag Δ Pj zum Ausdruck kommt. Auf Grund dieser Feststellung ergibt sich, daß das vom Hydraulikantrieb des zweiten Walzgerüstes aufgebrachte Verformungs-Drehmoment zu gering ist und daß daher die Drehzahl des Antriebes für dieses Gerüst erhöht werden muß. Da die DrehzahL-Druckkennlinie der einzelnen Walzgerüste im allgemeinen unterschiedlich sein wird,kann die erforderliche Drehzahländerung nicht unmittelbar über die Kennlinie des ersten Walzgerüstes hn ermittelt werden. Die in den Kennlinienrechnern 10a und 18b ermittelten Zusammenhänge zwischen dem Druck und der Drehzahl für die Gerüste ha und ^b werden daher einem v/eiteren Rechner 19 in Form entsprechender Kennwerte züge führt, in dem aus den übermittelten Kennv/erten die Abhängigkeit der Drohzahl· des zweiten Gerüstes hb vom HydraulIkdruck des vorgeordneten Gerüstes 'f;\ berechnet wird. Mit Hilfe dieser vergleichsweise einfach zu berechnenden Abhängigkeit kann somit die Drehzahländerung bestimmt werden, die den Hydraulikdruck des vorgeordneton Walzgerüstes ^a auf den Wert zurückführt, der vor dem Anstich des zweiten Walzgerüstes erreicht worden ist. Zu ill ο sein Zweck wird zunächst die durch den Anstich dos zweiten Walzgerüs te:; hh bedingte Druckänderung 4 P, ermittelt. An den Mittel,-wertbildner 10a sind hiefür zv/ui Speicher 20 und 2 1 angeschlossen, die zur Aufnahme der ml tt leren Druckwerte vor· bzw. nach dem Anstich des Walzgerüsten ^b dienen. Übor einen Differenzbildner ?.?. kann somit dem Rechner 19 di;; Druckänderung ΔΡ[ vorgegeben werden, aus der dor Rechner 19 unter Berücksichtigung der ermittelten Druck-Drehzah1-

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abhängigkeit die erforderliche Drehzahländerung für das zv/eite Walzgerüst 4b errechnet.

Da die Pumpe 6 im Ausführungsbeispiel als Axialkolbenpumpe ausgebildet ist, kann die Drehzahl des Hydraulikmotors 5 am günstigsten über die Hubverstellung der Pumpe gesteuert v/erden. Diese Steuerung erfolgt aber über die Einstellung des Neigungswinkels der Taumelscheibe bzw. der Schrägscheibe der Pumpe 6, so daß die ermittelte Drehzahländerung erst auf die entsprechende Änderung des Neigungswinkets der Schrägscheibe bzw. der Taumelscheibe umgerechnet werden muß. Wegen des gegebenen Zusammenhangs zwischen diesen Größen kann die erforderliche Drehzahländerung in einem mit den erforderlichen .Pumpendaten beaufschlagten Multiplikator 23 auf die entsprechende Neigungsverstellung der Taumelscheibe umgerechnet werden.

Zur Steuerung der Axialkolbenpumpe 6 wird der Neigungswinkel der Taumelscheibe bzw. der Schrägscheibe in einem Istwertgeber· 24 erfaßt und einer Vorgieichseinrichtung 25 zugeführt, die mit dem Sollwert des Neigungswinkels beaufschlagt ist. Dieser Sollwert ergibt sich aus dem vor dem Anstich ermitteLten Winkel für die Leerlaufdrehzahl und dem Korrekturwinkel, der sich aus der auf die Leerlaufdrehzahl bezogenen, vom Rechner 19 bestimmten Drehzahländerung ableitet. Der bei LeerLauf gemessene Neigungswinkel der Taumels ehe ibe dor Pumpe 6 wird folglich in einem Speichor 26 abgespeichert und nach dom Anstich des WalzgerüstOG 4b durch die borochnote Änderung korrigiert. Der Speichor 26 und der MuIiplikator 2 5 sind zu diesem Zweck an die Eingänge einer Summiereinrichtung 27 angeschlossen, die mit der Vergle ichr.e inr ichtung 25 verbunden ist. Da die für das Walzgerüst 4b errechneten Drehzahländerungen mit oritcprechenden Vorzeichen vorsehen sind, steht der Vergleichseinrichtung tatsächlich dor Sollwert für dun Neigungswinkel eier T_numeLsche ibe dor E\impe 6 zur Verfügung.

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In Abhängigkeit von der Soll-Istwertdifferenz können am Ausgang der Vergleichseinrichtung 25 Impulse abgenommen werden, deren Anzahl der Soll-Istwertdifferenz entspricht. An die Vergleichseinrichtung 25 ist ein Zähler 28 angeschlossen, der mit einem Regelverstärker 29 in Verbindung steht. Der an den Regelverstärker 29 abgegebene Zählerstand bewirkt in Abhängigkeit von dem am Regelverstärker anliegenden Istwert des Neigungswinkels eine Aussteuerung der Pumpenstelleinrichtung 30, über die der NeigungswinKel der Taumelscheibe vorzugsweise hydraulisch eingestellt wird. Für die Pumpensteuerung ergibt sich somit ein geschlossener Regelkreis, der betriebsbedingte Schwankungen ausregelt und damit ein das erforderliche Verformungs-Drehmoment gerade deckendes Antriebsmoment sicherstellt.

Mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens lassen sich somit die einzelnen Gerüstantriebe in einfacher Weise so regeln, daß ein zug- und druckfreies Walzen sichergestellt werden kann.

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Claims

PATENTANWALT ErWHl Z ΠΙ ))] Dipl.-Ing., Dipl.-Wirtsch.-lng. Bereiteranger 15 8000 München 90 Telefon 089/65 76 35 GFM Gesellschaft für Fertigungstechnik und Maschinenbau Aktiengesellschaft Ennserstraße 14, 4407 Steyr / Österreich Patentansprüche

1.) Verfahren zum Regeln des Walζgutdurchlaufes durch eine kontinuierliche Walzstraße mit stufenlos in ihrer Drehzahl regelbaren Einzelantrieben für die Gerüste, bei denen eine sich mit dem Verformungs-Drehmoment ändernde physikalische Kenngröße vor und nach dem Anstich des jeweils nachfolgenden Gerüstes gemessen und dann die Drehzahl des Antriebes für dieses nachfolgende Gerüst in Abhängigkeit von der beim Anstich festgestellten Kenngrößenänderung gesteuert wird, dadurch gekennzeichnet, daß als Einzelantriäoe jeweils an eine steuerbare Pumpe angeschlossene Hydraulikmotoren verwendet werden, daß als Kenngröße der Hydraulikdruck gemessen wird und daß die beim Auftreten einer Änderung des Hydraulikdruckes nach dem Anstich des nachfolgenden Gerüstes erforderliche, sich aus der Abhängigkeit von Drehzahl und Hydraulikdruck ergebende Drehzahländerung für dieses nachfolgende Gerüst über eine Pumpenverstellung vorgenommen wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die bezüglich einer Konstanthaltung des Hydraulikdruckes des vorgeordneten Gerüstantriebes korrigierten Drehzahlen der Gerüste gespeichert und ein neuer Walzvorgang mit diesen Gerüstdrehzahlen begonnen wird.

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ORIGINAL INSPECTED