DE2942810C2 - Vorrichtung zur Regelung der im Walzgut übertragenen Kraft zwischen zwei aufeinanderfolgenden Gerüsten einer kontinuierlichen Walzstraße - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung iur Regelung der im Walzgut übertragenen Kraft zwischen zwei aufeinanderfolgenden, mit Einzelantrieb versehenen Gerüsten einer kontinuierlichen Walzstraße mit einer Einrichtung zum Messen einer dem Walzdrehmoment des jeweils vorderen Gerüstes entsprechenden Kenngröße des Antriebes, mit einem Speicher für den vor dem Anstich des nachfolgenden Gerüstes gemessenen Wert der Kenngröße und mit einer Einrichtung zum Steuern der Walzendrehzahl des jeweils nachfolgenden Gerüstes in Abhängigkeit von der Differenz des gespeicherten Wertes und des nach dem Anstich im folgenden Gerüst gemessenen Wertes der Kenngröße im Sinne einer Verringerung dieser Differenz.

Es ist 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. Dabei werden gute Oberflächen und enge Toleranzen für die Werkstücke erreicht. Soll in der Walzstraße eine über ein Kalibrieren hinausgehende Walzreduktion in beliebig vielen 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.

Bei einer bekannten Regeliingsvorrichiung der einleitend beschriebene Art nach der DE-PS 12 01 466 sind die Einzelantriebe für die Gerüste durch Gleichstrommotoren gebildet, deren Ankerstrom als Kenngröße für das Walzdrehmoment gemessen wird. Da das Drehmoment jedoch nicht allein vom Ankerstrom, sondern auch vom Fluß abhängt, der wegen der Drehzahlbeeinflussung veränderlich ist. kann der Ankerstrom kein genaues Maß für das WaUdrehmoment ergeben, so daß mit dieser bekannten Vorrichtung

ίο keine engen Toleranzen eingehalten werden können.

Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zum Regeln der im Walzgut übertragenen Kraft zwischen zwei aufeinanderfolgenden Gerüsten einer kontinuierlichen Walzstraße der eingangs genannten Art so zu verbessern, daß mit einfachen Mitteln ein zug- bzw. druckarmes Walzen sichergestellt und ein enger Toleranzbereich für das Walzgut eingehalten werden kann.

Die Erfindung löst die gestellte Aufgabe dadurch, daß in an sich bekannter Weise die Eir.zelantriebe als jeweils an eine über eine Pumpenstelleinrichtung in ihrem Förderstromverstellbare Pumpe angeschlossene Hydraulikmotoren ausgebildet sind, daß die Meßeinrichtung den Druck vor dem Hydraulikmotor erfaßt und daß die Einrichtung zum Steuern der Walzendrehzahl einen Rechner aufweist, der ius der Differenz der Kenngrößenwerte unter Berücksichtigung der gegebenenfalls unterschiedlichen Abhängigkeit zwischen Druck und Drehzahl der einzelnen Gerüste das Stellsignal für die Pumpenstelleinrichtung berechnet.

Wegen des einfachen Zusammenhanges zwischen dem Drehmoment eines hydraulischen Antriebes und dem vorliegenden Hydraulikdruck kann über die Messung des Hydraulikdruckes unmittelbar das Dreh-

moment bestimmt werden, so daß an einer Änderung des Hydraulikdruckes beim Anstich des nachfolgenden Gerüstes unmittelbar abgelesen werden kann, ob das nachfolgende Gerüst zieht, zugfrt'. »"beitet oder drückt. Die neben dem Verformungsdrehmoment auftretenden Drehmomentbelastungen der einzelnen Antriebe können ja mit ausreichender Genauigkeit als konstant angesehen werden. Wird nun eine Änderung des Hydraulikdruckes des Antriebes eines Gerüstes beim Anstich des nachfolgenden Gerüstes festgestellt, so kann mit Hilfe der meßtechnisch leicht zugänglichen Druck-Drehzahlkennlinie bzw. der proportionalen Drehmoment-Drehzahlkennlinie die zur Erreichung einer zugfreien Walzung notwendige Drehzahländerung für das nachfolgende Gerüst bestimmt werden.

Über die Pumpenstelleinrichtung wird dabei der Förderstrom der Pumpe verstellt, was zwar in der Folge wegen der gegebenen Abhängigkeit zwischen dem Förderstrom und der Drehzahl des Hydraulikmotors zu einer Drehzahlanpassung führt, doch nicht die für eine Drehzahlregelung erforderlichen Maßnahmen mit den diesen Maßnahmen eigenen Nachteilen erzwingt, die vor allem in der zeitlichen Trägheit hydraulischer Antriebssysteme bezüglich einer reinen Drehzahlregelung zu sehen sind.

Da die Zusammenhänge zwischen Druck und Drehzahl für die einzelnen Walzgerüste im allgemeinen nicht übereinstimmen, kann die erforderliche Pumpen· verstellung nicht unmittelbar über die Drehzahl-Druckkennlinie des ersten Walzgerüstes bestimmt werden.

Das Programm für den Rechner zu Berechnung des Stellsignals für die Pumpenstelleinrichtung muß folglich auch vorhandene Unterschiede bezüglich der Abhängigkeit zwischen Druck und Drehzahl der einzelnen

Gerüste berücksichtigen, was einfach durchführbar ist.

Der Einsatz von hydraulischen Antrieben ist an sich bekannt (DE-Z. »Blech, Rohre, Profile« 18 [1971] 7, Seiten 281 bis 284), doch ausschließlich im Zusammenhang mit einer Schlingenregelung, die die zeitliche Trägheit einer reinen Drehzahlregelung dieser Antriebe auszugleichen vermag.

Ist für den vor dem Anstich des nachfolgenden Gerüstes gemessenen Druckwert ein Speicher zum Anfahren eines neuen Walzvorganges vorgesehen, so kann ein neuer Walzvorgang von vornherein mit einer minimalen Regelabweichung berechnet werden.

In der Zeichnung ist der Erfindungsgegenstand anhand eines Ausführungsbeispiels dargestellt Es zeigt

F i g. 1 eine an eine Druchlaufschmiedemaschine angeschlossene Walzstraße in Draufsicht,

Fig.2 eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Regelung der im Walzgut übertragenen Kraft zwischen zwei Walzgerüsten in einem vereinfachten Blockschaltbild,

F i g. 3 den zeitlichen Verlauf des Hydraulikdructes des Hydraulikmotors des ersten Walzgerüstes,

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

Fig.5 die Drehzahl-Hydraulikdruckkennlinie eines Walzgerüstes.

Das strangförmige Werkstück 1 wird nach einer Umformung in einer Durchlaufschmiedemaschine 2 einem Walzblock 3 zugeführt, in dem eine über ein Kalibrieren hinausgehende Walzreduktion vorgenommen wird. Damit bei dieser vergleichsweise großen Walzreduktion die erforderlichen engen Toleranzen eingehalten werden können, muß der Durchlauf des Walzgutes auf zugfreies Walzen geregell werden. Zu diesem Zweck werden die einzelnen Walzgerüste 4 des Walzbiockes über stufenlos in ihrer Drehzahl verstellbare Einzelantriebe angetrieben, die jeweils aus einem Hydraulikmotor 5 mit einer angeschlossenen, steuerbaren Pumpe 6 bestehen, die von einem Elektromotor 7 betrieben wird. Die Hydraulikleitungen zwischen der Pumpe 6 und dem Hydraulikmotor 5 sind mit 8 bezeichnet.

Wie aus F i g. 2 hervorgeht, wird der Hydraulikdruck des Antriebes für dar erste Walzgeri.'U 4a durch einen Meßwertaufnehmer 9a erfaßt und einem Mittelwertbildner I0a zugeführt, der den über eine vorgegebene Zeit gemittelten Hydraulikdruck an zwei Speicher 11a und 12a weiterleitet. Ir. ähnlicher Weise wird die Drehzahl des Hydraulikantriebes für das Gerüst 4a über einen Meßvertaufnehmer 13a erfaßt und über einen Mittelwertbildner 14a in zwei Speicher 15a und 16a eingelesen. Das Einlesen in die Speicher 11a, 12a, 15a und 16a 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 /)n und Pr, sowie bei Last n; und Pi. 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 π ergeben rrit den auf der Ordinate iiufgetragenen Druckwerten P zwei Arbeitspunkte A_n und Ai. die die Kennlinie 17 bestimmen. Verschiebt sich der Arbeitspunkt 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 Al wieder zu erreichen.

Aus dem zeitlichen Verlauf des mittleren Hydrauiikdruckes 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 F i g. 3 zeigt den Druckanstieg zum Zeitpunkt fi des Anstiches von Pa auf Pl, wobei der Wert Pl selbstverständlich erst nach

einem Ausgleichsvorgang erreicht wird._ _

Aus den abgespeicherten Werten rk, Po und Tu, Pl läßt sich in einem an die Speicher 11a, 12a und 15a, 16a angeschlossenen Kennlinienrechner 18a die Abhängigkeit von Drehzahl und Hydraulikdruck gemäß F i g. 5 berechnen, wobei zumindest in der Umgebung der Arbeitspunkte lineare Abhängigkeiten mit ausreichender Genauigkeit angenommen werde;, dürfen.

Für die nachfolgenden Walzgerüste werden die mittleren Drehzahlen und mittleren Drücke in gleicher Weise ermittelt und abgespeichert, wie das für das zweite Walzgerüst 4b in Fig.2 dargestellt ist. Die einander entsprechenden 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, weil 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 Walzgeriistes festgestellt werden, ob das nachgeordnete Walzgerüst zug- und druckfrei arbeitet oder nicht. Ergibt sich demgemäß beim Anstich des zweiten Walzgerüstes 46 zu dem in

■»ο Fig.4 dargestellten Zeitpunkt r* eine Änderung des Hydraulikdruckes des ersten Walzgerüstes 4a. so muß die Drehzahl des zweiten Walzgerüstes 46 entsprechend verstellt werden. Wesentlich ist. daß au; Grund der hydraulischen Einzelantriebe eine einfache Afahän-

■»5 gigkeit 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 verursacht der Anstich des zweiten Walzgerüstes 4b eine Erhöhung des Leerlaufdruckes dieses Walzgerüstes 4b von P'n auf /*"/.. Das vom Walzgerüst 4b aufgebrachte mittlere Verformungs-Drehmoment, das dem mittleren

y Druck P"i. proportional ist, bewirkt eine Erhöhung des Verformungs-Drehmomentes des ersten Walzgerüstes 4a, was durch eine Erhöhung des mittleren Hydraulikdruckes um einen bestimmten Betrag APi. zum Ausdruck kommt. Auf Grund dieser Feststellung ergibt sich, daß das \om 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-Druckkennli.iien der einzelnen Walzgerüste im allgemeinen unterschiedlich sind, kann die erforderliche Drehzahländerung nicht unmittelbar über die Kennlinie des ersten Walzgerüstes 4a ermittelt werden. Die in den Kennlinienrechnern 18a und 186 ermittelten

Zusammenhange /wischen dem Druck und der Drehzahl für die Gerüste 4,7 und 4/; werden daher einem weiteren Rechner 19 in Form entsprechender Kennwerte zugeführt, in dem aus den übermittelten Kennwerten die Abhängigkeit der Drehzahl des zweiten Gerüstes 4b vom Hydraulikdruck des vorgeordneten Gerüstes 4a berechnet wird. Mit Hilfe dieser vergleichsweise einfach zu berechnenden Abhängigkeit kann somit die Drehzahländerung bestimmt werden, die den Hydraulikdruck des vorgeordneten Walzgerüstes 4a auf den Wert zurückführt, die vor dem Anstich des zweiten Walzgerüstes erreicht worden ist. Zu diesem Zweck wird zunächst die durch den Anstich des zweiten Walzgerüstes 4b bedingte Druckänderung AF'i ermittelt. An den Mittelwertbildner 10a sind hierfür zwei Speicher 20 und 21 angeschlossen, die zur Aufnahme der mittleren Druckwerte vor bzw. nach dem Anstich des Walzgerüstes 4b dienen. Über einen iJiMeren/biidner 22 kann somit dem Rechner 19 die Druckänderung ΔΡ'ι vorgegeben werden, aus der der Rechner 19 unter Berücksichtigung der ermiitelten Druck-Drehzahlabhiingigkeit die erforderliche Drehzahländerung für das zweite Walzgerüst 4b errechnet.

Da die Pumpe 6 im Ausführungsbeispiel als Axialkolbenpumpe ausgebildet ist, kann die Drehzahl des llydraulikmotors 5 am günstigsten über die Hubverstellung der Pumpe gesteuert werden. 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 Neigungswinkels der Schrägscheibe bzw. der Taumelscheibe umgerechnet werden muß. Wegen des gegebenen Zusammenhangs /wischen diesen Großen kann die erforderliche Drehzahländerung in einem mit den erforderlichen "urnpcndiitcn beaufschlagter; N!;:!i:p!ik;itor 23 auf die entsprechende Neigungsverstellung der Taumelscheibe umgerechnet werden.

Zur Steuerung der Axialkolbenpumpe 6 wird der Neigungswinkel der Taumelscheibe bzw. der Schrägscheibe in einem Istwcrigeber 24 erfaßt und einer Vergieichseinrichlung 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 Korrckturwinkel, der sich aus der auf die Leerlaufdrehzahl bezogenen, vom Rechner 19 bestimmten Drchzah- !änderung ableitet. Der bei Leerlauf gemessene Neigungswinkel der Taumelscheibe der Pumpe 6 wird folglich in einem Speicher 26 abgespeichert und muh dem Anstich des Walzgerüstes 4b durch die berechnete Änderung korrigiert. Der Speicher 26 und der Multiplikator 23 sind zu diesem Zweck an die Eingänge einer Summiereinrichiung 27 angeschlossen, die mit der Vergleichseinrichtung 25 verbunden ist. Da die für das Walzgerüst 4fc errechneten Drehz2h!ärK!e^r"ngen mit entsprechenden Vorzeichen versehen sind, steht der Vergleichseiiirichtung tatsächlich der Sollwert für den Neigungswinkel der Taumelscheibe der Pumpe 6 zur Verfugung.

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 Ziviler 28 angeschlossen, der mit einem Regelverstärker 29 in Verbindung steht. Der an den Regelverstärker 29 abgegebene Zählerstand bewirkt in Abhän-

JO gigkeit von dem am Regelverstärker anliegenden Istwert des Neigungswinkels tine Aussteuerung der Pumpenstelleinrichtung 30. über die der Neigungswinkel der Taumelscheibe beispielsweise hydraulisch eingestellt wird. Für die Pumpensteuerung ergibt sich

somit ein geschlossener Regelkreis, der betriebsbedingte Schwankungen ausregelt und damit ein das erforderliche Verformungs-Drehmoment gerade dekkendes Antriebsmoment sicherstellt.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zur Regelung der im Walzgut übertragenen Kraft zwischen zwei aufeinanderfolgenden, mit Einzelantrieb versehenen Gerüsten einer kontinuierlichen Walzstraße mit einer Einrichtung zum Messen einer dem Walzdrehmoment des jeweils vorderen Gerüsts entsprechenden Kenngröße des Antriebes, mit einem Speicher für den vor dem Anstich des nachfolgenden Gerüstes gemessenen Wert der Kenngröße und mit einer Einrichtung zum Steuern der Walzendrehzahl des jeweils nachfolgenden Gerüstes in Abhängigkeit von der Differenz des gespeicherten Wertes und des nach dem Anstrich im folgenden Gerüst gemessenen Wertes der Kenngröße im Sinne einer Verringerung dieser Differenz.dadurch gekennzeichnet, daß in au *:"sch bekannter Weise die Einzelantriebe als jeweils an eine über eine Pumpensteiieinrichiung (30) in ihrem Förderstrom verstellbare Pumpe (6) angeschlossene Hydraulikmotoren (5) ausgebildet sind, daß die Meßeinrichtung (13a, 136^ den Druck vor dem Hydraulikmotor (5) erfaßt und daß die Einrichtung zum Steuern de·- Walzendrehzahl einen Rechner (19) aufweist, der aus der Differenz der Kenngrößenwerte unter Berücksichtigung der gegebenenfalls unterschiedlichen Abhängigkeit zwischen Druck und Drehzahl der einzelnen Gerüste (4a, 4b) das Stellsiij.ial für die Pumpenstelleinrichtung (30) berechnet.

2. Vorrichtung nach Anspruch !,dadurch gekennzeichnet, daß für den vor dem Anstich des nachfolgenden Gerüstes (46/ gemessenen Druckwert ein Speicher (26) zum Anfahren eines neuen Walzvorganges vorgesehen ist.