-
-
Verfahren und Schaltungsanordnung~zur Verminderung
-
parabolischer Planheitsfehler bei Kaltwalzwerken Die Erfindung betrifft
ein Verfahren zur Verminderung parabolischer Planheitsfehler infolge Walzenbiegung
bei Kaltwalzwerken. Die Erfindung betrifft ferner eine Schaltungsanordnung zur Durchführung
des Verfahren.
-
Planheitsfehler bei kaltgewalzten Bändern aus Stahl, Aluminium oder
anderen Nichteisenmetallen treten dann auf, wenn die Bänder im Walzspalt ungleichmäßig
über die Bandbreite verformt werden. Die unterschiedlich verformten Bandstellen
führen dann zu Längendifferenzen der einzelnen Bänderfasern, zur Unplanheit. Das
Qualitätsmerkmal "Planheit" eines Kaltbandes wird demnach wie folgt definiert: Alle
Fasern in Längsrichtung sind gleichlang.
-
Verfahren zur Ermittlung der Planheitsfehler wurden in "Methoden der
Qualitätssicherung bei NE-Metallen1, Deutsche Gesellschaft für Metallkunde e.V.,
Bad Nauheim, 1978 beschrieben. Zur Beurteilung der Planheitsfehler
wird
die Zug'spannungsverteilung über die Breite des zu walzenden bzw. gewalzten Bandes
gemessen.
-
Die vorliegende Erfindung befaßt sich mit Verfahren und Schaltungsanordnungen,
bei denen Planheitsfehler mit über die Breite des Bandes parabolischem Verlauf (gemäß
Parabeln zweiter oder höherer Ordnung) durch Biegung der Walzen ausgeglichen werden
sollen. Dies geschieht bisher beispielsweise durch Vorgabe eines festen Einstellwertes
für die Walzenbiegeeinrichtung oder durch eine Planheitsregelung, die aus den Meßwerten
der Zugspannungsverteilung parabelförmige Fehleranteile ermittelt und aus diesen
eine StellgröRe für die Walzenbiegeeinrichtung bildet.
-
Durch eine Planheitsregelung lassen sich unter anderem auch parabolische
Planheitsfehler ausgleichen, deren Ursache auf die Walzkraft zurückzuführen ist.
Hierbei wirkt sich eine Veränderung der Walzkraft, die zur Einstellung der erforderlichen
Banddicke aufgebracht werden kann, auf die Biegelinie der Walzen aus und führt zu
einer Änderung der Walzspaltform und damit auch der Bandplanheit. Eine ausregelung
der durch die Walzkraft bedingten Planheitsfehler ist jedoch häufig problematisch
und oft nicht befriedigend realisierbar, denn die Planheitsregelung arbeitet mit
relativ großen Zeitkonstanten, so daß ein Ausgleich kurzzeitiger Walzkraftschwankungen
nicht erfolgen kann.
-
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren sowie eine Schaltungsanordnung
für Kaltwalzwerke anzugeben, durch die auf einfache Weise den Einflüssen der Arbeitsbewegungen
einer Banddickeneinstellung auf die Bandplanheit entgegengewirkt wird, ohne daß
auf aktuelle Planheitsmessungen zurückgegriffen werden muß. Hierbei sollen die eingangs
genannten Nachteile vermieden werden.
-
Diese Aufgabe wird für ein Verfahren zur Verminderung parabolischer
Planheitsfehler infolge Walzenbiegung bei Kaltwalzwerken dadurch gelöst, daß eine
von der Walzkraft abhängige Korrekturgröße gebildet wird, die direkt auf die Stellgröße
für die Walzenbiegeeinrichtung einwirkt, derart, daß Änderungen der Walzspaltform
infolge von Walzkraftänderungen entgegengewirkt wird. Der funktionelle Zusammenhang
zwischen Korrekturgröße und Walzkraft kann durch Vorversuche oder rechnerische Abschätzungen,
in denen die Auswirkungen von Walzkraft änderungen auf die Walzspaltform und die
Bandplanheit ermittelt werden, bestimmt werden Eine vorteilhafte Weiterbildung der
Erfindung sieht vor, daß auch Rückwirkungen der Walzenbiegung auf die Banddicke
und damit auf die Walzkraft entgegengewirkt wird, und zwar auf die Weise, daß eine
von der Walzenbiegung abhängige Korrekturgröße gebildet wird, die direkt auf die
Stellgröße für die Walzkraft einwirkt, derart, daß Änderungen der Banddicke infolge
von lValzenbiegungsänderungen entgegengewirkt wird. In vielen Fällen wird es jedoch
nicht erforderlich sein, diese Weiterbildung der Erfindung zu realisieren. Der Einfluß
der Stelleingriffe der Planheitsregelung auf die Banddicke kann vernachlässigt werden,
denn Änderungen der Zu.gspannungsdifferenzen stehen in etwa im Verhältnis 1/E (E
: Zahlenwert des Elastizitätsmoduls) zu den relativen Banddickenänderungen.
-
Zur Durchführung des Verfahrens wird erfindungsgemäß eine Schaltungsanordnung
vorgeschlagen, bei der ein elektrisches Entkopplungsglied vorgesehen ist, welches
aus der Stellgröße für die Walzkraft eine elektrische Korrekturgröße bildet, welche
ihrerseits in einem Summierglied zu der Stellgröße für die Walzenbiegung
addiert
wird-. Der erforderliche Funktionsverlauf des Entkopplungsgliedes wird, wie erwähnt
wurde, durch Vorversuche ermittelt.
-
Zur Entkopplung der Rückwirkungen der Walzenbiegung auf die Banddicke
ist vorzugsweise ein zweites elektrisches Entkopplungsglied vorgesehen, welches
aus der Stellgröße für die'Walzenbiegung eine elektrische Korrekturgröße bildet,
die ihrerseits in einem Summierglied zu der Stellgröße für die Walzkraft addiert
wird.
-
Vorzugsweise findet als Entkopplungsglied ein Proportionalglied dann
Anwendung, wenn die Dynamik der Walzkraft und die der Walzenbiegung in etwa gleich
sind. Das Proportionalglied bildet eine zu der Walzkraft proportionale oder zur
Walzkraftänderung proportionale Korrekturgröße, die ihrerseits ohne Zeitverzögerung
die Walzenbiegung beeinflußt. Entsprechend kann auch das zweite Entkopplungsglied
gemäß Anspruch 4 ein Proportionalglied sein.
-
Eine weitere zweckmäßige Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, daß
das Entkopplungsglied ein dynamisches Glied, beispielsweise ein Differenzialglied
mit Zeitverzögerung ist. Durch das differenzierende Verhalten des Entkopplungsgliedes
wirken sich schnelle Änderungen der Walzkraft bevorzugt auf eine direkte Beeinflußung
der Walzenbiegung aus, während langsame Änderungen der Walzkraft unterdrückt werden.
Letztere werden bei aktiver Planheitsregelung ohnehin von dieser übernommen.
-
Starke Unterschiede in der Dynamik der Ansteuerung der Walzkraft und
der Walzenbiegung können durch ein dynamische Entkopplungsglied Berücksichtigung
finden.
-
In analoger Weise kann es vorteilhaft sein, das Entkopplungsglied,
welches den Zusammenhang zwischen der
Einwirkung der Biegung auf
die Banddicke und damit die Walzkraft beinhaltet, als dynamische Glied auszulegen.
-
Anhand der Zeichnung, in der mehrere ausführungsbeispiele der Erfindung
gezeigt sind, sollen die Erfindung sowie weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und
Weiterbildungen und weitere Vorteile näher erläutert und beschrieben werden.
-
Es zeigt: Fig. 1 Die schematische Darstellung eines Walzgerüstes mit
einer erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung, Fig. 2 das Prinzipbild einer Schaltungsanordnung
mit gegenseitiger Korrektur der Walzkraft und Walzenbiegung und Fig. 3 eine Schaltungsanordnung
mit D-T1-Glied.
-
In Figur 1 ist schematisch ein Walzgerüst bestehend aus zwei arbeitswalzen
10 und zwei Stützwalzen 11 dargestellt. Die arbeitswalzen 10 lassen sich durch Walzenbiegeeinrichtungen
12, die symbolisch als gekrümmte Doppelpfeile dargestellt sind, verbiegen. Durch
eine geeignete Verbiegung der Arbeitswalzen 10 lassen sich parabolische Planheitsfehler
beim Walzgut 13 ausgleichen. Die Walzenbiegung wird durch eine Stellgröße 14, die
der Walzer als Sollwert vorgibt, bzw. die durch eine Planheitsregelung ermittelt
wird, eingestellt.
-
Zur Einstellung einer vorgebbaren Banddicke werden die Stützwalzen
11 durch Walzkräfte 15, die durch Pfeile symbolisiert sind, beaufschlagt. Die Größe
der Walzkraft
15 wird durch eine Banddickenregelung eingestellt.
Bei der Banddickenregelung wird aus einem BanddickenmeRsignal 16 in einer Banddickenmeßeinrichtung
17 ein Dickenistwert 18 gebildet, der in einem Banddickenregler 19 mit einem Dickensollwert
20 verglichen wird. Der Banddickenregler 19 bildet die Stellgröße 21 für die Walzkraft
15 bzw. für eine Walzkraftdifferenz.
-
Die Stellgröße 21 wird darüberhinaus als elektrisches Eingangssignal
einem Entkopplungsglied 22 zugeführt, welches eine von der Stellgröße 21 abhängige
Korrekturgröße 23 bildet. Die Korrekturgröße 23 wird in einem Summierglied 24 zur
Stellgröße 14 aus der Planheitsregelung (die nicht dargestellt wurde) hinzuaddiert.
Die Ausgangsgröße des Summiergliedes 24 ist die korrigierte Stellgröße 25 für die
Walzenbiegung. Es sei erwähnt, daß im Summierglied 24 die Korrekturgröße 23 und
die StellgröRe 14 vorzeichenrichtig addiert werden müssen.
-
Gegebenenfalls wird das Signal der Korrekturgröße 23 im Entkopplungsglied
22 invertiert.
-
Das Entkopplungsglied 22 transformiert, wie erwähnt wurde, die Stellgröße
21 in eine Korrekturgröße 23. Die Transformationsfunktion des Entkopplungsgliedes
22 kann in Vorversuchen ermittelt werden, in dem die Beeinflußung der Walzkraft
15 bzw. der Walzkraftänderungen auf die Bandplanheit, insbesondere parabolische
Planheitsfehler, ermittelt wird. Im einfachsten Fall handelt es sich bei dem Entkopplungsglied
22 um ein Proportionalglied, welches zur Bildung der Korrekturgröße 23 die Stellgröße
21 mit einem festen Proportionalitätsfaktor beaufschlagt. Bestehen jedoch gravierende
Unterschiede zwischen der Dynamik der Ansteuerung der Walzkraft und der Dynamik
der Walzenbiegung, kann eine Entkopplung zwischen Walzkraft und Walzenbiegung durch
ein Proportionalitätsglied nicht gewährleis-tet werden.
-
In diesem Fall ist es zweckmäßig ein dynamisches Entkopplungglied
vorzusehen.
-
Der Figur 2 ist das Prinzipbild einer Schaltungsanordnung entnehmbar;
durch die eine gegenseitige Entkopplung der Walzkraft und der Walzenbiegung vórgenommen
wird.
-
Die beiden EingangsgröRen der Schaltungsanordnllng sind eine Stellgröße
30, die als Ausgangsgröße der anddickenregelung entnommen wird, und eine Stellgröße
31, die als Ausgangsgröße aus der Planheitsregelung entnommen wird. Zu den Stellgrößen
30231 wird in Summiergliedern 32,33 je eine Korrekturgröße 34,35 addiert, wodurch
eine Stellgröße 36 für die Walzkraft und eine Stellgröße 37 für die Walzenbiegung
erzeugt werden. Die Korrekurgrößen 34,35 werden durch Entkopplungsglieder 38,39
gebildet, welche die Stellgrößen 30,31 transformieren.
-
Das Entkopplungsglied 38 (das dem Entkopplungsglied 22 in Figur 1
entspricht) bildet aus der Stellgröße 30, die der Banddickenregelung entnommen wird,
eine Korrekturgröße 35 derart, daß Änderungen der Walzenspaltform infolge von Walzkraftänderungen
entgegengewirkt wird. In analoger Weise transformiert das Entkopplungsglied 39 (das
in Fig. 1 keine Entsprechung findet) die Stellgröße 31, die durch die Planheitsregelung
oder durch den Walzer vorgegeben ist, in eine Korrekturgröße 34 derart, daß Änderungen
der Walzkraft bzw. Banddicke infolge von Walzenbiegungsänderungen entgegengewirkt
wird. Die Funktionsverläufe der Entkopplungsglieder 38,39 können in Vorversuchen
ermittelt und an die anlagenspezifischen anforderungen angepaßt werden. Auch hier
können je nach dynamischem Verhalten der Walzkraftansteuerung und der Walzenbiegeeinrichtung
porportionale oder dynamische Glieder verwendet werden.
-
Die Figur 3 zeigt eine Schaltungsanordnung, durch die
lediglich
eine Beeinflußung der Walzkraft auf die Walzenbiegung unterdrückt werden kann. Die
Eingangs- und Ausgangsgrößen der Figur 3 entsprechen denen der Figur 2. Im Unterschied
zur Figur 2 entfällt jedoch bei der Figur 3 das Entkopplungsglied 39, welches einer
Beeinflußung der Walzenbiegung auf die Walzspaltbreite entgegenwirkt, sowie das
zugehörige Summierglied 32.
-
Der Funktionsverlauf des Entkopplungsgliedes 38, welches in einem
gestrichelt gezeichneten Rahmen enthalten ist, ist in einem unter der Schaltunganordnung
gezeichneten Funktionsbild 44 dargestellt. Es handelt sich um ein Differenzglied
mit Zeitverhalten (D-T1-Glied).
-
Das Entkopplungsglied 38 wird durch ein Integrierglied 40, ein Summierglied
41 und ein Proportionalglied 42 gebildet. Durch das Integrierglied 40 wird ein zeitlicher
Mittelwert 43 der Stellgröße 30, die die Walzkraft representiert, gebildet. Dieser
Mittelwert 43 wird im Summierglied 41 von der Stellgröße 30 subtrahiert.
-
Auf diese Weise wird der Arbeitspunkt der Walzkraft mit der Zeitkonstenten
T des Integriergliedes 40 unterdrückt. Lediglich schnelle Walzkraftänderungen (urbeitsbewegungen
der Banddickenregelung), die um den Mittelwert 43 schwanken, werden mit einem Faktor
K im Proportionalglied 42 multipliziert und als Korrekturgröße 35 ausgegeben. Die
Zeitkonstante T sollte so gewählt werden, daß sie einem Zeitbereich entspricht,
in dem der Walzer bzw. die Planheitsregelung auf Veränderungen des Arbeitspunktes
der Walzkraft durch die Walzenbiegung reagieren können. ProzeRbedingte Randbedingungen,
wie z.B. ein stoßfreier Einsetzen dieser Funktion, können zusätzlich berücksichtigt
werden.