DE3807399C2 - - Google Patents
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- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
- B21B—ROLLING OF METAL
- B21B37/00—Control devices or methods specially adapted for metal-rolling mills or the work produced thereby
- B21B37/16—Control of thickness, width, diameter or other transverse dimensions
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- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Control Of Metal Rolling (AREA)
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren
zur Regelung der Spaltweite zwischen den Arbeitswalzen
eines Kaltwalz-Gerüstes zur Herstellung von Bändern aus
Metall mit den Merkmalen aus dem Oberbegriff des Patentanspruchs
1.
Verfahren zur Regelung der Spaltweite an Walzgerüsten
beruhen auf der Erkenntnis, daß im Walzgerüst zu jeder
Zeit das Eintritts-Bandvolumen dem Austritts-Bandvolumen
je Zeiteinheit entspricht. Da Walzgerüste die Materialstärke
nur in Längsrichtung verformen, die Breite also
nahezu konstant bleibt, sind für einen Volumen-Vergleich
nur die Banddicke und die jeweilige Bandgeschwindigkeit
von Bedeutung. Allgemein gilt:
× VE = × VA ,
wobei = einlaufseitige Istdicke, = auslaufseitige
Istdicke, VE = einlaufseitige Bandgeschwindigkeit und
VA = auslaufseitige Bandgeschwindigkeit bedeuten.
Es sind analoge Regelsysteme bekannt, die auf dem Vergleich
von Geschwindigkeits-Verhältnissen und Dickenverhältnissen
beruhen. Ein Nachteil dieser bekannten Einrichtungen
besteht darin, daß die zum Einsatz erforderlichen
Analog-Dividierer die notwendige Genauigkeit
nicht erbringen.
Ein Verfahren mit den Merkmalen aus dem Oberbegriff des
Patentansprsuchs 1 ist in der DE 19 20 033 C3 beschrieben.
Bei diesem bekannten Verfahren ist die Frequenz des
einlaufseitigen Zählers proportional der einlaufseitigen
Bandgeschwindigkeit und die Berechnung der Korrekturgröße
erfolgt gemäß einer Formel, bei der die Zählerstände
der Impulszähler durch eine Divisionsoperation
miteinander verknüpft werden. Das aus der Korrekturgröße
abgeleitete Stellsignal wird einer Positioniervorrichtung
für die Stellung der Arbeitswalzen zugeführt, die
einen Spindelantrieb enthält. Der Nachteil dieses bekannten
Verfahrens besteht darin, daß aufgrund der
obenerwähnten Merkmale die Regelgenauigkeit und Regelgeschwindigkeit
nicht soweit gesteigert werden können, daß
bei stark wechselnden Bandgeschwindigkeiten, insbesondere
in der Anlauf- und Auslaufphase, befriedigende Ergebnisse
erzielt werden.
Weitere bekannte Verfahren zur Dickenregelung von Walzgut
sind in der DE-OS 14 52 013 und der DE-OS 26 28 100 beschrieben.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe
zugrunde, ausgehend von einem Verfahren der eingangs genannten Art
(DE 19 20 033 C3) ein Verfahren
zu schaffen, mit dem die Genauigkeit der Regelung
erheblich gesteigert werden kann. Insbesondere
sollte das Verfahren auch bei stark wechselnden Bandgeschwindigkeiten,
z. B. in der Anlauf- und Auslaufphase,
eine so hohe Regelgenauigkeit aufweisen, daß der auftretende
Ausschuß stark vermindert wird.
Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß mit
einem Verfahren, das aus der Kombination der im kennzeichnenden
Teil des Patentanspruchs 1 aufgeführten Merkmale besteht. Eine vorteilhafte
Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist
in den Patentansprüchen 2 und 3 beschrieben.
Das erfindungsgemäße Verfahren geht von der Voraussetzung
aus, daß zur Erzielung einer ausreichenden Genauigkeit
das analoge Regelsystem durch ein mindestens zum Teil
digitales Regelsystem ersetzt werden muß. Die erfindungsgemäße
Lösung beruht aber keineswegs nur darauf,
daß die Einrichtungsteile eines analogen Systems durch
entsprechende Teile eines digitalen Systems ersetzt
werden, sondern sie hat das Ziel, im Sinne einer Quasi-
Spaltregelung als Rechenergebnis eine der Spaltabweichung
proportionale Regelgröße zu erhalten.
Ein Ausgangspunkt hierfür ist die Abtastung der Bandabschnitte
mittels inkrementaler Impulsgebung zur Geschwindigkeitserfassung.
Wie weiter unten anhand eines
Ausführungsbeispiels noch ausführlicher geschildert,
wird die Bandgeschwindigkeit bestimmt, indem die Einlaufzeiten
und die Auslaufzeiten von Bandabschnitten
fest vorgegebener Länge mittels Impulsen ausgezählt
werden, deren Frequenz proportional der auslaufseitigen
Bandgeschwindigkeit ist. Durch diese Einlaufzeiten und
Auslaufzeiten werden Torzeiten festgelegt, während derer
die Auszählung erfolgt. Diese Torzeiten sind umgekehrt
proportional zu den Bandgeschwindigkeiten. Durch diese
Maßnahme wird erreicht, daß die Zählerstände unabhängig
von der jeweiligen Bandgeschwindigkeit sind und erlaubt
eine schnelle digitale Geschwindigkeitserfassung bei
kurzen Bandlängenstücken mit hoher Auflösung.
Um eine besonders hohe Auswertegeschwindigkeit und damit
eine geringe Regelträgheit zu erreichen, hat es sich als
vorteilhaft erwiesen, wenn als Rechenvorrichtung ein
mikroprozessorgesteuerter Digitalrechner verwendet wird.
Letzte Konstellation gewährleistet kürzeste Verarbeitungsverzögerungen
und geringste Totzeiten zwischen den
Meß- und Rechenzyklen. Diesem Rechner werden zusätzlich
Informationen über die gewünschten Sollwerte für die
einlaufseitige und die auslaufseitige Banddicke zugeführt
sowie ein Signal, das die Abweichung der einlaufseitigen
Banddicke vom gewünschten Sollwert charakterisiert.
Die Signale über die einlaufseitige und auslaufseitige
Bandgeschwindigkeit sowie die einlaufseitige
Abweichung der Banddicke vom Sollwert werden dem Rechner
zeitrichtig, d. h. mit einer solchen Zeitverzögerung
zugeführt, daß die aus den errechneten Ergebnissen
gebildete Korrekturgröße beim Spalteintritt des ausgemessenen
Bandabschnittes zur Verfügung steht.
Im folgenden werden anhand der Zeichnungen
das erfindungsgemäße Verfahren sowie eine Einrichtung
zur Durchführung des Verfahrens näher erläutert.
In den Zeichnungen zeigt
Fig. 1 in stark schematisierter Darstellungsweise ein
Kaltwalz-Gerüst in Seitenansicht, das mit einer
Regeleinrichtung zur Regelung der Spaltweite
versehen ist,
Fig. 2 in gegenüber Fig. 1 vergrößerter Darstellung
die Verhältnisse im Bereich des Walzspaltes,
Fig. 3 in einem Schaltbild die bei dem Kaltwalz-Gerüst
nach Fig. 1 eingesetzte Regelvorrichtung.
Das in Fig. 1 dargestellte Walzgerüst besitzt in der
üblichen Weise einen Abwickelhaspel 1, von dem das zu
walzende Band B abgewickelt und sodann über eine einlaufseitige
Umlenkrolle 2 dem Spalt zwischen den beiden
Arbeitswalzen 8.2 und 8.3 zugeführt wird. Die Arbeitswalzen
8.2 und 8.3 liegen an Stützwalzen 8.1 bzw. 8.4 an,
und die Walzen sind innerhalb des Walzenständers 3 in
Walzenlagereinbaustücken 7.1, 7.2, 7.3 und 7.4 gelagert,
wobei zwischen die Walzeneinbaustücke und den Walzenständer
eine hydraulische Positioniervorrichtung 4
eingeschaltet ist mit einer Zuleitung 5 und einem
Steuerventil 6. Auslaufseitig wird das Band 8 vom
Walzenspalt über eine auslaufseitige Umlenkrolle 9 dem
Aufwickelhaspel 10 zugeführt. Mit der einlaufseitigen
Umlenkrolle 2 sind ein inkrementaler Impulsgeber 11
sowie ein Tachogenerator 12 gekoppelt, während mit der
auslaufseitigen Umlenkrolle 9 ein inkrementaler Impulsgeber
13 und ein Tachogenerator 14 gekoppelt sind, deren
Funktion und Anordnung in der Gesamteinrichtung weiter
unten näher beschrieben wird.
Weiterhin befindet sich einlaufseitig eine Meßvorrichtung
21 zur Messung der einlaufseitigen Banddicke und
auslaufseitig eine Meßvorrichtung 24 zur Messung der
auslaufseitigen Banddicke, deren Funktion und Anordnung
in der Einrichtung ebenfalls weiter unten beschrieben
werden.
In Fig. 2 sind die Verhältnisse und die zu messenden
Größen am Walzspalt näher dargestellt. Dieser Darstellung
sind der einlaufseitige Istwert der Banddicke
sowie die einlaufseitige Bandgeschwindigkeit VE,
der auslaufseitige Istwert der Banddicke und die
auslaufseitige Bandgeschwindigkeit VA zu entnehmen.
In Fig. 3 ist in einem Blockschaltbild die bei der
Einrichtung nach Fig. 1 verwendete Regelvorrichtung
dargestellt.
Einlaufseitig werden durch den inkrementalen Impulsgeber
11, der mit der Umlenkrolle 2 gekoppelt ist, einlaufseitige
Bandabschnitte vorgegebener Länge abgetastet und
den abgetasteten Längenabschnitten entsprechende Impulse
über einen Eingang 15.1 einer Vorrichtung 15 zur Bildung
einer jeweils der Einlaufzeit eines solchen Längenabschnittes
entsprechenden Torzeit zugeführt. Ebenso
werden auslaufseitig durch einen entsprechenden inkrementalen
Impulsgeber 13, der mit der Umlenkrolle 9
gekoppelt ist, Bandabschnitte entsprechender Länge
abgetastet und die gebildeten Impulse über einen Eingang
15.2 der gleichen Vorrichtung 15 zugeführt und die
entsprechende Torzeit gebildet. Diese Torzeiten werden
in Form eines Impulses entsprechender Dauer über die
Ausgänge 15.3 bzw. 15.4 jeweils einem Freigabeeingang
eines digitalen Zählers 16 bzw. 17 zugeführt. Die Takteingänge
der Zähler 16 und 17 sind über einen die Zählimpulse
erzeugenden Spannungs-Frequenzwandler 19 mit dem
Tachogenerator 14, der mit der Umlenkrolle 9 gekoppelt
ist, verbunden. Die Ausgänge der beiden Zähler 16 und 17
führen die Zählwerte ZE und ZA jeweils dem Eingang eines
mikroprozessorgesteuerten Digitalrechners 20 zu. Vom
Rechner 20 aus wird über den Eingang 15.5 die Abgabe der
Torzeiten von der Vorrichtung 15 synchronisiert.
Die einlaufseitig angeordnete Meßvorrichtung 21 mißt die
Abweichung Δ hE der Banddicke von einem vorgegebenen
Sollwert, und das entsprechende Signal wird über einen
Analog-Digitalwandler 22 dem Eingang eines Schieberegisters
23 zugeführt. Der Takteingang des Schieberegisters
23 ist über einen die Steuerimpulse liefernden
Spannungs-Frequenzwandler 18 mit dem Tachogenerator 12
verbunden, der mit der einlaufseitigen Umlenkrolle 2
gekoppelt ist. Der Ausgang des Schieberegisters 23 ist
an den Eingang 20.3 des Digitalrechners 20 angeschlossen.
An weitere Eingänge 20.4 und 20.5 des Digitalrechners
20 sind Eingabevorrichtungen 32 und 33 zur
Eingabe der Sollwerte für die einlaufseitige Banddicke
hE und die auslaufseitige Banddicke hA mit einem
Eingabebereich von 4 Dekaden angeschlossen.
Ein Analogausgang 20.6 des Digitalrechners 20 liefert
ein Korrektursignal Δ hA′, dessen Zustandekommen weiter
unten erläutert wird. Das Korrektursignal wird einem
Summierglied 26 zugeführt, dem zusätzlich ein Signal
zugeleitet wird, das von einer Meßvorrichtung 24 kommt,
die die Abweichung Δ hA der auslaufseitigen Banddicke
vom Sollwert mißt und über einen Integralregler 25
gleichzeitig dem Summierglied 26 zuführt. Das Ausgangssignal
des Summiergliedes 26 wird gegebenenfalls über
eine weitere Vorrichtung 31 zur Einführung von Korrektursignalen
einem PID-Regler 27 zugeführt. Dessen Ausgangssignal
wird einem Summierglied 30 zugeführt, dem
gleichzeitig ein aus der einlaufseitigen Dickenabweichung
abgeleitetes Signal vom Ausgang des Schieberegisters
23 über einen Digital-Analogwandler 29 zugeführt
wird. Das Ausgangssignal des Summiergliedes 30 wird dann
am Ausgang 28 der Einrichtung als Stellsignal Δ S in
nicht eigens dargestellter Weise dem Steuerventil 6 der
hydraulischen Positioniervorrichtung 4 zugeleitet.
Nachstehend wird die Funktionsweise der beschriebenen
Einrichtung erläutert:
Der Einsatz eines mikroprozessorgesteuerten Digitalrechners
ist deswegen von Vorteil, weil hiermit eine besonders
hohe Rechengeschwindigkeit erzielt werden kann. In
Fällen, wo es auf diese hohe Rechengeschwindigkeit nicht
ankommt, kann beispielsweise auch einfach ein Mikrocomputer,
der eine ausreichende Rechengeschwindigkeit
aufweist, verwendet werden.
Es wird zunächst mittels der inkrementalen Impulsgeber
11 und 13 jeweils einlaufseitig und auslaufseitig ein
fest vorgegebenes Längenstück des Bandes abgetastet.
Hierbei kann eine Untersetzerstufe zwischengeschaltet
werden und es ergibt sich, daß die Torzeit, die durch
die dem Anfang des Längenabschnittes und dem Ende des
Längenabschnittes zugeordneten Impulse definiert ist,
jeweils umgekehrt proportional der Bandgeschwindigkeit
ist. Die beiden Zähler 16 und 17 werden jeweils zu
Beginn der Torzeit gestartet und am Ende der Torzeit
gestoppt. Während der Torzeiten wird mit den über den
auslaufseitigen Tachogenerator 14 und den Spannungs-
Frequenzwandler 19 erzeugten Zählimpulsen gezählt. Die
Zählfrequenz ist also direkt proportional der auslaufseitigen
Bandgeschwindigkeit. Dies hat zur Folge, daß
der vom Zähler 17 abgegebene Wert ZA eine Konstante ist.
Aus den dem Digitalrechner 20 zugeführten Zählerständen
ZA und ZE sowie dem Wert für die Abweichung Δ hE der
einlaufseitigen Banddicke vom Sollwert sowie den beiden
Sollwerten hE und hA für die einlaufseitige und auslaufseitige
Banddicke wird eine Rechengröße Ux ermittelt
nach der Beziehung:
Wie eine genauere mathematische Ableitung zeigt, ist
diese Größe der auslaufseitigen Toleranz im Augenblick
des Austrittes des betreffenden Bandabschnittes aus dem
Spalt proportional, es gilt also Ux ≃ Δ hA′ und kann
somit unmittelbar zur Spaltregelung eingesetzt werden.
Die Schaltung ist insbesondere durch die Verwendung des
Schieberegisters 23 so ausgelegt, daß die bei der Abtastung
von jeweils einem einlaufseitigen und einem
auslaufseitigen Bandabschnitt gleicher Länge die Zählerwerte
ZE und ZA und außerdem der diesem einlaufseitigen
Bandabschnitt zugeordnete Meßwert für die Abweichung der
Banddicke zeitrichtig zusammengeführt werden und so zur
Verfügung stehen, daß das entsprechende Korrektursignal
zur Verfügung steht, wenn der abgetastete einlaufseitige
Bandabschnitt den Spalt passiert. Dieser abgegebene
Korrekturwert Δ hA′ ist ein Korrekturwert für die Position
der Arbeitswalze 8.2 und sein Sollwert ist 0.
Dieses analog zurückgewandelte Ausgangssignal wird mit
Hilfe des PID-Reglers 27 durch Einkopplung eines Positionszusatz-Sollwertes
in die vorhandene hydraulische
Positionsregelung zu Null geregelt.
An sich ist für diesen Regelkreis die Ermittlung des
auslaufseitigen Istwertes für die Banddicke nicht erforderlich.
Es hat sich aber gezeigt, daß es vorteilhaft
ist, wenn die Abweichung Δ hA des Sollwertes der Banddicke
gemessen und mit Hilfe eines überlagerten Monitor-
Regelkreises, der den Integralregler 25 mit großer
Zeitkonstante enthält, dem Ausgangssignal des Digitalrechners
20 zugefügt wird, womit eine Nullpunktverschiebung
des Rechnerausganges bewirkt wird, so daß auch die
vom auslaufseitigen Dickenmeßgerät signalisierte Restabweichung
auf Null geregelt wird.
Es hat sich weiterhin gezeigt, daß es vorteilhaft ist,
wenn in einer analogen Vorregelung als Grobregelung die
Tendenz der Regelung vorgegeben wird. Hierzu dient das
Signal, das vom Ausgang des Schieberegisters 23 über den
Digital-Analogwandler 29 dem Summierglied 30 zusätzlich
zugeführt wird. Der digitale Regelkreis liefert dann
eine zusätzliche Feinregelung.
Weiterhin hat es sich gezeigt, daß es zur Optimierung
des Regelverhaltens vorteilhaft ist, die am Ausgang des
Summiergliedes 26 zur Verfügung stehende Regelgröße
noch mit Faktoren für Geschwindigkeit und Materialhärte
zu beaufschlagen, da die Zahl der Rechenzyklen des
Digitalrechners geschwindigkeitsproportional ist und
die Materialhärte proportional in den Korrekturweg der
hydraulischen Positioniereinrichtung eingeht. Diese
Korrekturgrößen können mittels der Vorrichtung 31
zusätzlich eingegeben werden.
Claims (3)
1. Verfahren zur Regelung der Spaltweite zwischen den
Arbeitswalzen eines Kaltwalz-Gerüstes zur Herstellung
von Bändern aus Metall, bei dem automatisch fortlaufend
einlaufseitig und auslaufseitig Bandabschnitte vorgegebener
konstanter Länge abgetastet werden und die Vorbeilaufzeit
eines solchen Bandabschnitts an einem vorgegebenen
Punkt als Torzeit erfaßt wird, während der jeweils
ein digitaler Zähler freigegeben wird zur Auszählung
mittels Zählimpulsen, deren Frequenz aus der Bandgeschwindigkeit
abgeleitet ist und die Zählraten von zwei
einander zugeordneten einlaufseitigen und auslaufseitigen
Torzeiten zusammen mit einem diesen Torzeiten zugeordneten
Wert für die einlaufseitige Banddicke zeitrichtig
als Eingabewerte gemeinsam einer Rechenvorrichtung
zugeführt werden, in welcher aus diesen Eingabewerten
und einem vorgegebenen Sollwert für die auslaufseitige
Banddicke eine Korrekturgröße gebildet wird, die einem
Regelkreis zugeführt wird, der eine Positioniervorrichtung
für die Arbeitswalzen ansteuert, gekennzeichnet
durch die Kombination folgender zusätzlicher Verfahrensschritte:
- a) Die Frequenz für den einlaufseitigen und auslaufseitigen Zähler (16, 17) ist proportional der auslaufseitigen Bandgeschwindigkeit;
- b) es wird fortlaufend einlaufseitig die Dickenabweichung des Bandes von einer vorgegebenen Solldicke gemessen und der Rechenvorrichtung (20) zugeführt;
- c) der Rechenvorrichtung (20) wird zusätzlich ein Sollwert für die einlaufeitige Banddicke eingegeben und es wird die Größe: berechnet, wobei hE die einlaufseitige Solldicke, Δ hE die Abweichung von der einlaufseitigen Solldicke, hA die auslaufseitige Solldicke, ZE der einlaufseitige Zählerstand und ZA der auslaufseitige Zählerstand sind;
- d) es wird eine Größe Δ hA′ ≃ Ux gebildet, die als Korrekturgröße dem Regelkreis zur Ansteuerung einer hydraulischen Positioniervorrichtung zugeführt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß automatisch fortlaufend auslaufseitig die Dickenabweichung
des Bandes von einer vorgegebenen Solldicke
gemessen und als zusätzliche Korrekturgröße über einen
Integralregler (25) und ein Summierglied (26) zusammen
mit der von der Rechenvorrichtung (20) abgegebenen
Korrekturgröße einem PID-Regler zugeführt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,
daß die Meßwerte für die einlaufseitige Banddickenabweichung
zeitrichtig über einen Digital-Analog-Wandler
(29) und ein Summierglied (30) direkt dem Steuereingang
der hydraulischen Positioniervorrichtung (6, 4) zugeführt
werden.
Priority Applications (1)
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DE19883807399 DE3807399C3 (de) | 1988-03-07 | 1988-03-07 | Verfahren zur Regelung der Spaltweite zwischen den Arbeitswalzen eines Kaltwalz-Gerüstes zur Herstellung von Bändern aus Metall |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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DE19883807399 DE3807399C3 (de) | 1988-03-07 | 1988-03-07 | Verfahren zur Regelung der Spaltweite zwischen den Arbeitswalzen eines Kaltwalz-Gerüstes zur Herstellung von Bändern aus Metall |
Publications (3)
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DE3807399A1 DE3807399A1 (de) | 1989-09-28 |
DE3807399C2 true DE3807399C2 (de) | 1990-11-22 |
DE3807399C3 DE3807399C3 (de) | 1995-05-04 |
Family
ID=6349045
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE19883807399 Expired - Fee Related DE3807399C3 (de) | 1988-03-07 | 1988-03-07 | Verfahren zur Regelung der Spaltweite zwischen den Arbeitswalzen eines Kaltwalz-Gerüstes zur Herstellung von Bändern aus Metall |
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DE102019131761A1 (de) | 2019-11-25 | 2021-05-27 | Norbert Umlauf | Walzlinie |
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JPS523558A (en) * | 1975-06-27 | 1977-01-12 | Kobe Steel Ltd | Automatic sheet thickness control device for rolling mill |
-
1988
- 1988-03-07 DE DE19883807399 patent/DE3807399C3/de not_active Expired - Fee Related
Also Published As
Publication number | Publication date |
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OP8 | Request for examination as to paragraph 44 patent law | ||
D2 | Grant after examination | ||
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8366 | Restricted maintained after opposition proceedings | ||
8305 | Restricted maintenance of patent after opposition | ||
D4 | Patent maintained restricted | ||
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