DE3844202A1 - Vorrichtung zur regelung der walzenexzentrizitaetskompensation an einem walzgeruest - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Re­ gelung der Walzenexzentrizitätskompensation an einem Walzgerüst mit einer oberen und unteren Stützwalze auf beiden Lagerseiten, die durch jeweils eine hydraulische Vorrichtung anstellbar ist.

Die Rundlauffehler der Walzen eines Walzgerüstes führen zu periodischen Änderungen des Walzspalts und somit zu einer periodischen Änderung der Dicke des auslaufenden Walzguts. Diese Rundlaufehler sind auf Unrundheit aller Walzen eines Gerüstes und auf außermittige Lagerung der Stützwalzen (Exzentrizität) zurückzuführen. Dabei treten Unrundheiten, insbesondere bei Walzen über 1 m Durchmes­ ser auf. Somit sind die Stützwalzen als Hauptursache für periodische Dickenänderungen anzusehen.

Besonders große Auswirkungen haben die Rundlauffehler bei Walzgerüsten mit Positions- oder Gagemeterregelung der Anstellung. Eine Verkleinerung des Walzspalts infol­ ge der Rundlauffehler führt z. B. zu einem Auseinander­ drücken der Walzen bei gleichzeitigem Ansteigen der Walzkraft. Dies wird von den Reglern als Vergrößerung der Dicke des einlaufenden Walzguts interpretiert. Die Reaktion ist eine weitere Verkleinerung des Walzspalts und somit eine Vergößerung des Dickenfehlers des auslau­ fenden Walzguts.

An eine Kompensationseinrichtung werden somit zwei For­ derungen gestellt:

• - Vermeidung von Fehlreaktionen der Regler der An­ stellung
• - aktives Verstellen der Anstellung in der Art, daß die Veränderung des Walzspalts durch die Rundlauf­ fehler ausgeglichen wird.

Einer Kompensation der Rundlauffehler kommt heute we­ sentliche Bedeutung zu, da die von den Abnehmern des Walzguts geforderte Dickentoleranz unter den Werten liegt, die allein durch Rundlauffehler erzeugt werden. Somit sind heute eine große Zahl von Walzgerüsten für bestimmte Produkte nicht mehr verwendbar, da ihre Walzen zu große Rundlauffehler aufweisen. Nur durch Kompensati­ onseinrichtungen, die in die Dickenregelung der Gerüste eingebunden werden, lassen sich diese Anlagen kostengün­ stig ertüchtigen.

Es ist eine Anzahl von Vorrichtungen und Verfahren be­ kannt, die die Fehlreaktion der Regler verhindern sollen (passive Verfahren) bzw. die den Einfluß der Rundlauf­ fehler auf den Walzspalt kompensieren sollen (aktive Verfahren).

Passive Verfahren vermeiden, daß von der Positions- oder Gagemeter-Regelung falsche Stellbefehle erzeugt werden und der Einfluß der Rundlauffehler auf die Auslaufdicke verstärkt wird. Hierzu wird eine lose oder tote Zone verwendet, die nur solche Regelabweichungen zum Regler durchläßt, die größer sind als der Rundlauffehler der Walzen. Bei Positions- oder Gagemeter-Regelung besteht hierdurch ein Bereich von ca. 20-30 µm Dickenänderung, in dem die Regelung nur über den langsamen Dickenregel­ kreis wirksam ist. Schnelle Änderungen im einlaufenden Material können nicht ausgeregelt werden.

Bessere Regelergebnisse werden erzielt, wenn nur die Spektralanteile der Rundlauffehler mit Bandpaßfiltern ausgeblendet werden (DE-AS 12 34 835). Allerdings sind Filter, die in Abhängigkeit von der Drehfrequenz 0-10 Hz durchstimmbar sind, nur mit sehr hohem Aufwand zu reali­ sieren.

Gemeinsamer Nachteil der genannten Verfahren ist, daß lediglich Fehlreaktionen der Regelung vermieden werden. Die Gerüste verhalten sich also bezüglich der Rundlauf­ fehler wie ungeregelte Gerüste. Der Fehler wird in Ab­ hängigkeit von Gerüstauffederung und Bandsteifigkeit ins Band eingewalzt.

Bei aktiven Verfahren wird der Rundlauffehler in geeig­ neter Weise erfaßt und der Regelung als Zusatzsollwert so zugeführt, daß die Wirkung des Rundlauffehlers im Walzspalt kompensiert wird. Zu unterscheiden sind hier­ bei off-line und on-line-Systeme.

Bei off-line-Systemen werden die Rundlauffehler in einem Eichlauf mit zusammengedrückten Walzen ohne Band erfaßt. In DE-OS 16 02 046 wird ein Verfahren beschrieben, bei dem mit einer Korrelationsanalyse die Parameter der Rundlauffehler während des Eichlaufs ermittelt werden. Hieraus werden während des Walzens Zusatzsollwerte für die Anstellung ermittelt. DE-AS 24 20 195 beschreibt ein Verfahren, das die Rundlauffehler im Eichlauf direkt erfaßt, speichert und während des Walzens winkelsynchron der Anstellung aufschaltet.

Nachteil dieser Verfahren ist, daß der Eichlauf umständ­ lich handhabbar ist und daß Veränderungen des Rundlaufs während des Walzens, z. B. durch Verschleiß oder thermi­ sche Einflüsse, nicht erfaßt werden.

Die Veränderung des Rundlaufs während des Walzens wird von on-line-Systemen erfaßt. Bei diesen werden die Rund­ lauffehler ständig gemessen und die Korrekturwerte zur Kompensation fortlaufend neu berechnet.

Gemeinsam ist diesen Verfahren, daß sie weitestgehend ohne zusätzliche Meßwertaufnehmer auskommen. Die Rund­ lauffehler werden aus den üblicherweise erfaßten Signa­ len Walzkraft bzw. Druck in den Arbeitszylindern, Posi­ tion der Einbaustücke bzw. der Kolben und Dicke des ein- und auslaufenden Walzguts ermittelt. Die Aussonderung der Rundlauffehleranteile aus diesen Signalen erfolgt durch analoge bzw. digitale Filterung, digitale Frequen­ zanalyse, Korrelationsanalyse und verschiedene Analyse­ verfahren im Zeitbereich.

In der DE-PS 24 40 166 wird ein Verfahren beschrieben, das die Rundlauffehler durch Korrelation von Einlauf- und Auslaufbanddicke bestimmt. Hierzu werden am Ein- und Auslauf des Walzgerüstes Dickenmeßgeräte benötigt. Nach­ teilig ist, daß periodische Änderungen der Einlaufdicke, wie z. B. Rundlauffehler aus vorangegangenen Stichen, zu Fehlinterpretationen führen. Dies wird bei dem in DE- OS 33 41 213 beschriebenen Verfahren vermieden. Hier werden die Rundlauffehler durch abschnittweise Mittel­ wertbildung aus der Auslaufbanddicke ermittelt. Nachtei­ lig ist auch hier, daß die unterschiedlichen Rundlauf­ fehler auf Antriebs- und Bedienseite nicht getrennt er­ faßt werden können. Es wird lediglich ein mittlerer Rundlauffehler ermittelt, da normalerweise ein Dicken­ meßgerät nur einen schmalen Streifen in Walzgutmitte abtastet. Werden hingegen die Position der Walzeneinbau­ stücke und/oder die Walzkraft bzw. der Druck in den bei­ den Anstellzylindern erfaßt, so können die Rundlauffeh­ ler an beiden Gerüstseiten separat ermittelt werden. Dieses Verfahren wird in DE-AS 20 50 402 verwendet. Al­ lerdings arbeitet das hier beschriebene Analyseverfahren im Zeitbereich nur bei minimalen Differenzen von Ober- und Unterwalzendurchmesser.

In der US-Patentschrift 42 22 254 wird ein Verfahren aufgezeigt, bei dem die Rundlauffehler mit Hilfe von Fourier-Analysatoren aus der Gagemeterbeziehung bestimmt werden. Getrennt für Ober- und Unterwalze werden Schät­ zwerte für die Exzentrizität und den Abstand untereinan­ der ermittelt und ständig neu bewertet. Diese Schätzwer­ te werden dem Positionsregelkreis als Zusatzsollwert aufgeschaltet. Nachteilig ist, daß das Verfahren in der beschriebenen Form nur bei sehr kleinen Durchmesserun­ terschieden zwischen den Stützwalzen arbeitet und nicht die Rundlauffehler auf beiden Seiten einer Walze erfaßt werden.

Es ist deshalb Aufgabe der Erfindung, die Nachteile der beschriebenen Verfahren zu vermeiden und eine Vorrich­ tung aufzuzeigen, die während des Walzvorganges die Rundlauffehler der Stützwalzen erfaßt.

Erfindungsgemäß wird dies durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruches 1 erreicht. Weitere Ausge­ staltungen sind aus dem Unteranspruch ersichtlich.

Vorteilhaft bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist besonders die direkte Erfassung des Rundlauffehlers der Stützwalzen während des Walzvorganges. Hierdurch ist gewährleistet, daß Änderungen der Rundlauffehler während des Betriebs, wie z. B. durch thermische Einflüsse oder Verschleiß, berücksichtgt werden. Ein Eichlauf wird nicht benötigt. Die Rundlauffehler werden aus der Walz­ kraft abgeleitet.

Die Meßwertaufnehmer für die Walzkraft sind allgemein an der Antriebs- und Bedienseite eines Gerüstes vorhanden. Zusätzliche Aufnehmer werden somit nicht benötigt. Die Analyse der Rundlauffehler aus der Walzkraft kann ge­ trennt für Antriebs- und Bedienseite durchgeführt wer­ den. Dabei werden die rundlauffehlerbedingten Walzkraft­ änderungen durch eine Ordnungsanalyse mit einem digita­ len Analysator von den übrigen Walzkraftschwankungen ge­ trennt.

Die Ordnungsanalyse liefert ein auf die Drehfrequenz der Walze bezogenes Spektrum. Die drehfrequenten Rundlauf­ fehler erzeugen Spektralanteile (Ordnungen), die unab­ hängig von der Walzgeschwindigkeit immer an der gleichen Stelle im Spektrum auftreten. Hierdurch wird die Auswer­ tung wesentlich vereinfacht. Zudem ist gewährleistet, daß die für digitale Frequenzanalysen übliche Forderung nach Synchronismus zwischen Drehperiode und Meßdauer immer erfüllt ist. Der Takt für die winkeldiskrete Meß­ werterfassung wird entweder direkt an binär codierten Drehwinkelgebern abgegriffen oder von synchronisierten Frequenzvervielfachern erzeugt. Dabei können entspre­ chend codierte Drehwinkelgeber an den Stützwalzen ange­ bracht sein oder es können lediglich Nullagengeber nötig sein, die einen Impuls pro Umdrehung abgeben.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachstehend anhand der Zeichnungen näher erläutert.

Fig. 1 zeigt eine Rundlauffehlerkompensation bei kleinem Durchmesser-Unterschied zwischen oberer und unterer Stützwalze. In diesem Fall drehen sich beide Stützwalzen mit annähernd der gleichen Drehgeschwindigkeit. Der sich additiv aus den Randlauffehlern der beiden Walzen zusam­ mensetzende resultierende Rundlauffehler ist über viele Umdrehungen konstant. Die Rundlauffehler wirken so als wäre eine Walze ideal und die andere Walze würde alle Fehler aufweisen.

Fig. 2 zeigt eine Anordnung zur Kompensation von Rund­ lauffehlern bei großem Durchmesser-Unterschied zwischen den Stützwalzen. Die Drehgeschwindigkeiten sind hier stark unterschiedlich. Die Winkellage der Walzen zuein­ ander und somit auch der resultierende Rundlauffehler ändern sich ständig.

Die erfindungssgemäßen Anordnungen können sowohl bei Kalt- als auch bei Warmwalzanlagen Einsatz finden.

Fig. 1 zeigt eine obere Stützwalze 1 und eine untere Stützwalze 2. Der Durchmesser der beiden Stützwalzen ist nahezu gleich. Die zwischen den Stützwalzen durchlaufen­ den Bleche können z. B. aus Stahl, Aluminium, Nichteisen, Buntmetall bestehen und sind in der Zeichnung nicht nä­ her dargestellt. Die Bleche sollen auf eine Blechstärke gewalzt werden, die den strengen Anforderungen der Indu­ strie entspricht.

Die untere Stützwalze ist fest gelagert, während die obere Stützwalze die beiden, in der Zeichnung nur ange­ deuteten, Lagerpunkte A und B aufweist. Der Lagerpunkt A wird dabei von einem Hydraulikelement C und der Lager­ punkt B von einem Hydraulikelement D mechanisch beein­ flußt. Die Hydraulikelemente C und D drücken also auf die Lagerpunkte A und B der Stützwalze 1. Der Walzspalt zwischen der oberen Stützwalze 1 und der unteren Stüt­ zwalze 2 wird so durch die Hydraulikelemente C und D immer gleich gehalten.

An den beiden Walzen 1 und 2 sind Drehwinkelgeber ange­ bracht, die den Drehwinkel der jeweiligen Walze erfas­ sen. Der Drehwinkel der oberen Stützwalze 1 ist mit α _o bezeichnet. Der Drehwinkel α _u der unteren Stützwalze 2 wird beim vorliegenden Ausführungsbeispiel nicht benö­ tigt.

Die Kraft der Hydraulikelemente C und D auf die obere Stützwalze 1 wird durch nicht dargestellte Kraftmeßgeber erfaßt. Die Kraft des Hydraulikelementes D auf den La­ gerpunkt B der Stützwalze 1 wird mit F _D und die Kraft des Hydraulikelementes C auf den Lagerpunkt A der Stütz­ walze 1 mit F _C bezeichnet. Auch die Kräfte und Stöße, die von der Walze 1 beispielsweise durch ungleichmäßiges Bandmaterial ausgehen, werden von den beiden Kraftmeßge­ bern erfaßt.

Kräfte und Drehwinkel der Stützwalze 1 werden erfaßt und getrennt nach Lagerpunkten weiterverarbeitet. Einem Kom­ pensator 3 werden Drehwinkel a _o und Kraft F _C und einem Kompensator 4 Drehwinkel α _o und Kraft F _D aufgeschaltet.

Dem Kompensator 3 ist ein Summenpunkt 5 und dem Kompen­ sator 4 ein Summenpunkt 6 nachgeschaltet. Die beiden Summenpunkte werden mit weiteren Sollwert-Informationen S _A und S _B über die Dicke des ein- und auslaufenden Ban­ des, Materialbeschaffenheit, Abstand der Walzen unter­ einander usw. beaufschlagt. In den nachfolgenden Positi­ onsreglern 7 und 8 werden daraus Stellbefehle zur Ver­ stellung der Hydraulikelemente C und D gebildet.

Bei kleinem Unterschied im Durchmesser von oberer und unterer Stützwalze ist die Änderung der Rundlauffehler gering. Eine Rundlauffehlervorhersage ist daher für meh­ rere Walzenumdrehungen gültig. Die erfaßten Meßwerte α _o, F _C bzw. α _o, F _D werden innerhalb einer Umdrehung der Stützwalze 1 in den jeweiligen Kompensatoren 3 und 4 gesammelt. Hieraus werden Korrekturwerte berechnet. Bei der folgenden Walzenumdrehung stehen diese Werte zur Verfügung und werden den Positionsreglern 7 und 8 aufge­ schaltet.

Bereits nach der ersten Umdrehung der Stützwalze kann die Wirkung der Kompensation beurteilt und die Korrek­ turwerte können entsprechend verbessert werden. Nach wenigen Walzenumdrehungen konvergieren die Korrekturwer­ te gegen stabile Endwerte. Änderung infolge Phasenver­ schiebung aufgrund geringfügig unterschiedlicher Stütz­ walzendurchmesser werden sofort erfaßt und ausgeglichen.

In Fig. 2 wird eine Vorrichtung zur Kompensation der Walzenrundlauffehler gezeigt, wie sie bei Walzen einge­ setzt wird, die größere Durchmesserunterschiede aufwei­ sen. Die größeren Durchmesserunterschiede der Walzen ergeben sich nach längerer Betriebsdauer durch Abrieb, Schleifen nach Beschädigungen usw.

Die obere Stützwalze ist mit 1 und die untere mit 2 be­ zeichnet. Die obere Stützwalze weist die beiden Lager­ punkte A und B auf, während die untere fest gelagert ist. Die Lagerpunkte A und B werden dabei von Hydrau­ likelementen C und D beeinflußt, d. h., die Hydraulikele­ mente C und D drücken über die Lagerpunkte A, B auf die obere Stützwalze 1.

Die Drehwinkelgeber a _o, α _u an den Walzen, ebenso wie die Bezeichnung der Walzen 1, 2 und Kräfte F _C , F _D von den Hydraulikelementen C, D entspricht denen der Fig. 1.

Die Kraft F _D des Hydraulikelementes D ist auf einen Kom­ pensator 10 und einen weiteren Kompensator 12 geführt. Die Kraft F _C der Hydraulikelementes C ist auf einen Kom­ pensator 9 und einen weiteren Kompensator 11 geführt. Der Drehwinkel α _o der Stützwalze 1 wird einmal auf den Kompensator 9 und einmal auf den Kompensator 10 gelei­ tet. Der Drehwinkel α _u der unteren Stützwalze 2 ist einmal auf den Kompensator 11 und einmal auf den Kompen­ sator 12 geschaltet.

Den Kompensatoren 9, 10, 11, 12 sind Summierglieder 13 und 14 nachgeschaltet. Dabei ist der Ausgang des Kompensa­ tors 9 auf das Summierglied 13, der Ausgang von Kompen­ sator 10 auf Summierglied 14, der Ausgang von Kompensa­ tor 11 auf Summierglied 13 und der Ausgang von Kompensa­ tor 12 auf Summierglied 14 geführt.

Den Summiergliedern 13 und 14 sind Summenpunkte 15 und 16 nachgeschaltet, auf die weitere Sollwert-Signale S _A , S _B aufgeschaltet werden. Diesen Summenpunkten folgen Positionsregler 17, 18, die die Hydraulikelemente C und D beeinflussen.

Während in der Fig. 1 die Kompensatoren 3 und 4 nur den Seiten A und B der oberen Stützwalze 1 zugeordnet waren, sind gemäß Fig. 2 die Kompensatoren 9, 10, 11, 12 den Dreh­ winkeln der oberen und der unteren Stützwalze und den Seiten A und B der oberen und unteren Stützwalze zuge­ ordnet.

Die Kraft F _C und F _D aus den Hydraulikzylindern C, D zur Verstellung der Oberwalze besteht demnach aus einem Sum­ mensignal, in dem der Rundlauffehler der oberen (1) und der unteren (2) Stützwalze enthalten sind.

In den Kompensatoren 9, 10, 11, 12 werden für die Seiten A und B der oberen Stützwalze 1 und für die Seiten A und B der unteren Stützwalze 2 getrennte Frequenzanalysen vor­ genommen. Aus diesem Frequenzgemisch am Ausgang der Kom­ pensatoren 9, 10, 11, 12 ist zu erkennen, an welcher Walze und auf welcher Seite der Walze Rundlauffehler aufgetre­ ten sind. Die Informationen für Rundlauffehler der Seite A der unteren Stützwalze 2 aus dem Kompensator 11 und der Seite A der oberen Stützwalze aus dem Kompensator 9 werden im Summierglied 13 addiert. Die Informationen für Rundlauffehler der Seite B der oberen Stützwalze 1 aus dem Kompensator 10 und der Seite B der unteren Stützwal­ ze aus dem Kompensator 12 werden im Summierglied 14 ad­ diert. Da für jede Seite der oberen und unteren Stütz­ walzen nur eine Eingriffsmöglichkeit vorhanden ist, müs­ sen also die Rundlauffehler einerseite für den momentan geltenden Winkel α _o und α _u zusammengefaßt werden.

Die Informationen über die Rundlauffehler aus den Sum­ miergliedern 13 und 14 werden jeweils auf nachgeschalte­ te Summenpunkte 15 und 16 geführt und hier mit zusätzli­ chen Sollwert-Informationen S _A , S _B über die Dicke des ein- und auslaufenden Bandes, den Walzenabstand, Mate­ rialbeschaffenheit usw. beaufschlagt. Ein üblicherweise jedem Summenpunkt (15, 16) nachgeschalteter Sollwert- Istwertvergleich ist der Übersicht halber nicht darge­ stellt.

Das jetzt getrennt für die Seiten A und B entstandene Korrektursignal wird jeweils auf Positionsregler 17 und 18 gegeben. Diese Positionsregler erzeugen die Stellbe­ fehle zur Verstellung der Hydraulikzylinder C und D und damit die Walzkraft F _C und F _D .

Claims (2)

1. Vorrichtung zur Regelung der Walzenexzentrizi­ tätskompensation an einem Walzgerüst mit einer oberen (1) und unteren (2) Stützwalze, wobei eine Stützwalze auf beiden Lagerseiten (A, B) durch jeweils eine hydrau­ lische Vorrichtung (C, D) anstellbar ist, dadurch gekenn­ zeichnet,
daß vier Kompensatoren (9, 10, 11, 12) vorgesehen sind, die jeweils vom Drehwinkel (α _o, α _u) der oberen (1) und unteren (2) Stützwalzen ansteuerbar sind, wobei der Drehwinkel (α _o) der oberen Stützwalze (1) auf die Kom­ pensatoren (9, 10) und der Drehwinkel (α _u) der unteren Stützwalze (2) auf die Kompensatoren (11, 12) geführt ist,
daß die Walzkraft (F _C , F _D ) aus den hydraulischen Vorrich­ tungen (C, D) auf die Kompensatoren (9, 10, 11, 12) derart geführt ist, daß die Walzkraft (F _D ) auf die Kompensato­ ren (10, 12) und die Walzkraft (F _C ) auf die Kompensatoren (9, 11) gelangt,
daß nach einer Frequenzanalyse in den Kompensatoren (9, 10, 11, 12) jeweils getrennt nach Lagerseite (A, B) der Stützwalzen (1, 2) das Ergebnis auf jeweils ein Summier­ glied (13, 14) geführt ist,
daß die Ergebnisse der Summierglieder (13, 14) in Summen­ punkten (15, 16) mit Sollwerten (S _A , S _B ) von Positionsreg­ lern bewertet werden,
und daß nachgeschaltete Positionsregler (17, 18) die hy­ draulischen Vorrichtungen (C, D) zur Erzeugung der Walz­ kraft (F _C , F _D ) ansteuern.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß bei geringem Unterschied der Walzendurch­ messer nur zwei Kompensatoren (3, 4) vorgesehen sind, wobei ein Kompensator (3) die Lagerseite (A) und der andere Kompensator (4) die Lagerseite (B) der oberen Stützwalze (1) erfaßt und beiden Kompensatoren (3, 4) jeweils nur der Drehwinkel (α _o) der oberen Stützwalze (1) zugeführt ist.