DE4121116A1 - Verfahren und vorrichtung zum messen der walzkraft - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Messen der Walz­ kraft gemäß der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 dargestellten Art. Weiterhin bezieht sich die Erfindung auf eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.

Die Walzkraft ist eine der maßgeblichen Führungsgrößen für das Kaltwalzen, weil sie die Stichabnahme und damit die Umformung be­ stimmt. Die unmittelbare Walzkraftmessung im Kraftschluß des Ge­ rüstes, beispielsweise durch Anordnung von Kraftmeßdosen, ist jedoch nicht möglich, so daß man auf eine mittelbare Messung angewiesen ist. Hierfür eignen sich unter anderem die hydrauliche Anstellung von Zahnstangen, die in formschlüssiger Verbindung mit endseitig auf die Stützachsen zu deren Anstellung aufgesetzten Zahnrädern stehen. Über induktive Druckaufnehmer läßt sich in diesem Falle die Walzkraft ermitteln. Die Genauigkeit einer derartigen Messung hängt stark von der die sich ändernden Kraftflußverteilung beim Einsatz unterschiedlicher Walzendurchmesser ab. Um derartige Fehler sowie Störungen durch damit verbundene Veränderungen der Reibungsverhält­ nisse, der Verkeilung und des Verstellsystems zu beheben, wurde die Ständerdehnung als Grundlage der Messung gewählt. Diese läßt sich durch Dehnungsmeßstreifen einfach erfassen. Ihr haftet jedoch der Nachteil an, daß betriebliche Außentemperaturschwankungen zu einer starken Verfälschung der Meßergebnisse führen. So bewirkt eine Temperaturänderung um 1°C eine Dehnung des Ständers von ca. 12 µ/m. Weiterhin läßt sich durch zentrisches Aufbohren einer Ar­ beitswalze und Einbringen von Spannhülsen, die mit Meßstreifen ver­ sehen sind, die Verformung der Arbeitswalze während des Walzens und, hiervon ausgehend, die Walzkraft in ihrer Verteilung quer zur Walzrichtung ermitteln. Für die betriebliche Messung ist dieses Verfahren jedoch ungeeignet, da entsprechend vorbereitete Arbeits­ walzen nicht in der notwendigen Anzahl zur Verfügung gestellt werden können. Nachteilig erwies sich hierbei auch die aufwendige Meßdatenübertragung.

Der Erfindung liegt, hiervon ausgehend, die Aufgabe zu Grunde, ein Verfahren und eine dazu geeignete Vorrichtung zu schaffen, mit deren Hilfe eine zuverlässige und wirtschaftlich vertretbare Dauer­ walzkraftmessung bei dem einleitend beschriebenen Walzwerktyp zu ermöglichen.

Die Erfindung löst diese Aufgabenstellung durch die im Kenn­ zeichnungsteil des Patentanspruchs 1 vorgeschlagenen, verfahrens­ mäßigen Merkmale, für deren Ausführung in den Unteransprüchen 2 bis 4 Vorrichtungen vorgeschlagen sind.

Somit führt die Erfindung zu einer indirekten Walzkraftermittlung, die auf einer Durchbiegung des Querhauptscheitels beruht. Dies hat den Vorteil, daß sich Temperaturänderungen praktisch so nicht auswirken. Darüber hinaus wird diese Messung an Außenteilen des Walzgerüstes vorgenommen, so daß sich Meßeinrichtungen leicht an­ bringen lassen. Wie sich rechnerisch für die Verformung des Quer­ hauptes nachweisen läßt, beträgt dessen elastische Verformung während des Walzens je nach Walzkraft und Bandbreite mehrere Zehntel Millimeter. Derartige Maßabweichungen sind mit her­ kömmlichen Mitteln leicht erfaßbar, sofern eine demgegenüber orts­ feste Position verbleibt. Als diese eignen sich die beidseitig an die Querhäupter anschließenden Ständerköpfe, da in diesen auf Grund ihrer Position keine Spannung mehr aufgebaut wird und somit Ver­ formungen unterbleiben.

Die erwähnten Querhauptverwölbungen sind dank ihres Ausmaßes sowohl der berührungslosen als auch der berührenden Wegmessung zugänglich. Maßgeblich hierfür ist, daß bei Messungen im Scheitel des Quer­ hauptes relativ zu den Ständerköpfen ein nahezu linearer Zusammen­ hang zwischen der Verwölbung einerseits und der Walzkraft anderer­ seits gegeben ist. Es ist dabei unkritisch, ob die Wegmessung die Verwölbung genau im Scheitel des Querhauptes oder in dessen Nähe erfaßt. Es besteht ein parabolischer Verlauf der Querhauptde­ formation über die Breite des Querhauptes, wobei der Scheitel der Parabel mit dem geometrischen Scheitel des Querhauptes zusammen­ fällt, indes besteht die Linearität des Zusammenhanges zwischen Deformation und Walzkraft auch noch in den angrenzenden Bereichen der vom Scheitel ausgehenden Parabeläste.

Für die erfindungsgemäße Vorrichtung ist kennzeichnend, daß sie eine Relativmessung nach dem Vorschlag des Anspruchs 1 ermöglicht.

Zu diesem Zweck findet ein Meßsystem Anwendung, welches im wesent­ lichen im Querhauptscheitel einerseits und an wenigstens einen der Ständerköpfe andererseits angreift, so daß die Relativmessung zwischen Querhauptscheitel und dem Ständerkopf besteht. Die Signale des Meßsystems werden von einer Meßwertverarbeitungsschaltung aufgenommen, die Bestandteil einer Steuer- bzw. Regeleinrichtung sein kann, wobei eine Einstellung auf Vorgabewerte möglich ist.

Insbesondere sind nach dem Vorschlag der Erfindung die beiden Füße eines Bügels auf die beiden, an das Querhaupt anschließenden Ständerköpfe aufgesetzt. Dieser Bügel überbrückt das Querhaupt, wo­ bei von seiner dem Scheitel des Querhauptes am nächsten kommenden Stelle ein das Querhaupt berührender Wegaufnehmer ausgeht, der so­ mit die Querhauptverwölbung proportional erfaßt. Das Meßsignal findet in einer Meßwertverarbeitung, an die der Wegaufnehmer offen­ bar angeschlossen ist, seine vorgesehene Verwendung.

Die Biegesteifigkeit ist für den Bügel der vorstehend erörterten Ausführungsform der Erfindung eine selbstverständliche Voraus­ setzung. Insbesondere muß auf die Biegesteifigkeit geachtet werden, wenn nach einem weiteren Vorschlag der Erfindung auf nur einen Ständerkopf ein auf die Mitte eines Querhauptes gerichteter Arm aufgesetzt ist, der hinreichend biegesteif gestaltet ist, um ohne Einfluß auf die Messungen zu bleiben. Das freie Ende des Armes trägt einen Wegaufnehmer, der den Scheitel des Querhauptes berührt, und dessen Ausgang an die Meßwertverarbeitung angeschlossen ist.

Neben den berührenden Meßverfahren eignen sich weiterhin be­ rührungslos arbeitende Meßverfahren nahezu einschränkungslos. Von besonderem Interesse ist die Anordnung einer Laserstrahlverbindung zwischen wenigstens einem Ständerkopf und der Querhauptmitte. Bei der aus zwei Teilen bestehenden Anordnung wird der eine Teil vom anderen anvisiert, wobei eine Diodenzeilenkamera Verwendung findet, die Lageabweichungen im wesentlichen senkrecht zu dem Laserstrahl darstellt, und die gleichfalls an eine Meßwertverarbeitung ange­ schlossen ist.

Zur weiteren Veranschaulichung der Erfindung wird auf die Zeich­ nungen Bezug genommen. Darin zeigen:

Fig. 1 den Gerüstkörper oberhalb der Walzebene,

Fig. 2 die Querhauptdeformation in Abhängigkeit von der Gerüstbreite,

Fig. 3 die Abhängigkeit zwischen Walzkraft und Querhauptver­ wölbung und

Fig. 4 die Anordnung des Walzensatzes oberhalb der Walzebene entsprechend Fig. 1.

Zu dem in Fig. 1 oberhalb der Walzebene 10 dargestellten Gerüst­ körper gehört unterhalb der Walzebene 10 ein im wesentlichen in gleicher Weise ausgebildeter Teil des Gerüstkörpers, von dessen Darstellung abgesehen wurde. Oberhalb der Walzebene 10 sind die Arbeitswalze, die Zwischenwalzen und die Stützwalzen eines Sendzimirgerüstes angeordnet, wie es Fig. 4 darstellt. Von der Arbeitswalze 11 wird die Kraft entsprechend den Pfeilrichtungen in die Zwischenwalzen eingeleitet, die ihrerseits die Stützwalzen 12, 13 sowie 12′ und 13′ beaufschlagen. Die Stützwalzen sind zu mehreren auf einer Achse angeordnet, wobei Stützsättel 14 und 15 bzw. 14′ und 15′ die Walzkraft von Rollenlagern auf das Gerüst übertragen. Durch Verdrehen der beiden oberen Stützachsen 16 bzw. 16′, auf denen Rollenlager exzentrisch aufgereiht sind, kann die Walzkraft erhöht bzw. herabgesetzt werden, zu welchem Zweck eine Zahnstange 17 im Ein­ griff mit Zahnrädern 18 bzw. 18′ steht. Diese Walzenanstellung ist als Exzenteranstellung bekannt.

Als Folge dieser Krafteinleitung kommt es zu Verwölbungen der Quer­ häupter, die über die Gerüstbreite die bereits erwähnte parabel­ förmige Krümmung aufweisen. Einen derartigen Verlauf zeigt Fig. 2. Der Scheitel dieses Deformationsverlaufes entspricht dem Querhaupt­ scheitel 1, wie in Fig. 1 ersichtlich.

Bei Änderung der Walzkraft erfährt die in Fig. 2 dargestellte Querhauptdeformation eine Verschiebung nach oben bzw. unten. Die dabei eintretende Durchbiegung in µm verläuft entsprechend der in Fig. 4 dargestellten Beziehung zwischen Walzkraft und Durchbie­ gung.

Die am Querhauptscheitel auftretenden Verwölbungen werden ent­ sprechend Fig. 1 durch eine Wegmessung erfaßt. Für diesen Zweck ist der Bügel 7 mit seinen Füßen 5 und 6 auf die beiden Ständer­ köpfe 2 und 3 aufgesetzt, so daß der Wegaufnehmer 9, der von der Mitte des Bügels 7 ausgeht, den Querhauptscheitel 1 berührt. Auf diese Weise werden Erhöhungen des Querscheitels 1 gegenüber den de­ formationsfrei verbleibenden Ständerköpfen 2 und 3 empfangen. Die Signale des Wegaufnehmers 9 sind auf eine Meßwertverarbeitung 4 ge­ schaltet, um von dort aus bestimmungsgemäß zur Anzeige, zur Registrierung, zum Regeln oder zum Steuern verwendet zu werden.

Claims (5)

1. Verfahren zum Messen der Walzkraft bei Stützrollenkaltwalz­ werken, mit allseitig geschlossenem Gerüstkörper, bei welchem beidseitig der Querhäupter Ständerköpfe bestehen, insbesondere bei Sendzimirgerüsten, wobei die elastische Formänderung während des Walzens ermittelt und als Maß der Walzkraft verwendet wird, dadurch gekennzeichnet,
daß eine beim Walzen auftretende Erhöhung des Querhaupt­ scheitels des oberen Gerüstkörpers
und/oder eine beim Walzen auftretende Absenkung des Querhauptscheitels des unteren Gerüstkörpers
relativ zur Ständerkopflage gemessen und als Maß der Walzkraft verwendet wird.

2. Verfahren zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein im wesentlichen am Querhauptscheitel (1) einer­ seits und an wenigstens einem der Ständerköpfe (2, 3) andererseits positioniertes Meßsystem vorgesehen ist, dessen Signale auf eine Meßwertverarbeitung (4) ge­ schaltet sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß auf beide Ständerköpfe (2, 3) die Füße (5, 6) eines Bügels (7) aufgesetzt sind, von dessen dem Querhaupt­ scheitel (1) am nächsten kommender Stelle ein das Quer­ haupt (8) berührender Wegaufnehmer (9) ausgeht, der an eine Meßwertverarbeitung (4) angeschlossen ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß auf einen der Ständerköpfe (2, 3) ein biegesteifer Arm aufgesetzt und in Richtung auf die Mitte des Quer­ hauptes (8) ausgerichtet ist, dessen freies Ende einen den Querhauptscheitel (1) berührenden Wegaufnehmer (9) aufweist, der an eine Meßwertverarbeitung (4) ange­ schlossen ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen wenigstens einem Ständerkopf (2, 3) und dem Querhauptscheitel (1) eine zweiteilige Laserstrahlver­ bindung besteht, bei der ein Teil vom anderen anvisiert ist und eine Diodenzeilenkamera derart trägt, daß Lage­ abweichungen etwa senkrecht zum Laserstrahl dargestellt werden.