-
Die
gegenwärtige
Erfindung bezieht sich auf Vielwalzengerüste, insbesondere auf die Steuerung der
Position der an das Band angestellten Walzen.
-
Die
Vielwalzengerüsttype,
die allgemein als „Sendzimir"-Gerüst oder „Z-Gerüst" bekannt ist, besteht
aus einem Ständer
mit zwei Sätzen
von einander gegenüberliegenden
Walzen in einer 1-2-3-4-Anordnung. (
EP 0 693 327 A1 beschreibt ein Walzengerüst gemäß des Oberbegriffs
in Anspruch 1 und bezieht sich auf frühere US-Patente auf solche
Gerüste).
Insbesondere wird in einem solchen Gerüst ein Arbeitswalzenpaar typisch
von zwei Paar ersten Zwischenwalzen getragen, die ihrerseits wieder
von drei Paar zweiten Zwischenwalzen getragen werden, die schließlich in
vier Paar Rollenlagern gelagert sind. Der Ständer weist einen Einlauf und
einen Auslauf auf, durch die die zu walzenden Bänder in die Arbeitswalzen einlaufen
und den Ständer
wieder verlassen können.
Mittel zur Justierung der Position der Anstellwalzen sind vorgesehen,
mit denen der Walzspalt zwischen den Arbeitswalzen eingestellt werden kann.
-
Bei
der ursprünglichen
Type von Vielwalzengerüst
ist der Ständer,
in dem alle Walzen montiert sind, einteilig ausgeführt; er
ist als Monoblockständer bekannt.
Bei einer Alternativausführung
handelt es sich um einen zweiteiligen Ständer, dessen beide Teile horizontal
geteilt sind. Die beiden übereinanderliegend
angeordneten Teile werden von vier an den Ecken des Ständers montierten
Säulen
zusammengehalten, wobei sich jede Säule durch beide Ständerhälften erstreckt
und im unteren Ständerteil
verankert ist und so die beiden Ständerhälften zusammenhält. Vier
Hydraulikzylinder sind auf den Ecken der oberen Ständerhälfte montiert,
wobei jeder Zylinder eine entsprechende Säule zur Sicherung der beiden
Ständerhälften zugbeansprucht,
während
die Bänder
gewalzt werden.
-
Die
relative Lage der Walzen zueinander lässt sich verändern, um
besondere Querschnitte und Längsprofile
zu erhalten, oder um auf die Bandform zu reagieren. Konventionell
wird dies durch Änderung
von Exzentern in den Anstellbaugruppen durchgeführt. Jede Anstellbaugruppe
besteht aus einer Vielzahl von auf einer Welle montierten Rollenlagern.
Diese Welle ist auf einer Reihe von mit der Welle verkeilten Exzentern
montiert, wobei jeder Exzenter auf einem Sattel montiert ist, der
in einer Teilbohrung des Walzengerüsts ruht. An dem obersten und dem
untersten Paar Anstellbaugruppen weisen die Exzenter exzentrische
Ringe mit Zähnen
auf, die in ähnlich
verzahnte Zahnstangen eingreifen. Eine Bewegung der Zahnstangen
mit einem Hydraulikzylinder dreht die Exzenter und verändert so über die
Walzenstapel die Position der Arbeitswalzen.
-
Um
die Position der Arbeitswalzen nur geringfügig zu ändern, ist eine größere Verstellbewegung
des Hydraulikzylinders notwendig. Das schränkt die Geschwindigkeit und
die Genauigkeit der Walzeneinstellung ein.
-
Bei
einer Walzengerüstausführung mit
zweiteiligem Ständer
weisen die in Quer- und Längsrichtung
durch die Säulen
ausgerichteten Ständer
Positionsmessumformer zur Überwachung
der vertikalen Höhe
auf, die dann durch Veränderung
der Zugbeanspruchung der jeweiligen Säulen durch die Zylinder geregelt
wird.
-
Bei
dieser Art von Walzengerüst
lassen sich das Walzenprofil und der Abstand durch Änderung der
Kraft abändern,
mit der die Hydraulikzylinder ihre Wellen zugbeanspruchen. Die Wellen
sind bis zu einem gewissen Grad elastisch, wobei die Verformung als „Wellendehnung" bekannt ist. Das
macht es schwierig, das Walzenprofil und den Abstand schnell und
genau zu verändern,
weil sich nach einer Änderung
kleine Schwingungen ergeben können.
-
Bei
einer anderen Walzengerüstausführung mit
einem zweigeteilten Ständer
wirkt jeder Zylinder mit einer Zugkraft auf die jeweilige Säule und
verursacht so eine Spannkraft. Diese von den Zylindern ausgeübte Spannkraft spannt
das System vor, versucht also, die Steifigkeit des Monoblockständers nachzubilden.
Dieses Walzengerüst
hat somit eine größere Steifigkeit
als die Alternativkonstruktion eines Walzengerüsts mit zweigeteiltem Ständer, jedoch
lassen sich die Arbeitswalzen wie bei der Monoblock-Ausführung nur über die
Anstellbaugruppen verändern.
-
Ziel
der gegenwärtigen
Erfindung ist die Schaffung eines Mittels zur schnellen und genauen Änderung
der Position und des Abstands der Arbeitswalzen voneinander während des
Betriebs des Walzengerüsts.
-
Gemäß der gegenwärtigen Erfindung
handelt es sich um ein Vielwalzengerüst gemäß Anspruch 1.
-
Die
bevorzugte Ausführungsformen
bieten ein Mittel zur Änderung
der Orientierung der beiden Ständerhälften relativ
zueinander auf schnelle und genaue Art und Weise. Dazu kommt auch
eine Reduzierung der durch die Nachgiebigkeit von Teilen des Vielwalzengerüsts verursachten
Schwingung.
-
Vorzugsweise
sind an jeder Ecke der Ständer
vier Druck-Stellvorrichtungen
in Aufsicht betrachtet zwischen den beiden Ständerhälften angeordnet, die so wirken,
als würden
sie die beiden Hälften
auseinanderzwingen. Bei Benutzung miteinander ermöglichen
die vier Ansteller eine relative Bewegung der beiden Ständerhälften zueinander
mit drei Bewegungsarten: eine einfache Änderung des Abstands zwischen
den beiden Ständerhälften; eine
Kipp- oder Drehbewegung
eines Ständers
relativ zu dem anderen in Richtung des Bewegungspfads des Metallbands
durch das Walzengerüst;
und eine Kipp- oder Drehbewegung des einen Ständers relativ zu dem anderen
in Querrichtung über
die Breite des Metallbands, das durch das Walzengerüst läuft. Diese
drei Bewegungsarten lassen sich selbstverständlich kombinieren. Positionsmesasumformer
in dichter Nähe jeder
Ständerecke
gestatten es den Druck-Stellvorrichtungen, die Orientierung der
Gehäuse
genau zu ändern.
-
Die
relative Bewegung der beiden Ständer zueinander
verursacht wiederum eine relative Bewegung der beiden Arbeitswalzen
zueinander und erhöht
oder vermindert ihren Abstand voneinander, während sie parallel zueinander
liegen, oder sie erhöht
oder reduziert den Abstand der Walzen an einem Ende relativ zum
anderen Ende, so dass zwischen den Walzen eine kegelige Öffnung gebildet wird.
-
Da
sich die Änderung
des Abstands und die Position der Walzen schnell und ohne Verursachung von
Schwingungen erreichen lässt,
lässt sich
leichter eine verbesserte Steuerung über die Länge des gewalzten Metalls erreichen.
-
Ein
Vielwalzengerüst-Steuerungssystem, das
die Erfindung beinhaltet, wird jetzt anhand der Zeichnungen beispielsweise
beschrieben. Auf diesen:
-
zeigt 1 eine
vereinfachte, perspektivische Ansicht eines konventionellen Vielwalzengerüsts mit
zweigeteiltem Ständer;
und
-
2 zeigt
einen Schnitt durch ein Vielwalzengerüst mit zweigeteiltem Ständer und
der Erfindung.
-
1 zeigt
ein in Aufsicht rechteckiges konventionelles Vielwalzengerüst mit zweigeteiltem Ständer, bei
dem vier oben auf der oberen Hälfte
des Ständers 24 angeordnete
Hydraulikzylinder 28 die beiden Ständerhälften 24, 25 unter
hohem Druck mittels vier sich durch den gesamten Ständer erstreckenden,
an ihren unteren Enden am unteren Ständer 25 befestigte
Säulen 19 (von
denen hier nur zwei dargestellt sind) zusammenhalten. Die Zylinder
und Säulen
sind bei Betrachtung des Vielwalzengerüsts in rechteckiger Aufsicht
näherungsweise
an seinen Ecken angeordnet.
-
2 zeigt
die Positionsregelung des Vielwalzengerüsts bestehend aus vier Druck-Stellvorrichtungen 20 (von
denen hier nur zwei dargestellt sind) und vier Positionsmessumformern 22 (von
denen ebenfalls nur zwei dargestellt sind), in einer Anordnung zusammen
mit einem konventionellen Vielwalzengerüst mit zweigeteilten Ständer mit
einer oberen Ständerhälfte 24 und
einer unteren Ständerhälfte 25 und
verschiedenen Walzen A bis H und 12 bis 15, sowie
mit einer (nicht dargestellten) Steuerung zur Überwachung der Positionsmessumformer und
zur Änderung
der Druck-Stellvorrichtungen.
-
Jede
Druck-Stellvorrichtung enthält
ein Ringröhren-Stellteil 20,
d. h., der Hebestempel ist in Aufsicht kreisringförmig, und
seine Hülse
hat in Aufsicht eine ähnliche
Kreisringform, so dass jede Stellvorrichtung so montiert werden
kann, dass sie die Säule des
entsprechenden Hydraulikzylinders 19 umschließt. Auf
diesem Weg übt
jeder Hydraulikzylinder eine Kraft aus, die die beiden Ständerhälften unter gleichzeitiger
Beaufschlagung mit einer die beiden Hälften auseinander-drückenden
Kraft durch eine Druck-Stellvorrichtung zueinander zieht. Die von
den Hydraulikzylindersätzen
und den Druck-Stellvorrichtungen ausgeübten Kräfte variieren selbstverständlich je
nach dem speziellen Walzengerüst
und der Bandtype, können
jedoch typisch im Bereich von 1000 bis 1200 Tonnen liegen.
-
Jede
Druck-Stellvorrichtung wird von einer in dichter Nähe gelegenen
Servomechanik gesteuert, so dass das Fluidvolumen im System auf
ein Mindestmaß beschränkt wird,
um die Kompressibilität des
Systems zu reduzieren.
-
Ein
Positions- und/oder Druckmessumformer 22 befindet sich
in dichter Nähe
jeder Stellvorrichtung, so dass sich die unabhängigen Wirkungen der einzelnen
Stellvorrichtungen genau messen lassen.
-
Ein
Steuermechanismus zur Betätigung
der Stellvorrichtungen, der viele konventionelle Ausführungsformen
haben kann, überwacht
ebenfalls die Messumformer, so dass die von den Messumformern abgeleitete
Information zur automatischen Justierung der Funktion der Stellvorrichtungen
als Reaktion auf etwaige kleine, nicht voraussagbare Schwankungen benutzt
werden kann.
-
Die
entgegengesetzt wirkenden Hydraulikzylinder und Druck-Stellvorrichtungen
gewährleisten, dass
die gesamte Hydraulikflüssigkeit
im ganzen System unter sehr hohem Druck gehalten werden kann und
daher weniger komprimierbar und weniger schwingungsanfällig ist.
-
Durch
Veränderung
der Wirkweise der Druck-Stellvorrichtung entweder alleine oder zusammen
mit den Hydraulikzylindern können
unabhängig voneinander
ein Heben der beiden Ständerhälften (so
dass ihre sich gegenüberliegenden
Fläche
parallel zueinander gehalten werden können), ein Stellen in eine
Schräglage
(so dass ein Ständer
näherungsweise
eine Drehbewegung um seine Längsachse ausführt, die
parallel zur Vorschubrichtung liegt), und ein Wippen (so dass ein
Ständer
näherungsweise eine
Drehbewegung um seine Querachse, d. h. horizontal lotrecht zur Voschubrichtung)
bewirkt werden. Diese voneinander unabhängigen Wirkungen können einander
dann mit hoher Geschwindigkeit überlagert
werden, um unterschiedliche Walzenstellungen zu erreichen.
-
Jeweils
drei beliebige der Messumformer genügen zur vollständigen Definition
der relativen Position der beiden Ständer hinsichtlich ihres Hubs,
ihrer Schräglage
und ihres Wippen. Das von den Arbeitswalzen gebildete Profil ist
ebenfalls bekannt (werden die Anstellbaugruppen ebenfalls benutzt,
muss die hierdurch verursachte Änderung
ebenfalls berücksichtigt
werden). Die Arbeitswalzen werden durch Justieren mit den Stellvorrichtungen
auf das gewünschte
Bandprofil eingestellt (das sich mit der Zeit ändern kann). Zeigen die Positionsmessumformer, dass
das tatsächliche
Bandprofil von dem gewünschten
Profil abweicht, wird eine dieser Abweichung entgegenwirkend Funktion
der Stellvorrichtungen verursacht, so dass das Profil wieder seine
gewünschten Abmessungen
erhält.
-
Die
einfachste Methode zur Regelung des Arbeitswalzenprofils ist folgende.
Stellt ein Messumformer fest, dass der Abstand zwischen den Ständern am
Punkt dieses Messumformers geringer wird als der gewünschte Ständerabstand
(der dem gewünschten
Arbeitswalzenprofil entspricht), wird eine zusätzliche Kraftbeaufschlagung
durch die zugehörigen
Stellvorrichtung verursacht, die proportional zur Abweichung des
Abstands verläuft.
Umgekehrt reduziert die Stellvorrichtung die aufgebrachte Kraftbeaufschlagung,
wenn sich der Abstand vergrößert.
-
Im
Idealfall sollte eine Form von Steuerung wie eine PID-Steuerung
in dem Bearbeitungsmittel vorhanden sein, so dass mit Verlängerung
des Zeitraums, über
den die Abweichung feststellbar ist, die Stellvorrichtungen durch
Nutzung einer integrierenden Komponente der Abweichung in wachsendem Umfang
entgegenwirken. Formmessgeräte
u. dgl. könnten
ebenfalls mit einbezogen werden, um das Band beim Einlaufen und/oder
Verlassen des Walzengerüsts
zu überwachen,
wobei die Signale von solchen Messvorrichtungen gewichtet werden
und zu denen der Positionsmessumformer des Ständers addiert werden. Daten
für das
in das Walzengerüst
einlaufende Band könnten
auch zur Synchronisierung der Kraftbeaufschlagung durch die Stellvorrichtung mit
der Bandschwankung benutzt werden. Daten für das aus das Walzengerüst verlassende
Band könnten
auch als Feedback zur Verbesserung der Genauigkeit benutzt werden,
mit der die Stellvorrichtung wirken.
-
Die
Steuerungsmittel können
zusammen mit anderen Mitteln zur Änderung der Walzenposition
benutzt werden, insbesondere durch Änderung der Walzenexzenter.
Die Steuerungsmittel übernehmen dann
die anteilige Zuordnung der erforderlichen Abweichung zu den verschiedenen
Mitteln. Die Aufteilung könnte
in einem festen Verhältnis
erfolgen, oder ein Mittel könnte
gegenüber
dem zweiten Mittel bevorzugt eingesetzt werden, das dann nur über einen bestimmten
Druck, oder anhand einer anderen Strategie eingesetzt würde. Durch
Variierung der Exzenter lassen sich kleine Änderungen an vielen Stellen an
den Walzen entlang erreichen. Eine gleichförmige Änderung über die Bandbreite z. B. ein
keilförmiges Profil,
lässt sich
leichter durch Änderung
der Schräglage
der Walzen unter Einsatz der Stellvorrichtungen zwischen den Ständern wie
hierin beschrieben erreichen. Die Steuerungsmittel können dann Änderungen
in kleinem Maßstab
der Steuerung durch die Walzenexzenter zuordnen, während große Änderungen
von den Stellvorrichtungen zwischen den Ständern handgehabt werden.
-
Es
gibt viele möglichen
Varianten. So reicht es, auch wenn es nicht wünschenswert ist, beispielsweise
aus, wenn man drei Stellvorrichtungen nicht kollinear zwischen den
beiden Ständerhälften anordnet,
um den gleichen Bewegungsbereich zu erhalten. Auf ähnliche
Weise ließen
sich auch die relativen Lagen der beiden Ständerhälften mit drei nicht kollinear angeordneten
Positionsmessumformern überwachen.
Es kann auch bequemer sein, eine Vielzahl von zylindrischen Hubarmen
kreisförmig
unter einem Kreisring anzuordnen, der jede Zylindersäule umgibt, oder
einen Hubstempel neben jeder Säule
anstelle einer Ringrohranordnung. Werden für das System nur ein oder zwei
Freiheitsgrade benötigt,
könnte
die Anzahl der Stellvorrichtungen auf eine oder zwei reduziert werden,
insbesondere, wenn sowohl die Stellvorrichtungen und die Hydraulikzylinder
eine Änderung
erfahren sollen. Als Alternative könnten zusätzliche Stellvorrichtungen
eingesetzt werden, um die Wirkung der vier Hauptstellvorrichtungen
zu steigern. Selbstverständlich
lassen sich die gegenwärtigen Methoden
auch auf Vielwalzengerüste
mit unterschiedlichen Zahlen von Anstellwalzen anwenden.