EP3790674B1 - Walzgerüst mit einer hydraulikanordnung zur regelung des walzspalts und verfahren hierfür - Google Patents
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- EP3790674B1 EP3790674B1 EP19721316.8A EP19721316A EP3790674B1 EP 3790674 B1 EP3790674 B1 EP 3790674B1 EP 19721316 A EP19721316 A EP 19721316A EP 3790674 B1 EP3790674 B1 EP 3790674B1
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Definitions
- the invention relates to a roll stand with a hydraulic arrangement and a method for controlling a roll gap of the roll stand, in particular for the flexible rolling of strip material.
- strip material with an entry thickness is rolled in a warm or cold state to a desired thickness in one or more steps.
- the strip material is guided through a defined roll gap formed by two work rolls.
- the roll gap can be set using a generally hydraulic adjustment unit in order to compensate for disturbance variables in the rolling process, for example changes in the initial thickness.
- strip material is produced with a constant nominal thickness, so that after an initial setting of the nominal roll gap, only small deviations resulting from the influence of disturbance variables have to be readjusted.
- strip material is produced with a variable target thickness profile in the longitudinal direction of the strip. In addition to correcting the deviations caused by disturbance variables, the roll gap must be tracked to the target thickness profile.
- the necessary changes in the roll gap are usually many times greater than the changes in the roll gap caused by the correction of the disturbance variables.
- a device for controlling the roll gap In order to achieve high rolling speeds and thus high productivity in flexible rolling, a device for controlling the roll gap must enable relatively large lifting distances of the rolls in a short time with simultaneous high-precision adjustment of the roll gap.
- the hydraulic arrangement has a single-acting piston-cylinder unit and several servo valves.
- a high flow servo valve and a low-flow servo valve are both connected to the pressure chamber of the piston-cylinder unit.
- a pressure reducing valve may be connected to the second chamber.
- position control is performed using only the low flow servo valve.
- the high-flow servo valve is used only when it is necessary to make a large position change in an extremely short time, such as rapidly opening and closing the roller for roller removal when an abnormality occurs.
- a hydraulic control device is known.
- Several servo valves are connected in parallel with a hydraulic actuator in the form of a piston-cylinder unit.
- the servo valves can have the same or different flow rates.
- Several of the servo valves can be operated simultaneously.
- a hydraulic cylinder with a piston-side cylinder chamber and a head-side cylinder chamber is known.
- a pressure line is connected to the head-side cylinder chamber, from which a return line is branched off to the tank.
- a first group of on-off solenoid control valves arranged in parallel is provided in the pressure line.
- a second group of on-off solenoid control valves arranged in parallel is provided in the return line branched off from the pressure line.
- the line to the piston-side cylinder chamber is valveless.
- the hydraulic device includes a double-acting hydraulic cylinder and two switching valves, which are each connected to both cylinder chambers of the hydraulic cylinder. Depending on the switching position of the switching valves, the hydraulic cylinder can be extended quickly or slowly.
- the adjusting cylinder includes a cylinder housing in which an adjusting piston and a counter-piston are arranged.
- a first pressure chamber is formed between the cylinder wall and the actuating piston, a second pressure chamber is formed between the actuating piston and the counter-piston, and between the counter-piston and the opposite cylinder wall a third pressure room.
- a pressure line for hydraulic fluid is assigned to each pressure chamber. The pressure that can be applied to the first two pressure chambers can be between 10 bar and 250 bar. The pressure that can be applied to the third pressure chamber is below 5 bar.
- a device for hydraulically controlling a pressure roller by means of actuating cylinders is known.
- the device comprises a switchable valve in each case.
- the disadvantage of this design of the hydraulic control is that one valve can either be designed in such a way that it moves the actuating cylinder as quickly as possible or as precisely as possible.
- the object of the invention is to provide a hydraulic arrangement and a method for controlling a roll gap of a roll stand or a roll stand with such a hydraulic arrangement that enables variable, highly dynamic adjustment of the roll gap with high positional accuracy and rolling at high rolling speeds.
- a hydraulic arrangement for controlling a roll gap of a roll stand comprising: at least one hydraulic adjustment unit for adjusting the roll gap; a first double-acting valve arrangement for variable control of the screwdown unit; and a second double-acting valve arrangement for variable control of the adjusting unit, which is connected in parallel with the first valve arrangement and has a larger flow rate rating than the first valve arrangement.
- the roll stand includes at least two work rolls that define the roll gap. By moving at least one of the work rolls or by changing the roll gap during rolling, the strip material can be flexibly rolled so that it has a variable thickness over its length.
- the hydraulic screwdown unit is operatively connected to at least one of the work rolls in order to move it.
- the operative connection can take place indirectly via one or more further components, in particular via at least one chock and/or optionally via at least one support roller.
- the adjusting unit can have a cylinder and an adjusting piston, the adjusting piston is movable in the cylinder and divides it into a first chamber and a second chamber.
- the first and the second valve arrangement are each double-acting, for which they are hydraulically connected to the first and the second chamber of the screwdown unit, respectively.
- each of the valve arrangements can apply hydraulic pressure to both chambers of the screwdown unit in order to actuate the screwdown unit in both directions, ie in the opening and closing directions.
- the hydraulic adjustment unit can be designed to be acted upon by one or more pressure medium sources with a working pressure of more than 200 bar in particular. The working pressure can be transmitted to the first and/or second chamber via the two valve arrangements in order to pressurize the piston accordingly.
- the hydraulic arrangement according to the invention or the roll stand according to the invention has the advantage that, at least for a partial number of roll gap changes during rolling, a defined stroke path between a starting or actual roll position and a target roll position can be divided into several sections, with a first section a large part of the stroke can be realized by means of the second valve arrangement with a large nominal volume flow and high setting speeds and in a second section a highly precise positioning of the rollers can be carried out by the first valve arrangement with a smaller nominal volume flow and lower setting speeds.
- the arrangement is particularly suitable for the flexible rolling of strip material, in which strip material is produced with a variable thickness over the length, since this enables highly dynamic and rapid regulation of the roll gap with high accuracy.
- the nominal volume flow should be understood to mean the maximum volume flow of the inflowing or outflowing hydraulic fluid when the respective valve arrangement is fully opened, which results at a defined pressure difference.
- the second valve arrangement can have a nominal volume flow which is at least twice, in particular at least 8 times, in particular at least 10 times, in particular at least 15 times the nominal volume flow of the first valve arrangement. If one of the first and / or second valve assembly comprises a plurality of individual valves, the specified nominal volume flow of the respective arrangement relate to the sum of the respective nominal volume flows of the individual valves of this first or second valve arrangement.
- any unit that can convert hydraulic energy that can be transmitted by the first and/or second valve arrangement into mechanical energy is to be included as a hydraulic adjustment unit.
- At least one hydraulic screwdown unit is provided for regulating the roll gap in a roll stand, which also includes the possibility of two or more screwdown units.
- an associated adjustment unit can be provided on each side of a work roll of a roll stand. In this case, the two adjustment units can be controlled synchronously in order to move the work roll.
- the at least one hydraulic adjusting unit can comprise a cylinder and an adjusting piston, the adjusting piston movably dividing the cylinder into a first chamber and a second chamber.
- the adjustment unit is a double-acting cylinder and can also be referred to as a piston-cylinder unit.
- the adjustment unit includes exactly one, that is to say no more than one piston, which correspondingly divides the cylinder into exactly two chambers, that is to say no more than two chambers.
- the adjusting piston is operatively connected to the work roll in such a way that moving the piston causes the work roll to move relative to the strip material and thus causes the roll gap to change.
- the adjusting piston can act on the work roll directly or indirectly via other components, in particular one or more backup rolls.
- the movement of the adjusting piston can move a chock that is vertically displaceable in a roll stand and in which a first work roll or a back-up roll acting on the first work roll is rotatably mounted, or apply a rolling force to it.
- the first work roll can be slidably mounted in the roll stand, in particular by means of two chocks, that is to say one chock on each side.
- the first work roll together with a second work roll, which is rotatably mounted and arranged in the roll stand so as to be non-displaceable, can form a roll gap form.
- the roll gap can thus be adjusted variably by the adjustment unit and a defined rolling force can be applied to a strip material.
- the volume flow required in each case into one chamber of the adjusting unit and out of the opposite chamber results from the stroke of the adjusting piston and the cross-sectional area acting in the first chamber or the second chamber.
- the cross-sectional areas of the first chamber and the second chamber can differ.
- one of the chambers through a piston rod may have an annular cross-section with an outer diameter while the other chamber has a circular cross-section with the same outer diameter.
- the hydraulic adjustment unit can be pressurized by one or more pressure medium sources with a working pressure greater than 200 bar, in particular greater than 230 bar, in particular greater than 250 bar, in particular greater than 270 bar, possibly also greater than 300 bar.
- the high pressures ensure that high piston speeds can be achieved on the adjustment units with fast switching times of less than 200 ms.
- the high pressures allow sufficient rolling force to act on the work rolls. Overall, a highly dynamic roll gap control is thus achieved.
- the required volume of hydraulic fluid can be made available more quickly. In principle, however, any arrangement that can provide a largely constant working pressure is conceivable.
- one of the one or more pressure medium sources can have a pump or a pressure medium reservoir with a connected pump.
- the first and second valve assemblies may be fed from a common source of pressurized fluid, or a subset of the pressure ports of the first and second valve assemblies may be connected to a separate source of pressurized fluid.
- All valve arrangements are to be understood as double-acting valve arrangements, through which the volume flows can be set variably in such a way that a double-acting cylinder can be both extended and retracted.
- the usage of two valve arrangements with different flow rates enables the double-acting cylinder to be moved both quickly and slowly.
- the adjustment unit of the hydraulic arrangement according to the invention can be extended and retracted both independently of one another and/or in a combination of both valve arrangements by the first valve arrangement and by the second valve arrangement.
- the first valve arrangement can control a volume flow of a first pressure medium path, which is connected to the first chamber, and a volume flow of a second pressure medium path, which is connected to the second chamber.
- the second valve arrangement can control a volume flow of a third fluid path connected to the first chamber and a volume flow of a fourth fluid path connected to the second chamber.
- a volume flow can be controlled out of one of the chambers of the adjusting cylinder and into one of the chambers of the adjusting cylinder via the first and second valve arrangement.
- the volume flows controlled via the first and second valve arrangement can be adjusted fully variably at a defined working pressure from an open position to a closed position.
- a valve of the first valve arrangement and a valve of the second valve arrangement can each be designed as a continuous valve, in particular as a servo valve. Pilot-operated valves can also be used here.
- the second valve arrangement can include at least one valve for controlling the hydraulic adjustment unit.
- a valve has an actuator, for example a valve piston, by which the volume flow through the valve can be controlled.
- the valve arrangement can be controlled with little control complexity.
- a plurality of kinematically decoupled valve actuators can be controlled and thus a highly variable control of the adjustment unit can be implemented.
- the first valve arrangement can include at least one valve for controlling the hydraulic adjustment unit.
- the first and the second valve arrangement can each comprise any number of valves connected in series and/or parallel, which together enable double-acting control of the adjustment unit, with the resulting nominal volume flow of the second valve arrangement being in particular many times greater than the resulting nominal volume flow of the first valve assembly. If the first and/or the second valve arrangement has a plurality of individual valves, these individual valves can each be designed to be single-acting or double-acting, that is to say they can act hydraulically on the adjustment unit only in one direction of actuation or in both directions of actuation.
- a first valve of the respective valve arrangement can act on the adjusting unit so that it is retracted, while a second valve of the valve arrangement acts on the adjusting unit so that it is extended, in particular according to the so-called principle of divided control edges.
- the first and second valves thus form a double-acting valve arrangement which is hydraulically connected to the first and second chambers of the actuating unit.
- one or both of the valve arrangements can also include one or more valves, each of which is designed to be double-acting, that is to say in which the respective valve can act on the adjustment unit in both directions. It goes without saying that the options mentioned each apply to the first and/or the second valve arrangement.
- valve arrangements with several valves should be the total maximum volume flow flowing in or out through the valves of a valve arrangement at a specific pressure difference.
- the valve arrangements can in particular be composed of 2/2, 3/2, 3/3, 4/2, 4/3 or 5/3-way valves.
- a valve arrangement can be formed from a parallel connection of two 3/3-way valves or two 4/3-way valves.
- the first valve assembly and the second valve assembly are hydraulically connected to a main tank.
- One or more pressure accumulators can optionally be provided in the feed line (pressure line) between the main tank and the first or second valve arrangement.
- the at least one pressure accumulator is used in particular to ensure a constant flow of pressurized oil to the first and/or second valve arrangement and to compensate for consumption peaks.
- an intermediate tank can be arranged in a return line between the first valve arrangement and a main tank and/or between the second valve arrangement and the main tank for discharging and storing hydraulic fluid flowing out of the adjustment unit.
- the hydraulic fluid is then pumped from the intermediate tank into the main tank.
- the intermediate tank allows the hydraulic fluid column to be relieved early and pulsations in the return line between the valve and the main tank can be reduced, so that the hydraulic fluid flowing out of the adjustment unit can be discharged more quickly.
- Pulsation dampers in the return line between the valve arrangements and the main tank, in particular in front of the intermediate tank, are also conceivable for damping the pulsations of the hydraulic fluid.
- the intermediate tank can be arranged above the main tank.
- the intermediate tank can also be referred to as an elevated tank.
- the intermediate tank can be arranged at a vertical height with the first and the second valve arrangement and/or at a distance of less than three meters, in particular less than two meters, from the valve arrangements.
- the object is also achieved by a method for controlling a roll gap of a roll stand, in particular by means of one of the hydraulic arrangements described above or roll stand with such a hydraulic arrangement, with the steps: determining an actual roll position of a work roll; determining a target roll position of the work roll; and controlling a degree of opening of a first valve arrangement and a degree of opening of a second valve arrangement for actuating the adjustment unit depending on the actual roll position and the target roll position, the roll gap being changed during rolling, and wherein at least for a change in thickness of a roll section to be rolled during the Rolling the adjusting unit is controlled in a first section of a stroke between the actual roller position and the target roller position by means of the first valve arrangement and the second valve arrangement and in a second section of the stroke only by the first valve arrangement.
- first or second section of the lifting path can be any desired lifting path sections between the actual and the target position. Further stroke path sections are conceivable, which can be before, between and/or after.
- first and second valve arrangement for example opening at least one valve of the first valve arrangement, then opening at least one valve of the second valve arrangement, closing the valve of the second valve arrangement again and then closing the valve of the first valve arrangement again.
- the at least one valve of the first and the at least one valve of the second valve arrangement can also be opened at the same time or in reverse order.
- the control described relates to at least one change in thickness during the rolling process for producing a strip material that is rolled, in particular, flexibly.
- hydraulic control of the adjusting unit(s) takes place at least for a partial number of roll gap changes or strokes by means of the first and the second valve arrangement.
- This allows the desired roll gap to be set quickly, with precise positioning then being able to take place using the valve arrangement designed for the smaller nominal volume flow.
- changes in the thickness of profile sections to be produced can only be carried out by means of one of the two valve arrangements, in particular the small valve arrangement with smaller strokes.
- the adjustment unit is controlled in the first section of a stroke path between the actual roller position and the target roller position by means of the first and/or second valve arrangement in order to achieve high actuating speeds, and in the second section of the stroke path, which in particular Target roll position includes, is carried out by the two valve assemblies solely by means of the first valve assembly to achieve high positional accuracy.
- the adjustment unit for roll gap changes of more than 10% deviation between the actual and desired position, in particular more than 5% of the roll gap size can be controlled by means of the first and second valve arrangement in the first section of the stroke ( ⁇ X).
- An absolute value, at which both valve arrangements are controlled to actuate the adjusting unit can be specified, for example, as a change in thickness or roll gap of greater than 0.1 mm.
- the method analogously has the advantages of the hydraulic arrangement according to the invention. It is therefore understood that all the features mentioned in connection with the arrangement can be transferred to the method and, conversely, all the features mentioned in connection with the method can be transferred to the arrangement.
- At least one manipulated variable for controlling the degree of opening of the first valve arrangement and at least one manipulated variable for controlling the degree of opening of the second valve arrangement can be output with a time delay.
- a first manipulated variable for a first valve of the first valve arrangement and a second manipulated variable for a second valve of the first valve arrangement can be output with a time delay and/or for controlling the degree of opening of the second valve arrangement first manipulated variable for a first valve of the second valve arrangement and a second manipulated variable for a second valve of the second valve arrangement are output with a time delay.
- the variability in the control of the adjustment unit can be increased by both of the aforementioned embodiments.
- the first valve arrangement and the second valve arrangement, and/or individual valves of the first and/or second valve arrangement can also be actuated at the same time.
- the target roll position can be determined as a function of a target thickness profile and at least one of a thickness measurement on the entry side of the work roll and a profile thickness measurement on the exit side of the work roll.
- a roll stand 32 and a hydraulic arrangement for controlling a roll gap 19 of the roll stand are shown schematically in a first embodiment.
- incoming strip material 18 is rolled through the roll gap 19 from a constant nominal thickness to a variable thickness profile of the outgoing strip material 18'.
- the roll gap 19 is formed by two work rolls 6, 6' of the roll stand 32, which in the present case is designed as a four-high roll stand.
- a four-high roll stand comprises, as the name suggests, four rolls, two work rolls 6, 6' and two back-up rolls 5, 5', it being understood that roll stands with a different number of rolls can also be used, for example duo - or trio roll stands.
- the work rolls 6, 6' are here each supported by a backup roll 5, 5' in order to reduce the deflection of the work rolls 6, 6'.
- the work rolls 6, 6' and the back-up rolls 5, 5' are each rotatably supported in chocks, which are not shown in the figures.
- the chocks are in turn accommodated in a roll stand of the roll stand 32 . It is provided that the rollers 5, 6; 5', 6' rotatably mounted at their ends in an associated chock, ie two chocks are provided for each roll, which jointly carry the roll in a rotatable manner.
- the chocks of the lower work roll 6' and the lower back-up roll 5' are held firmly in the roll stand, and the chocks of the upper work roll 6 and the upper back-up roll 5 are vertically displaceably supported in the roll stand 32.
- the chocks of the upper work roll 6 and the upper back-up roll 5 are vertically displaceably supported in the roll stand 32.
- the lower back-up roll 5' and lower work roll 6' are held stationary.
- arrangements are also possible in which only the lower rollers 5', 6' are moved and the upper rollers 5, 6 are held stationary, or in which both the upper rollers 5, 6 and the lower rollers 5', 6 'To each other are vertically movable.
- At least one adjustment unit 1 is provided for setting or changing the roll gap 19, which acts at least indirectly on a work roll.
- an associated adjustment unit 1 be provided, that is, the adjustable roller is set a total of two adjustment units.
- the adjustable roll can be a work roll, for example in the case of a two-high rolling mill, that is to say in this case the adjusting unit 1 acts on the chocks of the work roll.
- the adjustable roll can also be a back-up roll, for example in a four-high rolling stand, in which case the adjusting unit 1 acts on the chocks of the back-up roll 5 , which in turn adjusts the work roll 6 .
- the chocks of the upper backup roll 5 are each positioned vertically via a screwdown unit 1 .
- the adjusting units 1 can exert a vertical force on the respectively associated chock, so that the upper backup roll 5 acts on the upper work roll 6 with a rolling force.
- the adjusting unit 1 comprises an adjusting piston 2 which divides an adjusting cylinder 17 into a first chamber 3 and a second chamber 4 in a movable manner. If the first chamber 3 is subjected to a higher pressure than the second chamber 4, the adjusting piston 2 moves in the direction of the second chamber 4 and the roll gap 19 is reduced. If the second chamber 4 is subjected to a higher pressure than the first chamber 3, the adjusting piston 2 moves in the direction of the first chamber 3 and the roll gap 19 is increased.
- the pressurization of the two chambers 3, 4 is controlled by two valve assemblies 9,10.
- the first valve arrangement 9 and the second valve arrangement 10 each comprise exactly one valve 11, 12, with the valve 12 of the second valve arrangement 10 having a larger nominal volume flow than the valve 11 of the first valve arrangement 9.
- the valve 11 in the first embodiment of the hydraulic arrangement is designed as a 5/3-way valve, which controls a first pressure medium path 13 and a second pressure medium path 14, with an actuator 20.
- the valve 11 is connected to a port A via the first pressure medium path 13 to the first chamber 3 and to a port B via the second pressure medium path 14 to the second chamber 4 .
- the valve 11 is connected to a pressure medium source 27 via two connections P and to a tank 28 via a connection T figure 1 are shown.
- the valve 12 of the second valve arrangement 10 is also designed as a 5/3-way valve which controls a third pressure medium path 15 and a fourth pressure medium path 16 with an actuator 21 .
- the valve 12 is connected to a port A via the third pressure medium path 15 to the first chamber 3 and to a port B via the fourth pressure medium path 16 to the second chamber 4 .
- the valve 12 is connected to a pressure medium source 27 via two connections P and to a tank 28 via a connection T, which is only connected in figure 1 are shown.
- any arrangement that can provide a largely constant working pressure that is greater than 200 bar, in particular greater than 250 bar, in particular greater than 300 bar, at a defined volume flow at the ports P of the valve assemblies 9, 10 is conceivable as the pressure medium source 27.
- a direct connection of one or more pumps to the connections P of the valve assemblies 9, 10 is possible, or one or more pressure medium reservoirs can be arranged between the valve assemblies 9, 10 and a pump.
- the ports P of the valve assemblies 9, 10 are fed from a common pressure medium source.
- at least some of the ports P of the valve assemblies 9, 10 are connected to a separate pressure medium source.
- any arrangement is conceivable as a tank 28 which enables the hydraulic fluid which flows out of the adjustment unit 1 to be received and which feeds the pumps of the pressure medium source 27 with hydraulic fluid.
- the arrangement can be designed in such a way that the outflowing hydraulic fluid can flow off as quickly as possible.
- the outflowing hydraulic fluid reaches an intermediate tank 29, which is positioned in the vicinity of the valve arrangements 9, 10 and in particular has a distance of less than 3 m from the valve arrangements 9, 10, and is pumped from there into a main tank 28 will.
- Pulsation dampers 30 can be arranged in the return line 31 between the valve assemblies 9 , 10 and the main tank 28 , in particular before the intermediate tank 29 , to dampen pulsations of the hydraulic fluid quickly flowing out of the valve assemblies 9 , 10 .
- valve 11 of the first valve arrangement 9 and the valve 12 of the second valve arrangement 10 are in Figure 2a shown in a first switching position in which the first chamber 3 and the second chamber 4 are not subjected to working pressure from the pressure medium source and the adjusting piston 2 remains in the closed position.
- the actuators 20, 21 are each positioned in such a way that the two chambers 3, 4 of the adjusting cylinder 17 are hydraulically separated both from the pressure medium source and from the tank and thus an inflow and outflow of the hydraulic fluid into one of the both chambers 3, 4 is prevented.
- the adjusting piston 2 can move neither in the direction of the first chamber 3 nor in the direction of the second chamber 4 due to the extensive incompressibility of the hydraulic fluid.
- valve 11 of the first valve assembly 9 and the valve 12 of the second valve assembly 10 are shown in a second switching position, in which the second chamber 4 is acted upon by the working pressure of the pressure medium source.
- the adjusting piston 2 moves in the direction of the first chamber 3 and the roll gap 19 is increased.
- the actuators 20, 21 are each positioned such that the first chamber 3 of the adjusting cylinder 17 is hydraulically connected to the tank and the hydraulic fluid can thus flow out of the first chamber 3 in the direction of the tank.
- the outflow of the hydraulic fluid is shown in each of the figures by white arrows with a black border.
- the second chamber 4 of the adjusting cylinder 17 is hydraulically connected to the pressure medium source via the valves 11, 12 and the hydraulic fluid flows under the working pressure into the second chamber 4.
- the flow of the hydraulic fluid is shown in the figures by filled-in arrows .
- valve 11 of the first valve arrangement 9 and the valve 12 of the second valve arrangement 10 are shown in a third switching position, in which the first chamber 3 is subjected to the working pressure of the pressure medium source.
- the adjusting piston 2 moves in the direction of the second chamber 4 and the roll gap is reduced or the rolling force is increased.
- the actuators 20, 21 are each positioned so that the second chamber 4 is hydraulically connected to the tank and thus an outflow of the Hydraulic fluid can be done from the second chamber 4 in the direction of the tank.
- the first chamber 3 of the adjusting cylinder 17 is hydraulically connected to the pressure medium source via the valves 11, 12, and the hydraulic fluid flows under the working pressure into the first chamber 3.
- a stroke volume that is the product of the effective cross-sectional area of the adjusting cylinder 17 and the stroke ⁇ X must be conveyed into the second chamber 4 and simultaneously out of the first chamber 3 .
- the effective cross-sectional area of the second chamber 4 is ring-shaped due to the piston rod and is smaller than the effective cross-sectional area of the first chamber 3 .
- the second valve arrangement 10 has a larger nominal volume flow than the first valve arrangement 9 . When the valve assemblies 9, 10 are fully opened, a larger part of the stroke volume is thus conveyed through the second valve assembly 10 into the second chamber than through the first valve assembly.
- valve assemblies 9, 10 can be designed so that in the first section of the stroke ⁇ X both valve assemblies 9, 10 are open to allow the largest possible volume flow, as in the Figures 2b and 2c shown. In the second area, the second valve assembly 10 is closed and the resulting volume flow corresponds to the nominal volume flow of the first valve assembly 9.
- valve 11 of the first valve arrangement 9 and the valve 12 of the second valve arrangement 10 are shown in a fourth switching position in which - as previously in Figure 2c -
- the first chamber 3 is subjected to the working pressure of the pressure medium source.
- the adjusting piston 2 moves in the direction of the second chamber 4 and the roll gap is reduced or the rolling force is increased.
- the actuator 21 of the valve 10 is in a closed position, so that the hydraulic fluid can flow into the first chamber 3 and the hydraulic fluid can flow out of the second chamber 4 only via the first valve 9 takes place.
- the resulting volume flow and thus also the actuating speed of the adjusting piston 2 are thus reduced compared to the third switching position.
- a more precise positioning of the adjustment unit or the work roll 6 is made possible.
- the valve arrangements 9 , 10 are controlled via a manipulated variable output by a controller 25 .
- the valves 11, 12 are each designed as a continuous valve, in particular as a servo valve or servo valves with pilot control, so that the two valves 11, 12 can be continuously adjusted via the manipulated variable between an open position with a nominal volume flow and a closed position without a volume flow.
- the degrees of opening of the valves 11, 12 the resulting volume flow and thus the stroke speed of the actuating piston 2 can be set in a targeted manner over the stroke ⁇ X.
- the controller 25 can be supplied with the actual roll position as a controlled variable and with the setpoint roll position as a command variable from a process controller.
- the target roll position can be specified by the process control depending on a target thickness profile. It is also conceivable that the target roller position is determined as a function of an actual thickness profile of the outgoing strip material 18 ′ recorded by the measuring unit 8 and/or a thickness profile of the incoming strip material 18 recorded by the measuring unit 7 .
- FIG 3 a hydraulic arrangement according to the invention or a roll stand with such a hydraulic arrangement is shown schematically in a second embodiment, which differs from the hydraulic arrangement in figure 1 differs only by the alternative configuration of the second valve arrangement 10'.
- Identical elements of the hydraulic arrangements are provided with the same reference numbers. For the similarities, please refer to the comments on the figures 1 and 2a to 2d referred.
- the second valve arrangement 10' comprises a first valve 12' and a second valve 12'.
- the first valve 12' uses an actuator 21' to control the third pressure medium path 15' and an additional fifth pressure medium path 22.
- the first valve 12 ′ is hydraulically connected to a connection A via the third pressure medium path 15 ′ to the first chamber 3 and to a connection B via the fifth pressure medium path 22 to the second chamber 4 .
- the valve 12' is hydraulically connected via a connection P to a pressure medium source (not shown) and via a connection T to a tank.
- the second valve 12" controls the fourth pressure medium path 16' and an additional sixth pressure medium path 23 with an actuator 21".
- the second valve 12" is connected to a port B via the fourth pressure medium path 16' to the second chamber 4 and to a port A the sixth pressure medium path 23 is hydraulically connected to the first chamber 3.
- the valve 12' is hydraulically connected via a connection P to a pressure medium source (not shown) and via a connection T to a tank.
- the two actuators 21′, 21′′ of the valves 12′, 12′′ are kinematically decoupled so that the valve 12′ and the valve 12′′ can be set independently of one another by a controller 25.
- the two valves 12′, 12′′ are in particular identical designed as 5/3-way valves and have a total nominal volume flow that is greater than the nominal volume flow of the first valve arrangement 9.
- the individual valves can also be designed or controlled differently, for example as only in one direction the adjusting unit 1 acting valves, which together form the double-acting valve arrangement for actuating the adjusting unit 1 in both directions in terms of control technology.
- the first valve arrangement 9 can alternatively or additionally also comprise two or more valves, which can be configured analogously to the two valves 12', 12'' of the second valve arrangement 10', as described above.
- the Figures 4a to 4d show the switching positions of the second embodiment analogous to the switching positions of the first embodiment in FIGS Figures 2a to 2d ,
- the respective volume flows belonging to the switching positions being additionally realized by the two pressure medium paths 22, 23. It is therefore at this point on the explanations to the Figures 2a to 2d referred.
- Figure 4e is an intermediate switching position between the switching positions of Figure 4c , in which a high lifting speed is achieved by means of a maximum volume flow is, and the switching position of Figure 4d , in which a small lifting speed for exact positioning is realized by a small volume flow.
- the second valve 12" of the second valve arrangement 10' is thereby closed, so that a volume flow into the first chamber 3 and out of the second chamber 4 is only realized through the valves 11 and 12'.
- the resulting volume flow is smaller than the Indian Figure 4c realized flow rate and greater than that in the Figure 4d realized flow rate.
- the second valve arrangement 10' can be represented by any number of valves connected in series and/or parallel, which together enable double-acting activation of the adjusting cylinder 17 with a larger nominal volume flow than the nominal volume flow of the first valve arrangement.
- 2/2, 3/2, 3/3, 4/2, 4/3, or 5/3-way valves can be used for this purpose.
- the first valve arrangement 9 can likewise be composed of a plurality of valves, and the variability of the actuation of the adjustment unit 1 can thus be further increased.
- FIG 5 an inventive method for controlling a roll gap 19 of a roll stand 32 is shown in a flowchart.
- a starting roll position of a work roll 6 is determined in a process step V10.
- a setpoint roll position of the work roll 6 is then determined in a process step V20, so that a stroke ⁇ X between the start roll position and the setpoint roll position can be determined.
- This can be done by a control unit 24 depending on a target thickness profile and a thickness measurement 7 on the inlet side of the work roll 6 and a profile thickness measurement 8 on the outlet side of the work roll.
- an actual roll position is measured by a position sensor 26.
- a process decision VE10 it is subsequently checked whether the actual roller position matches the setpoint roller position. If the actual roll position matches the target roll position, the process is stopped in a process step S and the roll position is maintained.
- the actual roller position differs and the target roll position of each other, a degree of opening of a first valve arrangement 9 and a degree of opening of a second valve arrangement 10, 10' are controlled in a process step V40 in order to control an adjustment unit, which is operatively connected to the work roll 6, depending on the actual roll position and the target -Control reel position.
- the second valve arrangement 10, 10' has a larger nominal volume flow than the first valve arrangement 9.
- the adjustment unit is controlled in a first section of a stroke path between the actual roller position and the target roller position by means of the second valve arrangement.
- the adjustment unit can thus be controlled solely by the second adjustment unit or by the second valve arrangement together with the first valve arrangement. Large volume flows can thus be set, which lead to a high setting speed of the setting unit.
- the adjustment unit is controlled in a second section of the stroke path between the actual roller position and the desired roller position, which includes the desired roller position, solely by means of the first valve arrangement. Due to the smaller nominal volume flow of the first valve arrangement, the adjustment unit can be positioned more precisely, although lower adjustment speeds can be achieved.
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Description
- Die Erfindung betrifft ein Walzgerüst mit einer Hydraulikanordnung und ein Verfahren zur Regelung eines Walzspalts des Walzgerüsts, insbesondere für das Flexible Walzen von Bandmaterial.
- In Bandwalzwerken wird Bandmaterial mit einer Einlaufdicke in einem warmen oder kalten Zustand in ein oder mehreren Schritten auf eine Solldicke gewalzt. Dabei wird das Bandmaterial durch einen definierten Walzspalt geführt, der durch zwei Arbeitswalzen gebildet ist. Der Walzspalt kann dabei über eine in der Regel hydraulische Anstelleinheit eingestellt werden, um Störgrößen des Walzprozesses, beispielsweise Änderungen der Ausgangsdicke, auszuregeln. In Standard-Flachwalzprozessen wird Bandmaterial mit einer konstanten Solldicke hergestellt, sodass nach einem initialen Einstellen des Nennwalzspalts nur kleine Abweichungen, die sich aus dem Einfluss von Störgrößen ergeben, nachgeregelt werden müssen. Beim Flexiblen Walzen wird Bandmaterial mit einem variablen Solldickenprofil in Bandlängsrichtung hergestellt. Neben dem Ausregeln der Abweichungen bedingt durch Störgrößen muss der Walzspalt dem Solldickenprofil nachgeführt werden. Die dabei notwendigen Walzspaltänderungen sind in der Regel um ein Vielfaches größer als die durch das Ausregeln der Störgrößen bedingten Walzspaltänderungen. Um hohe Walzgeschwindigkeiten und somit eine hohe Produktivität beim Flexiblen Walzen zu erreichen, muss eine Vorrichtung zur Ansteuerung des Walzspalts relativ große Hubwege der Walzen in kurzer Zeit bei gleichzeitiger hochgenauen Einstellung des Walzspalts ermöglichen.
- Aus der
JP-H05-52202 - Die Hydraulikanordnung weist eine einfachwirkende Kolben-Zylinder-Einheit sowie mehrere Servoventile auf. Ein Hochdurchfluss-Servoventil und ein Niedrigdurchfluss-Servoventil sind beide mit der Druckkammer der Kolben-Zylinder-Einheit verbunden. Ein Druckminderventil kann mit der zweiten Kammer verbunden sein. Im Normalbetrieb erfolgt die Positionssteuerung lediglich mittels des Niedrigdurchfluss-Servoventils. Das Hochdurchfluss-Servoventil wird nur verwendet, wenn es notwendig ist, in extrem kurzer Zeit eine große Positionsänderung vorzunehmen, wie beispielsweise schnelles Öffnen und Schließen der Walze für die Walzenentfernung bei Auftritt einer Unregelmäßigkeit.
- Aus der
JP 2001311401 - Aus der
JP 2004251331 A - Aus der
JP-S51-14593 - Aus der
EP 1 459 813 A2 ist ein Anstellzylinder für Walzgerüste zum Walzen von Stahl oder Nichteisenmetall bekannt. Der Anstellzylinder umfasst ein Zylindergehäuse, in dem ein Stellkolben und ein Gegenkolben angeordnet sind. Zwischen Zylinderwand und Stellkolben ist ein erster Druckraum gebildet, zwischen Stellkolben und Gegenkolben ein zweiter Druckraum, und zwischen Gegenkolben und gegenüberliegender Zylinderwand ein dritter Druckraum. Jedem Druckraum ist eine Druckleitung für Hydraulikflüssigkeit zugeordnet. Der auf die ersten beiden Druckräume aufgebbare Druck kann zwischen 10 bar bis 250 bar liegen. Der auf den dritten Druckraum aufgebbare Druck liegt unterhalb 5 bar. - Aus der
DE 38 03 490 C2 ist eine Vorrichtung zur hydraulischen Ansteuerung einer Druckwalze mittels Stellzylindern bekannt. Zur Steuerung von Druckmittelwegen zwischen den zwei Kammern eines Stellzylinders, einer Druckmittelquelle und einem Tank umfasst die Vorrichtung jeweils ein schaltbares Ventil. Nachteilig bei diesem Aufbau der hydraulischen Ansteuerung ist, dass das eine Ventil entweder so ausgelegt werden kann, dass dieses möglichst schnell oder möglichst exakt den Stellzylinder bewegt. - Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Hydraulikanordnung und ein Verfahren zur Regelung eines Walzspalts eines Walzgerüsts beziehungsweise ein Walzgerüst mit einer solchen Hydraulikanordnung bereitzustellen, die eine variable, hochdynamische Einstellung des Walzspaltes mit hoher Positionsgenauigkeit und ein Walzen bei hohen Walzgeschwindigkeiten ermöglicht.
- Zur Lösung der Aufgabe wird eine Hydraulikanordnung zur Regelung eines Walzspalts eines Walzgerüsts vorgeschlagen, umfassend: zumindest eine hydraulische Anstelleinheit zum Einstellen des Walzspalts; eine erste doppeltwirkende Ventilanordnung zur variablen Steuerung der Anstelleinheit; und eine zweite doppeltwirkende Ventilanordnung zur variablen Steuerung der Anstelleinheit, die parallel zu der ersten Ventilanordnung geschaltet ist und einen größeren Nennvolumenstrom aufweist als die erste Ventilanordnung. Das Walzgerüst umfasst zumindest zwei Arbeitswalzen, die den Walzspalt definieren. Durch Bewegen zumindest einer der Arbeitswalzen beziehungsweise Verändern des Walzspalts während des Walzens kann das Bandmaterial flexibel gewalzt werden, so dass es eine variable Dicke über der Länge erhält. Die hydraulische Anstelleinheit ist mit zumindest einer der Arbeitswalzen wirkverbunden, um diese zu bewegen. Die Wirkverbindung kann dabei mittelbar über ein oder mehrere weitere Komponenten erfolgen, insbesondere über zumindest ein Einbaustück und/oder gegebenenfalls über mindestens eine Stützwalze. In Konkretisierung kann die Anstelleinheit einen Zylinder und einen Anstellkolben aufweisen, wobei der Anstellkolben im Zylinder beweglich ist und diesen in eine erste Kammer und eine zweite Kammer unterteilt. Die erste und die zweite Ventilanordnung sind jeweils doppeltwirkend, wofür sie sind jeweils mit der ersten und der zweiten Kammer der Anstelleinheit hydraulisch verbunden sind. Hierdurch kann jede der Ventilanordnungen beide Kammern der Anstelleinheit mit hydraulischem Druck beaufschlagen, um die Anstelleinheit in beide Richtungen, das heißt im Öffnungs- und im Schließsinn, zu betätigen. Die hydraulische Anstelleinheit kann ausgestaltet sein, um von einer oder mehreren Druckmittelquellen mit Arbeitsdruck von insbesondere mehr als 200 bar beaufschlagt zu werden. Dabei kann der Arbeitsdruck über die beiden Ventilanordnungen auf die erste und/oder zweite Kammer übertragen werden, um den Kolben entsprechend zu beaufschlagen.
- Die erfindungsgemäße Hydraulikanordnung beziehungsweise das erfindungsgemäße Walzgerüst weist den Vorteil auf, dass zumindest für eine Teilzahl von Walzspaltänderungen während des Walzens ein definierter Hubweg zwischen einer Start- beziehungsweise Ist-Walzenposition und einer Soll-Walzenposition in mehrere Abschnitte unterteilt werden kann, wobei in einem ersten Abschnitt ein Großteil des Hubweges mittels der zweiten Ventilanordnung mit einem großen Nennvolumenstrom und hohen Stellgeschwindigkeiten realisiert werden kann und in einem zweiten Abschnitt ein hochgenaues Positionieren der Walzen durch die erste Ventilanordnung mit einem kleineren Nennvolumenstrom und kleineren Stellgeschwindigkeiten erfolgen kann. Die Anordnung eignet sich insbesondere für das Flexible Walzen von Bandmaterial, bei dem Bandmaterial mit einer variablen Dicke über der Länge erzeugt wird, da diese eine hochdynamische und schnelle Regelung des Walzspalts mit hoher Genauigkeit ermöglicht.
- Unter Nennvolumenstrom soll der maximale Volumenstrom des ein- oder ausströmende Hydraulikfluids bei vollständiger Öffnung durch die jeweilige Ventilanordnung verstanden werden, der sich bei einer definierten Druckdifferenz ergibt. Nach einer möglichen Ausführungsform kann die zweite Ventilanordnung einen Nennvolumenstrom aufweisen, der mindestens das Doppelte, insbesondere mindestens das 8-fache, insbesondere mindestens das 10-fache, insbesondere mindestens das 15-fache des Nennvolumenstroms der ersten Ventilanordnung beträgt. Sofern eine von der ersten und/oder zweiten Ventilanordnung mehrere einzelne Ventile umfasst, soll sich der angegebene Nennvolumenstroms der jeweiligen Anordnung auf die Summe der jeweiligen Nennvolumenströme der einzelnen Ventile dieser ersten beziehungsweise zweiten Ventilanordnung beziehen.
- Als hydraulische Anstelleinheit soll im Rahmen dieser Offenbarung jede Einheit mit umfasst sein, die eine von der ersten und/oder zweiten Ventilanordnung übertragbare hydraulische Energie in eine mechanische Energie umwandeln kann. Es ist zumindest eine hydraulische Anstelleinheit zur Walzspaltregelung in einem Walzgerüst vorgesehen, was die Möglichkeit von zwei oder mehr Anstelleinheiten mit umfasst. Insbesondere kann je Seite einer Arbeitswalze eines Walzgerüsts eine zugehörige Anstelleinheit vorgesehen sein. Die beiden Anstelleinheiten können in diesem Fall synchron angesteuert werden, um die Arbeitswalze zu bewegen.
- Die zumindest eine hydraulische Anstelleinheit kann in einer möglichen Ausführungsform einen Zylinder und einen Anstellkolben umfassen, wobei der Anstellkolben den Zylinder beweglich in eine erste Kammer und eine zweite Kammer unterteilt. Die Anstelleinheit ist in diesem Fall ein doppeltwirkender Zylinder und kann auch als Kolben-Zylinder-Einheit bezeichnet werden. Durch Beaufschlagen der ersten Kammer mit Arbeitsdruck und zuführen eines Volumenstroms aus einer Druckmittelquelle wird der Anstellkolben in Richtung der zweiten Kammer bewegt, und umgekehrt. Insbesondere umfasst die Anstelleinheit genau einen, das heißt nicht mehr als einen Kolben, der den Zylinder entsprechend in genau zwei Kammern, das heißt nicht mehr als zwei Kammern, unterteilt. Der Anstellkolben ist mit der Arbeitswalze derart wirkverbunden, dass ein Bewegen des Kolbens ein Bewegen der Arbeitswalze relativ zum Bandmaterial und damit eine Veränderung des Walzspalts bewirkt. Dabei kann der Anstellkolben unmittelbar oder mittelbar über weitere Komponenten, insbesondere ein oder mehrere Stützwalzen, auf die Arbeitswalze einwirken. Beispielsweise kann der Anstellkolben durch seine Bewegung ein in einem Walzgerüst vertikal verschiebbar angeordnetes Einbaustück, in dem eine erste Arbeitswalze oder eine auf die erste Arbeitswalze einwirkende Stützwalze drehbar gelagert ist, bewegen beziehungsweise dieses mit einer Walzkraft beaufschlagen. Die erste Arbeitswalze kann insbesondere mittels zweier Einbaustücke, das heißt ein Einbaustück je Seite, in dem Walzgerüst verschiebbar gelagert sein. Die erste Arbeitswalze kann zusammen mit einer zweiten Arbeitswalze, die drehbar gelagert und verschiebefest im Walzgerüst angeordnet ist, einen Walzspalt bilden. Der Walzspalt lässt sich somit durch die Anstelleinheit variabel einstellen und eine definierte Walzkraft auf ein Bandmaterial aufbringen.
- Der jeweils notwendige Volumenstrom in eine Kammer der Anstelleinheit herein und aus der gegenüberliegenden Kammer heraus ergibt sich aus dem Hubweg des Anstellkolbens und der jeweils in der ersten Kammer bzw. der zweiten Kammer wirkenden Querschnittsfläche. Dabei können sich die Querschnittsflächen der ersten Kammer bzw. der zweiten Kammer unterscheiden. Insbesondere kann eine der Kammer durch eine Kolbenstange einen ringförmigen Querschnitt mit einem Außendurchmesser aufweisen während die andere Kammer einen kreisförmigen Querschnitt mit dem gleichen Außendurchmesser aufweist.
- Die hydraulische Anstelleinheit kann in einer möglichen Ausführungsform von einer oder mehreren Druckmittelquellen mit einem Arbeitsdruck größer als 200 bar, insbesondere größer als 230 bar, insbesondere größer als 250 bar, insbesondere größer als 270 bar, gegebenenfalls auch größer 300 bar, beaufschlagt werden. Durch die hohen Drücke wird sichergestellt, dass hohe Kolbengeschwindigkeiten an den Anstelleinheiten erreicht werden, bei schnellen Schaltzeiten von kleiner 200 ms realisiert werden können. Außerdem ermöglichen die hohen Drücke, dass ausreichend Walzkraft auf die Arbeitswalzen einwirken kann. Insgesamt wird somit eine hochdynamische Walzspaltregelung erreicht. Mit steigender Anzahl der Druckmittelquellen kann eine schnellere Bereitstellung des benötigten Volumens des Hydraulikfluids sichergestellt werden. Es ist aber grundsätzlich jede Anordnung denkbar, die einen weitgehend konstanten Arbeitsdruck bereitstellen kann. In einer möglichen Ausführungsform kann eine der einen oder mehreren Druckmittelquellen eine Pumpe oder ein Druckmittelspeicher mit angeschlossener Pumpe aufweisen. Die erste und die zweite Ventilanordnung kann aus einer gemeinsamen Druckmittelquelle gespeist werden oder eine Teilzahl der Druckanschlüsse der ersten und der zweiten Ventilanordnung kann mit einer separaten Druckmittelquelle verbunden sein.
- Als doppeltwirkende Ventilanordnungen sollen alle Ventilanordnungen verstanden werden, durch die Volumenströme derart variabel gestellt werden können, dass ein doppeltwirkender Zylinder sowohl aus- als auch eingefahren werden kann. Die Verwendung von zwei Ventilanordnungen mit unterschiedlichen Volumenströmen ermöglicht dabei, dass der doppeltwirkende Zylinder sowohl schnell als auch langsam verfahren werden kann. Hierfür kann die Anstelleinheit der erfindungsgemäßen Hydraulikanordnung sowohl durch die erste Ventilanordnung als auch durch die zweite Ventilanordnung unabhängig voneinander und/oder in Kombination von beiden Ventilanordnungen aus- und eingefahren werden.
- Die erste Ventilanordnung kann in einer möglichen Ausführungsform einen Volumenstrom eines ersten Druckmittelweges, der mit der ersten Kammer verbunden ist, und einen Volumenstrom eines zweiten Druckmittelweges, der mit der zweiten Kammer verbunden ist, steuern. Die zweite Ventilanordnung kann einen Volumenstrom eines dritten Druckmittelweges, der mit der ersten Kammer verbunden ist, und einen Volumenstrom eines vierten Druckmittelweges, der mit der zweiten Kammer verbunden ist, steuern. Dabei kann jeweils über die erste und zweite Ventilanordnung ein Volumenstrom aus einer der Kammern des Anstellzylinders heraus und in eine der Kammern des Anstellzylinders hinein gesteuert werden. Die jeweils über die erste und zweite Ventilanordnung gesteuerten Volumenströme können bei einem definierten Arbeitsdruck von einer Öffnungsstellung bis hin zu einer Schließstellung vollvariabel gestellt werden. Hierzu können in einer möglichen Ausführungsform ein Ventil der ersten Ventilanordnung und ein Ventil der zweiten Ventilanordnung jeweils als Stetigventil, insbesondere als Servoventil, ausgestaltet sein. Dabei können auch vorgesteuerte Ventile verwendet werden.
- In einer möglichen Ausführungsform kann die zweite Ventilanordnung zumindest ein Ventil zur Steuerung der hydraulischen Anstelleinheit umfassen. Ein Ventil weist dabei ein Stellglied, beispielsweise einen Ventilkolben auf, durch den der Volumenstrom durch das Ventil gesteuert werden kann. In Ausführungsformen mit einem Ventil lässt sich die Ventilanordnung mit geringer Steuerungskomplexität ansteuern. Bei Ausführungsformen mit mehreren Ventilen können mehrere kinematisch entkoppelte Ventil-Stellglieder angesteuert werden und somit eine hochvariable Ansteuerung der Anstelleinheit realisiert werden. In einer weiteren Ausführungsform kann die erste Ventilanordnung zumindest ein Ventil zur Steuerung der hydraulischen Anstelleinheit umfassen. Die zur vor genannten Vorteil gelten somit analog.
- Die erste und die zweite Ventilanordnung können dabei jeweils beliebig viele in Reihe und/oder parallel geschaltete Ventile umfassen, die zusammen eine doppeltwirkende Ansteuerung der Anstelleinheit ermöglichen, wobei der sich ergebende Nennvolumenstrom der zweiten Ventilanordnung insbesondere um ein Vielfaches größer ist als der sich ergebende Nennvolumenstrom der ersten Ventilanordnung. Sofern die erste und/oder die zweite Ventilanordnung mehrere einzelne Ventile aufweist, können diese einzelnen Ventile jeweils einfachwirkend oder doppeltwirkend gestaltet sein, das heißt, auf die Anstelleinheit nur in einer Betätigungsrichtung oder in beiden Betätigungsrichtungen hydraulisch einwirken. Beispielsweise kann ein erstes Ventil der jeweiligen Ventilanordnung so auf die Anstelleinheit einwirken, dass diese eingefahren wird, während ein zweites Ventil der Ventilanordnung auf die Anstelleinheit einwirkt, dass diese ausgefahren wird, insbesondere nach dem sogenannten Prinzip der aufgeteilten Steuerkanten. Gemeinsam bilden das erste und zweite Ventil somit eine doppeltwirkende Ventilanordnung, die mit der ersten und zweiten Kammer der Anstelleinheit hydraulisch verbunden ist. Alternativ oder in Ergänzung können eine oder beide der Ventilanordnungen auch ein oder mehrere Ventile umfassen, die jeweils doppeltwirkend gestaltet sind, das heißt, bei der das jeweilige Ventil die Anstelleinheit in beide Richtungen beaufschlagen kann. Es versteht sich, dass die genannten Möglichkeiten jeweils für die erste und/oder die zweite Ventilanordnung gelten. Der Nennvolumenstrom von Ventilanordnungen mit mehreren Ventilen soll dabei der durch die Ventile einer Ventilanordnung in Summe maximal ein- oder ausströmende Volumenstrom bei einer bestimmten Druckdifferenz sein. Die Ventilanordnungen können insbesondere aus 2/2-, 3/2-, 3/3-, 4/2-, 4/3-, oder 5/3-Wege-Ventile zusammengesetzt sein. Beispielsweise kann eine Ventilanordnung aus einer Parallelschaltung von zwei 3/3-Wege-Ventilen oder zwei 4/3-Wege-Ventilen gebildet werden.
- Die erste Ventilanordnung und die zweite Ventilanordnung sind hydraulisch mit einem Haupttank verbunden. In der Zulaufleitung (Druckleitung) zwischen dem Haupttank und der ersten bzw. zweiten Ventilanordnung kann optional ein oder mehrere Druckspeicher vorgesehen sein. Der zumindest eine Druckspeicher dient insbesondere dazu, einen stetigen Druckölzufluss zur ersten und/oder zweiten Ventilanordnung sicherzustellen und Verbrauchspitzen auszugleichen.
- Zum Abführen und Speichern von aus der Anstelleinheit herausströmendem Hydraulikfluid kann in einer möglichen Ausführungsform ein Zwischentank in einer Rücklaufleitung zwischen der ersten Ventilanordnung und einem Haupttank und/oder zwischen der zweiten Ventilanordnung und dem Haupttank angeordnet sein. Von dem Zwischentank wird das Hydraulikfluid dann in den Haupttank gefördert. Durch den Zwischentank kann die Hydraulikfluidsäule frühzeitig entspannt werden und Pulsationen in der Rücklaufleitung zwischen Ventil und dem Haupttank können verringert werden, sodass ein schnelleres Abführen des aus der Anstelleinheit herausströmenden Hydraulikfluid realisiert werden kann. Zur Dämpfung der Pulsationen des Hydraulikfluids sind auch Pulsationsdämpfer in der Rücklaufleitung zwischen den Ventilanordnungen und dem Haupttank, insbesondere vor dem Zwischentank, denkbar. In einer möglichen Ausführungsform kann der Zwischentank oberhalb des Haupttanks angeordnet sein. Insofern kann der Zwischentank auch als Hochtank bezeichnet werden. Insbesondere kann der Zwischentank in einer vertikalen Höhe mit der ersten und der zweiten Ventilanordnung und/oder in einem Abstand kleiner als drei Meter, insbesondere kleiner als zwei Meter, von den Ventilanordnungen angeordnet sein.
- Die Aufgabe wird des Weiteren durch ein Verfahren zur Regelung eines Walzspalts eines Walzgerüsts, insbesondere mittels einer der zuvor beschriebenen Hydraulikanordnungen beziehungsweise Walzgerüst mit einer solchen Hydraulikanordnung, gelöst, mit den Schritten: Ermitteln einer Ist-Walzenposition einer Arbeitswalze; Ermitteln einer Soll-Walzenposition der Arbeitswalze; und Steuern eines Öffnungsgrades einer ersten Ventilanordnung und eines Öffnungsgrades einer zweiten Ventilanordnung zum Betätigen der Anstelleinheit in Abhängigkeit der Ist-Walzenposition und der Soll-Walzenposition, wobei der Walzspalt während des Walzens geändert wird, und wobei zumindest für eine Dickenänderung eines zu walzenden Walzprofils während des Walzens die Anstelleinheit in einem ersten Abschnitt eines Hubweges zwischen der Ist-Walzenposition und der Soll-Walzenposition mittels der ersten Ventilanordnung und der zweiten Ventilanordnung und in einem zweiten Abschnitt des Hubweges nur von der ersten Ventilanordnung gesteuert wird. Der genannte erste beziehungsweise zweite Abschnitt des Hubweges können in diesem Zusammenhang beliebige Hubwegabschnitte zwischen der Ist- und der Sollposition sein. Es sind weitere Hubwegabschnitte denkbar, die vor, zwischen und/oder nachlagert sein können. Somit sind diverse Steuerungsmöglichkeiten mit der ersten und zweiten Ventilanordnung denkbar, beispielsweise Öffnen mindestens eines Ventils der ersten Ventilanordnung, anschließendes Öffnen mindestens eines Ventils der zweiten Ventilanordnung, erneutes Schließen des Ventils der zweiten Ventilanordnung und danach erneutes Schließen des Ventils der ersten Ventilanordnung. Das Öffnen des mindestens einen Ventils der ersten und des mindestens einen Ventils der zweiten Ventilanordnung kann auch zeitgleich oder in umgekehrter Reihenfolge erfolgen.
- Die beschriebene Steuerung bezieht sich auf zumindest eine Dickenänderung während des Walzprozesses zur Herstellung eines insbesondere flexibel gewalzten Bandmaterials. Das heißt, während des Walzens des Bandmaterials erfolgt zumindest bei einer Teilzahl von Walzspaltänderungen beziehungsweise Hüben eine hydraulische Steuerung der Anstelleinheit(en) mittels der ersten und der zweiten Ventilanordnung. Hiermit lässt sich der gewünschte Walzspalt schnell einstellen, wobei eine genaue Positionierung dann mittels der auf den kleineren Nennvolumenstrom ausgelegten Ventilanordnung erfolgen kann. Es versteht sich, dass im Rahmen des Walzprozesses auch Dickenänderungen von herzustellenden Profilabschnitten nur mittels einer der beiden Ventilanordnungen, insbesondere der kleinen Ventilanordnung bei kleineren Hüben, durchgeführt werden können.
- Insbesondere ist vorgesehen, dass die Steuerung der Anstelleinheit in dem ersten Abschnitt eines Hubweges zwischen der Ist-Walzenposition und der Soll-Walzenposition mittels der ersten und/oder zweiten Ventilanordnung zur Erreichung hoher Stellgeschwindigkeiten erfolgt, und in dem zweiten Abschnitt des Hubweges, der insbesondere die Soll-Walzenposition umfasst, von den beiden Ventilanordnungen alleinig mittels der ersten Ventilanordnung zur Erreichung hoher Positionsgenauigkeit erfolgt. Nach einer möglichen Ausführung kann die Anstelleinheit für Walzspaltänderungen von mehr als 10% Abweichung zwischen Ist- und Sollposition, insbesondere von mehr als 5 % des Walzspaltmaßes, mittels der ersten und zweiten Ventilanordnung im ersten Abschnitt des Hubweges (ΔX) gesteuert werden. Ein absoluter Wert, bei dem beide Ventilanordnungen zum Betätigen der Anstelleinheit gesteuert werden, kann beispielsweise mit größer 0,1 mm Dicken- beziehungsweise Walzspaltänderung angegeben werden.
- Das Verfahren weist die Vorteile der erfindungsgemäßen Hydraulikanordnung analog auf. Es versteht sich daher, dass alle im Zusammenhang mit der Anordnung genannten Merkmale sinngemäß auf das Verfahren übertragbar sind und, umgekehrt, alle im Zusammenhang mit dem Verfahren genannten Merkmale auf die Anordnung.
- In einer möglichen Ausführungsform des Verfahrens kann zumindest eine Stellgröße zum Steuern des Öffnungsgrades der ersten Ventilanordnung und zumindest eine Stellgröße zum Steuern des Öffnungsgrades der zweiten Ventilanordnung zeitversetzt ausgegeben werden. In einer weiteren möglichen Ausführungsform kann für das Steuern des Öffnungsgrades der ersten Ventilanordnung eine erste Stellgröße für ein erstes Ventil der ersten Ventilanordnung und eine zweite Stellgröße für ein zweites Ventil der ersten Ventilanordnung zeitversetzt ausgegeben werden und/oder für das Steuern des Öffnungsgrades der zweiten Ventilanordnung eine erste Stellgröße für ein erstes Ventil der zweiten Ventilanordnung und eine zweite Stellgröße für ein zweites Ventil der zweiten Ventilanordnung zeitversetzt ausgegeben werden. Durch beide zuvor genannten Ausführungsformen lässt sich die Variabilität in der Steuerung der Anstelleinheit erhöhen. Es versteht sich jedoch, dass die erste Ventilanordnung und die zweite Ventilanordnung, und/oder einzelne Ventile der ersten und/oder zweiten Ventilanordnung, auch zeitgleich betätigt werden können.
- In einer weiteren Ausführungsform kann die Soll-Walzenposition in Abhängigkeit von einem Soll-Dickenprofil sowie zumindest von einem von einer Dickenmessung auf der Einlaufseite der Arbeitswalze und einer Profildickenmessung auf der Auslaufseite der Arbeitswalze bestimmt werden.
- In den folgenden Figurendarstellungen werden bevorzugte Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Hydraulikanordnung und des erfindungsgemäßen Verfahrens beschrieben. Dabei zeigt
- Figur 1
- schematisch eine erfindungsgemäße Hydraulikanordnung beziehungsweise ein erfindungsgemäßes Walzgerüst mit einer Hydraulikanordnung in einer ersten Ausführungsform;
- Figur 2a
- einen Ausschnitt der Hydraulikanordnung aus
Figur 1 in einer ersten Schaltposition der Ventilanordnungen 9, 10; - Figur 2b
- einen Ausschnitt der Hydraulikanordnung aus
Figur 1 in einer zweiten Schaltposition der Ventilanordnungen 9, 10; - Figur 2c
- einen Ausschnitt der Hydraulikanordnung aus
Figur 1 in einer dritten Schaltposition der Ventilanordnungen 9, 10; - Figur 2d
- einen Ausschnitt der Hydraulikanordnung aus
Figur 1 in einer vierten Schaltposition der Ventilanordnungen 9, 10; - Figur 3
- schematisch eine erfindungsgemäße Hydraulikanordnung beziehungsweise ein erfindungsgemäßes Walzgerüst mit einer Hydraulikanordnung in einer zweiten Ausführungsform;
- Figur 4a
- einen Ausschnitt der Hydraulikanordnung aus
Figur 3 in einer ersten Schaltposition der Ventilanordnungen 9, 10'; - Figur 4b
- einen Ausschnitt der Hydraulikanordnung aus
Figur 3 in einer zweiten Schaltposition der Ventilanordnungen 9, 10'; - Figur 4c
- einen Ausschnitt der Hydraulikanordnung aus
Figur 3 in einer dritten Schaltposition der Ventilanordnungen 9, 10'; - Figur 4d
- einen Ausschnitt der Hydraulikanordnung aus
Figur 3 in einer vierten Schaltposition der Ventilanordnungen 9, 10'; - Figur 4e
- einen Ausschnitt der Hydraulikanordnung aus
Figur 3 in einer fünften Schaltposition der Ventilanordnungen 9, 10'; und - Figur 5
- ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Regelung eines Walzspalts eines Walzgerüsts in einem Flussdiagramm.
- In den
Figuren 1 und2a bis 2d , die im Folgenden gemeinsam beschrieben werden, ist ein Walzgerüst 32 und eine Hydraulikanordnung zur Steuerung eines Walzspalts 19 des Walzgerüsts in einer ersten Ausführungsform schematisch dargestellt. Im Walzprozess wird einlaufendes Bandmaterial 18 durch den Walzspalt 19 von einer konstanten Nenndicke auf einen variablen Dickenprofilverlauf des auslaufenden Bandmaterials 18' gewalzt. Der Walzspalt 19 wird dabei durch zwei Arbeitswalzen 6, 6' des Walzgerüsts 32 gebildet, das vorliegend als Quarto-Walzgerüst gestaltet ist. Ein Quarto-Walzgerüst umfasst, wie der Name sagt, vier Walzen, zwei Arbeitswalzen 6, 6' und zwei Stützwalzen 5, 5', wobei es sich versteht, dass auch Walzgerüste mit einer hiervon abweichenden Anzahl von Walzen zum Einsatz kommen können, beispielsweis Duo- oder Trio-Walzgerüste. - Die Arbeitswalzen 6, 6' werden vorliegend jeweils durch eine Stützwalze 5, 5' abgestützt, um die Durchbiegung der Arbeitswalzen 6, 6' zu verringern. Die Arbeitswalzen 6, 6' und die Stützwalzen 5, 5' werden jeweils in Einbaustücken, die in den Figuren nicht dargestellt sind, drehend gelagert. Die Einbaustücke sind ihrerseits in einem Walzenständer des Walzgerüsts 32 aufgenommen. Dabei ist vorgesehen, dass die Walzen 5, 6; 5', 6' an ihren Enden jeweils in einem zugehörigen Einbaustück drehbar gelagert, das heißt je Walze sind zwei Einbaustücke vorgesehen, die gemeinsam die Walze drehbar tragen. Bei der vorliegenden Ausführungsform sind die Einbaustücke der unteren Arbeitswalze 6' und der unteren Stützwalze 5'fest im Walzenständer gehalten, und die Einbaustücke der oberen Arbeitswalze 6 und der oberen Stützwalze 5 sind vertikal verschiebbar im Walzgerüst 32 gelagert beziehungsweise geführt. Zum Verändern des Walzspalts 19 werden vorliegend entsprechend nur die obere Stützwalze 5 und die obere Arbeitswalze 6 vertikal bewegt, während die untere Stützwalze 5' und untere Arbeitswalze 6' ortsfest gehalten werden. Es sind jedoch auch Anordnungen möglich, bei denen nur die unteren Walzen 5', 6' bewegt werden und die oberen Walzen 5, 6 ortsfest gehalten sind, oder bei denen sowohl die oberen Walzen 5, 6 als auch die unteren Walzen 5', 6' gegeneinander vertikal bewegbar sind.
- Zum Einstellen beziehungsweise Verändern des Walzspalts 19 ist zumindest eine Anstelleinheit 1 vorgesehen, welche zumindest mittelbar auf eine Arbeitswalze einwirkt. Dabei kann je Einbaustück einer verstellbaren Walze eine zugehörige Anstelleinheit 1 vorgesehen sein, das heißt die verstellbare Walze wird insgesamt über zwei Anstelleinheiten eingestellt. Die verstellbare Walze kann eine Arbeitswalze sein, beispielsweise bei einem Duo-Walzgerüst, das heißt in diesem Fall wirkt die Anstelleinheit 1 auf die Einbaustücke der Arbeitswalze. Die verstellbare Walze kann auch eine Stützwalze sein, beispielsweise bei einem Quarto-Walzgerüst, wobei die Anstelleinheit 1 in diesem Fall auf die Einbaustücke der Stützwalze 5 wirkt, welche wiederum die Arbeitswalze 6 verstellt.
- Bei der vorliegenden Ausführungsform ist insbesondere vorgesehen, dass die Einbaustücke der oberen Stützwalze 5 über jeweils eine Anstelleinheit 1 vertikal positioniert werden. Die Anstelleinheiten 1 können auf das jeweils zugehörige Einbaustück eine vertikale Kraft ausüben, so dass die obere Stützwalze 5 die obere Arbeitswalze 6 mit einer Walzkraft beaufschlagt. Die Anstelleinheit 1 umfasst einen Anstellkolben 2 der einen Anstellzylinder 17 beweglich in eine erste Kammer 3 und eine zweite Kammer 4 unterteilt. Wird die erste Kammer 3 mit einem höheren Druck als die zweite Kammer 4 beaufschlagt, bewegt sich der Anstellkolben 2 in Richtung der zweiten Kammer 4 und der Walzspalt 19 wird verringert. Wird die zweite Kammer 4 mit einem höheren Druck als die erste Kammer 3 beaufschlagt, bewegt sich der Anstellkolben 2 in Richtung der ersten Kammer 3 und der Walzspalt 19 wird vergrößert.
- Das Beaufschlagen der beiden Kammer 3, 4 mit Druck wird durch zwei Ventilanordnungen 9, 10 gesteuert. Dabei umfassen die erste Ventilanordnung 9 und die zweite Ventilanordnung 10 jeweils genau ein Ventil 11, 12, wobei das Ventil 12 der zweiten Ventilanordnung 10 einen größeren Nennvolumenstrom aufweist als das Ventil 11 der ersten Ventilanordnung 9.
- Wie in den
Figuren 2a bis 2b zu erkennen, ist das Ventil 11 in der ersten Ausführungsform der Hydraulikanordnung als 5/3-Wegeventil, das einen ersten Druckmittelweg 13 und einen zweiten Druckmittelweg 14 steuert, mit einem Stellglied 20 ausgeführt. Das Ventil 11 ist mit einem Anschluss A über den ersten Druckmittelweg 13 mit der ersten Kammer 3 und mit einem Anschluss B über den zweiten Druckmittelweg 14 mit der zweiten Kammer 4 verbunden. Zudem ist das Ventil 11 über zwei Anschlüsse P mit einer Druckmittelquelle 27 und mit einem Anschluss T mit einem Tank 28 verbunden, die nur inFigur 1 dargestellt sind. - Das Ventil 12 der zweiten Ventilanordnung 10 ist in der ersten Ausführungsform der Hydraulikanordnung ebenfalls als 5/3-Wegeventil, das einen dritten Druckmittelweg 15 und einen vierten Druckmittelweg 16 steuert, mit einem Stellglied 21 ausgeführt. Das Ventil 12 ist mit einem Anschluss A über den dritten Druckmittelweg 15 mit der ersten Kammer 3 und mit einem Anschluss B über den vierten Druckmittelweg 16 mit der zweiten Kammer 4 verbunden. Zudem ist das Ventil 12 über zwei Anschlüsse P mit einer Druckmittelquelle 27 und mit einem Anschluss T mit einem Tank 28 verbunden, die nur in
Figur 1 dargestellt sind. - Als Druckmittelquelle 27 ist jede Anordnung denkbar, die einen weitgehend konstanten Arbeitsdruck, der größer als 200 bar ist, insbesondere größer als 250 bar, insbesondere größer als 300 bar, bei einem definierten Volumenstrom an den Anschlüssen P der Ventilanordnungen 9, 10 bereitstellen kann. So ist eine direkte Anbindung einer oder mehrerer Pumpen an die Anschlüsse P der Ventilanordnungen 9, 10 möglich oder ein oder mehrere Druckmittelspeicher können zwischen den Ventilanordnungen 9, 10 und einer Pumpe angeordnet sein. In der dargestellten Ausführungsform, werden die Anschlüsse P der Ventilanordnungen 9, 10 aus einer gemeinsamen Druckmittelquelle gespeist. Es ist jedoch auch denkbar, dass zumindest eine Teilzahl der Anschlüsse P der Ventilanordnungen 9, 10 mit einer separaten Druckmittelquelle verbunden ist.
- Als Tank 28 ist jede Anordnung denkbar, die eine Aufnahme des Hydraulikfluids ermöglicht, das aus der Anstelleinheit 1 herausströmt, und die Pumpen der Druckmittelquelle 27 mit Hydraulikfluid speist. Die Anordnung kann dabei so ausgestaltet sein, dass das herausströmende Hydraulikfluid möglichst schnell abfließen kann. Dazu ist es denkbar, dass das herausströmende Hydraulikfluid in einen Zwischentank 29, der in der Nähe der Ventilanordnungen 9, 10 positioniert ist und insbesondere einen Abstand von den Ventilanordnungen 9, 10 kleiner als 3 m aufweist, gelangt und von dort in einen Haupttank 28 gefördert wird. Zur Dämpfung von Pulsationen des aus den Ventilanordnungen 9, 10 schnell ausströmenden Hydraulikfluids können Pulsationsdämpfer 30 in der Rücklaufleitung 31 zwischen den Ventilanordnungen 9, 10 und dem Haupttank 28, insbesondere vor dem Zwischentank 29 angeordnet sein.
- Das Ventil 11 der ersten Ventilanordnung 9 und das Ventil 12 der zweiten Ventilanordnung 10 sind in
Figur 2a in einer ersten Schaltposition dargestellt, in der die erste Kammer 3 und die zweite Kammer 4 nicht mit Arbeitsdruck aus der Druckmittelquelle beaufschlagt werden und der Anstellkolben 2 in Schließstellung verbleibt. Dies wird dadurch erreicht, dass die Stellglieder 20, 21 jeweils so positioniert sind, dass die beiden Kammern 3, 4 des Anstellzylinders 17 sowohl von der Druckmittelquelle als auch von dem Tank hydraulisch getrennt sind und somit ein Zufluss und ein Abfluss des Hydraulikfluids in eine der beiden Kammern 3, 4 unterbunden wird. Bei Vernachlässigung ungewollter Leckagen zwischen dem Anstellzylinder 17 und dem Anstellkolben 2 beziehungsweise an den Ventilanordnungen 9, 10, kann der Anstellkolben 2 durch die weitgehende Inkompressibilität des Hydraulikfluids sich weder in die Richtung der ersten Kammer 3 noch in die Richtung der zweiten Kammer 4 bewegen. - In
Figur 2b sind das Ventil 11 der ersten Ventilanordnung 9 und das Ventil 12 der zweiten Ventilanordnung 10 in einer zweiten Schaltposition dargestellt, in der die zweite Kammer 4 mit dem Arbeitsdruck der Druckmittelquelle beaufschlagt wird. Der Anstellkolben 2 bewegt sich in dieser Schaltstellung in Richtung der ersten Kammer 3 und der Walzspalt 19 wird vergrößert. Dies wird dadurch erreicht, dass die Stellglieder 20, 21 jeweils so positioniert sind, dass die erste Kammer 3 des Anstellzylinders 17 mit dem Tank hydraulisch verbunden ist und somit ein Abfluss des Hydraulikfluids aus der ersten Kammer 3 in Richtung des Tanks erfolgen kann. Der Abfluss des Hydraulikfluids wird in den Figuren jeweils durch weiße Pfeile mit schwarzer Umrandung dargestellt. Zudem ist die zweite Kammer 4 des Anstellzylinders 17 jeweils über die Ventile 11, 12 mit der Druckmittelquelle hydraulisch verbunden und es erfolgt ein Zufluss des Hydraulikfluids unter dem Arbeitsdruck in die zweite Kammer 4. Der Zufluss des Hydraulikfluids wird in den Figuren jeweils durch ausgefüllte Pfeile dargestellt. - In
Figur 2c sind das Ventil 11 der ersten Ventilanordnung 9 und das Ventil 12 der zweiten Ventilanordnung 10 in einer dritten Schaltposition dargestellt, in der die erste Kammer 3 mit dem Arbeitsdruck der Druckmittelquelle beaufschlagt wird. Der Anstellkolben 2 bewegt sich in dieser Schaltstellung in Richtung der zweiten Kammer 4 und der Walzspalt wird verkleinert beziehungsweise die Walzkraft wird erhöht. Dies wird dadurch erreicht, dass die Stellglieder 20, 21 jeweils so positioniert sind, dass die zweite Kammer 4 mit dem Tank hydraulisch verbunden ist und somit ein Abfluss des Hydraulikfluids aus der zweiten Kammer 4 in Richtung des Tanks erfolgen kann. Zudem ist die erste Kammer 3 des Anstellzylinders 17 jeweils über die Ventile 11, 12 mit der Druckmittelquelle hydraulisch verbunden und es erfolgt ein Zufluss des Hydraulikfluids unter dem Arbeitsdruck in die erste Kammer 3. - Bei einer angestrebten Verschiebung des Anstellkolbens 2 um den Hubweg ΔX, wie zwischen den
Figuren 2a und 2b dargestellt, muss ein Hubvolumen das dem Produkt aus der wirkende Querschnittsfläche des Anstellzylinders 17 und dem Hubweg ΔX in die zweite Kammer 4 herein und gleichzeitig aus der ersten Kammer 3 heraus gefördert werden. Hierbei ist zu beachten, dass die wirkende Querschnittsfläche der zweiten Kammer 4 auf Grund der Kolbenstange ringförmig ausgebildet und kleiner als die wirkende Querschnittsfläche der ersten Kammer 3 ist. Die zweite Ventilanordnung 10 weist einen größeren Nennvolumenstrom als die erste Ventilanordnung 9 auf. Bei vollständiger Öffnung der Ventilanordnungen 9, 10, wird somit ein größerer Teil des Hubvolumens durch die zweite Ventilanordnung 10 in die zweite Kammer gefördert als durch die erste Ventilanordnung. Es ist daher möglich, den Hubweg ΔX in einen ersten Abschnitt, in dem eine möglichst schnelle Änderung der Walzenposition erzielt werden soll, und zumindest einen nachfolgenden zweiten Abschnitt, in dem die Soll-Position möglichst genau angefahren werden soll, zu unterteilen. Die Ansteuerung der Ventilanordnungen 9, 10 kann so ausgelegt sein, dass in dem ersten Abschnitt des Hubweges ΔX beide Ventilanordnungen 9, 10 geöffnet sind, um einen möglichst großen Volumenstrom zu ermöglichen, wie in denFiguren 2b und 2c dargestellt. In dem zweiten Bereich wird die zweite Ventilanordnung 10 geschlossen und der resultierende Volumenstrom entspricht dem Nennvolumenstrom der ersten Ventilanordnung 9. - In
Figur 2d sind das Ventil 11 der ersten Ventilanordnung 9 und das Ventil 12 der zweiten Ventilanordnung 10 in einer vierten Schaltposition dargestellt, in der - wie zuvor inFigur 2c - die erste Kammer 3 mit dem Arbeitsdruck der Druckmittelquelle beaufschlagt wird. Der Anstellkolben 2 bewegt sich in dieser Schaltstellung in Richtung der zweiten Kammer 4 und der Walzspalt wird verkleinert beziehungsweise die Walzkraft wird erhöht. In dieser vierten Schaltposition ist das Stellglied 21 des Ventils 10 in einer Schließstellung, sodass ein Einströmen des Hydraulikfluids in die erste Kammer 3 und ein Ausströmen des Hydraulikfluids aus der zweiten Kammer 4 nur über das erste Ventil 9 erfolgt. Der resultierende Volumenstrom und somit auch die Stellgeschwindigkeit des Anstellkolbens 2 verringern sich somit gegenüber der dritten Schaltposition. Somit wird eine genauere Positionierung der Anstelleinheit beziehungsweise der Arbeitswalze 6 ermöglicht. - Die Ansteuerung der Ventilanordnungen 9, 10 erfolgt jeweils über eine von einem Regler 25 ausgegebene Stellgröße. Die Ventile 11, 12 sind jeweils als Stetigventil, insbesondere als Servoventil oder Servoventile mit Vorsteuerung, ausgeführt, sodass die beiden Ventile 11, 12 stetig zwischen einer Öffnungsstellung mit Nennvolumenstrom und einer Schließstellung ohne Volumenstrom über die Stellgröße gestellt werden können. Durch Variation der Öffnungsgrade der Ventile 11, 12 kann der resultierenden Volumenstrom und somit die Hubgeschwindigkeit des Stellkolbens 2 gezielt über dem Hubweg ΔX eingestellt werden.
- Zur Ermittlung der Stellgrößen kann dem Regler 25 die Ist-Walzenposition als Regelgröße und von einer Prozesssteuerung die Soll-Walzenposition als eine Führungsgröße zugeführt werden. Die Soll-Walzenposition kann von der Prozesssteuerung in Abhängigkeit eines Soll-Dickenprofils vorgegeben werden. Es ist auch denkbar, dass die Soll-Walzenposition in Abhängigkeit eines durch die Messeinheit 8 aufgenommenen Ist-Dickenprofils des auslaufenden Bandmaterials 18' und/oder eines durch die Messeinheit 7 aufgenommenen Dickenverlaufs des einlaufenden Bandmaterials 18 bestimmt wird.
- In
Figur 3 ist eine erfindungsgemäße Hydraulikanordnung beziehungsweise ein Walzgerüst mit einer solchen Hydraulikanordnung in einer zweiten Ausführungsform schematisch dargestellt, die sich von der Hydraulikanordnung inFigur 1 nur durch die alternative Ausgestaltung der zweiten Ventilanordnung 10' unterscheidet. Identische Elemente der Hydraulikanordnungen sind mit gleichen Bezugszeichen versehen. Für die Gemeinsamkeiten sei daher an dieser Stelle auf die Ausführungen zu denFiguren 1 und2a bis 2d verwiesen. - Die zweite Ventilanordnung 10' umfasst in der zweiten Ausführungsform ein erstes Ventil 12' und ein zweites Ventil 12". Das erste Ventil 12' steuert mit einem Stellglied 21' den dritten Druckmittelweg 15' und einen zusätzlichen fünften Druckmittelweg 22.
- Dazu ist das erste Ventil 12' ist mit einen Anschluss A über den dritten Druckmittelweg 15' mit der ersten Kammer 3 und mit einem Anschluss B über den fünften Druckmittelweg 22 mit der zweiten Kammer 4 hydraulisch verbunden. Zudem ist das Ventil 12' über einen Anschluss P mit einer nicht dargestellten Druckmittelquelle und mit einem Anschluss T mit einem Tank hydraulisch verbunden. Das zweite Ventil 12" steuert mit einem Stellglied 21" den vierten Druckmittelweg 16' und einen zusätzlichen sechsten Druckmittelweg 23. Das zweite Ventil 12" ist mit einen Anschluss B über den vierten Druckmittelweg 16' mit der zweiten Kammer 4 und mit einen Anschluss A über den sechsten Druckmittelweg 23 mit der ersten Kammer 3 hydraulisch verbunden. Zudem ist das Ventil 12' über einen Anschluss P mit einer nicht dargestellten Druckmittelquelle und mit einem Anschluss T mit einem Tank hydraulisch verbunden.
- Die beiden Stellglieder 21', 21" der Ventile 12', 12" sind kinematisch entkoppelt, sodass das Ventil 12' und das Ventil 12" unabhängig voneinander durch einen Regler 25 gestellt werden können. Die beiden Ventile 12', 12" sind insbesondere identisch als 5/3-Wegeventile ausgeführt und weisen in Summe einen Nennvolumenstrom auf, der größer ist als der Nennvolumenstrom der ersten Ventilanordnung 9. Es versteht sich, dass die einzelnen Ventile auch anders gestaltet beziehungsweise gesteuert sein können, beispielsweise als jeweils nur in eine Richtung auf die Anstelleinheit 1 wirkende Ventile, welche zusammen steuerungstechnisch die doppeltwirkende Ventilanordnung zum Betätigen der Anstelleinheit 1 in beide Richtungen bilden. In einer weiteren abgewandelten Ausführungsform kann alternativ oder ergänzend auch die erste Ventilanordnung 9 zwei oder mehr Ventile umfassen, die analog zu den beiden Ventilen 12', 12" der zweiten Ventilanordnung 10' gestaltet sein können, wie oben beschrieben.
- Die
Figuren 4a bis 4d zeigen die Schaltstellungen der zweiten Ausführungsform analog zu den Schaltstellungen der ersten Ausführungsform in denFiguren 2a bis 2d , wobei die jeweiligen zu den Schaltstellungen gehörenden Volumenströme zusätzlich durch die beiden Druckmittelwege 22, 23 realisiert werden. Es sei daher an dieser Stelle auf die Erläuterungen zu denFiguren 2a bis 2d verwiesen. - In
Figur 4e wird eine Zwischenschaltstellung zwischen den Schaltstellungen derFigur 4c , in der durch einen maximalen Volumenstrom eine große Hubgeschwindigkeit realisiert wird, und der Schaltstellung derFigur 4d , in der durch einen kleinen Volumenstrom eine kleine Hubgeschwindigkeit zur exakten Positionierung realisiert wird, gezeigt. Dabei wird das zweite Ventil 12" der zweiten Ventilanordnung 10' geschlossen, sodass ein Volumenstrom in die erste Kammer 3 und aus der zweiten Kammer 4 heraus, nur noch durch die Ventile 11 und 12' realisiert wird. Der sich ergebende Volumenstrom ist dabei kleiner als der in derFigur 4c realisierte Volumenstrom und größer als der in derFigur 4d realisierte Volumenstrom. Es wird somit ersichtlich, dass durch die Aufteilung der zweiten Ventilanordnung 10' in zwei Ventile 12', 12" mit kinematisch entkoppelten Stellgliedern 21', 21" eine höhere Variabilität in der Steuerung der Anstelleinheit erzielt wird. Die zweite Ventilanordnung kann dabei durch beliebig viele in Reihe und/oder parallel geschaltete Ventile dargestellt werden, die zusammen eine doppeltwirkende Ansteuerung des Anstellzylinders 17 mit einem größeren Nennvolumenstrom ermöglichen als der Nennvolumenstrom der ersten Ventilanordnung. Hierzu können insbesondere 2/2-, 3/2-, 3/3-, 4/2-, 4/3-, oder 5/3-Wege-Ventile verwendet werden. Es versteht sich, dass auch die erste Ventilanordnung 9 analog durch mehrere Ventile zusammengesetzt sein kann und somit die Variabilität der Ansteuerung der Anstelleinheit 1 weiter erhöht werden kann. - In
Figur 5 ist ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Regelung eines Walzspalts 19 eines Walzgerüsts 32 in einem Flussdiagramm dargestellt. In einem Prozessschritt V10 wird eine Start-Walzenposition einer Arbeitswalze 6 ermittelt. Nachfolgend wird in einem Prozessschritt V20 eine Soll-Walzenposition der Arbeitswalze 6 ermittelt, sodass sich ein Hubweg ΔX zwischen der Start-Walzenposition und der Soll-Walzenposition bestimmen lässt. Dies kann durch eine Steuereinheit 24 in Abhängigkeit von einem Soll-Dickenprofil sowie von einer Dickenmessung 7 auf der Einlaufseite der Arbeitswalze 6 und einer Profildickenmessung 8 auf der Auslaufseite der Arbeitswalze erfolgen. In einem Prozessschritt V30 wird eine Ist-Walzenposition durch einen Positionsaufnehmer 26 gemessen. - In einer Prozessentscheidung VE10 wird nachfolgend geprüft, ob die Ist-Walzenposition mit der Soll-Walzenposition übereinstimmt. Falls die Ist-Walzenposition mit der Soll-Walzenposition übereinstimmt wird der Prozess in einem Prozessschritt S gestoppt und die Walzenposition gehalten. Unterscheiden sich die Ist-Walzenposition und die Soll-Walzenposition voneinander wird in einem Prozessschritt V40 ein Öffnungsgrad einer ersten Ventilanordnung 9 und ein Öffnungsgrad einer zweiten Ventilanordnung 10, 10' gesteuert, um eine Anstelleinheit, die mit der Arbeitswalze 6 wirkverbunden ist, in Abhängigkeit der Ist-Walzenposition und der Soll-Walzenposition zu steuern. Die zweite Ventilanordnung 10, 10' weist dabei einen größeren Nennvolumenstrom auf als die erste Ventilanordnung 9.
- Die Steuerung der Anstelleinheit in einem ersten Abschnitt eines Hubweges zwischen der Ist-Walzenposition und der Soll-Walzenposition erfolgt mittels der zweiten Ventilanordnung. In diesem ersten Abschnitt kann somit die Steuerung der Anstelleinheit alleine durch die zweite Anstelleinheit erfolgen oder durch die zweite Ventilanordnung zusammen mit der ersten Ventilanordnung. Es können somit große Volumenströme gestellt werden, die zu einer hohen Stellgeschwindigkeit der Anstelleinheit führen.
- Die Steuerung der Anstelleinheit in einem zweiten Abschnitt des Hubweges zwischen der Ist-Walzenposition und der Soll-Walzenposition, der die Soll-Walzenposition umfasst, erfolgt alleinig mittels der ersten Ventilanordnung. Durch den kleineren Nennvolumenstrom der ersten Ventilanordnung kann die Anstelleinheit genauer positioniert werden, wobei allerdings kleinere Stellgeschwindigkeiten erreicht werden.
-
- 1
- Anstelleinheit
- 2
- Stellkolben
- 3
- Erste Kammer
- 4
- Zweite Kammer
- 5,5'
- Stützwalze
- 6,6'
- Arbeitswalze
- 7
- Dickenmesssystem
- 8
- Dickenmesssystem
- 9
- Erste Ventilanordnung
- 10, 10'
- Zweite Ventilanordnung
- 11
- Ventil
- 12, 12', 12"
- Ventil
- 13;
- Erster Druckmittelweg
- 14
- Zweiter Druckmittelweg
- 15,15'
- Dritter Druckmittelweg
- 16, 16'
- Vierter Druckmittelweg
- 17
- Anstellzylinder
- 18,18'
- Bandmaterial
- 19
- Walzspalt
- 20
- Stellglied
- 21, 21',21"
- Stellglied
- 22
- Fünfter Druckmittelweg
- 23
- Sechster Druckmittelweg
- 24
- Steuereinheit
- 25
- Regler
- 26
- Positionsaufnehmer
- 27
- Druckmittelquelle
- 28
- Haupttank
- 29
- Zwischentank
- 30
- Pulsationsdämpfer
- 31
- Rücklaufleitung
- 32
- Walzgerüst
- A
- Ventilanschluss für erste Kammer
- B
- Ventilanschluss für zweite Kammer
- P
- Ventilanschluss für Druckmittelquelle
- T
- Ventilanschluss für Tank
- ΔX
- Hubweg
Claims (15)
- Walzgerüst mit zumindest zwei Arbeitswalzen (6, 6') zum Walzen von Bandmaterial und mit einer Hydraulikanordnung zur Regelung eines Walzspalts (19) des Walzgerüsts, umfassend:zumindest eine hydraulische Anstelleinheit (1) zum Einstellen des Walzspalts (19), wobei die hydraulische Anstelleinheit (1) einen Zylinder (17) und einen Anstellkolben (2) umfasst, wobei der Anstellkolben (2) den Zylinder (17) in eine erste Kammer (3) und eine zweite Kammer (4) unterteilt;eine erste Ventilanordnung (9) zur variablen Steuerung der Anstelleinheit (1); eine zweite Ventilanordnung (10, 10') zur variablen Steuerung der Anstelleinheit (1), die parallel zu der ersten Ventilanordnung (9) geschaltet ist und einen größeren Nennvolumenstrom aufweist, als die erste Ventilanordnung (9);dadurch gekennzeichnet, dassdie erste Ventilanordnung (9) mit der ersten Kammer (3) und der zweiten Kammer (4) zur doppeltwirkenden Betätigung der Anstelleinheit (1) hydraulisch verbunden ist,die zweite Ventilanordnung (10) mit der ersten Kammer (3) und der zweiten Kammer (4) zur doppeltwirkenden Betätigung der Anstelleinheit (1) hydraulisch verbunden ist, unddie hydraulische Anstelleinheit (1) von einer Druckmittelquelle mit einem Arbeitsdruck größer als 200 bar beaufschlagbar ist.
- Walzgerüst nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
dass die erste Ventilanordnung (9) zumindest ein Stetigventil (11) zur Steuerung der hydraulischen Anstelleinheit (1) umfasst, und/oder dass die zweite Ventilanordnung (10, 10') zumindest ein Stetigventil (12, 12', 12") zur Steuerung der hydraulischen Anstelleinheit (1) umfasst. - Walzgerüst nach einem der Ansprüche 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
dass die hydraulische Anstelleinheit (1) mit einem Arbeitsdruck größer als 250 bar, insbesondere größer als 260 bar beaufschlagbar ist, wobei die Druckmittelquelle eine Pumpe oder ein Druckmittelspeicher mit angeschlossener Pumpe aufweist. - Walzgerüst nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet,
dass die zweite Ventilanordnung (10, 10') einen Nennvolumenstrom aufweist, der größer ist als ein 2-facher Nennvolumenstrom der ersten Ventilanordnung (9), insbesondere mindestens das 8-fache des Nennvolumenstroms der ersten Ventilanordnung (9) beträgt. - Walzgerüst nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet,
dass ein Haupttank vorgesehen ist, der mit der ersten Ventilanordnung (9) und der zweiten Ventilanordnung (10, 10') hydraulisch verbunden ist, sowie zumindest ein Zwischentank (29), der zwischen dem Haupttank und zumindest einer von der ersten Ventilanordnung (9) und der zweiten Ventilanordnung (10, 10') angeordnet ist, wobei der Zwischentank (29) in einem Abstand von weniger als drei Metern von zumindest einer von der ersten Ventilanordnung (9) und der zweiten Ventilanordnung (10, 10') angeordnet ist. - Walzgerüst nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Zwischentank (29) in einer Rücklaufleitung (31) zwischen zumindest einer von der ersten Ventilanordnung (9) und der zweiten Ventilanordnung (10, 10') und dem Haupttank (28) angeordnet ist. - Walzgerüst nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Anstelleinheit (1) genau einen Anstellkolben (2) umfasst, so dass in dem Zylinder (17) nur zwei Kammern, nämlich die erste Kammer (3) und die zweite Kammer (4), gebildet sind. - Walzgerüst nach einem der Ansprüche 1 bis 7,
dadurch gekennzeichnet,
dass die erste Ventilanordnung (9) einen Volumenstrom eines ersten Druckmittelweges (13), der mit der ersten Kammer (3) verbunden ist, und einen Volumenstrom eines zweiten Druckmittelweges (14), der mit der zweiten Kammer (4) verbunden ist, steuert. - Walzgerüst nach einem der Ansprüche 1 bis 8,
dadurch gekennzeichnet,
dass die zweite Ventilanordnung (10, 10') einen Volumenstrom eines dritten Druckmittelweges (15), der mit der ersten Kammer (3) verbunden ist, und einen Volumenstrom eines vierten Druckmittelweges (16), der mit der zweiten Kammer (4) verbunden ist, steuert. - Walzgerüst nach einem der Ansprüche 1 bis 9,
dadurch gekennzeichnet,
dass ein Pulsationsdämpfer (30) in einer Rücklaufleitung (31) zwischen zumindest einer von der ersten Ventilanordnung (9) und der zweiten Ventilanordnung (10, 10') und dem Haupttank (28) angeordnet ist. - Verfahren zur Regelung des Walzspalts (19) des Walzgerüsts nach einem der Ansprüche 1 bis 10, umfassend die Schritte:Ermitteln (V10) einer Ist-Walzenposition einer Arbeitswalze (6, 6');Ermitteln (V20) einer Soll-Walzenposition der Arbeitswalze (6, 6'); undSteuern (V40) eines Öffnungsgrades der ersten Ventilanordnung (9) und eines Öffnungsgrades der zweiten Ventilanordnung (10, 10') in Abhängigkeit von der Ist-Walzenposition und der Soll-Walzenposition, wobei der Walzspalt (19) während des Walzens geändert wird,dadurch gekennzeichnet, dass zumindest für eine Dickenänderung eines zu walzenden Dickenprofils die Anstelleinheit (1) in einem ersten Abschnitt eines Hubweges (ΔX) zwischen der Ist-Walzenposition und der Soll-Walzenposition mittels der ersten Ventilanordnung (9) und der zweiten Ventilanordnung (10, 10') und in einem zweiten Abschnitt des Hubweges (ΔX) nur von der ersten Ventilanordnung (9) gesteuert wird.
- Verfahren nach Anspruch 11,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Anstelleinheit (1) für Walzspaltänderungen von mehr als 10 % des Walzspaltmaßes, insbesondere von mehr als 5 % des Walzspaltmaßes, in dem ersten Abschnitt des Hubweges (ΔX) mittels der ersten Ventilanordnung (9) und der zweiten Ventilanordnung (10, 10') gesteuert wird. - Verfahren nach Anspruch 11 oder 12,
dadurch gekennzeichnet,
dass zumindest eine Stellgröße zum Steuern des Öffnungsgrades der ersten Ventilanordnung (9) und zumindest eine Stellgröße zum Steuern des Öffnungsgrades der zweiten Ventilanordnung (10, 10') zeitversetzt ausgegeben werden. - Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 13,
dadurch gekennzeichnet,dass für das Steuern des Öffnungsgrades der ersten Ventilanordnung (9) eine erste Stellgröße für ein erstes Ventil der ersten Ventilanordnung (9) und eine zweite Stellgröße für ein zweites Ventil der ersten Ventilanordnung (9) zeitversetzt ausgegeben werden, und/oderfür das Steuern des Öffnungsgrades der zweiten Ventilanordnung (10, 10') eine erste Stellgröße für ein erstes Ventil (12') der zweiten Ventilanordnung (10, 10') und eine zweite Stellgröße für ein zweites Ventil (12") der zweiten Ventilanordnung (10, 10') zeitversetzt ausgegeben werden. - Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 14,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Soll-Walzenposition in Abhängigkeit von einem Soll-Dickenprofil sowie zumindest von einem von einer Dickenmessung (7) auf der Einlaufseite der Arbeitswalze (6) und einer Profildickenmessung (8) auf der Auslaufseite der Arbeitswalze (6) bestimmt wird.
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EP18171953.5A EP3566789A1 (de) | 2018-05-11 | 2018-05-11 | Hydraulikanordnung und verfahren zur regelung eines walzspalts eines walzgerüsts |
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