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Dokumentenidentifikation DE69916212T2 19.05.2005
EP-Veröffentlichungsnummer 0000998992
Titel Walzenpositionsregelung in Vielwalzengerüsten
Anmelder VAI Industries (UK) Ltd., Sheffield, GB
Erfinder Glasby, Ian, Hood Green, Barnsley S75 3EY, GB;
Grocock, Peter, Walkeringham, Nr. Doncaster DN10 4LF, GB
Vertreter Stenger, Watzke & Ring Patentanwälte, 40547 Düsseldorf
DE-Aktenzeichen 69916212
Vertragsstaaten AT, BE, CH, CY, DE, DK, ES, FI, FR, GR, IE, IT, LI, LU, MC, NL, PT, SE
Sprache des Dokument EN
EP-Anmeldetag 19.07.1999
EP-Aktenzeichen 992023598
EP-Offenlegungsdatum 10.05.2000
EP date of grant 07.04.2004
Veröffentlichungstag im Patentblatt 19.05.2005
IPC-Hauptklasse B21B 37/62

Beschreibung[de]

Die gegenwärtige Erfindung bezieht sich auf Vielwalzengerüste, insbesondere auf die Steuerung der Position der an das Band angestellten Walzen.

Die Vielwalzengerüsttype, die allgemein als „Sendzimir"-Gerüst oder „Z-Gerüst" bekannt ist, besteht aus einem Ständer mit zwei Sätzen von einander gegenüberliegenden Walzen in einer 1-2-3-4-Anordnung. (EP 0 693 327 A1 beschreibt ein Walzengerüst gemäß des Oberbegriffs in Anspruch 1 und bezieht sich auf frühere US-Patente auf solche Gerüste). Insbesondere wird in einem solchen Gerüst ein Arbeitswalzenpaar typisch von zwei Paar ersten Zwischenwalzen getragen, die ihrerseits wieder von drei Paar zweiten Zwischenwalzen getragen werden, die schließlich in vier Paar Rollenlagern gelagert sind. Der Ständer weist einen Einlauf und einen Auslauf auf, durch die die zu walzenden Bänder in die Arbeitswalzen einlaufen und den Ständer wieder verlassen können. Mittel zur Justierung der Position der Anstellwalzen sind vorgesehen, mit denen der Walzspalt zwischen den Arbeitswalzen eingestellt werden kann.

Bei der ursprünglichen Type von Vielwalzengerüst ist der Ständer, in dem alle Walzen montiert sind, einteilig ausgeführt; er ist als Monoblockständer bekannt. Bei einer Alternativausführung handelt es sich um einen zweiteiligen Ständer, dessen beide Teile horizontal geteilt sind. Die beiden übereinanderliegend angeordneten Teile werden von vier an den Ecken des Ständers montierten Säulen zusammengehalten, wobei sich jede Säule durch beide Ständerhälften erstreckt und im unteren Ständerteil verankert ist und so die beiden Ständerhälften zusammenhält. Vier Hydraulikzylinder sind auf den Ecken der oberen Ständerhälfte montiert, wobei jeder Zylinder eine entsprechende Säule zur Sicherung der beiden Ständerhälften zugbeansprucht, während die Bänder gewalzt werden.

Die relative Lage der Walzen zueinander lässt sich verändern, um besondere Querschnitte und Längsprofile zu erhalten, oder um auf die Bandform zu reagieren. Konventionell wird dies durch Änderung von Exzentern in den Anstellbaugruppen durchgeführt. Jede Anstellbaugruppe besteht aus einer Vielzahl von auf einer Welle montierten Rollenlagern. Diese Welle ist auf einer Reihe von mit der Welle verkeilten Exzentern montiert, wobei jeder Exzenter auf einem Sattel montiert ist, der in einer Teilbohrung des Walzengerüsts ruht. An dem obersten und dem untersten Paar Anstellbaugruppen weisen die Exzenter exzentrische Ringe mit Zähnen auf, die in ähnlich verzahnte Zahnstangen eingreifen. Eine Bewegung der Zahnstangen mit einem Hydraulikzylinder dreht die Exzenter und verändert so über die Walzenstapel die Position der Arbeitswalzen.

Um die Position der Arbeitswalzen nur geringfügig zu ändern, ist eine größere Verstellbewegung des Hydraulikzylinders notwendig. Das schränkt die Geschwindigkeit und die Genauigkeit der Walzeneinstellung ein.

Bei einer Walzengerüstausführung mit zweiteiligem Ständer weisen die in Quer- und Längsrichtung durch die Säulen ausgerichteten Ständer Positionsmessumformer zur Überwachung der vertikalen Höhe auf, die dann durch Veränderung der Zugbeanspruchung der jeweiligen Säulen durch die Zylinder geregelt wird.

Bei dieser Art von Walzengerüst lassen sich das Walzenprofil und der Abstand durch Änderung der Kraft abändern, mit der die Hydraulikzylinder ihre Wellen zugbeanspruchen. Die Wellen sind bis zu einem gewissen Grad elastisch, wobei die Verformung als „Wellendehnung" bekannt ist. Das macht es schwierig, das Walzenprofil und den Abstand schnell und genau zu verändern, weil sich nach einer Änderung kleine Schwingungen ergeben können.

Bei einer anderen Walzengerüstausführung mit einem zweigeteilten Ständer wirkt jeder Zylinder mit einer Zugkraft auf die jeweilige Säule und verursacht so eine Spannkraft. Diese von den Zylindern ausgeübte Spannkraft spannt das System vor, versucht also, die Steifigkeit des Monoblockständers nachzubilden. Dieses Walzengerüst hat somit eine größere Steifigkeit als die Alternativkonstruktion eines Walzengerüsts mit zweigeteiltem Ständer, jedoch lassen sich die Arbeitswalzen wie bei der Monoblock-Ausführung nur über die Anstellbaugruppen verändern.

Ziel der gegenwärtigen Erfindung ist die Schaffung eines Mittels zur schnellen und genauen Änderung der Position und des Abstands der Arbeitswalzen voneinander während des Betriebs des Walzengerüsts.

Gemäß der gegenwärtigen Erfindung handelt es sich um ein Vielwalzengerüst gemäß Anspruch 1.

Die bevorzugte Ausführungsformen bieten ein Mittel zur Änderung der Orientierung der beiden Ständerhälften relativ zueinander auf schnelle und genaue Art und Weise. Dazu kommt auch eine Reduzierung der durch die Nachgiebigkeit von Teilen des Vielwalzengerüsts verursachten Schwingung.

Vorzugsweise sind an jeder Ecke der Ständer vier Druck-Stellvorrichtungen in Aufsicht betrachtet zwischen den beiden Ständerhälften angeordnet, die so wirken, als würden sie die beiden Hälften auseinanderzwingen. Bei Benutzung miteinander ermöglichen die vier Ansteller eine relative Bewegung der beiden Ständerhälften zueinander mit drei Bewegungsarten: eine einfache Änderung des Abstands zwischen den beiden Ständerhälften; eine Kipp- oder Drehbewegung eines Ständers relativ zu dem anderen in Richtung des Bewegungspfads des Metallbands durch das Walzengerüst; und eine Kipp- oder Drehbewegung des einen Ständers relativ zu dem anderen in Querrichtung über die Breite des Metallbands, das durch das Walzengerüst läuft. Diese drei Bewegungsarten lassen sich selbstverständlich kombinieren. Positionsmesasumformer in dichter Nähe jeder Ständerecke gestatten es den Druck-Stellvorrichtungen, die Orientierung der Gehäuse genau zu ändern.

Die relative Bewegung der beiden Ständer zueinander verursacht wiederum eine relative Bewegung der beiden Arbeitswalzen zueinander und erhöht oder vermindert ihren Abstand voneinander, während sie parallel zueinander liegen, oder sie erhöht oder reduziert den Abstand der Walzen an einem Ende relativ zum anderen Ende, so dass zwischen den Walzen eine kegelige Öffnung gebildet wird.

Da sich die Änderung des Abstands und die Position der Walzen schnell und ohne Verursachung von Schwingungen erreichen lässt, lässt sich leichter eine verbesserte Steuerung über die Länge des gewalzten Metalls erreichen.

Ein Vielwalzengerüst-Steuerungssystem, das die Erfindung beinhaltet, wird jetzt anhand der Zeichnungen beispielsweise beschrieben. Auf diesen:

zeigt 1 eine vereinfachte, perspektivische Ansicht eines konventionellen Vielwalzengerüsts mit zweigeteiltem Ständer; und

2 zeigt einen Schnitt durch ein Vielwalzengerüst mit zweigeteiltem Ständer und der Erfindung.

1 zeigt ein in Aufsicht rechteckiges konventionelles Vielwalzengerüst mit zweigeteiltem Ständer, bei dem vier oben auf der oberen Hälfte des Ständers 24 angeordnete Hydraulikzylinder 28 die beiden Ständerhälften 24, 25 unter hohem Druck mittels vier sich durch den gesamten Ständer erstreckenden, an ihren unteren Enden am unteren Ständer 25 befestigte Säulen 19 (von denen hier nur zwei dargestellt sind) zusammenhalten. Die Zylinder und Säulen sind bei Betrachtung des Vielwalzengerüsts in rechteckiger Aufsicht näherungsweise an seinen Ecken angeordnet.

2 zeigt die Positionsregelung des Vielwalzengerüsts bestehend aus vier Druck-Stellvorrichtungen 20 (von denen hier nur zwei dargestellt sind) und vier Positionsmessumformern 22 (von denen ebenfalls nur zwei dargestellt sind), in einer Anordnung zusammen mit einem konventionellen Vielwalzengerüst mit zweigeteilten Ständer mit einer oberen Ständerhälfte 24 und einer unteren Ständerhälfte 25 und verschiedenen Walzen A bis H und 12 bis 15, sowie mit einer (nicht dargestellten) Steuerung zur Überwachung der Positionsmessumformer und zur Änderung der Druck-Stellvorrichtungen.

Jede Druck-Stellvorrichtung enthält ein Ringröhren-Stellteil 20, d. h., der Hebestempel ist in Aufsicht kreisringförmig, und seine Hülse hat in Aufsicht eine ähnliche Kreisringform, so dass jede Stellvorrichtung so montiert werden kann, dass sie die Säule des entsprechenden Hydraulikzylinders 19 umschließt. Auf diesem Weg übt jeder Hydraulikzylinder eine Kraft aus, die die beiden Ständerhälften unter gleichzeitiger Beaufschlagung mit einer die beiden Hälften auseinander-drückenden Kraft durch eine Druck-Stellvorrichtung zueinander zieht. Die von den Hydraulikzylindersätzen und den Druck-Stellvorrichtungen ausgeübten Kräfte variieren selbstverständlich je nach dem speziellen Walzengerüst und der Bandtype, können jedoch typisch im Bereich von 1000 bis 1200 Tonnen liegen.

Jede Druck-Stellvorrichtung wird von einer in dichter Nähe gelegenen Servomechanik gesteuert, so dass das Fluidvolumen im System auf ein Mindestmaß beschränkt wird, um die Kompressibilität des Systems zu reduzieren.

Ein Positions- und/oder Druckmessumformer 22 befindet sich in dichter Nähe jeder Stellvorrichtung, so dass sich die unabhängigen Wirkungen der einzelnen Stellvorrichtungen genau messen lassen.

Ein Steuermechanismus zur Betätigung der Stellvorrichtungen, der viele konventionelle Ausführungsformen haben kann, überwacht ebenfalls die Messumformer, so dass die von den Messumformern abgeleitete Information zur automatischen Justierung der Funktion der Stellvorrichtungen als Reaktion auf etwaige kleine, nicht voraussagbare Schwankungen benutzt werden kann.

Die entgegengesetzt wirkenden Hydraulikzylinder und Druck-Stellvorrichtungen gewährleisten, dass die gesamte Hydraulikflüssigkeit im ganzen System unter sehr hohem Druck gehalten werden kann und daher weniger komprimierbar und weniger schwingungsanfällig ist.

Durch Veränderung der Wirkweise der Druck-Stellvorrichtung entweder alleine oder zusammen mit den Hydraulikzylindern können unabhängig voneinander ein Heben der beiden Ständerhälften (so dass ihre sich gegenüberliegenden Fläche parallel zueinander gehalten werden können), ein Stellen in eine Schräglage (so dass ein Ständer näherungsweise eine Drehbewegung um seine Längsachse ausführt, die parallel zur Vorschubrichtung liegt), und ein Wippen (so dass ein Ständer näherungsweise eine Drehbewegung um seine Querachse, d. h. horizontal lotrecht zur Voschubrichtung) bewirkt werden. Diese voneinander unabhängigen Wirkungen können einander dann mit hoher Geschwindigkeit überlagert werden, um unterschiedliche Walzenstellungen zu erreichen.

Jeweils drei beliebige der Messumformer genügen zur vollständigen Definition der relativen Position der beiden Ständer hinsichtlich ihres Hubs, ihrer Schräglage und ihres Wippen. Das von den Arbeitswalzen gebildete Profil ist ebenfalls bekannt (werden die Anstellbaugruppen ebenfalls benutzt, muss die hierdurch verursachte Änderung ebenfalls berücksichtigt werden). Die Arbeitswalzen werden durch Justieren mit den Stellvorrichtungen auf das gewünschte Bandprofil eingestellt (das sich mit der Zeit ändern kann). Zeigen die Positionsmessumformer, dass das tatsächliche Bandprofil von dem gewünschten Profil abweicht, wird eine dieser Abweichung entgegenwirkend Funktion der Stellvorrichtungen verursacht, so dass das Profil wieder seine gewünschten Abmessungen erhält.

Die einfachste Methode zur Regelung des Arbeitswalzenprofils ist folgende. Stellt ein Messumformer fest, dass der Abstand zwischen den Ständern am Punkt dieses Messumformers geringer wird als der gewünschte Ständerabstand (der dem gewünschten Arbeitswalzenprofil entspricht), wird eine zusätzliche Kraftbeaufschlagung durch die zugehörigen Stellvorrichtung verursacht, die proportional zur Abweichung des Abstands verläuft. Umgekehrt reduziert die Stellvorrichtung die aufgebrachte Kraftbeaufschlagung, wenn sich der Abstand vergrößert.

Im Idealfall sollte eine Form von Steuerung wie eine PID-Steuerung in dem Bearbeitungsmittel vorhanden sein, so dass mit Verlängerung des Zeitraums, über den die Abweichung feststellbar ist, die Stellvorrichtungen durch Nutzung einer integrierenden Komponente der Abweichung in wachsendem Umfang entgegenwirken. Formmessgeräte u. dgl. könnten ebenfalls mit einbezogen werden, um das Band beim Einlaufen und/oder Verlassen des Walzengerüsts zu überwachen, wobei die Signale von solchen Messvorrichtungen gewichtet werden und zu denen der Positionsmessumformer des Ständers addiert werden. Daten für das in das Walzengerüst einlaufende Band könnten auch zur Synchronisierung der Kraftbeaufschlagung durch die Stellvorrichtung mit der Bandschwankung benutzt werden. Daten für das aus das Walzengerüst verlassende Band könnten auch als Feedback zur Verbesserung der Genauigkeit benutzt werden, mit der die Stellvorrichtung wirken.

Die Steuerungsmittel können zusammen mit anderen Mitteln zur Änderung der Walzenposition benutzt werden, insbesondere durch Änderung der Walzenexzenter. Die Steuerungsmittel übernehmen dann die anteilige Zuordnung der erforderlichen Abweichung zu den verschiedenen Mitteln. Die Aufteilung könnte in einem festen Verhältnis erfolgen, oder ein Mittel könnte gegenüber dem zweiten Mittel bevorzugt eingesetzt werden, das dann nur über einen bestimmten Druck, oder anhand einer anderen Strategie eingesetzt würde. Durch Variierung der Exzenter lassen sich kleine Änderungen an vielen Stellen an den Walzen entlang erreichen. Eine gleichförmige Änderung über die Bandbreite z. B. ein keilförmiges Profil, lässt sich leichter durch Änderung der Schräglage der Walzen unter Einsatz der Stellvorrichtungen zwischen den Ständern wie hierin beschrieben erreichen. Die Steuerungsmittel können dann Änderungen in kleinem Maßstab der Steuerung durch die Walzenexzenter zuordnen, während große Änderungen von den Stellvorrichtungen zwischen den Ständern handgehabt werden.

Es gibt viele möglichen Varianten. So reicht es, auch wenn es nicht wünschenswert ist, beispielsweise aus, wenn man drei Stellvorrichtungen nicht kollinear zwischen den beiden Ständerhälften anordnet, um den gleichen Bewegungsbereich zu erhalten. Auf ähnliche Weise ließen sich auch die relativen Lagen der beiden Ständerhälften mit drei nicht kollinear angeordneten Positionsmessumformern überwachen. Es kann auch bequemer sein, eine Vielzahl von zylindrischen Hubarmen kreisförmig unter einem Kreisring anzuordnen, der jede Zylindersäule umgibt, oder einen Hubstempel neben jeder Säule anstelle einer Ringrohranordnung. Werden für das System nur ein oder zwei Freiheitsgrade benötigt, könnte die Anzahl der Stellvorrichtungen auf eine oder zwei reduziert werden, insbesondere, wenn sowohl die Stellvorrichtungen und die Hydraulikzylinder eine Änderung erfahren sollen. Als Alternative könnten zusätzliche Stellvorrichtungen eingesetzt werden, um die Wirkung der vier Hauptstellvorrichtungen zu steigern. Selbstverständlich lassen sich die gegenwärtigen Methoden auch auf Vielwalzengerüste mit unterschiedlichen Zahlen von Anstellwalzen anwenden.


Anspruch[de]
  1. Vielwalzengerüst mit einem zweiteiligen, vorgespannten Ständer, dessen zwei Teile (24, 25) mit Hydraulikzylindern (28) und zugehörigen Säulen (19) miteinander verbunden sind, einschließlich von Anstellmitteln zwischen den Ständern des Walzgerüsts zur Veränderung der relativen Lage der beiden Ständerhälften zueinander und Steuermitteln zur Steuerung der Anstellmittel, dadurch gekennzeichnet, dass das Anstellmittel hydraulische Stempel als Hebemittel (20) besitzt, und dass die Steuermittel die Anstellmittel während des Walzens verstellen.
  2. Vielwalzengerüst gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Anstellmittel vier hydraulische Stempel zum Heben aufweist, wobei jeder Stempel in einer Eckposition eines rechteckigen Ständers angeordnet ist.
  3. Vielwalzengerüst gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die hydraulischen Stempel zum Heben vom Ringröhrentyp sind, wobei jeder je einen der Hydraulikzylindersäulen (19) umgibt.
  4. Vielwalzengerüst gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch Mittel zur Positionsüberwachung (22).
  5. Vielwalzengerüst gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass als Mittel zur Positionsüberwachung (22) vier Positionsmessumformer verwendet werden, die zwischen den vier Ecken der Ständer montiert sind.
  6. Vielwalzengerüst gemäß Anspruch 5, gekennzeichnet durch Steuerungsmittel zum Verstellen der Anstellmittel entsprechend den Vorgaben der Mittel zur Positionsüberwachung oder gemäß anderer Messdaten.
Es folgen 2 Blatt Zeichnungen






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