TUSCHHOFF, Matthias (Gustav-von-Mevissen-Straße 26, Siegen, 57072, DE)
| Patentansprüche 1 . Verfahren zur Regelung einer Seitenführung eines Metallbandes (1 ), insbesondere im Einlauf oder Auslauf von Walzgerüsten oder vor Treibapparaten, wobei die Seitenführung auf einer Seite der Metallbandes (1 ) ein erstes Lineal (2) umfasst und auf der anderen Seite des Metallbandes (1 ) ein zweites Lineal (4) umfasst, wobei die Lineale (2, 4) unabhängig voneinander bewegt werden können und jeweils positionsgeregelt betrieben werden und wobei Kräfte (K1 , K2) des Metallbandes (1 ), die auf das erste Lineal (2) und auf das zweite Lineal (4) wirken, gemessen werden, dadurch gekennzeichnet, dass die Sollposition (S1 , S2) für das erste und/oder das zweite Lineal (2, 4) abhängig von den an dem ersten und an dem zweiten Lineal (2, 4) gemessen Kräften (K1 , K2) derart geregelt wird, dass der kleinere Wert (Κ') der jeweils am ersten Lineal (2) und am zweiten Lineal (4) gemessenen Kräfte (K1 , K2) oberhalb einer wählbaren unteren Grenzkraft und unterhalb einer wählbaren oberen Grenzkraft liegt. 2. Das Verfahren nach Anspruch 1 , wobei die obere Grenzkraft größer ist als die untere Grenzkraft und wobei, wenn der kleinere Wert (Κ'), der an dem ersten Lineal (2) und an dem zweiten Lineal (4) gemessenen Kräfte (K1 , K2), die untere Grenzkraft unterschreitet, die Positionen für das erste und/oder das zweite Lineal (2, 4) derart verstellt werden, dass die an dem ersten und die an dem zweiten Lineal (2, 4) gemessenen Kräfte (K1 , K2) erhöht werden; und wobei, wenn der kleinere Wert (Κ'), der an dem ersten Lineal (2) und an dem zweiten Lineal (4) gemessenen Kräfte (K1 , K2), die obere Grenzkraft überschreitet, die Positionen für das erste und/oder das zweite Lineal (2, 4) derart verstellt werden, dass die an dem ersten und die an dem zweiten Lineal (2, 4) gemessenen Kräfte (K1 , K2) vermindert werden. Das Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei die gemessenen Kräfte (K1 , K2) mit einem Tiefpassfilter gefiltert werden. Das Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das erste und das zweite Lineal (2, 4) durch einen Antrieb (3, 5) angetrieben werden und mindestens einer dieser Antriebe (3, 5) wahlweise hydraulisch oder pneumatisch erfolgt. Das Verfahren nach Anspruch 4, wobei die hydraulischen oder pneumatischen Antriebe (3, 5) eine Zylinderkammer umfassen und die auf das erste oder das zweite Lineal (2, 4) wirkenden Kräfte (K1 , K2), aus den in der Zylinderkammer gemessenen Drücken bestimmt werden. Das Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das erste und das zweite Lineal (2, 4) durch einen Antrieb (3, 5) angetrieben werden und mindestens einer dieser Antriebe wahlweise durch einen elektrischen Linearmotor erfolgt. Das Verfahren nach Anspruch 6, wobei die Kraft, die auf das erste oder das zweite Lineal (2, 4) wirkt, aus gemessenen elektrischen Größen des Linearmotors bestimmt wird. Das Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das erste und das zweite Lineal (2, 4) durch einen Antrieb (3, 5) angetrieben werden und wobei mindestens einer dieser Antriebe über einen rotatorischen Motor und ein Spindelgetriebe erfolgt, wobei der rotatorische Motor wahlweise hydraulisch oder pneumatisch angetrieben wird. |
Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Regelung von Seitenführungen eines Metallbandes, insbesondere in Walzanlagen, zum Beispiel im Einlauf oder Auslauf von Walzgerüsten oder vor Treibapparaten oder auch in anderen Bandpro- zesslinien.
Stand der Technik Aus dem Stand der Technik sind bereits Verfahren zur Regelung von Seitenführungen eines Metallbandes bekannt. Solche Führungen bestehen in der Regel aus zwei seitlich zum Weg des Bandes angeordneten Linealen, die mit Hydraulikzylindern positioniert und bei Durchlauf eines Bandes an das Band angedrückt bzw. angestellt werden können. Häufig weisen die bekannten Systeme eine mechanische Kopplung beider Lineale, wie auch eine gemeinsame Regelung für deren Verstellung, auf. Zwar sind derartige Systeme relativ einfach zu konzeptionieren, jedoch sind deren Verstellmöglichkeiten und insbesondere deren Regelung sehr eingeschränkt. Nicht alle Bandverläufe können hinreichend korrigiert werden. Schäden an den Metallbändern und an den Linealen sind nicht immer hinreichend zu vermeiden.
Weiterhin sind Verfahren bekannt, bei denen während des Führens eines Bandes ein Lineal positionsgeregelt betrieben wird, während das andere Lineal mit einer definierten Kraft an das Band angedrückt wird. Die Bestimmung der An- presskraft zwischen Lineal und Band wird bei dieser Methode für beide Seiten durchgeführt. Während des Führens des Bandes wird dabei das Lineal auf ei- ner Seite positionsgeregelt auf einer festen Position gehalten. Das andere Lineal wird kraftgeregelt mit einer definierten Kraft an das Band angedrückt. Die Sollkraft des kraftgeregelten Lineals wird abhängig von den Eigenschaften des zu führenden Bandes wie Material, Breite, Dicke, Temperatur oder Geschwindigkeit fest vorgegeben. Diese Sollkraft wird derart gewählt, dass sie in jedem Falle größer als die Kontaktkraft des Bandes auf die kraftgeregelte Seite ist, da sonst die Führung auf dieser Seite von dem Band geöffnet werden könnte. Ein Nachteil dieser Methode besteht darin, dass wenn das Band auf die positionsgeregelte Seite eine Kraft ausübt, auf dieser Seite sowohl diese Reaktionskraft und zusätzlich die vorgegebene Kraft der kraftgeregelten Seite aufgenommen werden muss. Schäden am Band und auch an den Linealen sind die Folge. Zur Instandsetzung der Lineale sind somit lange Anlagenstillstände unvermeidbar. Zudem ergibt sich ein weiterer Nachteil dieses Verfahrens daraus, dass die Breite des zu führenden Bandes im Allgemeinen nicht konstant ist. Durch die Vorgabe einer festen Sollkraft unabhängig von der Breite des zu führenden Bandes können die Lineale nicht angemessen an verschiedene Bandbreitenverläufe angestellt werden, wodurch bestenfalls die Führung mangelhaft ist oder derart hohe Kräfte zwischen Band und Linealen wirken, dass erhebliche Schäden auftreten. Die Offenlegungsschrift DE 4003717 A1 offenbart ein weiteres Verfahren zur Seitenführung eines Walzbandes. Aufgabe des offenbarten Verfahrens ist es, die Lebensdauer der Führungslineale in einem Rollgang zu erhöhen. Dazu wird eine Regelung der Führungslineale vorgeschlagen, die derart arbeitet, dass diese alternierend gegen die Bandkanten anpressbar und wieder von diesen abhebbar sind. Nachteilig an diesem Verfahren ist unter anderem, dass Sollwerte für einen Kraftregelkreis durch einen Prozessrechner gemäß einer Eingabe vorgegeben sind und dadurch die Regelung in vielen Fällen nicht hinreichend genau ablaufen kann. Durch die vorgegebenen Sollkräfte weist dieses Verfahren ebenfalls die oben genannten Nachteile auf, so dass durch dieses Verfahren die Lineale nach wie vor unbefriedigend schnell verschleißen und zudem signifikante Bandkantenschäden auftreten können. Die technische Aufgabe, welche sich aus dem Stand der Technik ergibt, ist folglich darin zu sehen, ein verbessertes Regelungsverfahren für Seitenführungen von Metallbändern zur Verfügung zu stellen oder zumindest einen der oben genannten Nachteile zu vermeiden.
Offenbarung der Erfindung
Die genannte technische Aufgabe wird durch das erfindungsgemäße Verfahren zur Regelung einer Seitenführung eines Metallbandes gelöst, wobei die Seitenführung auf einer Seite der Metallbandes ein erstes und auf der anderen Seite des Metallbandes ein zweites Lineal umfasst, wobei die Lineale unabhängig voneinander bewegt werden können und jeweils positionsgeregelt betrieben werden und Kräfte des Metallbandes, die auf das erste und auf das zweite Li- neal wirken, gemessen werden und erfindungsgemäß die Sollposition für das erste und/oder das zweite Lineal abhängig von den an dem ersten und an dem zweiten Lineal gemessen Kräften derart geregelt wird, dass der kleinere Wert der jeweils am ersten und am zweiten Lineal gemessenen Kräfte, oberhalb einer wählbaren unteren Grenzkraft und unterhalb einer wählbaren oberen Grenzkraft liegt. Dadurch, dass beide Lineale unabhängig voneinander positionsgeregelt betrieben werden und dadurch, dass die an den Linealen gemessenen Kräfte für die Bestimmung der Sollposition wie beschrieben eingesetzt werden, werden Schäden an den Linealen reduziert. Insbesondere bei schwergängigen Führungen erweist sich die erfindungsgemäße Regelung als äußerst vorteilhaft. Die erfindungsgemäße Regelung ist zudem besonders vorteilhaft, wenn Breitenschwankungen des Bandes auftreten.
In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist die obere Grenzkraft größer als die untere Grenzkraft. Weiterhin umfasst diese Ausführungsform das Merkmal, dass wenn der kleinere Wert, der am ersten Lineal und am zweiten Lineal gemessenen Kräfte, die untere Grenzkraft unter- schreitet, die Positionen für das erste und/oder das zweite Lineal derart verstellt werden, dass die an dem ersten und die an dem zweiten Lineal gemessenen Kräfte erhöht werden. Darüberhinaus gilt, dass wenn der kleinere Wert, der am ersten Lineal und am zweiten Lineal gemessenen Kräfte die obere Grenzkraft überschreitet, die Positionen für das erste und/oder das zweite Lineal derart verstellt werden, dass die an dem ersten und die an dem zweiten Lineal gemessenen Kräfte erniedrigt werden. Läuft die Regelung derart ab, werden die Kräfte zwischen Band und Linealen besonders effektiv reduziert, wodurch der Verschleiß der Lineale reduziert wird und Schäden an diesen noch wirksamer vermieden werden.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens werden die gemessenen Kräfte mit einem Tiefpassfilter gefiltert. Durch die Tiefpassfilterung kann das Verfahren zuverlässig und unempfindlich arbeiten. Hohe Frequenzen, die häufig auf Störungen zurückgehen, können so her- ausgefiltert werden.
In einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens werden das erste und das zweite Lineal durch einen Antrieb angetrieben, wobei mindestens einer dieser Antriebe wahlweise hydraulisch oder pneumatisch erfolgt.
In einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens umfassen die hydraulischen oder pneumatischen Antriebe zwei Zylinderkammern, wobei die auf das erste oder die auf das zweite Lineal wirkenden Kräfte, aus den in den Zylinderkammern gemessenen Drücken bestimmt werden.
In einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens werden das erste und das zweite Lineal durch einen Antrieb angetrieben, wobei mindestens einer dieser Antriebe wahlweise durch einen elektrischen Linearmotor erfolgt. In einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die Kraft, die auf das erste oder das zweite Lineal wirkt, aus gemessenen elektrischen Größen des Linearmotors bestimmt.
In einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens werden das erste und das zweite Lineal durch einen Antrieb angetrieben, wobei mindestens einer dieser Antriebe über einen rotatorischen Motor und ein Spindelgetriebe erfolgt und wobei der rotatorische Motor wahlweise hydraulisch oder pneumatisch angetrieben wird.
Kurze Beschreibung der Figuren
Im Folgenden werden kurz die Figuren der Ausführungsbeispiele beschrieben. Weitere Details sind der detaillierten Beschreibung der Ausführungsbeispiele zu entnehmen.
Es zeigen:
Figur 1 eine Schemaskizze einer Seitenführung eines Metallbandes samt
Steuer- und Regeltechnik; und
Figur 2 ein Regelschema.
Detaillierte Beschreibung der Ausführungsbeispiele
In Figur 1 ist ein Beispiel einer Anordnung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens gezeigt. Ein Metallband 1 , vorzugsweise ein Stahlband 1 , wird auf seinen beiden Seiten, bzw. Längsseiten, durch Seitenführungen geführt. Solche an sich bekannten Seitenführungen umfassen jeweils ein Lineal 2, 4. Das Metallband 1 ist dabei durch die Führungskanten 9, 10 des Lineals 2, 4 kontaktierbar. Die Lineale 2, 4 werden bevorzugt seitlich an das Band 1 durch Antriebe bzw. Anstellvorrichtungen 3, 5 angestellt. Optional ist es, wie in Figur 1 gezeigt, möglich, dass zwischen den Führungskanten 9, 10 und den Antrieben bzw. Anstellvorrichtungen 3, 5 der Lineale 2, 4 Kraftmessaufnehmer 6 vorgese- hen sind. Möglich ist es auch, dass die Lineale 2, 4 dafür, wie gezeigt, mehrteilig ausgebildet sind. Die Anstellvorrichtungen 3, 5 können zum Beispiel, wie dargestellt, durch Hydraulik- oder Pneumatikzylinder gebildet sein. Darüberhinaus sind gemäß Figur 1 Positionsmessaufnehmer 7 vorgesehen, die den Ver- fahrweg des Kolbens in den Anstellvorrichtungen 3, 5 messen können. Alterna- tiv ist es auch möglich, andere Positionsmessaufnehmer 7 vorzusehen, zum Beispiel so, dass diese direkt in Kontakt mit den Linealen 2, 4 die Position der Lineale bestimmen. Möglich und von Vorteil sind auch kontaktlose Positionsmessungen, wie etwa mit Hilfe von elektromagnetischen Wellen. Weiterhin sind in Figur 1 Druckmessgeräte 8, bzw. Druckmessaufnehmer 8 gezeigt, die in ei- ner Kolben-Zylinder-Einheit 3 ,5 Druckwerte messen können. Aus diesen Werten kann nach bekannter Vorgehensweise auf die Kräfte K1 , K2 geschlossen werden, die auf die Lineale 2, 4 wirken. Alternativ kann auch im Falle eines Antriebs mit einem Motor 3, 5, insbesondere einem rotatorischen Motor, dessen Antriebsmoment zur Bestimmung einer Kraft auf die Lineale 2, 4 verwendet werden.
In Figur 2 ist ein Regelkreisschema gezeigt, welches rein beispielhaft das erfindungsgemäße Verfahren verdeutlichen soll. Links in der Figur 2 ist ein Positionsregelkreis für das erste Lineal 2 gezeigt, rechts davon ein Positionsregel- kreis für das zweite Lineal 4. Durch den Positionsregelkreis des ersten Lineals 2 soll das Lineal 2 auf einer Sollposition S1 gehalten werden. Allerdings wirkt eine Störung Z1 in Form eines Druck des Bandes 1 auf die Regelstrecke RS 1 des Regelkreises, d. h. auf das Lineal 2. Durch diese Störung ergibt sich eine resultierende Position P1 des ersten Lineals, welche durch das Messglied MG 1 be- stimmt werden kann . Solch ein Messglied kann zum Beispiel der Positionsmessaufnehmer 7 sein. Der gemessene Wert wird folgend mit dem Sollwert S1 der Position des Lineals 2 verglichen. Besteht eine Differenz zwischen dem Istwert der Position P1 und dem Sollwert der Position S1 , so wird dieser Unterschied von einem Regelglied RG 1 in eine Information für das Stellglied SG 1 umgewandelt. Das Stellglied SG 1 ist bevorzugt durch eine der Anstelleinrich- tungen 3, 5 aus Figur 1 gebildet. Alternativ kommen allerdings auch elektrische oder rotatorische Motoren in Frage. Das Stellglied SG 1 nimmt schließlich wieder Einfluss auf die Regelstrecke RS 1 bzw. auf das Lineal 2 und dessen Position.
Analog zu dem gerade beschriebenen Regelkreis arbeitet der Positionsregel- kreis des Lineals 4 bzw. des zweiten Lineals 4. Auf die Regelstrecke RS 2 der Position des Lineals 4 wirkt eine Störgröße Z2, bzw. ein Druck des Metallbandes 1 . Insgesamt stellt sich die Position P2 des Lineals 4 ein. Diese Position P2 kann durch das Messglied MG 2 gemessen werden. Nachfolgend wird diese gemessene Position P2 mit einer Sollposition S2 des Lineals 4 verglichen. Eine bestehende Differenz zwischen diesen beiden Werten wird an das Regelglied RG 2 übergeben. Dieses Regelglied RG 2 gibt, wie in der Regelungstechnik üblich, einen Stellwert an das Stellglied SG 2 aus, welches somit Einfluss auf die Regelstrecke RS 2 nimmt, wodurch sich der Regelkreis schließt. Erfindungsgemäß werden zusätzlich zu der Positionsregelung auf beiden Seiten des Metallbandes 1 auch die Kräfte gemessen, die auf die Lineale 2, 4 wirken. Das heißt insbesondere, dass zu jeder Position P1 eine Kraft K1 existiert und dass zu jeder Position P2 auch eine Kraft K2 existiert. Diese Kräfte K1 , K2 sind ebenfalls in Figur 2 schematisch gekennzeichnet und werden jeweils durch die Messglieder MG 1 ' und MG 2' gemessen. Die Messglieder MG 1 ', MG 2' können bevorzugt durch die Kraftmessaufnehmer 6 oder durch die Messaufnehmer 8 gebildet sein. In einem nächsten Schritt des erfindungsgemäßen Verfahrens werden die an dem ersten Lineal 2 gemessenen Kräfte K1 mit den an dem zweiten Lineal 4 gemessenen Kräfte K2 miteinander verglichen, wobei die kleinere der beiden Kräfte K1 , K2, welche im Folgenden die Kraft K' genannt wird, bevorzugt an die Regler bzw. Regelvorrichtungen R 1 und/oder R 2 über- geben wird. Im Falle, dass K1 die niedrigere Kraft ist und somit der Kraft K' entspricht, wird diese an den Regler 1 übergeben, der einen geänderten Sollwert S1 für die Position des ersten Lineals 2 ausgibt. Dieser durch die Kraftmessung modifizierte Sollwert für die Position des ersten Lineals S1 , wird dann bei einem erneuten Durchlauf des Regelkreises des ersten Lineals 2 mit dem gemesse- nen Positionswert des ersten Lineals 2 verglichen. Im Fall, dass K2 die niedrigere Kraft der Kräfte K1 und K2 ist, wird die Kraft K2 bzw. die Kraft K' dem Regler R 2 zugeführt. Dieser Regler R 2 gibt seinerseits nun einen neuen Positionssollwert S2 für die Position des zweiten Lineals 4 aus. Es ist auch möglich, dass der Wert K' an beide Regler R 1 und R 2 übergeben wird und dass beide Regler R 1 und R 2 entsprechend des gemessenen Kraftwertes K' den Positionsregelkreisen neue Sollwerte S1 und S2 zuteilen. Bevorzugt werden die Sollwerte S1 und S2 so durch die Regler R1 und R2 ausgegeben, dass die kleinere der gemessenen Kräfte K1 , K2 bzw. der Kontaktkräfte K1 , K2 zwischen einer vorgebbaren unteren Grenze bzw. Grenzkraft und einer vorgebbaren oberen Grenze bzw. Grenzkraft liegt. Die untere Grenze wird dabei vorzugsweise so gewählt, dass die Reibung des Systems, bzw. die des Bandes 1 , überwunden werden kann und somit die Regelung stets einen Einfluss auf die Bewegung des Bandes 1 nehmen kann. Die obere Grenze wird bevorzugt durch Anlagenparameter festgelegt, wie zum Beispiel die auftretenden Reibungskräfte oder kann auch, je nach Anlage, von der gewünschten Messgenauigkeit abhängen.
Bezugszeichenliste
1 Metallband
2 erstes Lineal
3 erste Anstellvorrichtung
4 zweites Lineal
5 zweite Anstellvorrichtung
6 Kraftmessaufnehmer
7 Positionsmessaufnehmer
8 Druckmessaufnehmer
9 erste Führungskante
10 zweite Führungskante
K1 Am ersten Lineal vorliegende Kraft
K2 Am zweiten Lineal vorliegende Kraft
K' kleinere der gemessenen Kräfte K1 , K2
MG 1 Positionsmessgerät des ersten Lineals
MG 2 Positionsmessgerät des zweiten Lineals
MG 1 ' Kraftmessgerät des ersten Lineals
MG 2' Kraftmessgerät des zweiten Lineals
P1 Position des ersten Lineals
P2 Position des zweiten Lineals
R 1 Regler 1 für die Ausgabe des Positionssollwertes S1 für das erste Lineal R 2 Regler 2 für die Ausgabe des Positionssollwertes S2 für das zweite Lineal
RG 1 Regelglied des Positionsregelkreises des ersten Lineals
RG 2 Regelglied des Positionsregelkreises des zweiten Lineals
RS 1 Regelstrecke des Positionsregelkreises des ersten Lineals
RS 2 Regelstrecke des Positionsregelkreises des zweiten Lineals
S1 Sollwert für die Position des ersten Lineals S2 Sollwert für die Position des zweiten Lineals
SG 1 Stellglied des Positionsregelkreises des ersten Lineals
SG 2 Stellglied des Positionsregelkreises des zweiten Lineals
Z1 Störung des Positionsregelkreises des ersten Lineals
Z2 Störung des Positionsregelkreises des zweiten Lineals
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