BOTTA, Berthold (Killingerstr. 98, Erlangen, 91056, DE)
Patentansprüche
1. Verfahren für eine direkte Walzspaltmessung bei einem Vielwalzengerüst (1), wobei eine Höhe (hi) eines Walzspalts (300) in Abhängigkeit von einer Dicke (W PT , W PB ) eines Walzenpakets (100, 200) des Vielwalzengerüsts (1) bestimmt wird, wobei,
- bezüglich wenigstens eines Fixpunkts (FP, FP T , FP T *, FP B , FP B *) die Walzenpaketdicke (W PT , W PB ) in eine Relation zu einer Entfernung des Fixpunkts (FP, FP T , FP T *, FP B , FP B *) von einer Bandebene (O, U, M) eines zu walzenden Metallbands (2) gesetzt wird, wobei diese Relation ein Maß für die Höhe (hi) des Walzspalts (300) ist.
2. Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei die Walzenpaketdicke
(Wp T , W PB ) von einem Walzpunkt (112, 212) aus definiert wird, welcher ein Ende des Walzspalts (300) an einer betreffenden Arbeitswalze (110, 210) bildet.
3. Verfahren gemäß Anspruch 2, wobei die Walzenpaketdicke (W PT , W PB ) durch eine Verbindungsstrecke vom Walzpunkt (112, 212) zu einem beliebigen Punkt, bevorzugt einem festgelegten Punkt, im Walzenpaket (100, 200) definiert ist.
4. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die
Walzenpaketdicke (W PT , W PB ) durch die Verbindungsstrecke vom Walzpunkt (112, 212) zu einem Auflagepunkt (145, 245) des Walzenpakets (100, 200) an einer Aushöhlung (150, 250) des Vielwalzengerüsts (1) definiert ist.
5. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Walzenpaketdicke (W PT , W PB ) durch die Verbindungsstrecke vom Walzpunkt (112, 212) zu einem Scheitelpunkt (FP T *, FP B *, 145, 245) einer Begrenzungsfläche (152, 252) der Aushöhlung (150, 250) des Vielwalzengerüsts (1) definiert ist.
6. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei der Fixpunkt (FP, FP T , FP B ) an einer beliebigen Position vorgesehen sein kann, und bei der Berücksichtigung der Walzenpaketdicke (W PT , W PB ) ein Offset (δX) hinzugerechnet wird, der ei- nem Abstand (δX) zwischen einem Auflagepunkt (145, 245) des Walzenpakets (100, 200) am Vielwalzengerüst (1) und dem Fixpunkt (FP, FP T , FP B ) entspricht.
7. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei der Fixpunkt (FP) auf der Begrenzungsfläche (152, 252) der Aushöhlung (150, 250) des Vielwalzengerüsts (1) liegt, und der Fixpunkt (FP*) bevorzugt der Scheitelpunkt (FP*) der Begrenzungsfläche (152, 252) der Aushöhlung (150, 250) ist.
8. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die Höhe (hi) des Walzspalts (300) aus gerüstabhängigen Konstanten (G τ , G B , S, S', S'', Y T , Y B , δX T , δX B ) und der Walzenpaketdicke (W PT , W PB ) ermittelt wird.
9. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die Höhe (hi) des Walzspalts (300) aus dem Abstand (S) des Gerüstoberteils (10) zum Gerüstunterteil (20), der jeweiligen Höhe (G τ , G B ) der Aushöhlung (150, 250) und der jeweiligen Walzenpaketdicke (W PT , W PB ) ermittelt wird.
10. Verfahren gemäß Anspruch 9, wobei aus dem Abstand (S) des Gerüstoberteils (10) zum Gerüstunterteil (20), der Höhe (G τ ) der Aushöhlung (150) und der Höhe (G B ) der Aushöhlung (250) eine Summe gebildet wird, und davon die Walzenpaketdicke (W PT ) des oberen Walzenpakets (100) und die Walzenpaketdicke (W PB ) des unteren Walzenpakets (200) abgezogen wird, wodurch sich ein Maß für die Höhe (hi) des Walzspalts (300) ergibt.
11. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die Höhe (hi) des Walzspalts (300) aus dem Abstand (S') des
Scheitelpunkts (FP T *) des Gerüstoberteils (10) zum Scheitelpunkt (FP B *) des Gerüstunterteils (20) und der jeweiligen Walzenpaketdicke (W PT , W PB ) ermittelt wird.
12. Verfahren gemäß Anspruch 11, wobei vom Abstand (S') des Scheitelpunkts (FP T *) des Gerüstoberteils (10) zum Scheitelpunkt (FP B *) des Gerüstunterteils (20) die Walzenpaketdicke
(W PT ) des oberen Walzenpakets (100) und die Walzenpaketdicke (W PB ) des unteren Walzenpakets (200) abgezogen wird, wodurch sich ein Maß für die Höhe (hi) des Walzspalts (300) ergibt.
13. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die Höhe (hi) des Walzspalts (300) aus dem Abstand (S'') der Oberseite des Vielwalzengerüsts (1) zur Unterseite des Viel- walzengerüsts (1), einem Abstand (Y τ ) einer Oberseite des Gerüstoberteils (10) zum oberem Scheitelpunkt (FP T *) , einem Abstand (Y B ) einer Unterseite des Gerüstunterteils (20) zum unterem Scheitelpunkt (FP B *) und der jeweiligen Walzenpaketdi- cke (W PT , W PB ) ermittelt wird.
14. Verfahren gemäß Anspruch 13, wobei vom Abstand (S'') der Oberseite des Vielwalzengerüsts (1) zur Unterseite des Vielwalzengerüsts (1) der Abstand (Y τ ) der Oberseite des Gerüst- Oberteils (10) zum oberem Scheitelpunkt (FP T *) und der Abstand (Y B ) der Unterseite des Gerüstunterteils (20) zum unterem Scheitelpunkt (FP B *) , sowie die Walzenpaketdicke (W PT ) des oberen Walzenpakets (100) und die Walzenpaketdicke (W PB ) des unteren Walzenpakets (200) abgezogen wird, wodurch sich ein Maß für die Höhe (hi) des Walzspalts (300) ergibt.
15. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 14, wobei bei der Bestimmung der Abstände (G τ , G B , S, S', S'', Y τ , Y B , AX T , δX B ) und der Walzenpaketdicken (W PT , W PB ) diese nur eindimen- sional und bevorzugt von ihren jeweiligen Beträgen her berücksichtigt werden.
16. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 15, wobei der Abstand (S, S', S'') zwischen dem Gerüstoberteil (10) und dem Gerüstunterteil (20) durch einen Positionsmessgeber (400) festgestellt wird.
17. Vielwalzengerüst, insbesondere Reduziergerüst, für ein Kaltwalzwerk,
- bei welchem ein Positionsmessgeber (400) für eine Messung einer Höhe (hi) eines Walzspalts (300) des Vielwalzenge- rüsts (1) an einem Gerüstoberteil (10) und/oder einem Gerüstunterteil (20) vorgesehen ist.
18. Vielwalzengerüst gemäß Anspruch 17, wobei der Positionsmessgeber (400) nicht an einem Anstellzylinder für eine Posi- tionierung des Gerüstoberteils (10) gegenüber dem Gerüstunterteil (20) des Vielwalzengerüsts (1) vorgesehen ist.
19. Vielwalzengerüst gemäß Anspruch 17 oder 18, wobei der Positionsmessgeber (400) eine Position eines Fixpunkts (FP, FP T , FP T *, FP B , FP B *) gegenüber dem Gerüstoberteil (10) und/oder dem Gerüstunterteil (20) bestimmt.
20. Vielwalzengerüst gemäß einem der Ansprüche 17 bis 19, wobei der Positionsmessgeber (400) die Position eines Fixpunkts (FP T , FP T *, FP B , FP B *) am Gerüstoberteil (10) oder am Gerüstunterteil (20) gegenüber dem Gerüstunterteil (20) bzw. dem Gerüstoberteil (10) bestimmt.
21. Vielwalzengerüst gemäß einem der Ansprüche 17 bis 20, wo- bei der Positionsmessgeber (400) zwischen dem Gerüstoberteil
(10) und dem Gerüstunterteil (20) angeordnet ist.
22. Vielwalzengerüst gemäß einem der Ansprüche 17 bis 21, wobei der Positionsmessgeber (400) in einem Einlaufbereich (30) und/oder einem Auslaufbereich (40) eines zu walzenden Metallbands (2) im Vielwalzengerüst (1) vorgesehen ist.
23. Vielwalzengerüst gemäß einem der Ansprüche 17 bis 21, wobei der Positionsmessgeber (400) eine Position eines Auflage- punkts (145, 245) eines Walzenpakets (100, 200) an einer Aushöhlung (150, 250) des Vielwalzengerüsts (1) bestimmt.
24. Vielwalzengerüst gemäß Anspruch 23, wobei der Auflagepunkt (145, 245) des Walzenpakets (100, 200) ein Scheitelpunkt (FP T *, FP B *) einer Begrenzungsfläche (152, 252) der Aushöhlung (150, 250) des Vielwalzengerüsts (1) ist.
25. Vielwalzengerüst gemäß einem der Ansprüche 17 bis 24, wobei zur Bestimmung der Höhe des Walzspalts (300) des Vielwalzengerüsts (1) eine Steuer- bzw. Regelungseinheit des Vielwalzengerüsts (1) ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 15 durchführt. |
Beschreibung
Walzspaltmessung für ein Vielwalzengerüst
Die Erfindung betrifft ein Verfahren für eine direkte Walzspaltmessung bei einem Vielwalzengerüst bzw. einem Vielrollen-Walzgerüst. Ferner betrifft die Erfindung ein Vielwalzengerüst, insbesondere ein Reduziergerüst, für ein Kaltband- Walzwerk.
Kaltwalzen ist eine Umformung eines Metallbands, insbesondere eines Breitflach-Metallbands, unterhalb dessen Rekristallisationstemperatur. Für das Kaltwalzen von dünnen, harten Materialien, wie z. B. nicht rostenden Stählen, Siliziumstählen, Nickellegierungen und anderen Metallen, wie z. B. Kupfer und Kupferlegierungen, werden in einem Walzgerüst Arbeitswalzen mit einem geringen Durchmesser benötigt. Hierdurch wird eine geringere Kraft bei gleicher Dickenreduzierung des Metallbands benötigt, wodurch sich eine Qualität des Metallbands verbessert. Ferner geht mit der Verringerung der Arbeitswalzengröße gleichzeitig auch eine Verringerung der Betriebskosten einher. Kleine Arbeitswalzen verschleißen zwar schneller, sind aber einfacher zu handhaben, kostengünstiger zu ersetzen und vor allem schneller nachzuarbeiten, bei geringen Toleran- zen.
Eine wesentliche Zielsetzung bei Kaltband-Walzwerken ist die Erreichung einer höchstmöglichen Bandqualität. Eines der wichtigsten Kriterien für die Bandqualität ist die erreichba- re Dickentoleranz. Zum Erreichen eines möglichst engen Di- ckentoleranzbands, ist es daher erforderlich, einen Walzspalt im Walzgerüst konstant zu halten. Diese Aufgabe übernimmt eine Banddickenregelung mit ihren unterlagerten Regelkreisen einer Anstellungsregelung, welche eine Position der beiden Arbeitswalzen zueinander regelt.
Während des Kaltwalzprozesses, wirken die unterschiedlichsten Fehlereffekte auf die Dickenregelung ein. Neben den Fehlern
des Eingangsmaterials (Dicken- und Härteschwanungen) , Veränderung der Reibung im Walzspalt (Schmierung), Veränderung der Fließscheide (Bandzug) , ergeben sich auch Störgrößen auf den Walzspalt durch Vergrößerung der Walzendurchmesser in Folge von Erwärmung, durch eine Elastizität des Walzgerüsts, sowie Walzspaltänderungen aus einer Walzenexzentrizität.
Dies gilt insbesondere für ein in Produktionsrichtung letztes Walzgerüst bzw. für einen letzten Stich in einem Reversierge- rüst. Ein solches Walzgerüst ist insbesondere ein sogenanntes Vielwalzengerüst, bei welchem eine Vielzahl von Walzen (acht oder mehr, insbesondere 12, 18 oder 20 Walzen) unterschiedlicher Größen symmetrisch in zwei Keilen (Walzenpakete) angeordnet sind. Hierbei stellen die beiden Arbeitswalzen die Spitzen der Keile da, die jeweils senkrecht auf das Metallband gerichtet sind. Solche Vielwalzengerüste sind in der Lage, hohe Banddickenabnahmewerte zu erreichen und/oder dabei sehr genaue Bandtoleranzen einzuhalten. Aus diesem Grund werden sie auch häufig als Reduziergerüste eingesetzt. Insbeson- dere für das Kaltwalzen von Edelstahlen haben sich 20-Walzen- Gerüste mit Walzenpaketen zu je 10 Walzen durchgesetzt. Diese eignen sich sehr gut, die Forderung nach hohen Umformgraden, engen Toleranzen und guter Oberflächenqualität zu erfüllen.
Bei Duo-Walzgerüsten sind im Stand der Technik zur Regelung einer Walzspalthöhe in Abhängigkeit von einem Messwert einer Walzspaltmessung, die Walzspaltmesswertgeber zwischen den Walzenzapfen des Duo-Walzgerüsts angeordnet. Problematisch bei einer solchen Anordnung ist insbesondere deren Anfällig- keit für Beschädigungen, falls im Walzgerüst ein unvorhergesehenes Ereignis, wie z. B. ein Riss des Metallbands, stattfindet. Für einen solchen Fall muss nicht nur das Duo-Walzgerüst geöffnet werden, um die Bandreste zu entfernen, sondern auch unter Umständen die Positionsmessgeber für die Walzspaltmessung ersetzt und ein Regelkreis für den Walzspalt angepasst werden. Dies ist zeitintensiv und erhöht die Produktionskosten signifikant. Ferner können mit einer solchen Anordnung nur Walzgerüste ausgerüstet werden, deren Arbeits-
walzendurchmesser ein bestimmtes Maß nicht unterschreiten, da die Messwertgeber eine vorgegebene Bauhöhe benötigen. Ist eine Durchmesserdifferenz zwischen einem Walzenballen und einem Walzenzapfen der Arbeitswalzen kleiner als diese Mindestbau- höhe, lassen sich die Walzspaltmesswertgeber nicht mehr unterbringen .
Bei Vielwalzengerüsten ist eine sogenannte indirekte Walzspaltmessung Stand der Technik, bei welcher an hydraulischen Anstellzylindern des Walzgerüsts an der Antriebs- und Bedienseite Wegmessgeber angebracht sind, um die Position der Kolben gegenüber der Anstellzylinder zu ermitteln. Die Positionsmesswerte stehen nach einem Eichvorgang in Beziehung zum Walzspalt des Walzgerüsts. Der Positionsmesswert wird mit ei- nem erforderlichen Sollwert verglichen und die Abweichung als Regelabweichung einem Regler aufgeschaltet, der, neben den additiven Korrektursignalen aus verschiedenen Kompensationsschaltungen, ein Stellsignal für die hydraulische Anstellung der Walzen des Walzgerüsts erzeugt.
Die indirekte Walzspaltregelung, die im Wesentlichen aus der Positionsregelung und aus Kompensationsschaltungen, wie z. B. zur Berücksichtigung der Walzenexzentrizität, besteht, hat den Nachteil, dass keine direkte Erfassung des Walzspalts ge- geben ist. Es lassen sich somit bestimmte Einflussgrößen auf das Vielwalzengerüst, z. B. die einer walzkraftabhängigen Gerüstdehnung, nur berechnen und über einen Stichplan einem Set-up vorsteuernd aufschalten. D. h. eine Messung der Kolbenposition ist nur ein indirektes Maß für den Walzspalt, was darüber hinaus auch für Quarto- und Sexto-Walzgerüste Stand der Technik ist.
Um die einzelnen Störgrößen in einem Walzwerk bzw. einem Walzgerüst exakt ausregeln zu können, ist es erforderlich, eine Position der Walzen zueinander möglichst genau zu erfassen. Es ist daher eine Aufgabe der Erfindung, ein verbessertes Verfahren für eine Walzspaltmessung bei einem Vielwalzengerüst sowie ein verbessertes Vielwalzengerüst zur Verfügung
zu stellen. Insbesondere ist es eine Aufgabe der Erfindung, eine direkte Walzspaltmessung bei einem Vielwalzengerüst zu realisieren und ein entsprechendes Vielwalzengerüst anzugeben, sowie ein entsprechendes Messverfahren hierfür anzuge- ben, um einer Beschädigung der Walzspaltmesswertgeber für den Fall eines Bandrisses vorbeugen zu können.
Die Aufgabe der Erfindung wird durch eine direkte Messung einer Abstandsposition zwischen einem Gerüstober- und einem Ge- rüstunterteil gelöst, wobei der Abstand ein Maß für eine Höhe eines Walzspalts eines Vielwalzengerüsts ist. Erfindungsgemäß wird ein Positionsmessgeber direkt zwischen Gerüstober- und - unterteil montiert, wodurch sich ein Verfahren zur direkten Walzspaltmessung bei dem Vielwalzengerüst realisieren lässt. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur direkten Walzspaltmessung wird die Höhe des Walzspalts in Abhängigkeit von einer Dicke eines Walzenpakets des Vielwalzengerüsts bestimmt, wobei die Walzenpaketdicke in einen Bezug zu einem fixen Punkt an einem betreffenden Gerüstteil des Vielwalzengerüsts gesetzt wird, wobei eine Differenz zu einer Entfernung einer Bandebene eines zu walzenden Metallbands ein Maß für die Höhe des Walzspalts ist.
Erfindungsgemäß befindet sich der Positionsmessgeber für die Walzspaltmessung nicht an einer Verstelleinrichtung für die beiden Gerüstteile. D. h. bei einer Abstandsmessung der beiden Gerüstteile zueinander, fallen diejenigen Störgrößen weg, die bei einer Messung einer Kolbenposition, wie z. B. die einer Kompressibilität einer ölsäule sowie die einer walzkraft- abhängigen Gerüstdehnung, auftreten.
Durch eine erfindungsgemäße Anwendung des Messprinzips der direkten Walzspaltmessung auf ein Vielwalzengerüst werden die Vorteile der direkten Walzspaltregelung für ein Vielwalzenge- rüst realisiert. Hierdurch kann auf ein einlaufseitiges Di- ckenmessgerät für einen Notbetrieb des Vielwalzengerüsts verzichtet werden. Es findet erfindungsgemäß eine schnellere Zielmaßfindung statt, da hier direkt eine dem Walzspalt pro-
portionale Sollwertgröße vorgegeben werden kann. Es ergeben sich engste Dickentoleranzen und Maßhaltigkeiten der unterschiedlichen Walzmaterialien, was insbesondere zu besseren Feintoleranzen im sogenannten „Filetstück" des Metallbands führt. Hierdurch ergeben sich eine gute Planheit bei einer hohen Oberflächengüte. Ferner ist es, insbesondere bei einem 20- oder 18-Rollen-Walzgerüst, möglich, die Arbeitswalzen sehr klein in ihrem Durchmesser auszubilden, sodass eine minimale Enddickentoleranz auch bei breiten Bändern durch eine hohe Umformung bei geringen Stichzahlen ermöglicht ist. Ferner sind hierdurch kleinere Walzenschleifmaschinen anwendbar, wodurch sich insgesamt die Investitions- und Unterhaltskosten senken lassen. Ferner ergibt sich eine kompakte Bauweise des Walzgerüsts, ein wirtschaftlicher Einsatz von Hartmetallwal- zen, ein schneller und leichter Walzenwechsel, sowie eine hohe Ausbringrate bei verminderten Kantenrissen.
Erfindungsgemäß bestimmt der Positionsmesswertgeber einen Abstand zwischen dem Gerüstober- und dem Gerüstunterteil. Hier- bei wird bevorzugt eine Position bzw. ein Abstand eines Fixpunkts am Gerüstoberteil bzgl. einem Fixpunkt am Gerüstunterteil bestimmt. Diese Fixpunkte können z. B. in einem Einlaufbereich und/oder einem Auslaufbereich des Vielwalzengerüsts am Gerüstober- bzw. Gerüstunterteil vorgesehen sein. Ferner bieten sich als Fixpunkte Anlagepunkte eines jeweiligen Walzenpakets am Gerüstober- bzw. Gerüstunterteil an. Insbesondere eignet sich hierfür ein jeweiliger Scheitelpunkt einer betreffenden Aushöhlung eines Gerüstteils.
Bevorzugt bieten sich hierfür solche Fixpunkte an den betreffenden Aushöhlungen an, die für eine Bestimmung/Definition einer jeweiligen Walzenpaketdicke dienen, wobei die Walzenpaketdicken zusammen mit der Entfernung der beiden Fixpunkte zueinander, ein Maß für den Walzspalt des Vielwalzengerüsts bilden. Ein jeweiliges anderes Ende für die Bestimmung/Definition der betreffenden Walzenpaketdicke ist bevorzugt ein Walzpunkt des entsprechenden Walzenpakets des Vielwalzengerüsts, d. h. ein Punkt, von welchem aus der Walzspalt bzw.
die Höhe des Walzspalts definiert ist. D. h. der gemessene Abstand zwischen den beiden Fixpunkten (also z. B. der Abstand beider Anlagepunkte des jeweiligen Walzenpakets an der jeweiligen Aushöhlung) abzüglich der jeweiligen Walzenpaket- dicke ergibt in einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung eine Höhe des Walzspalts bzw. ein Maß für diesen.
Der jeweilige Walzpunkt des betreffenden Walzenpakets ist z. B. dadurch definiert, dass am betreffenden Walzpunkt der äu- ßere Umfang der jeweiligen Arbeitswalze eine Tangentialge- schwindigkeit besitzt, die der Geschwindigkeit des Metallbands in Produktionsrichtung hinter dem Vielwalzengerüst entspricht .
Erfindungsgemäß ist es jedoch auch möglich den bzw. die Fixpunkte an einer beliebigen Position zu verorten, wobei, für die Bestimmung des Walzspalts, eine jeweilige Entfernung des betreffenden Fixpunkts zu einem Ausgangspunkt eines Definitionspunkts für die Walzenpaketdicke mit berücksichtigt wird.
Erfindungsgemäß ist es möglich, die Höhe des Walzspalts ausschließlich aus gerüstabhängigen Kostanten und der jeweiligen Walzenpaketdicke zu ermitteln. In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird die Höhe des Walzspalts aus ei- nem Abstand zweier zueinander am Geringsten beabstandeten
Punkte einer jeweiligen Aushöhlung, einer jeweiligen Höhe der beiden Aushöhlungen und einer jeweiligen Walzenpaketdicke ermittelt. Ferner ist es in einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung möglich, den Walzspalt aus einem Abstand der beiden Scheitelpunkte der beiden Aushöhlungen sowie der jeweiligen Walzenpaketdicke zu bestimmen. In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird die Höhe des Walzspalts aus einem Abstand einer Gerüstoberseite zu einer Gerüstunterseite, sowie den jeweiligen Abständen der dazu je- weils benachbarten, jeweiligen Scheitelpunkte der betreffenden Aushöhlungen, sowie einer jeweiligen Walzenpaketdicke ermittelt .
Bevorzugt werden erfindungsgemäß die jeweiligen Abstände nur in einer vertikalen Richtung bestimmt, d. h. horizontale Anteile dieser Abmessungen werden nicht berücksichtigt.
Weitere bevorzuge Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus den übrigen abhängigen Ansprüchen.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung zeigen:
FIG 1 eine Prinzipskizze des Stands der Technik zur Erläuterung einer direkten Walzspaltmessung bei einem Duo- Walzgerüst; FIG 2 eine Prinzipskizze für eine erfindungsgemäße Walzspaltmessung bei einem 20-Rollen-Walzgerüst ; FIG 3 eine Seitenansicht eines 12-Rollen-Walzgerüsts zur
Erläuterung der erfindungsgemäßen direkten Walzspaltmessung; FIG 4 eine Seitenansicht eines Gerüstoberteils des 12-
Rollen-Walzgerüsts aus FIG 3 zur Erläuterung einer Definition einer Walzenpaketdicke; und FIG 5 erfindungsgemäße Positionen für Positionsmesswertge- ber zum Messen eines Abstands zwischen dem Gerüsto- ber- und einem Gerüstunterteil.
Die folgenden Ausführungen betreffen eine erfindungsgemäße direkte Walzspaltmessung für ein 12- bzw. 20-Rollen-Walzge- rüst. Die Erfindung soll jedoch nicht auf solche Walzgerüste beschränkt sein, sondern Vielwalzengerüste mit Walzenpaketen betreffen, wobei ein Walzenpaket wenigstens 3 Walzen in einer 1-2 Anordnung aufweist. D. h., die Erfindung ist insbesondere auf Walzgerüste mit zwei Walzenpaketen anwendbar, wobei ein einzelnes Walzenpaket 3, 4, ... , n, n+1 Walzen aufweist, wo- durch sich erfindungsgemäß ein Vielwalzengerüst mit insgesamt 6, 8, ..., 2n, 2n+2 Walzen bilden lässt.
FIG 1 zeigt den Stand der Technik einer direkten Walzspaltmessung, wie er derzeit ausschließlich bei Duo- und Quarto- Walzgerüsten angewendet wird. Hierbei wird ein Walzspalt 300 eines Duo-Walzgerüsts direkt bestimmt, der durch eine Positi- on einer oberen Arbeitswalze 110 zu einer unteren Arbeitswalze 210 definiert ist. Eine Höhe hi des Walzspalts 300 entspricht dem geringsten Abstand zwischen den beiden Arbeitswalzen 110, 210. D. h. die Höhe hi des Walzspalts 300 entspricht einer Entfernung eines oberen Walzpunkts 112 zu einem unteren Walzpunkt 212. Hierbei ist ein Walzpunkt 112, 212 derjenige feststehende, äußere Punkt an einer betreffenden Arbeitswalze 110, 210, an welchem eine Umfangsgeschwindigkeit der betreffenden Arbeitswalze 110, 210 einer Bandgeschwindigkeit eines Metallbands 2 in einer Produktionsrichtung P hin- ter dem Walzgerüst entspricht, und die betreffende Arbeitswalze 110, 210 das Metallband 2 gerade noch berührt. Analog wird für ein erfindungsgemäßes Vielwalzengerüst 1 (siehe FIG 2-5) eine Höhe hi des Walzspalts 300 als geringster Abstand zwischen zwei Walzenpaketen 100, 200 bzw. als geringster Ab- stand zweier Arbeitswalzen 110, 210 der betreffenden Walzenpakete 100, 200 des Vielwalzengerüsts 1 definiert.
Der Walzspalt 300 wird direkt zwischen den Arbeitswalzen 110, 210 an einer Antriebs- und an einer Bedienseite des Duo- Walzgerüsts gemessen. Hierfür gibt es spezielle Walzspalt- messwertgeber 400, die zur Ermittlung des Walzspalts 300 Messspuren an den Walzenzapfen 114, 214 der Arbeitswalzen 110, 210 abtasten. Hierbei ergibt sich gemäß FIG 1 folgende geometrische Bedingung:
S = h x + X τ + X B .
Hierbei ist der durch den oder die Walzspaltmesswertgeber 400 gemessene Abstand S zwischen den beiden Walzenzapfen 114, 214 der beiden Arbeitswalzen 110, 210 durch hi (Höhe des Walzspalts), X τ (kleinster Abstand des oberen Walzpunkts 112 zum Walzenzapfen 114) und X B (kleinster Abstand des unteren Walzpunkts 212 zum Walzenzapfen 214) gegeben. Im Folgenden soll
der Index T (= Top) das Gerüstoberteil 10 und der Index B (= Bottom) das Gerüstunterteil 10 betreffen.
X τ und X B können durch die jeweiligen geometrischen Bedingungen an der betreffenden Arbeitswalze 110, 210 substituiert werden . D. h. :
d„ d, d. d,
X τ = und X Ώ =
Hierbei ist d wτ der Außendurchmesser der oberen Arbeitswalze 110, d zτ der Durchmesser des Walzenzapfens 114 der oberen Arbeitswalze 110, d WB der Außendurchmesser der unteren Arbeitswalze 210 und d ZB der Durchmesser des Walzenzapfens 214 der unteren Arbeitswalze 210.
Hieraus ergibt sich die Höhe hi des Walzspalts 300 in Abhängigkeit der geometrischen Bedingungen an den Arbeitswalzen 110, 210 und der gemessenen Strecke S zu:
]η — C _ I WT ZT I I WB ZB 1 I
Die geometrischen Abmessungen d wτ , d WB , d zτ , d ZB der Arbeitswalzen 110, 210 sind in erster Näherung konstant, solange die Arbeitswalzen 110, 210 im Duo-Walzgerüst eingebaut sind, also walzenabhängig. Hieraus ergibt sich dass hi proportional zu S ist. D. h. S ist ein direktes Maß für die Höhe hi des Walzspalts 300. Dieser derart ermittelte Walzspaltistwert hi wird mit einem Walzspaltsollwert verglichen und die Abweichung als Regelabweichung einem Regler aufgeschaltet, der ein Stellsig- nal für eine hydraulische Anstellung der beiden Arbeitswalzen 110, 210 erzeugt.
Durch ein direktes Erfassen der Höhe hi des Walzspalts 300 bei der direkten Walzspaltregelung haben Dehnungen des Duo- Walzgerüsts keinen Einfluss auf eine Dicke hi des auslaufen-
den Metallbands 2 (Betrachtung ohne plastische Rückdehnung des Metallbands 2) .
Das erfindungsgemäße Verfahren zur direkten Walzspaltmessung wird nun in Bezug auf FIG 2 anhand eines Vielwalzengerüsts 1 näher erläutert, welches in vorliegendem Ausführungsbeispiel als 20-Rollen-Walzgerüst 1 ausgebildet ist. Die Erfindung soll ferner bevorzugt ein Vielwalzengerüst 1 betreffen, bei welchem ein Gerüstoberteil 10 gegenüber einem Gerüstunterteil 20 verfahrbar ist. Dies ist in FIG 2 links am Gerüstoberteil 10 mit dem Doppelpfeil verdeutlicht, d. h. das Gerüsteroberteil 10 ist gegenüber dem Gerüstunterteil 20 bewegbar. Darüber hinaus soll die Erfindung insbesondere ein Vielwalzengerüst 1 betreffen, das mittels vier Säulen verstellbar ist. D. h. das Gehäuseoberteil 10 ist entlang von vier in den Eckbereichen des Vielwalzengerüsts 1 angeordneten Säulen gegenüber dem Gehäuseunterteil 20 bewegbar.
Erfindungsgemäß wird nun eine direkte Messung einer Position des Gehäuseoberteils 10 gegenüber dem Gehäuseunterteil 20 angewendet, wobei ein solcher Abstand ein Maß für die Höhe hi des Walzspalts 300 ist. Insbesondere 20-Rollen-Walzgerüste (siehe FIG 2) haben sich unter den Vielwalzengerüsten für eine Walzung von Metallkaltband 2 durchgesetzt. Durch die dort realisierte Walzenkonfiguration ist ein Einsatz von Arbeitswalzen 110, 210 mit sehr geringem Durchmesser möglich.
Das erfindungsgemäße Vielwalzengerüst 1 weist das gegenüber dem Gerüstunterteil 20 verfahrbare Gerüstoberteil 10 auf, wo- bei das Vielwalzengerüst 1 bevorzugt ein Walzgerüst vom
Split-House-Typ ist. Jedes der Gerüstteile 10, 20 weist eine Aushöhlung 150, 250 auf, in welcher jeweils ein Walzenpaket 100, 200 gelagert ist. Das jeweilige Walzenpaket 100, 200 weist eine einzige Arbeitswalze 110, 210, zwei Innenzwischen- walzen 120, 220, drei Außenzwischenwalzen 130, 230 und vier Stützlagerwalzen 140, 240 auf. Hierbei sind die jeweiligen Innenzwischenwalzen 120, 220 bevorzugt axial verschiebbar und die jeweiligen Außenzwischenwalzen 130, 230 motorisch ange-
trieben. Wie oben schon erwähnt, muss das Vielwalzengerüst 1 nicht, wie in FIG 2 dargestellt, eine 1-2-3-4-Anordnung aufweisen, sondern kann auch - wie z. B. in den FIG 3-5 dargestellt - in als 12-Rollen-Walzgerüst einer 1-2-3-Anordnung oder in einer anderen Anordnung aufgebaut sein. Darüber hinaus ist es möglich, das Vielwalzengerüst 1 nicht mit Stützlagerwalzen 140, 240 sondern mit Stützlagern 140, 240 auszubilden. Dies ist am Gerüstunterteil 20 der FIG3 gestrichelt dargestellt .
Erfindungsgemäß wird nun im Betrieb des Vielwalzengerüsts 1 ein aktueller Abstand S des Gerüstoberteils 10 zum Gerüstunterteil 20 bestimmt und dies in eine Relation zu einer jeweiligen Walzenpakethöhe W P und einer jeweiligen Höhe G der Aus- höhlung 150, 250 gebracht, sodass sich ein proportionales Maß für die Höhe hi des Walzspalts 300 ergibt.
Hierbei wird der Abstand S des Gerüstoberteils 10 bezüglich des Gerüstunterteils 20 mittels wenigstens einem Positions- messgeber 400 für die Walzspaltmessung erfasst. Erfindungsgemäß wird der Abstand S bzgl. zweier Fixpunkte FP T , FP B am Vielwalzengerüst 1 bestimmt. Hierbei ist ein Fixpunkt FP T am Gerüstoberteil 10 und der andere Fixpunkt FP B am Gerüstunterteil 20 vorgesehen. Wo diese am Vielwalzengerüst 1 verortet sind, ist prinzipiell egal. Der Positionsmessgeber 400 bestimmt einen horizontalen Abstand S zwischen diesen beiden Fixpunkten FP T , FP B , wodurch sich erfindungsgemäß ein Maß hi für den Walzspalt 300 ergibt. Dies kann auf unterschiedliche Weisen erfolgen.
In einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung wird der Abstand S des Gerüstoberteils 10 zum Gerüstunterteil 20 derart bestimmt, dass ein Abstand S zwischen einer Unterseite des Gerüstoberteils 10 bzgl. einer Oberseite des Gerüstunter- teils 20 gemessen wird. Hierbei kann der betreffende Fixpunkt FP in einem Einlaufbereich 30 oder einem Auslaufbereich 40 des Metallbands 2 im Vielwalzengerüst 1 liegen. Im vorliegenden Beispiel befindet sich der Fixpunkt FP T des Gerüstober-
teils 10 an einem freien Ende der Aushöhlung 150, und analog befindet sich der Fixpunkt FP B des Gerüstunterteils 20 ebenfalls an einem freien Ende der Aushöhlung 250. D. h. der jeweilige Fixpunkt FP T , FP B ist jeweils ein gemeinsamer Punkt der jeweiligen Aushöhlung 150, 250 mit einer Unter- (10) bzw. einer Oberseite (20) des jeweiligen Gerüstteils 10, 20. Dieser Abstand S der beiden Fixpunkte FP T , FP B wird nun gemessen und in eine Relation zu den Gerüstabmessungen X τ , X B gesetzt. Hierbei ergibt sich folgender geometrischer Zusammenhang:
S = h x + X τ + X B .
D. h. der Abstand S der beiden Fixpunkte FP T , FP B entspricht einer Summe aus einem Abstand X τ des Fixpunkts FP T zur Ober- seite O des gewalzten Metallbands 2 und der Höhe hi des gewalzten Metallbands 2 (entspricht Höhe hi des Walzspalts 300) sowie des Abstands X B der Unterseite U des gewalzten Metallbands 2 zum Fixpunkt FP B . X τ und X B lassen sich nun wieder ü- ber gerüstabhängige Kostanten ausdrücken. Hierbei gilt (siehe zum besseren Verständnis auch FIG 3) :
X, = VL - G. und X π = VL - G Έ
Wodurch sich in erster Näherung hi zu:
I -1 = S - (w pτ - G 1 )- (W PB - G B ) ergibt.
D. h. die Höhe hi des Walzspalts 300 ist abhängig von dem gemessenen Abstand S zwischen dem Gerüstoberteil 10 und dem Ge- rüstunterteil 20, einer Höhe W PT des oberen Walzenpakets 100, einer Höhe W PB des unteren Walzenpakets 200, einer Höhe G τ der Aushöhlung 150 des Gerüstoberteils 10 und einer Höhe G B der Aushöhlung 250 des Gerüstunterteils 20. Hierbei sind wiederum die Höhen G der jeweiligen Aushöhlung 150, 250 gerüstabhängig und somit konstant. Die jeweilige Höhe W P des Walzenpakets
100, 200 ist ebenfalls konstant, solange die Walzen bzw. die Walzenpakete 100, 150 eingebaut sind. Hieraus ergibt sich wiederum ein proportionales Verhalten des Abstands S des Ge-
rüstoberteils 10 zum Gerüstunterteil 20 in Bezug auf die Höhe hi des Walzspalts 300. Hierbei sind die entsprechenden Bezugsflächen neben den am Gerüstoberteil 10 und am Gerüstunterteil 20 angeordneten Bezugsflächen die Oberseite O und die Unterseite U des gewalzten Metallbands 2.
Es ist auch möglich, nur eine Hälfte nach oben oder nach unten in Bezug auf eine Mittellinie M des gewalzten Metallbands 2 zu betrachten. Hierbei ergibt sich folgende geometrische Abhängigkeit:
S h i +
2 2
Hieraus ergibt sich die Höhe hi des Walzspalts 300 zu:
h ± = S - 2W PT + 2G T .
Dies kann analog auch für eine untere Hälfte des Metallbands 2, also für X B durchgeführt werden. Eine solche, auf Symmet- riebetrachtungen beruhende, Bestimmung der Höhe hi des Walzspalts 300 eignet sich insbesondere für Ausführungsformen von erfindungsgemäßen Vielwalzengerüsten 1, bei welchen keine sehr hohen Anforderungen an eine Genauigkeit der Walzspaltregelung des Walzgerüsts 1 gestellt werden. Werden jedoch sehr hohe Ansprüche an die Genauigkeit der Walzspaltregelung gestellt, was insbesondere bei Reduzierwalzgerüsten der Fall ist, ist ersteres Vorgehen geeigneter.
Darüber hinaus ist es vorteilhaft - nun insbesondere mit Be- zug auf das 12-Rollen-Walzgerüst der FIG 3 -, die Fixpunkte FP T , FP B , Z. B. auf einen Begrenzungspunkt der jeweiligen Aushöhlung 150, 250 zu legen; und zwar insbesondere auf einen jeweiligen Punkt der Aushöhlung 150, 250, von welchem sich eine jeweilige Höhe W PT , W PB des betreffenden Walzenpakets 100, 200 zum jeweiligen Walzpunkt 112, 212 definiert, wobei der minimale (lineare) Abstand zwischen den Walzpunkten 112, 212 der Höhe hi des Walzspalts 300 entspricht (Definition) .
Hierfür eignet sich insbesondere ein jeweiliger Scheitelpunkt FP T *, FP B * der Aushöhlung 150, 250. Somit misst ein Positionsmessgeber 400 einen Abstand S' der beiden Scheitelpunkte FP T *, FP B *. Hierdurch ergibt sich die Höhe hi des Walzspalts 300 zu:
h, = S ' - W PB - W pτ .
Vorteilhaft bei der Messung von S' , also einem entsprechenden Vorsehen des Positionsmessgebers 400 zwischen den beiden Scheitelpunkten FP T * und FP B *, ist, dass diese nur von der Messung von S' und der jeweiligen Höhe W P des Walzenpakets 100, 200 abhängt.
Darüber hinaus ist es möglich, mit dem Positionsmessgeber 400 z. B. den Abstand S'' zwischen der Oberseite des Gerüstoberteils 10 und der Unterseite des Gerüstunterteils 20 zu bestimmen. Es gibt nun mehrere Möglichkeiten, die Höhe hi des Walzspalts 300 über S'' auszudrücken.
Eine wiederum führt über den Abstand der beiden Scheitelpunkte FP T *, FP B *, wobei ein jeweiliger Abstand Y τ , Y B der entsprechenden Seite des Gerüstteils 10, 20 zum jeweiligen Scheitelpunkt FP T *, FP B * bestimmt wird. Hieraus ergibt sich:
1 Ci 1 = S " - Y 1 - Y B - W pτ - W PB .
Ferner ist es möglich, eine Dickenmessung des Metallbands 2 erfindungsgemäß miteinzubeziehen . Ist z. B. X τ - (Abstand Un- terseite U des auslaufseitigen Metallbands 2 zur Unterseite des Gerüstoberteils 10) bekannt (siehe FIG 3), so ergibt sich die Höhe hi des Walzspalts 300 zu:
1 Ci 1 = X τ , + G τ - W pτ .
Eine Bezugsfläche für diese Bestimmung ist die Unterseite U des Metallbands 2, wobei es hierdurch möglich ist, die Höhe hi des Walzspalts 300 ohne ein Wissen über eine Höhe W PB des
unteren Walzenpakets 200 zu bestimmen. Eine analoge Vorgehensweise ergibt sich für die Oberseite O des Metallbands 2:
h_ = X B . + G B - W PB .
Ferner ist ein solches Vorgehen in Bezug auf eine Mittellinie M des Metallbands 2 bei Kenntnis einer einlaufseitigen Banddicke ho möglich. So ergibt sich, z. B. unter Verwendung von X T" (Abstand Oberseite des einlaufseitigen Metallbands 2 zur Unterseite des Gerüstoberteils 10):
1I 1 = h 0 + 2X T „ + 2G T - 2W PT .
Darüber hinaus sind in FIG 3 alternative Fixpunkte FP darge- stellt. Hierbei ist entweder zu beachten, dass eine Walzenpaketdicke Wp in Bezug auf diesen Fixpunkt FP definiert ist, oder ein entsprechender Versatz δX des Fixpunkts FP zu einem Punkt am entsprechenden Walzenpaket 100, 200 berücksichtigt wird, von welchem aus eine jeweilige Walzenpaketdicke W P de- finiert ist. Letzteres ist z. B. rechts in der FIG 3 dargestellt, in welcher ein Versatz δ X τ eines Fixpunkts FP T in Bezug auf einen Auflagepunkt 145 der oberen Stützlagerwalze 140 an einer Begrenzungsfläche 152 der Aushöhlung 150 definiert ist. Dies ist ebenso im unteren Teil der FIG 3 dargestellt (δX B ) .
Ferner ist es erfindungsgemäß möglich, eine Mehrzahl solcher Messungen parallel durchzuführen und einen entsprechenden Mittelwert für die Banddicke hi bzw. die Höhe hi des WaIz- spalts 300 zu bestimmen.
Erfindungsgemäß ist es nicht, wie in FIG 3 dargestellt, notwendig, eine Höhe W P eines Walzenpakets 100, 200 zwischen einem Auflagepunkt 145, 245 des entsprechenden Walzenpakets 100, 200 am Scheitelpunkt FP T *, FP B * der jeweiligen Aushöhlung 150, 250 zum jeweiligen Walzpunkt 112, 212 zu definieren. Dies ist in FIG 4 dargestellt. So ist es z. B. möglich, eine Walzenpaketdicke W PT vom Fixpunkt FP T (Anlagepunkt der
rechten Stützlagerwalze 140 an der Begrenzungsfläche 152 der Aushöhlung 105) horizontal in Bezug auf den Walzpunkt 112 bzw. eine Oberseite O gewalzten Metallbands 2 zu definieren. Eine solche Höhe des Walzenpakets W PT ist geringer als die in FIG 3 dargestellte. Liegt der Fixpunkt FP T nicht auf der Begrenzungsfläche 152 der Aushöhlung 150, so ist wieder ein entsprechender Versatz δ X τ zu berücksichtigen, was rechts und links in der FIG 4 dargestellt ist. Ferner ist es möglich, die Walzenpaketdicke W PT in Bezug auf einen Zapfen ei- ner Walze 110, 120, 130, 140 des Walzenpakets 100 oder einem Ballen der betreffenden Walze zu bestimmen. Ersteres ist links in der FIG 4 dargestellt. Analog kann natürlich auch ein unteres Walzenpaket 200 betrachtet werden.
FIG 5 zeigt nun erfindungsgemäß bevorzugte Positionen bzw. Messpositionen des Positionsmessgebers 400 bzw. einer Mehrzahl von Positionsmessgebern 400 für die erfindungsgemäße Walzspaltmessung. Hierbei wird jeweils ein horizontaler Abstand zwischen den beiden Gerüstteilen 10, 20 ermittelt.
Erfindungsgemäß ist dabei der Positionsmessgeber 400 am Gerüstoberteil 10 und/oder dem Gerüstunterteil 20 und nicht an einem Anstellzylinder bzw. Anstellkolben für eine Positionierung des Gerüstoberteils 10 in Bezug auf das Gerüstunterteil 20 vorgesehen. Erfindungsgemäß ermittelt der Positionsmessgeber 400 eine Position eines Fixpunkts FP an einem Gerüstteil 10, 20 gegenüber einem Fixpunkt FP des anderen Gerüstteils 20, 10.
Erfindungsgemäß kann der Positionsmessgeber 400 an beliebigen Punkten des Vielwalzengerüsts 1 vorgesehen sein. Es gibt jedoch bevorzugte Positionen. Diese sind insbesondere im Einlaufbereich 30 bzw. Auslaufbereich 40 des Vielwalzengerüsts 1 verortet. Hierfür kommt z. B. eine Unterseite des Gerüstober- teils 10 bzw. eine Oberseite des Gerüstunterteils 20 infrage. Ferner ist es möglich, an der Außenseite des Vielwalzengerüsts 1 den Positionsmessgeber 400 anzuordnen, wodurch z. B. ein Abstand einer Oberseite des Vielwalzengerüsts 1 (Obersei-
te des Gerüstoberteils 10) bzgl. der Unterseite des Vielwal- zengerüsts 1 (Unterseite des Gerüstunterteils 20) bestimmt wird. Ferner ist es möglich, den Positionsmessgeber 400 in oder in die Nähe des jeweiligen Scheitelpunkts FP T *, FP B * der betreffenden Aushöhlung 150, 250 zu legen. Insbesondere eignet sich ein Punkt 145 am oder im Vielwalzengerüst 1, von welchem aus eine jeweilige Höhe W PT , W PB des jeweiligen Walzenpakets 100, 200 definiert ist.
Erfindungsgemäß wird das Messprinzip der direkten Walzspaltmessung durch Messung eines dem Walzspalt 300 proportionalen Abstands S zwischen einer Ober- und Unterwalze bzw. deren Einbaustücke realisiert. Hierdurch erhält man eine direkte Walzspaltmessung für ein Vielwalzengerüst 1. Hierdurch lässt sich ferner eine direkte Walzspaltregelung für ein Vielwalzengerüst 1 realisieren, was durch Messung eines walzspalt- proportionalen Abstands an oder innerhalb des Vielwalzenge- rüsts 1 realisiert wird.