DE2224833B2

DE2224833B2 - Vorrichtung zur Messung des Spaltes eines Arbeitswalzenpaares für ein Walzgerüst

Info

Publication number: DE2224833B2
Application number: DE2224833A
Authority: DE
Inventors: Karl-Heinz 2800 Bremen Andresen
Original assignee: Vereinigte Flugtechnische Werkefokker 2800 Bremen GmbH
Current assignee: Fried Krupp AG
Priority date: 1972-05-20
Filing date: 1972-05-20
Publication date: 1980-08-21
Also published as: DE2224833A1; SE413634B; GB1391029A; IT987665B; JPS4956658A; FR2185452A1; US3850015A; DE2224833C3; FR2185452B3; JPS5423819B2

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Messung des Spaltes eines Arbeitswalzenpaares als Istwert für einen Regler zur Konstanthaltung der Dicke des von einem Walzgerüst ausgebrachten Walzgutes mit an den Arbeitswalzen angeordneten Meßringen und damit zusammenarbeitenden berührungsfreien Meßeinrichtungen.

Bei Walzanlagen ist es zur Erzielung enger Banddikkentoleranzen notwendig, eine Banddickenregelung vorzunehmen. Neben den hohen dynamischen Anforderungen an eine solche Regelung ist darüber hinaus ein schnelles Stellsystem und eine möglichst verzögerungsfreie Erfassung der Regelgröße erforderlich. Da eine derartige Messung der Banddicke am Ort der Verformung aufgrund der Walzenabplattung und der

ίο Materialfederung nicht möglich ist wird bei derartigen schnellen Regelungseinrichtungen der Abstand der Arbeitswalzen in irgendeiner Weise erfaßt

Die zur Zeit im Einsatz befindlichen Regelungseinrichtungen unterscheiden sich im wesentlichen durch die

is Meßvorrichtungen zur Erfassung des Walzspaltes. Bei einer aus der DE-PS 19 31 654 bekannten Einrichtung erfolgt eine direkte Walzspaltmessung mit berührungslos arbeitenden Meßgebern, die an feststehenden, auf Ballenenden der Arbeitswalzen aufgesteckten Meßringen angebracht sind und damit den Abstand der Arbeitswalzen erfassen. Diese Regelungseinrichtung hat sich in der Praxis bewährt, sie besitzt jedoch in den auf den Ballenenden laufenden Meßringen Elemente, die ihre Anwendung auf relativ langsam laufende Walzgerüste begrenzt.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Walzspaltmessung vorzusehen, die ohne Kontakt zu den Arbeitswalzen in der Lage ist, die Walzenposition direkt zu erfassen. Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die Meßringe an den Stirnseiten jeder Arbeitswalze als vorstehende Referenzringe ausgebildet sind, und daß jedem Referenzring ein am Ständer des Walzgerüstes befestigter Meßkopf zugeordnet ist.

Die erfindungsgemäße Maßnahme bietet die Möglichkeit, den Meßkopf nach verschiedenen physikalischen Prinzipien durch den zugeordneten Referenzring zu beeinflussen. So ist es möglich, den Meßkopf mit einer induktiven Meßeinrichtung zu versehen und diese durch den Referenzring magnetisch zu beeinflussen. Der Meßkopf kann aber auch eine kapazitive Meßeinrichtung enthalten und durch den Referenzring elektrostatisch beeinflußt werden. Weiterhin ist es möglich, den Meßkopf mit einer durch den Referenzring beeinflußbaren optischen Meßeinrichtung zu versehen. Ein besonderer Vorteil ist jedoch in der konstanten Empfindlichkeit der Meßanordnung zu sehen, die sich aufgrund der Verstellbarkeit der Meßköpfe über den gesamten Meßbereich ergibt.

Weitere Einzelheiten der Erfindung werden anhand der Zeichnung näher erläutert Es zeigt

F i g. 1 eine Vorder- und Seitenansicht einer Arbeitswalze mit einem am Walzgerüst befestigten Meßkopf,
F i g. 2 das Prinzip einer induktiven Meßeinrichtung,

F i g. 3 das Prinzip der Walzspalterfassung,

F i g. 4a und 4b die Verstelleinrichtung eines Meßkopfes in zwei Ansichten und

F i g. 5 eine Schaltung zur Erzeugung von Meßsignalen.

Die Meßvorrichtung ist am Ständer des Walzgerüsts angeordnet und erfaßt die Position der Arbeitswalzen. Zu diesem Zweck sind die Arbeitswalzen 10 nach F i g. 1 auf jeder Stirnseite mit einem Referenzring 11 versehen. Dieser Referenzring 11 ist zentrisch zur Lauffläche angeordnet und somit in seiner Lage von der Lage der Walze abhängig. Jedem Referenzring 11 ist ein in F i g. 2 näher dargestellter Meßkopf 13 zugeordnet. Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Meßkopf mit

einer induktiven Meßeinrichtung versehen. Diese induktive Meßeinrichtung besteht aus einem im Querschnitt E-förmigen Kern 14, dessen Schenkel dem Referenzring zugewandt sind. Auf den äußeren Schenkeln des Kerns 14 ist je eine Spule angeordnet Die Breite des Referenzringes 11 ist so bemessen, daß sie dem inneren Abstand der äußeren Schenkel des Kernes 14 entspricht. Befinden sich Referenzring 11 und Meßkopf 13 in genau gleicher Höhe, so ist das Verhältnis der Spuleninduktivitäien L\: Li = 1 und die Meßschaltung nach Fig.5 liefert ein Ausgangssignal von Null Volt. Jede Abweichung des Referenzringes 11 aus dieser Nullage ergibt über die Änderung des Verhältnisses L_x: L₁ 4 1 am Ausgang der Meßschaltung nach Fig.5 ein Gleichspannungssignal, das die Größe und Richtung der Abweichung angibt Somit ist es möglich, mit Hilfe der Meßeinrichtung und der Schaltung nach Fig.5 die jeweilige Position der Arbeitswalze zu erfassen. Störgrößen, wie Te.nperaturschwankungen oder Abstandsänderungen des Meßkopfes zum Referenzring, wirken sich auf beide Induktivitäten gleichartig aus, so daß das Verhältnis L\ : L₂ nicht beeinflußt wird. Die Meßgenauigkeit wird daher durch Störungen nicht beeinträchtigt

Für eine genaue Walzspaltregelung ist es notwendig, die Position der oberen und der unteren Arbeitswalze 10', 10 zu erfassen. Eine Meßvorrichtung, mit de- dies möglich ist, ist in F i g. 3 näher dargestellt F i g. 3 zeigt die Zuordnung je eines in einem Gehäuse 12, 12' gehaltenen Meßkopfes 13, 13' zu den Referenzringen 11, 11' der von Stützwalzen 15, 15' gestützten Arbeitswalzen 10,10' eines Walzgerüsts. Um Meßfehler durch Ständerdehnungen auszuschalten, sind die Meßanordnungen A und B über den in F i g. 3 gestrichelt dargestellten Meßrahmen gemeinsam auf der gleichen Horizontalen am Gerüstständer befestigt.

Die zur Erfassung des Walzspaltes notwendige Auswerteschaltung zeigt F i g. 5. Die Schaltung enthält einen Oszillator 20, der über einen Transformator 21 zwei parallele Reihenschaltungen von Induktivitäten versorgt. Die Induktivitäten Li, L₂ stellen die Induktivitäten jeweils eines Meßkopfes 13,13' dar. Die parallelen Reihenschaltungen von Lm, Lia und Lie, Lib bilden hier eine Brückenschaltung, wobei die Abgriffe dieser Reihenschaltungen über je einen Verstärker 24, 24' je "5 einem vom Oszillator 20 angesteuerten phasenabhängigen Gleichrichter 25,25' zugeleitet sind. Die phasenabhängigen Gleichrichter 25, 25' liefern Ausgangssignale A und B, welche die Positionen der Arbeitswalzen repräsentieren. Diese Ausgangssignale stehen einerseits so als Eichsignale zur Verfügung und sie sind andererseits einem Differenzverstärker 26 zugeleitet, der daraus ein entsprechendes Ausgangssignal für einen Regler zur Konstanthaltung des Walzenabstandes erzeugt. Die Schaltung nach F i g. 5 erzeugt somit ein Differenzsignal A-B, das exakt die Walzspaltänderung einer Arbeitswalzenseite angibt und daher als Eingangssignal für einen Regler benutzt werden kann.

Zur Einstellung des Sollwertes sind die Meßköpfe 13, 13' in ihrer Höhe definiert verstellbar. F i g. 4 zeigt den zur Verstellung notwendigen Aufbau für einen MeßkopT. Der Meßkopf 13 ragt aus einem Gehäuse 12 hervor, das im Inneren einen Schrittmotor 19 aufweist. Die Abtriebswelle dieses Schrittmotors 19 treibt über ein verspanntes Zahnradpaar 18,17 eine Gewindespin- t>5 del 16, die zur Höhenverstellung des Meßkopfes 13 dient. Mit dieser Verstelleinrichtung ist es möglich, die Meßköpfe zur Einstellung bestimmter Sollwerte zu verschieben. Nach dem Wechsel von Arbeitswalzen ist es jeweils notwendig, die Meßvorrichtung bei geschlossenem Walzspalt abzugleichen. Zu diesem Zweck werden zunächst die laufenden Arbeitswalzen gegeneinandergefahren. Anschließend steuern die Signale A und B nach F i g. 5 die Verstelleinrichtungen so lange an, bis die Meßköpfe 13 bzw. 13' die Position der Referenzringe 11 bzw. 11' erreicht haben und die Signale A und B zu Null geworden sind. Damit ist der Abgleichvorgang beendet, so daß die automatische Nachführung der Meßköpfe abgeschaltet werden kann. Nach dem Schließen des Walzspalt-Regelkreises durch das Aufschalten des Differenzsignals A — B nach F i g. 5 auf den Regler kann der Sollwert neu vorgegeben werden. Dies erfolgt durch ein definiertes Verstellen des unteren Meßkopfes A nach F i g. 3. Es ist aber auch möglich, je nachdem, wo die Walzspaltanstellung angreift den Meßkopf B für Sollwertverstellungen zu benutzen. Über den geschlossenen Regelkreis folgt die entsprechende Arbeitswalze 10 jeder vertikalen Bewegung des zugeordneten Meßkopfes 13, so daß auf diese Weise eine genaue Sollwertvorgabe für beliebig große Walzspalte möglich ist. Hierbei bleiben die Genauigkeit und die Auflösung der Meßvorrichtung unverändert.

Ist eine Positionierung des Meßkopfes nach Fig.4 vorgesehen, so kann über eine entsprechende Steuereinheit jede gewünschte Walzenstellung nach der Vorgabe durch einen Kodierschalter, einen Prozeßrechner oder ein analoges Signal eingestellt werden. Diese Art der Einstellung erlaubt es auch, beliebige Korrekturwerte einzugeben.

Die Genauigkeit der Sollwertvorgabe hängt bei Verstelleinrichtungen mit Schrittmotoren in erster Näherung nur von der Konstanz der Spindelsteigung ab, die heutzutage mit sehr großer Genauigkeit erreichbar ist. Die Meßvorrichtung ist daher auch für Walzspalte · größerer Abstände einsetzbar und verspricht wegen der Genauigkeit eine gute Parallelführung der Arbeitswalzen. Wegen der Verwendung von Schrittmotoren zur Sollwerteinstellung kann ein digitales Anzeigegerät für die eingegebenen Werte benutzt werden.

Die beschriebene Meßvorrichtung erfaßt die Position der Arbeitswalzen direkt und berührungslos mit am Gerüst installierten Meßköpfen ohne Schleif- oder Meßringe. Dadurch kann sie sowohl für langsam- als auch für schnellaufende Walzgerüste benutzt werden. Der Meßbereich ist bei hoher Auflösung beliebig groß, die Meßempfindlichkeit über den gesamten Meßbereich konstant. Die Genauigkeit und die Auflösung bleiben auch bei Anwendung einer kapazitiven Meßeinrichtung aufgrund der seitlichen Anordnung der Meßköpfe von Kühlmitteln unbeeinflußt. Wie aus F i g. 3 zu erkennen ist, wird in einem solchen Fall der obere Meßkopf 13' wegen der Abschirmung durch die Arbeitswalze 10' nicht beeinflußt, während der untere Meßkopf 13 wegen der seitlichen Anordnung ebenfalls nicht beeinflußt wird. Kühlmittel werden nach aller Erfahrung lediglich im Mittelbereich der Arbeitswalzen in solcher Menge aufgespritzt, daß die Randbereiche praktisch frei bleiben; in den seitlichen Bereichen ist daher allenfalls mit vom Kühlmittel stammendem Dunst zu rechnen, der aber — wie praktische Versuche gezeigt haben — ohne Einflub auf die Messung ist. Durch ihre Anordnung in Höhe der Stützwalzen 15 (siehe Fig. 3) ist die Vorrichtung auch genügend gegen Bandverlauf oder Bandrisse geschützt. Nach dem Wechseln von Arbeitswalzen ist das Nullabgleichen ohne wesentliche Montage- und lustierungsarbeiten möglich.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zur Messung des Spaltes eines Arbeitswalzenpaares als Istwert für einen Regler zur Konstanthaltung der Dicke des von einem Walzgerüst ausgebrachten Walzgutes mit an den Arbeitswalzen angeordneten Meßringen und damit zusammenarbeitenden berührungsfreien Meßeinrichtungen, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßringe an den Stirnseiten jeder Arbeitswalze (10, 10') als vorstehende Referenzringe (11,11') ausgebildet sind, und daß jedem Referenzring (11,11') ein am Ständer des Walzgerüstes befestigter Meßkopf (13, 13') zugeordnet ist

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Meßkopf (13) zur Sollwertvorgabe in Meßrichtung verstellbar ist

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Meßkopf (13) aus einem Gehäuse (12) hervorsteht und durch eine im Gehäuse (12) vorgesehene Gewindespindel (16) verstellbar ist, und daß die Gewindespindel (16) über ein verspanntes Zahnradpaar (17, 18) von einem Schrittmotor (19) antreibbar ist

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet daß der Meßkopf (13,13') eine induktive Meßeinrichtung mit einem Kern und Spulen enthält auf die der zugeordnete Referenzring (11,11') magnetisch einwirkt

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Meßkopf (13, 13') eine kapazitive Meßeinrichtung enthält auf die der zugeordnete Referenzring (11, 11') elektrostatisch einwirkt.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet daß der Meßkopf (13, 13') eine durch den zugeordneten Referenzring (11, IV) beeinflußbare optische Meßeinrichtung enthält.

7. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die induktive Meßeinrichtung eines Meßkopfes (13) aus einem mit seinen Schenkeln dem Referenzring (11) zugewandten, im Querschnitt E-förmigen Kern (14) besteht und daß die Breite des Referenzringes (11) auf den inneren Abstand der die Spulen tragenden äußeren Schenkel bemessen ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Induktivitäten (L\a, Lia bzw. Lie, Ub) jedes Meßkopfes (13 bzw. 13') eine Reihenschaltung bilden und auf jeweils einer Seite der Arbeitswalzen (10, 10') zu einer Brückenschaltung zusammengeschaltet sind und daß die den Verbindungspunkten der Reihenschaltungen entnehmbaren Signale über je einen Verstärker (24; 24') je einem phasenabhängigen Gleichrichter (25; 25') zugeführt sind, deren Ausgangssignale einerseits als Abgleichsignale zur Verfügung stehen und andererseits je einem Eingang eines Differenzverstärkers (26) zugeführt sind zur Erzeugung eines von der Istlage der Arbeitswalzen (10, 10') abhängigen Signals für den Regler.