Verfahren zum Kaltwalzen von Blechen und Bändern

Abstract

 Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Kaltwalzen von Blechen und Bändern, wobei Meßwerte, welche die Planheit kenn­zeichnen, insbesondere die Zugspannungsverteilung, auf der Aus­trittsseite eines Walzgerüstes gebildet und in Abhängigkeit hiervon Stellglieder des Walzwerkes betätigt werden, die wenigstens einem Regelkreis für die Planheit der gewalzten Bleche und Bänder ange­hören. Hierbei werden erfindungsgemäß Fehlregelungen und Störungen des Walzprozesses auf Grund des unterschiedlichen Zeitverhaltens der einzelnen Stellglieder des Walzwerkes dadurch vermieden, daß die Stellglieder des oder der Regelkreise mit derart einander ange­passten Geschwindigkeiten verstellt werden, daß wenigstens während eines Teils der Verweilzeit das Verhältnis der Stellwege der be­teiligten Stellglieder mit der Maßgabe konstant bleiben, daß alle Stellglieder ihren Sollwert gleichzeitig erreichen.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 bezeichneten Art.

[0002] Die Planheit der kaltgewalzten Bleche und Bänder kann in unter­schiedlicher Weise gestört sein. So zeigen sich beispielsweise Bandsäbel, lange Bandmitte, kurze Bandkanten, lange Bandseiten, Kantenwellen, örtliche Wellenbahnen und kurze Bandfasern sowie das kombinierte Auftreten verschiedener Planheitsfehler, wie übersicht­lich in Bild 1 der Veröffentlichung von E. Neuschütz in dem Buch "Walzen von Flachprodukten", Informationsgesellschaft-Verlag, 1987, Seiten 7 bis 26, dargestellt ist. Die Ursache für derartige Plan­heitsfehler sind die nicht passende Anstellung der Walzen, ein nicht geeigneter Walzenschliff, ein Walzenverschleiß, Temperatur­unterschiede über die Ballenbreite der Walzen, Härteunterschiede im Band und das Einbettungsverhalten des Bandes an den Bandkanten.

[0003] Durch gezielte Einwirkung auf entsprechende Stellglieder des Walz­werkes kann den Planheitsfehlern entgegengewirkt werden, wobei sich Regelkreise mit der Planheit als Regelgröße verwirklichen lassen. So sieht beispielsweise die DE-OS 32 40 602.9 vor, zur Regelung der Zugspannungsverteilung beim Kaltwalzen von Bändern auf Grund von Messungen der Zugspannungsverteilung die Stellglieder für den Walz­spalt derart zu positionieren, so daß die Unterschiede zwischen der Zugspannung beim Einlauf und beim Auslauf über die Walzbreite möglichst konstant und unterhalb eines Höchstwertes gehalten wird, oberhalb dessen ein Faltungsstau beim Walzen auftritt. Hierbei bleiben jedoch noch zahlreiche Planheitsfehler unberücksichtigt, die sich durch die Einwirkung auf weitere Stellglieder beheben lassen.

[0004] Insgesamt hat man bei einem neuzeitlichen Sechswalzengerüst bis zu acht Stellmöglichkeiten, um die Planheit der Lage des Bandes sicherzustellen. Beispielsweise zählen zu den Stellmöglichkeiten das

[0005] Verschwenken der Walzen, das Biegen der Walzen durch Kräfte am Walzenballen, eine achsiale Verschiebung der Walzen z.B. der sogenannten Zwischenwalzen oder durch Arbeitswalzen mit verschie­denen Konturen, das Verschränken der Walzen sowie die Beeinflus­sung der Walzenbombierung durch Kühlung bzw. Erwärmung einerseits oder durch Innendruck von Hohlwalzen andererseits. Diese Stellglie­der haben ein unterschiedliches Zeitverhalten, auf Grund dessen sie ihre Vorgabewerte in unterschiedlicher Zeit zu erreichen vermögen. Beispielsweise läßt sich die Durchbiegung der Walzen nahezu träg­heitsfrei vornehmen, so daß keine Geschwindigkeitsabhängigkeit be­steht, während eine Axialverschiebung von Arbeitswalzen oder von Stützwalzen geschwindigkeitsabhängig ist, weil es nicht bei stehen­den Walzen ausgeführt werden kann. Somit können sich nicht mehr ausgleichbare Abweichungen mit entsprechenden Störungen ergeben.

[0006] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Fehlregelungen und Störun­gen des Walzprozesses auf Grund unterschiedlichen Zeitverhaltens der Stellglieder des Walzwerkes herabzusetzen.

[0007] Diese Aufgabenstellung löst die Erfindung durch die in den Patentan­sprüchen gemachten Vorschläge.

[0008] Somit gelangen die Stellglieder mit aneinander angepaßter Geschwin­digkeit zur Verstellung, bei welcher wenigstens teilweise verhältnis­gleiche Verstellwege dazu führen, daß die Stellglieder gleichzeitig ihren vorgegebenen Wert erreichen.

[0009] In vorteilhafter Ausführung der Erfindung wird eine Minimierung der Soll/Ist-Abweichung nach der Fehlerquadratmethode vorgenommen, wie dies der Anspruch 2 vorsieht.

[0010] Man kann das Ergebnis noch dadurch verbessern, daß zwischen Band­mitte und Bandrand sogenannte Wichtungsfaktoren bei der Ein­wirkung auf die Stellglieder gebildet werden.

[0011] Im Ergebnis werden die Stellglieder in ihrer Kombination somit mit der Maßgabe verstellt, daß das Verhältnis der Verstellwege auch während der Verstellung konstant bleibt. Minimiert wird mithin die Funktion:

. Darin sind
X_i: Koordinate in Bandbreitenrichtung
Δδ_i: Soll-Ist-Abweichung der Spannungsverteilung an der Stelle X_i V₁, V_2: Verstellung der Stellglieder 1,2...... P₁, P_2: Einflußfaktoren der Stellglieder 1,2 usw. an der Stelle X_i ϑ_i: Wichtungsfaktor der Soll-Ist-Abweichung an der Stelle X_i

[0012] Durch die Wichtungsfaktoren ϑ_i ist es möglich, die Soll-Ist-Ab­weichungen über der Bandbreite unterschiedlich zu bewerten. So können z. B. die Abweichungen an den Bandkanten höher bewertet werden als die Abweichungen im Bandmittenbereich.

[0013] Die Einflußfunktionen P₁(x_i), P₂(x_i), .... der Stellglieder können beliebige Funktionen sein.

[0014] Durch die Minimierung der Funktion F erhält man die unbekannten Verstellwege V₁, V₂, .... .

[0015] Um sicherzustellen, daß das Verhältnis der errechneten Verstellbe­träge V₁, V₂, .... konstant bleibt, ist zu prüfen, ob bei der Aus­führung der Verstellung die Stellgrenzen einzelner Stellglieder überschritten bzw. erreicht werden. Dazu wird für alle Stellglie­der das Verhältnis von möglichem und errechnetem Verstellweg be­stimmt. Die errechneten Verstellwege werden dann mit dem kleinsten ermittelten Verhältniswert multipliziert, wie noch näher beschrieben wird

[0016] Die sich ergebenden Verstellbeträge werden so ausgeführt, daß das Verhältnis der errechneten Verstellwege V₁, V₂, .... auch während der Verstellung konstant bleibt. Damit werden kritische Spannungs­verteilungen im Band und Störungen des Walzprozesses vermieden.

[0017] Die Einflußfaktoren P₁, R₂...sind grundsätzlich dem Fachmann geläufig. Die Wirkungen der Stellglieder ergeben sich in Abhängigkeit vom je­weiligen Stellweg. Da die Konstruktionen von Gerüsttyp zu Gerüsttyp verschieden sind, ist es erforderlich, diese Wirkungen experimentell zu erfassen, indem sie einzeln empirisch untersucht werden. Wenn eine der­artige Wirkungsfunktion einmal erfaßt ist , läßt sie sich vorgeben, um in einem Rechner eine vorgesehene Stellung einzunehmen.

[0018] Aus der bisher dargestellten Erfindung ergibt sich, daß das langsamste Stellglied die Zeit vorgibt, innerhalb welcher die übrigen Stellglieder ihre Funktionen zu erfüllen haben. Dadurch bleibt das Verhältnis der errechneten Stellwege auch während der Verstellung gleich.

[0019] Die jedem Stellglied zugeordneten Stellbereiche können insbesondere in Wegeeinheiten definiert sein. Wenn zur Istposition eines Stellgliedes die errechnete Verstellung hinzu addiert wird, kann dies dazu führen, daß eine außerhalb des Stellbereiches liegende Sollposition erreicht wird. Demge­genüber reicht der mögliche Verstellweg lediglich von der Istposition bis zur Bereichsgrenze des Stellgliedes. Deshalb wird erfindungsgemäß für alle Stellglieder nur das Verhältnis vom möglichen Verstellwert zum er­rechneten Verstellwert gebildet. Mit dem kleinsten Verhältniswert werden die übrigen Verhältniswerte der anderen Stellglieder multipliziert, ein­schließlich des Stellgliedes, welches den kleinsten Weg besitzt. Dies stellt sicher, daß das Verhältnis der errechneten Verstellwege bei den einzelnen Stellgliedern untereinander auch dann erhalten bleibt, wenn ein einzelnes Stellglied seine Bereichsgrenze erreicht hat.

[0020] Für das bisher beschriebene Vorgehen ist das langsamste Stellglied maß­geblich, so daß verhältnismäßig lange Verstellzeiten notwendig sind, um ein Ergebnis zu erzielen. Die Totzeiten würden entsprechend ausgedehnt sein. Um dies wiederum zu reduzierren, findet eine Modifikation der Erfindung gemäß dem Anspruch 5 Anwendung. Demnach läßt sich die Mini­mierung in zwei Schritten vornehmen, wobei der erste Schritt die schnelleren Stellglieder umfaßt. Auf Grund dieser Vorgabewerte werden zunächst die Stellwege berechnet, die von den schnellen Stellgliedern unter Berücksichtigung der Restriktionen gefahren werden können. Dieses Rechenergebnis ist dann maßgeblich, um mit den langsameren Gliedern eine weitere Berechnung durchzuführen. Die langsamen Glieder sind also bei der ersten Berechnung noch unbe­rücksichtigt geblieben. Für die Berechnung der langsameren Stell­glieder wird eine zahlenmäßige Abweichung vorgegeben, die nicht mit der gemessenen übereinstimmt, sondern mit derjenigen, die sich auf Grund der Berechnung mit den schnellsten Stellgliedern ergeben hat. Damit wird die Wirkung der schnellen Stellglieder schon berück­sichtigt, wenn die langsamen Stellglieder berechnet werden.

[0021] Die vorerwähnte Ausführungsform der Erfindung bezieht sich also nicht auf die gesamte Verstellzeit, sondern nur auf einen Teil derselben, wie dies nach dem Grundprinzip der Erfindung zulässig ist. Der Vorteil be­steht darin, daß bereits mit den schnellen Stellgliedern operiert wer­den kann, um Planheitsstörungen nach Möglichkeit zu beheben. Der nächste Abschnitt des Stellweges der schnelleren Glieder wird indes dann mit einer anderen Geschwindigkeit zurückgelegt, die sich ergibt, indem man die Kombination auf die langsameren Stellglieder in der vorgeschlagenen Weise ausdehnt. Somit führen auch gemäß der Ausführungsform der Erfin­dung sämtliche Stellglieder ihre Stellwege in einer übereinstimmenden Zeit aus. Die vorgesehene Minimierung findet in diesem Falle gruppen­weise statt, wobei schnelle und langsame Stellglieder unterschiedliche Gruppen bilden.

[0022] Zur weitergehenden Veranschaulichung der Erfindung wird auf die Zeichnungen Bezug genommen. Darin zeigen:

Figur 1 ein Walzgerüst mit einem Regelkreis der Art, auf den sich die Erfindung bezieht,

Figur 2 die Längenverteilung über die Breite x bei einer sogenannten langen Bandmitte und bei sogenannten Kantenwellen,

Figur 3 die alleinige Wirkung des Stellgliedes "Walzen­durchbiegung",

Figur 4 die gemeinschaftliche Wirkung der Stellglieder "Walzendurchbiegung" und "Achsialverschiebung der Walzen,

Figur 5 die alleinige Wirkung des Stellgliedes "Achsial­verschiebung" der Walzen.

[0023] Bei dem erfindungsgemäß zu gestaltenden Regelkreis ist nach Figur 1 ein reversierendes 20-Walzengerüst derart mit einer größeren Anzahl von Stellgliedern der beschriebenen Art zu regeln, daß ein Band mit ausgesteuerten Längenunterschieden Δ L/L gewalzt werden kann. Man erkennt, daß auf die Stützrollen 2 in achsialen Abständen ange­ordnete Stellglieder 3 sowie ein auf die achsiale Lage von Konus­walzen 4 einwirkendes Stellglied 5 vorgesehen sind. Ein Regler 6 ermittelt auf Grund der von der Umlenkmeßrolle 7 erfaßten Druck­werte 8 die Vorgabewerte, mit denen das Stellglied 5 einerseits und die Stellglieder 4 andererseits anzutreiben sind, um die be­stehenden Fehler sowohl in der Bandmitte als auch an den Bandkanten auszuschalten. In der Praxis kann es sich auch um wesentlich mehr Sensoren einerseits und Stellglieder andererseits handeln, wie be­schrieben wirde. Das Ergebnis der Messung erlaubt eine differenzierte Auswertung, so daß man Bandstörungen auf den Bild­schirmen 9 und 10 darstellen kann.

[0024] Für die gemäß Figur 2 verhandenen langen Bandmitten und Kanten­wellen erlaubt die Erfindung in der vorgeschlagenen Weise eine Be­hebung. Zur Veranschaulichung zeigt Figur 3 zunächst, welches Er­gebnis ein lediglich durch Veränderung der Walzenbiegung ein­wirkendes Stellglied 11 haben würde. Man erkennt, daß die lange Bandmitte 12 der Figur 2 bis auf eine tragbare Abweichung gemäß der Kurve 13 in Figur 3 behebbar ist. Im Zusammenhang hiermit werden jedoch die Kantenwellen 14, die nach Figur 2 deutlich randseitig in Erscheinung treten, nicht nur nicht behoben, sondern sogar noch stärker, wie dies die randseitigen Kurvenverläufe 15 bei Figur 3 zeigen.

[0025] Würde man nun entsprechend Figur 5 die achsial einwirkenden Stell­glieder 16 ansteuern, indem die Konuswalzen achsial verschoben werden, so lassen sich zwar die randseitigen Kantenwellen 14 durch Figur 2 in der Art weitgehend beheben, daß nur noch tolerierbare Abweichungen 18 gemäß Figur 5 verbleiben. Unverändert bleibt hier­bei aber die ausgesprochene Bandmitte 12 der Figur 2 erhalten, in­dem sie in Figur 5 praktisch gleichartig auftritt.

[0026] Die Erfindung lehrt nun gemäß Figur 4, die Stellglieder 11 und 16 gleichzeitig in Funktion treten zu lassen. Sofern man dies in nun üblicher Weise machen würde, bestünde die Gefahr, mehr oder weniger Ergebnisse der Art zu erhalten, wie sie in Figur 3 oder Figur 5 wiedergegeben sind. Ursächlich hierfür ist, daß jedes Stellglied seine eigene Geschwindigkeit besitzt, in der es seinen vorgegebenen Sollwert annimmt.

[0027] Hier greift nun die Erfindung ein, indem ihre Geschwindigkeiten während der Verstellzeit berücksichtigt werden. Die Geschwindig­keiten lassen sich zuvor problemlos unter Betriebsbedingungen messen, so daß für jedes Stellglied ein bestimmter Geschwindig­keitswert vorliegt. Wenn man annimmt, die auf diese Weise gemessene Stellgeschwindigkeit sei beim Stellglied 11 doppelt so hoch wie die beim Stellglied 16, so würde normalerweise das Stellglied 11 seinen Vorgabewert in der Hälfte der Zeit zurücklegen, in welcher das Stellglied 16 seine vorgegebene Stellung erreicht haben würde. Im Ergebnis würden also nicht mehrere Bandstörungen gleichzeitig be­hoben werden können. Erfindungsgemäß wird nunmehr für den Antrieb des schnelleren Stellgliedes 11 die Geschwindigkeit gedrosselt, so daß es seinen Stellwert unter betrieblichen Bedingungen zur gleichen Zeit erreichen würde, zu der das langsamere Stellglied 16 diese Position eingenommen hätte. Es kommt also darauf an, für dieses eine Stellglied eine Geschwindigkeitsdrosselung nach Maßgabe eines langsameren Stellgliedes vorzunehmen.

[0028] Man kann in der Praxis inkremental prüfen, ob die Stellwerte in der vorgesehenen Weise auch ihre jeweiligen Positionen erreichen, um fallweise einen zu schnellen Antrieb zu blockieren. Jedoch läßt sich auch bei schnelleren Stellgliedern durch eine bleibende Dämpfung die Geschwindigkeit herabsetzen, indem beispielsweise ein elektrisch betriebenes Stellglied mit geringerer Stromstärke be­trieben wird.

Ansprüche

1. Verfahren zum Kaltwalzen von Blechen und Bändern, wobei Meßwer­te, welche die Planheit kennzeichnen, insbesondere die Zug­spannungsverteilung, auf der Austrittsseite eines Walzgerüstes gebildet und in Abhängigkeit hiervon Stellglieder des Walzwerkes betätigt werden, die wenigstens einem Regelkreis für die Plan­heit der gewalzten Bleche und Bänder angehören,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Stellglieder des oder der Regelkreise mit derart einander angepaßten Geschwindigkeiten verstellt werden, daß während wenigstens eines Teils der Verstellzeit das Verhältnis der Verstellwege der beteiligten Stellglieder mit der Maßgabe konstant bleiben, daß alle Stellglieder ihren Sollwert gleichzeitig erreichen.

2. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß die für die Stellglieder vorzugebenden Stellwege auf­grund der Minimierung der Summe der Quadrate der Differenzen gebildet werden, welche sich aus den Soll/Ist-Abweichungen und der Summe der Wirkungen der Stellglieder ergeben.

3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Differenzen zwischen den Soll-Ist-Abweichungen und der Summe der Wirkung der Stellglieder, über die Breite des Bandes gesehen, gewichtet werden, mit der Maßgabe, daß zwischen Bandmitte und Bandrand die Wichtungsfaktoren unterschiedlich gewählt werden.

4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Verstellwege der Stellglieder derart konstant ge­halten werden, daß für jedes Stellglied das Verhältnis vom möglichen Verstellweg zum vorgegebenen Verstellweg gebil­det wird,
und daß die vorgegebenen Verstellwege daraufhin mit dem kleinsten der Verhältniswerte multipliziert werden.

5. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet,
daß für die Ermittlung der Verstellwege zunächst die Stellglieder mit großen Stellgeschwindigkeiten in einer Gruppe derart berücksichtigt werden, daß deren Verstellung vorab eingeleitet wird,
während unter Einbeziehung dieser Verstellwege für die Stellglieder mit kleinen Stellgeschwindigkeiten deren Ver­stellwege ermittelt werden,
und daß daraufhin alle Stellglieder unter Beibehaltung der Konstanz ihrer Verstellwege eine gemeinschaftliche Ver­stellung erfahren.

Zeichnung