Verfahren und Vorrichtung zur Dickenvorsteuerung beim Folienwalzen

Abstract

 Ein Verfahren zur Dickenregelung beim Folienwalzen mit Hilfe von in einem Prozeßrechner abgespeicherten Wirkungskennlinien der einzelnen Stellgrößen (z.B. Bandzüge, Walzgeschwindigkeiten) für verschiedene Arbeitspunkte, auch in Kombination mit einer Monitorregelung, sieht vor, daß Dickenabweichungen der Folie einlaufseitig ermittelt und durch eine Dickenvorsteuerung kompensiert werden. Eine Anlage (1) zum Durchführen der Dickenregelung mit Dickenvorsteuerung weist zwischen der Ablaufhaspel (4) und dem Walzwerk (6) bzw. Walzspalt (5) des ersten Walzgerüstes ein an einen übergeordneten Prozeßrechner (10) angeschlossenes Dickenmeßgerät (9) und diesem nachgeschaltet ein den Weg des Folienbandes (2) zwischen der Anlaufhaspel (4) und dem Walzspalt (5) verlängerndes Zugmittel (11) auf.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Dickenvorsteuerung beim Folienwalzen mit Hilfe von in einem Prozeßrechner abgespeicherten Wirkungskennlinien der einzelnen Stellgrößen (z.B. Bandzüge, Walzgeschwindigkeiten) für verschiedene Arbeitspunkte (Betriebszustände) bzw. mit Hilfe eines on-line arbeitenden physikalischen Rechenmodells, auch in Kombination mit einer Monitorregelung.

[0002] Im Gegensatz zum Bandwalzen läßt sich die Dicke beim Folienwalzen nicht mehr mit Hilfe einer Positionsregelung regeln, da diese wegen des außerordentlich hohen Bandmoduls der Folie versagt, was auch den Einsatz einer beim Bandwalzen üblichen Dickenvorsteuerung ausschließt, mit der sich rechtzeitig mit dem Erreichen eines einlaufenden Dickenfehlers die Walzkraft bzw. die Position der Anstellung so verändern läßt, daß die Auslaufdicke möglichst unverändert bleibt. Beim Folienwalzen wird wegen des hohen Bandmoduls nur noch mittels einer kombinierten Rückzugsspannung-/Walzgeschwindigkeitsregelung geregelt. Die Wirkungsweise der Zug-/Geschwindigkeitsregelung basiert auf einer Veränderung des Umformwiderstandes der Folie, so daß sich bei konstanter Walzkraft unterschiedliche Abnahmen einstellen lassen.

[0003] Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, mit denen sich die Folgen einer einlaufseitigen Dickenabweichung schneller und besser kompensieren lassen.

[0004] Diese Aufgabe wird für das Verfahren dadurch gelöst, daß Dickenabweichungen der Folie einlaufseitig ermittelt und durch eine Dickenvorsteuerung kompensiert werden. Der Erfindung liegt hierbei die sowohl durch praktische Erfahrungen als auch durch theoretische Untersuchungen gewonnene Erkenntnis zugrunde, daß in guter Näherung eine einlaufseitige Dickenabweichung der Folie direkt proportional zur Reduktion auch auslaufseitig feststellbar ist. Daher machen empirisch gewonnene oder mit Hilfe eines physikalisch-mathematischen Berechnungsmodells ermittelte Kenntnisse über die Auswirkungen einer Änderung von Walzparametern die erfindungsgemäße Dickenvorsteuerung für das Folienwalzen möglich, d.h. einen zeitgerechten Eingriff in den Walzprozeß, um nicht erst mit der Monitorregelung auf einen gemessenen Dickenfehler zu reagieren, sondern ihn bereits im voraus weitgehend zu vermeiden.

[0005] Es wird vorgeschlagen, daß die Walzgeschwindigkeit und/oder die Vorzug- oder Rückzugspannung geändert, vorzugsweise jedoch bei ansonsten gleichbleibenden Bedingungen die Bandrückzugspannung durch ein hochdynamisches Zugmittel, vorzugsweise eine hochdynamische Ablaufhaspel, in Abhängigkeit vom Arbeitspunkt geändert wird. Analog zur Monitorregelung stellt nämlich die Rückzugspannung die wirksamste Stellgröße zur Beeinflussung der Foliendicke dar. Während die Kenntnis der Wirkungskennlinien für die klassische Foliendickenregelung zwar vorteilhaft, aber nicht zwingend notwendig ist, wird hier vorausgesetzt, daß die Auswirkung einer Stellgrößenänderung zur richtigen Bemessung des Vorsteuerungsschrittes genau bekannt sein muß. Zur richtigen Bemessung des Vorsteuerungsschrittes werden daher die Abhängigkeiten der Auswirkungen einer Einlaufdickenänderung von der Stellgröße, vorzugsweise der Rückzugspannung, an verschiedenen Arbeitspunkten ermittelt und in den Prozeßrechner für die Dickenregelung abgespeichert. Ein Arbeitspunkt ist definiert durch eine bestimmte Kombination von Prozeßparametern, z.B. Auslaufdicke, Walzgeschwindigkeit, Vorzugsspannung, Walzendurchmesser oder Schmierung.

[0006] Es läßt sich damit sowohl die notwendige Zahl als auch die Größe der Eingriffe der nachgeschalteten Dickenregelung so klein wie möglich halten, so daß sich entsprechend die durch die Regelung selbst induzierten Störungen des Walzprozesses entscheidend verringern lassen. Die mit Hilfe eines Berechnungsmodelles oder empirisch ermittelten Wirkungskennlinien der einzelnen Stellgrößen für verschiedene Arbeitspunkte sind im Prozeßrechner abgelegt und diejenige Kennlinie, die für den tatsächlich vorherrschenden Betriebszustand gültig ist, wird interpolativ aus der Schar der im Prozeßrechner für verschiedene Arbeitspunkte (Betriebszustände) hinterlegten Kennlinien gewonnen. Aus der Kennlinie selbst läßt sich dann der Differenzquotient der entsprechenden Stellgröße ermitteln. Alternativ lassen sich die Differenzquotienten auch direkt mit Hilfe eines on-line arbeitenden physikalischen Modells ermitteltn. Diese Differenzenquotienten geben an, welche Rückzugsspannungs- bzw. Stellgrößenänderung vorgenommen werden muß, um eine bestimmte Auslaufdickenänderung zu erreichen, z.B. 1 µm Auslaufdickenfehler ausgleichen zu können. Multiplikativ verknüpft mit dem aufgrund einer Einlaufdickenänderung zu erwartenden Auslaufdickenfehler erhält man dann die zur Fehlerkompensation notwendige Änderung der Stellgröße.

[0007] Die erfindungsgemäße Regelung mittels Dickenvorsteuerung ist darüber hinaus in der Lage bewerten zu können, ob ein Vorsteuerungseingriff oder ein unter Umständen notwendiger Eingriff einer nachgeschalteten Dickenregelung mit einer bestimmten Stellgröße noch möglich oder sinnvoll ist. Falls zum Beispiel der Differenzenquotient gegen unendlich strebt, bedeutet dies, daß die Stellgröße keine Wirkung mehr hat und eine andere Stellgröße herangezogen werden muß, beim Folienwalzen beispielsweise die Auslaufzugspannung oder auch die Walzkraft, deren Wirkung aber eher mittelbar durch eine Verlagerung des Arbeitspunktes zu sehen ist.

[0008] Es empfiehlt sich, den Sollwert der Stellgröße und das Stellgrößenregelfenster zur Rückführung des Stellmittels in eine neutrale Position oder auf einen neutralen Wert zu verschieben.

[0009] Eine Vorrichtung zum Durchführen der erfindungsgemäßen Dickenvorsteuerung sieht vor, daß zwischen der Ablaufhaspel und dem Walzwerk/dem Walzspalt des Walzgerüstes ein an einen übergeordneten Prozeßrechner angeschlossenes Dickenmeßgerät und diesem nachgeschaltet ein den Weg des Folienbandes zwischen der Ablaufhaspel und dem Walzspalt veränderndes, z.B. verlängerndes Zugmittel angeordnet sind. Als ein die Weglänge veränderndes Zugmittel ließe sich beispielsweise ein schlaufenbildendes Brems- und/oder Zuggerüst einsetzen, vorzugsweise wird jedoch eine vorteilhaft kraft- oder positionsgeregelte, hydraulisch anstellbare Steuerrolle vorgeschlagen, beispielsweise die mittlere Rolle eines 3-Rollen-Bridles. Es liegt damit nämlich ein für das zeitgerechte Verändern der Rückzugspannung erforderliches hochdynamisches Zugmittel vor; alternativ ließe sich auch der Ablaufhaspel einsetzen.

[0010] Die in den Bandlauf der zu walzenden Folie vor dem Walzgerüst eintauchende, kraft- oder positionsgeregelte Steuerrolle bewirkt eine Abstandsänderung zwischen der Ablaufhaspel bzw. dem Folienbandbund und dem Walzspalt, d.h. eine elastische Längenänderung des Folienbandes und damit einhergehend entsprechend eine Zugspannungsänderung in Abhängigkeit vom Arbeitspunkt. Das zur Einlaufdickenmessung zwischen der Ablaufhaspel und dem Walzspalt angeordnete Dickenmeßgerät kann handelsüblicher Art sein.

[0011] Durch das Verändern des Rückzugspannungssollwertes und das Mitführen des Rückzugspannungsregelfensters läßt sich die Steuerrolle in die neutrale Position zurückführen. Anstatt sich zur Rückzugsänderung mittels einer Steuerrolle die Trägheit der Haspel zu Nutzen zu machen, kann das Verfahren auch direkt mit Hilfe einer hochdynamischen Haspel durchgeführt werden.

[0012] Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen und der nachfolgenden Beschreibung, in der ein in den Zeichnungen dargestelltes Ausführungsbeispiel der Erfindung näher erläutert ist. Es zeigen:

Fig. 1

eine Schemazeichnung einer Anlage zum Durchführen einer Dickenvorsteuerung beim Folienwalzen mittels einer Steuerrolle;

Fig. 2

eine Schemazeichnung einer Anlage zum Durchführen einer Dickenvorsteuerung beim Folienwalzen mittels einem hochdynamischen Haspel; und

Fig. 3

ein Diagramm (Kennlinie) zur Kompensation eines Einlaufdickensprunges durch zeitgerechtes Verändern der Rückzugspannung (am Beispiel einer theoretisch ermittelten Kennlinie).

[0013] Die Fig. 1 zeigt ein Schema einer Anlage 1 zum Walzen einer Folie bzw. eines Folienbandes 2. Das Folienband 2 wird von einem Bund 3 einer Ablaufhaspel 4 abgezogen und dem Walzspalt 5 eines Walzgerüstes 6 eines nachgeschalteten, im einzelnen weiter nicht dargestellten Walzwerkes zugeführt. Das Walzgerüst 6 besteht aus einer oberen und einer unteren Stützwalze 7 sowie den dazugehörigen Arbeitswalzen 8.

[0014] Zwischen der Ablaufhaspel 4 und dem Walzwerk bzw. -gerüst 6 ist ein handelsübliches Dickenmeßgerät 9 angeordnet und elektrisch mit einem übergeordneten Prozeßrechner 10 verbunden. Dem Dickenmeßgerät 9 ist ein vor dem Walzgerüst 6 angeordnetes Zugmittel 11 in Form eines sich aus drei Rollen 12 bzw. 13 zusammensetzenden 3-Rollen-Bridles nachgeschaltet. Die mittlere Rolle 13 ist als kraft- oder positionsgeregelte, hydraulisch angstellbare und elektrisch ebenfalls mit dem Prozeßrechner 10 verbundene Steuerrolle ausgebildet, die - wie dargestellt - bedarfweise in das Folienband eintaucht und mittels einer Veränderung der Bandschlaufe 14 die Rückzugspannung beeinflußt.

[0015] Zur Dickenvorsteuerung des Folienbandes 2, bevor dieses in das Walzgerüst 6 einläuft, sind in dem Prozeßrechner 10 mit Hilfe eines Berechnungsmodelles oder empirisch ermittelte Wirkungskennlinien der einzelnen Stellgrößen für verschiedene Arbeitspunkte abgespeichert worden oder die Wirkung der Stellgrößen wird on-line berechnet.

[0016] Die Fig. 2 zeigt eine andere Ausführung einer Anlage 100 zum Walzen einer Folie bzw. eines Folienbandes 2. Der Ablauf entspricht weitgehend dem der Anlage 1 nach Fig. 1 mit der Ausnahme, daß die für die Dickenvorsteuerung notwendigen schnellen Rückzugänderungen nicht mittels eines zwischengeschalteten Zugmittels, sondern direkt mit einer hochdynamischen Haspel 16 vorgenommen werden.

[0017] Ein Beispiel für eine Dickenvorsteuerung bei der Anlage 1 bzw. 100 nach Fig. 1 bzw. Fig. 2, um durch geeignete Veränderung der Rückzugspannung eine einlaufende Foliendickenänderung bei konstanter Auslaufdicke (33 mym), konstanter Walzkraft (6000 kN) und konstanter Walzgeschwindigkeit auszugleichen, ist in dem Diagramm nach Fig. 3 gezeigt. Um die nachfolgend beschriebene Kompensation der Dickenabweichung des einlaufenden Folienbandes 2 zu verdeutlichen, wird ein Einlaufdickensprung des Folienbandes 2 von 72 µm auf 74 µm angenommen.

[0018] Dieser Einlaufdickensprung und die gültige Kennlinie des definierten Arbeitspunktes, die interpolativ aus der Vielzahl der im Prozeßrechner 10 abgespeicherten Wirkungskennlinien oder unmittelbar mittels eines physikalischen Prozeßmodelles gewonnen wird, erlauben es, den Dickensprung durch zeitgerechtes Erhöhen der Rückzugspannung von 50 N/mm² auf 55 N/mm² zu kompensieren; der beispielhaft gewählte Regelbereich wird durch die in Fig. 4 unterbrochene Regelungskennlinie 17 hervorgehoben.

[0019] Zur Erhöhung der Rückzugspannung auf 55 N/mm² wird - am Beispiel der Fig. 1 - die Steuerrolle 13 des Zugmittels 11 wie in Fig. 1 gezeigt in den Bandlauf der Folie 2 abgesenkt, so daß eine elastische Längenänderung des Folienbandes 2 bewirkt wird. Dies geschieht zeitgerecht, d.h. mit einer hohen Dynamik der Zugänderung, die die anstellbare, d.h. absenk- und anhebbare Steuerrolle 13 ermöglicht. Durch die Einlaufdickenmessung des Folienbandes mittels des zwischen der Ablaufhaspel 4 und dem Walzspalt 5 bzw. Walzgerüst 6 angeordneten Dickenmeßgerätes 9 läßt sich somit eine additive und anhand der Kennlinie und des Einlaufdickenfehlers bemessene Zugänderung erreichen, so daß mit der beschriebenen Regelung ein Dickenfehler bereits im voraus vermieden bzw. weitgehend verringert wird.

Ansprüche

1. Verfahren zur Dickenregelung beim Folienwalzen mit Hilfe von in einem Prozeßrechner abgespeicherten Wirkungskennlinien der einzelnen Stellgrößen (z.B. Bandzüge, Walzgeschwindigkeiten) für verschiedene Arbeitspunkte, auch in Kombination mit einer Monitorregelung,
dadurch gekennzeichnet,
daß Dickenabweichungen der Folie einlaufseitig ermittelt und durch eine Dickenvorsteuerung kompensiert werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß unter Beibehaltung der anderen Walzparameter die Stellgröße, vorzugsweise die Bandzugspannung, durch ein hochdynamisches Stellmittel in Abhängigkeit vom Arbeitspunkt geändert wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Sollwert der Stellgröße und das Stellgrößenregelfenster zur Rückführung des Stellmittels in eine neutrale Position oder auf einen neutralen Wert verschoben wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Bandrückzugspannung durch einen hochdynamischen Ablaufhaspel in Abhängigkeit vom Arbeitspunkt geändert wird.

5. Vorrichtung zur Dickenregelung beim Walzen eines von einer Ablaufhaspel (4; 16) in ein Walzwerk (6) einlaufenden Folienbandes (2), insbesondere zum Durchführen des Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß zwischen der Ablaufhaspel (4) und dem Walzwerk (6) bzw. dem Walzspalt (5) des Walzgerüstes ein an einen übergeordneten Prozeßrechner angeschlossenes Dickenmeßgerät (9) und diesem nachgeschaltet ein den Weg des Folienbandes (2) zwischen der Ablaufhaspel (4) und dem Walzspalt (5) veränderndes Zugmittel (11) angeordnet sind.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Zugmittel (11) eine Steuerrolle (13) aufweist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Steuerrolle (13) kraftgeregelt ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 6,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Steuerrolle (13) positionsgeregelt ist.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 8,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Steuerrolle (13) hydraulisch anstellbar ist.

10. Vorrichtung nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Zugmittel (11) ein hochdynamischer Ablaufhaspel (16) ist.

Zeichnung