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Automatische Anhallevorrichtung für Umkehrwalzwerke zum
Kaltwalzen von Bändern
Die Erfindung betrifft eine automatische Anhaltevorrichtung für Umkehrwalzwerke zum Kaltwalzen von Bändern, die bewirkt, dass das Walzwerk automatisch zum Stillstand gebracht wird, wenn das gewalzte Band sich seinem Ende nähert.
Zum Kaltwalzen von Stahl- und Nichteisenmetallbändern werden heute vorwiegend Umkehrwalzwerke mit zwei Zughaspeln benützt, wobei im Laufe des Walzens die Walzrichtung sich periodisch ändert.
Gemäss Fig. l, welche das Schema eines solchen Umkehrwalzwerkes zeigt, wird beim Rechtswalzen (- > ) das gewalzte Band von der Haspel 3 abgezogen. Das Band läuft dann durch dab Walzgerüst 1, wobei die Dicke des Bandes reduziert wird. Schliesslich wird das Band auf die Haspel 2 aufgewikkelt. Nach Abwickeln der ganzen Bandlänge von der Haspel 3 auf die Haspel 2 wird das WalzgerUst so schnell wie möglich gebremst, der Spalt zwischen den Arbeitswalzen wird verkleinert, wonach die Walzrichtung umgekehrt wird ( < -) und der ganze Arbeitszyklus sich von Anfang an wiederholt. Das Band, nun von der Haspel 2 abgezogen, läuft durch das Walzgerüst und wickelt sich auf die Haspel 3 auf. Je nach der Walzrichtung wird also die Arbeitsweise beider Haspeln periodisch geändert.
Die bisherigen Methoden der Walzwerksteuerung beim Anlauf und Bremsen stellen grosse Anforderungen an das Bedienungspersonal, da die Steuerung vorwiegend von Hand durchgeführt wird. Mit Rücksicht auf die Bremsung des Walzwerkes beim Nachlauf des Bandes muss das Bedienungspersonal ausserordentliche Aufmerksamkeit dem Abwicklungsvorgang der letzten Windungen des auf der Ablaufhaspel aufgewickelten Bandes widmen. Das Walzwerk muss so rechtzeitig zum Stillstand gebracht werden, dass noch einige Windungen auf der Ablaufhaspel aufgewickelt sind. Dies ist unbedingt nötig, um das Ausreissen des Bandes aus dem Spalt des Ablaufhaspeldornes zu verhindern. Es hängt also sehr viel von der Erfahrung und richtigen Abschätzung des Bedienenden ab. Besonders bei höheren Walzgeschwindigkeiten ist die richtige Bedienung des Walzwerkes ausserordentlich schwierig.
Die oben erwähnten Nachteile werden durch die erfindungsgemässe automatische Anhaltevorrichtung für Umkehrwalzwerke zum Kaltwalzen von Bändern, bei denen die Walzgeschwindigkeit durch eine Vergleichsschaltung auf einem mittels eines Regelpotentiometers einstellbaren Sollwert gehalten wird, wobei ein von einem magnetischen Verstärker gesteuerter Servomotor zur Betätigung des Regelpotentiometers vorgesehen ist dadurch restlos beseitigt, dass in Serie mit der Steuerwicklung des magnetischen Verstärkers ein Drehzahlgeber eines mit dem gewalzten Band in Verbindung stehenden Rollenabtasters, ein als Spannungsteiler geschaltetes Drehpotentiometer, ein Gleichrichter sowie die Kontaktfelder zweier Schrittwähler geschaltet sind, wobei die der Bandgeschwindigkeit proportionale Spannung des Drehzahlgebers der vom Drehpotentiometer abgegriffenen,
der Länge des aufgewickelten Bandes proportionalen Spannung gegengeschaltet ist, so dass die Differenz dieser beiden Spannungen den magnetischen Verstes- ker und somit die Walzgeschwindigkeit beeinflusst. Durch die BenUtzung der erfindungsgemässen Anhaltevorrichtung ist das bedienende Personal der Umkehrwalzwerke nicht mehr gezwungen, das Walzwerk vorzeitig auf die niedrigere Anlaufgeschwindigkeit umzuschalten. Ausserdem kann nun die Länge des Bandes, das bei der niedrigeren Nachlaufgeschwindigkeit gewalzt wird, beträchtlich herabgesetzt werden.
Dadurch wird nicht nur die Produktivität der Walzstrecke durch Herabsetzung der Arbeitszeit mit niedriger Geschwindigkeit gesteigert, sondern wird auch die Menge des schlechten Walzgutes vermin-
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dert, da die Qualität des gewalzten Bandgutes von der Walzgeschwindigkeit stark abhängig ist. Ausserdem ermöglicht es die erfindungsgemässe Anhaltevorrichtung, den Betrieb eines Walzwerkes mit Zughaspeln völlig zu automatisieren.
Ein praktisches Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes ist in den Fig. 2-5 der Zeichnung veranschaulicht. Die Fig. 2 zeigt das Schaltbild des Umkehrwalzwerkantriebes und die Hauptsteuerkreise der automatischen Bremsung, wobei die rechte Haspel als Abzugsvorrichtung arbeitet. Die in der Fig. 2 gezeigte Einrichtung muss natürlich auch für die linke Haspel vorausgesetzt werden (was der Einfachheit halber in Fig. 2 nicht gezeigt ist). In Fig. 3 ist eine Schaltung gezeigt, welche die Zählung der Umdrehungen des Drehpotentiometers der rechten Haspel ermöglicht. Dieselbe Einrichtung muss wieder auch für die linke Haspel vorausgesetzt werden.
In der Fig. 4 ist der Verlauf der Spannung Ul5 des Drehpotentiometers in Abhängigkeit vom Drehwinkel des Potentiometerschleifers graphisch veranschaulicht und Fig. 5 zeigt in schematischer Form den Vorgang der Registrierung der Bandlänge.
Wie aus der Fig. 2 hervorgeht, wird das Umkehrwalzgerüst 1 von einem Gleichstrommotor 4 angetrieben, wobei der Anker dieses Motors von einer Dynamomaschine 6 oder von einem Gleichrichter gespeist wird. Die Drehzahl des Motors 4 wird mit Hilfe einer Drehzahlgeberrückkopplung gesteuert, die darin besteht, dass die Spannung eines Regelpotentiometers 9, welche den Drehzahlsollwert angibt, mit der Ausgangsspannung eines Drehzahlgebers 8 verglichen wird. Diese Ausgangsspannung ist dem Drehzahlistwert des Motors 4 proportional. Die Differenz der beiden Spannungen steuert über eine geeignete Einrichtung 7 die Speisespannung des Motors 4 und somit dessen Drehzahl. Zum Vorschub des Schleifkontaktes des Regelpotentiometers 9 dient ein von einem magnetischen Verstärker 11 gespeister Elektromotor 10.
Die Fig. 2 zeigt noch das Drehpotentiometer 15, das entweder mittels der elektromagnetischen Kupplungen 29 über ein mechanisches Vorgelege 28 mit der Welle des Haspeldornes 2 mechanisch verbunden oder mittels der elektromagnetischen Kupplung 30 mit einem Arretiermotor 33 gekoppelt ist, wobei dieser Motor die Rückkehr des Schleifers des Drehpotentiometers 15 in die Ausgangslage ermöglicht, was vor dem Anfang des Aufwickelns des Bandes auf die Haspel 2 geschieht. Der Drehzahlgeber 14 wird von einer Abtastrolle angetrieben, woraus folgt, dass seine Ausgangsspannung der augenblicklichen Geschwindigkeit des gewalzten Bandes zwischen der Haspel 2 und dem Walzgerüst 1 direkt proportional ist.
DieSchriitwählerl ? und 18 dienen zum Zählen der Umdrehungen des Drehpotentiometers 15. Der Schrittwähler 17 zählt die Umdrehungen beim Aufwickeln des Bandes auf die Haspel 2, während der Schrittwähler 1 & zum Zählen der Umdrehungen in umgekehrter Richtung dient. Mit 12 ist ferner die Steuerwicklung des magnetischen Verstärkers 11, mit 13 ein Gleichrichterventil und mit 19 ein Spannungsteiler mit mehreren einstellbaren Anzapfungen bezeichnet.
Bei konstanter Beschleunigung a gilt für die augenblickliche Walzgeschwindigkeit v :
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und die entsprechende Länge des aufgewickelten Bandes l ist :
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Wird die Zeitvaiiable t aus diesen beiden Gleichungen eliminiert, bekommt man für die Abhängigkeit der augenblicklichen Walzgeschwindigkeit von der Länge des aufgewickelten Bandes
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Die eben abgeleitete Gleichung bestimmt eindeutig, wie sich die Walzgeschwindigkeit mit der Länge des Bandes ändern muss.
Das Prinzip der erfindungsgemässen automatischen Anhaltevorrichtung besteht nun darin, dass das Verhältnis zwischen der. Walzgeschwindigkeit und der Länge des aufgewickelten Bandes während der Bremsung immer auf einem konstanten Wert gehalten wird. Unter dieser Voraussetzung wird das Umkehrwalzwerk immer nach Ablauf einer konstanten Strecke zum Stillstand gebracht, wobei diese Bremsmecke der Länge des aufgewickelten Bandes gleich ist.
Der Drehwinkel cl p des Schleifers des Drehpotentiometers 15 ist der Länge des aufgewickelten Bandes proportional (der Einfachheit halber wird der Zuwachs der aufgewickelten Länge infolge der Bandstärke vernachlässigt). Durch geeignete Verteilung des Widerstandes des Potentiometers 15 in Abhängigkeit vom Drehwinkel a p seines Schleifers kann erreicht werden, dass der Verlauf der Spannung Uns, dite von
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kann der Bremsvorgang des Umkehr-Walzwerkes beim Nachlauf des Bandes durch eine geschlossene Re- gelschleife verwirklicht werden, wobei in dem betreffenden Regelkreis die Spannung U am Ausgang des Drehzahlgebers 14 mit der Spannung Ul5 des Drehpotentiometers 15, die ein Mass für die Länge des Ban- des ist,
das noch auf dem Dorn der Ablaufhaspel aufgewickelt ist, verglichen wird. Dann gilt
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und darum ist auch die Beziehung
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erfüllt.
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kers 11 zugeführt, wobei als Steuerspannung die Spannung Ul5 des Drehpotentiometers 15 benützt wird. Im Falle, dass die Spannung U des Drehzahlgebers 14 grösser ist als die Spannung Ul6'd. h. wenn die wirkliche Bremswirkung kleiner ist als die nötige Bremswirkung, bewirkt der Spannungsunterschied U bis
Ul5 die Erregung des magnetischen Verstärkers 11 und somit die Drehung des Motors 10 und folglich auch die Bewegung des Schleifers des Potentiometers 9.
Die Bewegung des Schleifers des Potentiometers 9 hat zur Folge, dass die Drehzahl des Antriebsmotors 4 des Uiqkehr-Walzgerasteb sinkt, wodurch die Geschwindigkeit des gewalzten Bandes erniedrigt wird. Dieser Vorgang dauert so lange, bis die beiden Spannungen U unduly einander gleich sind. Auf diese Weise sinkt die Walzgeschwindigkeit, wobei die Beziehung
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stets beibehalten wird. Die Bremsung ist beendet bei Uu"'0, was bedeutet, dass das Walzwerk zum Stillstand gebracht worden ist.
Da das Drehpotentiometer 15-mit Rücksicht auf die Genauigkeit der Einstellung - nur diejenige Länge des aufgewickelten Bandes registriert, welche dem Anlauf auf die Hochwalzgeschwindigkeit entspricht, muss die Anhaltevorrichtung noch mit einer Einrichtung ergänzt werden, die die Aufzeichnung der gesamten Länge des gewalzten Bandes ermöglicht. Dies geschieht mittels der Schrittwähler 17 und 18, u. zw. derart, dass bei jeder vollendeten Umdrehung des Drehpotentiometers 15 der mechanisch mit die- sem verbundene Drehimpulssender 16 betätigt wird, der die Schrittwähler 17 oder 18 um einen Schritt weiterschaltet.
Vor dem Anlauf des Walzwerkes auf die Arbeitsgeschwindigkeit wird die Walzrichtung gewählt, u. zw. nachdem das Band in den Spalt der Auflaufhaspel eingeführt wurde. Der eingeschaltete Schütz 31 (Fig.3) entspricht der Walzrichtung nach rechts, der Schütz 32 der Walzrichtung nach links. Bei dem er- sten Durchgang des Bandes durch das Walzgerüst 1 arbeitet die Haspel 2 als Aufwickelhaspel, Bei einge- ichaltetem Schütz 31 ist die Spule des Schrittwählers 17 mit dem Drehimpulssender 16 über die Ruhekon- : akte 21 und 23 verbunden. Gleichzeitig mit der Wahl der Walzrichtung muss auch die Steuereinrichtung für die Haspel 2 in die Nullstellung gebracht werden. Dies kann z. B. mit Hilfe des Tasters 22 geschehen (Fig.3).
Durch das Einschalten dieses Tasters wird das Relais 23 betätigt. Die Arbeitskontakte dieses Relais verbinden die Antriebsspulen der Schrittwähler 17 und 18 mit einem Unterbrecher 27, welcher die Ruckkehr der Wählerarme in die Nullstellung bewirkt. Ein weiterer Arbeitskontakt des Relais 23 schaltet ein Schütz 26 ein,'dessen Ruhekontakt die elektromagnetische Kupplung 29 ausschaltet, während die elektromagnetische Kupplung 30 durch den Arbettskoniakt des Schützes 26 eingeschaltet wird (Fig. 2).
Zugleich verbinden weitere Arbeitskontakte des Schützes 26 den Arretiermotor 33 mit dem Netz, wo-
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durch der Schleifer des Drebpotentiometers 15 anfängt, sich nach rechts zu bewegen (Fig. 2 und 4). Wenn der Schleifer um den Winkel ap'" 3600 verdreht worden ist, schliesst während des Winkels ai der Kontakt des Drehmpulssenders 16, welcher die Einschaltung des Relais 24 und somit auch die Einschaltung des Re- lais 25 bewirkt. Die Zusammenarbeit der Relais 24 und 25 bewirkt, dass das Nulleinstellungsrelais 23 erst dann ausschaltet, nachdem der Drehimpulssender 16 seinen Kontakt unterbrochen hat. Dadurch schaltet auch das Schütz 26 aus und der Schleifer des Drehpotentiometers 15 befindet sich in der Nullstellung (Op = 0).
Damit ist die Vorbereitung zur Registrierung der Länge des sich auf die Haspel2 aufwickeln- den Bandes vollendet. Die Arbeitsweise des Schützes 20 wird später erläutert. Vorläufig wird vorausge- setzt, dass das Schütz 20 sich in Einschaltstellung befindet.
Der sich bewegende Schleifer des Steuerpotentiometers 9 bewirkt das Anlaufen des Umkehrwalzwer- kes. Die rotierende Trommel der Haspel 2 bewegt den Schleifer des Drehpotentiometers 15 nach rechts, wobei die mechanische Verbindung durch die Übersetzung 28 und die elektromagnetische Kupplung 29 . vermittelt wird.
Nach Aufwicklung einer gewissen Länge des Bandes, z. B. 1p wird der Schleifkontakt des Drehpoten- tiometers 15 um den Winkel ap = 3600 gedreht. Dadurch wird erneut während des Winkels ai der Dreh- impulssender 16 geschlossen, der die Spule des Schrittwählers 17 einschaltet. Die Spule des Schrittwäh- lers 18 wird nicht erregt, da das Schütz 32 ausgeschaltet ist. Der Stromimpuls in der Antriebsspule des
Wählers 17 schaltet den Wählerarm um einen Schritt weiter. Bei weiteren Umdrehungen des Schleifers des Drehpotentiometers 15 führt der Kontaktarm des Schrittwählers 17 weitere Schritte aus. Nach erfolg- ter Stillsetzung des Umkehrwalzgerüstes 1 ist das Aufwickeln des Bandes auf die Haspel 2 beendet. Auf derHaspelbefindetsichz. B. die Bandlänge lc (Fig. 5).
Diese Länge wurde durch acht Schritte des Schritt- wählers 17 registriert, während der Rest dieser Länge die Drehung des Schleifers des Drehpotentiome- ters 15 um den Winkel ap zur Folge hat. Folglich befindet sich der Kontaktarm des Schrittwählers i 7 auf dem Kontakt 8 und der Schleifer des Drehpotentiometers 15 ist aus der Nullstellung um den Winkel ap herausgedreht.
In der nächsten Walzperiode wird die Walzrichtung umgekehrt. Das Schütz 31 für die Rechtsbewe- gung schaltet aus und das Schütz 32 für die Linksbewegung schaltet ein. Dadurch wird an den Drehimpuls- sender 16 die Antriebsspule des Schrittwählers 18 angeschlossen.
Nach dem Anlauf des Walzgerüstes 1, der durch den Vorschub des Schleifers des Potentiometers 9 zustandekommt, arbeitet die Haspel 2 als Ablaufhaspel. Der Schleifer des Drehpotentiometers 15 fängt an, sich nach links zu drehen. Nach Abwicklung der Bandlänge, welche dem Winkel ap des Potentiome- terschleiferb entspricht, befindet sich der Schleifer in Nullstellung. Dadurch wird während des Winkels ai der Kontakt des Drehimpulssenders 16 geschlossen, wodurch auch der Stromkreis der Antriebsspule des Schrittwählers 18 geschlossen wird. Dadurch wird der Arm des Schrittwählers 18 um einen Schritt weitergeschaltet (Fig. 5).
Weitere Schritte des Wählers 18 werden immer nach der Abwicklung der Bandlänge l, d. h. bei jeder Umdrehung des Schleifers des Potentiometers 15,vollzogen. Nach dem vorher gewählten Beispiel bleiben auf der Ablaufhaspel 2 nach acht Schritten des Wählers 18, also nach der Abwicklung der Bandlänge lc, immer noch die Länge lp. Diese Lange entsplicht einer Umdrehung des Schleifer, des Drehpotentiometers 15. Dadurch wird über die geschlossenen Kontakte Nr. 8 der Schritt- wähler 17 und 18 der Stromkreis der Steuerwicklung 12 des magnetischen Verstärkers 11 geschlossen.
Wenn sicn auf der Ablaufhaspel 2 eine grössere Bandlänge als 11 befindet (Fig. 4) und wenn die Walzgeschwindigkeit des Bandes der Drehzahlgeberspannung IJ entspricht, fliesst infolge des eingereihten Gleichrichters 13 kein Strom durch die Steuerwicklung 12. Bei der Bandlänge l wird U = U . Im nächsten Augenblick sinkt die Spannung U15 (infolge des sich immer weiter abwickelnden Bandes) wobei jedoch die Spannung U zunächst unverändert bleibt.
Der Spannungsunterschied
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mit in aer MeuerwicKiung m einen btrom hervor, weictier den magnetiscnen verstarKer erregt, uer Mo- tor 10 fängt an, den Schleifer des Potentiometers 9 zu verschieben, wcdurch die Walzgeschwindigkeit und damit auch die Spannung U14 des Drehzahlgebers 14 herabgesetzt wird. Die oben erwähnte Regelschleife bewirkt daher, dass die Walzgeschwindigkeit mit der Länge des abgewickelten Bandes derart abnimmt, dass stets
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gilt.
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Die eben beschriebene Einrichtung ermöglicht es, das Walzwerk automatisch zum Stillstand zu bringen, u. zw. auch mit Rucksicht auf die Lage des Spaltes in der Trommel der Ablaufhaspel 2, da nach der Einstellung (U = 0, Walzgeschwindigkeit gleich Null) auch die Länge des aufgewickelten Bandes (U-0) verschwindet.
Falls das Walzwerk bei einer niedrigeren Walzgeschwindigkeit betrieben wird (z. B. bei einer Geschwindigkeit, welche der Drehzahlgeberspannung U'. entspricht), setzt die Bremswirkung automatisch später ein, u. zw. gemäss Fig. 4 erst dann, wenn die Restlänge des aufgewickelten Bandes dem Wert 1'1 gleich ist.
Damit ein Eintreten des beim vorhergehenden Stich nicht gewalzten Bandendes zwischen die Walzen des Walzgerüstes 1 - was zu einer Beschädigung der Walzen führen könnte - mit Sicherheit verhindert wird, kann der in Fig. 2 gezeigte Stromkreis der Steuerwicklung 12 des magnetischen Verstärkers 11 noch durch eine Einrichtung ergänzt werden, die in jedem nachfolgenden Stich die Länge des nicht gewalzten Bandes etwas vergrössert. Dies wird durch Einschaltung einer weiteren, von einem mit Anzapfungen versehenen Spannungsteiler 19 abgegriffenen Teilspannung in den genannten Stromkreis erreicht, deren Wert sich nach jedem Stiche. vergrössert. Diese schrittweise Vergrösserung der Teilspannung wird durch Umschaltung der Anzapfungen der Spannungsteiler 19 mittels der Kontakte 20 durchgeführt (Fig. 2).
Das in Fig. 3 gezeigte Zeitrelais 21 mit verzögertem Anzug schützt die Antriebsspulen der Schrittwähler 17 und 18 vor Wärmeüberlastung in Fällen, in denen der Schleifer des Potentiometers 15 in einer solchen Stellung stehen bleibt, in der der Stromkreis des Drehimpulssenders 16 geschlossen ist. Diese Massnahme ist unbedingt nötig, da die Antriebsspulen der Schrittwähler 17 und 18 nur für kurzzeitige Belastung ausgelegt sind.
PATENTANSPRÜCHE :
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die Walzgeschwindigkeit durch eine Vergleichsschaltung auf einem mittels eines Regelpotentiometers einstellbaren Sollwert gehalten wird, wobei ein von einem magnetischen Verstärker gesteuerter Servomotor zur Betätigung des Regelpotentiometers vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass in Serie mit der Steuerwicklung (12) des magnetischen Verstärkers (11) ein Drehzahlgeber (14) eines mit dem gewalzten Band in Verbindung stehenden Rollenabtasters, ein als Spannungsteiler geschaltetes Drehpotentiotneter (15), ein Gleichrichter (13) sowie die Kontaktfeder zweier Schrittwähler (17 und 18) geschaltet sind, wobei die der Bandgeschwindigkeit proportionale Spannung des Drehzahlgebers (14) der vom Drehpotentiometer (15) abgegriffenen,
der Länge des aufgewickelten Bandes proportionalen Spannung gegengeschaltet ist, so dass die Differenz dieser beiden Spannungen den magnetischen Verstärker (11) und somit die Walzgeschwindigkeit beeinflusst.