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Elektrischer Haspelantrieb
Der Haspelmotor eines Bandwalzwerkes hat die Aufgabe, einen konstanten Bandzug aufrecht zu halten, der von der Bandgeschwindigkeit und dem Bunddurchmesser unabhängig ist. Die Motorleistung errechnet sich als Produkt aus der Bandgeschwindigkeit v [m/sec] und dem Zug Z [kg] mit v. Z [mkg/sec] = v. Z
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durchmesser die Motordrehzahl. Der Haspelmotor wird also, solange das Band mit einer bestimmten Ge- schwindigkeit läuft und sich nur der Bunddurchmesser ändert, bei konstanter Leistung mit veränderli- cher Drehzahl betrieben und es ist naheliegend, ihn dazu bei konstantem Ankerstrom im Feld zu regeln.
Die bekannten Regeleinrichtungen sind so aufgebaut, dass der Ankerstrom vomBedienungsmann einge- stellt werden kann, wodurch die Grösse des Bandzuges gegeben ist, und dass das Feld selbsttätig proportio- nal zum Bunddurchmesser geändert wird. Die Ankerspannung ist dann proportional zur Bandgeschwin- digkeit, sie ändert sich aber bei gleichbleibender Bandgeschwindigkeit nicht mit dem Bunddurchmes- ser.
In Fig. l ist die Belastung des Haspelmotors bei dieser bekannten Art der Regelung schematisch dar- gestellt, u. zw. für das Walzen eines Bandes in fünf Stichen. Die Ordinate zeigt den Ankerstrom, die
Abszisse die Zeit in Minuten, wobei das Beschleunigen und Verzögern nicht eingetragen ist.
Der erste Stich beginnt mit dem höchsten Strom, er dauert z. B. 5 Minuten. Dann wirddas Walz- werk stillgesetzt und das freie Ende des Bandes am zweiten Haspel befestigt, dazu wird z. B. 1 Minute be- nötigt, während der der Bandzug in verminderter Grösse aufrecht bleibt. Dann wird die Walzrichtungge- wendet und das Band vom ersten Haspel ab-und am zweiten Haspel aufgewickelt.
Der Zug am ersten Haspel hat dabei wieder die volle Grösse, die Zeit ist etwas kürzer, weil die Bandgeschwindigkeit mehr erhöht werden kann als der Verlängerung des Bandes entspricht. Es folgt der dritte Stich in der ersten Walzrichtung mit etwas vermindertem Zug (da ja das Band schon dünner ist) usw. bis zum fünften Stich, nach dem der fertige Bund abgeschoben und nach einer gewissen Manipulationszeit mit einem neuen Bund begonnen wird.
Der Haspelmotor braucht nicht für den höchsten Strom als Dauerstrom bemessen sein, sondern nur für einen Effektivwert aus allen Stichen der in Fig. l gestrichelt mit z. B. 80% des Höchstwertes eingetragen ist. Diese Effektivwertbildung ist zulässig, wenn die Dauer des Belastungsspieles klein ist gegenüber der thermischen Zeitkonstanten des Motors.
In Fig. 2 ist unter der Annahme, dass das Verhältnis des Durchmessers des leeren Haspels zum vollen Bund 1 : 3 ist, das Drehmoment über der Zeit eingetragen, das sich proportional zum Bunddurchmesser ändert. Da bei konstanter Bandgeschwindigkeit die Stirnfläche des Bundes (und nicht ein Durchmesser) proportional zur Zeit veränderlich ist, ergibt sich die aus Fig. 2 ersichtliche parabolische Abhängigkeit des Drehmomentes von der Zeit. Diese Änderung des Drehmomentes wird, wie oben erwähnt, durch Än derung des Motorfeldes bei konstant gehaltenem Ankerstrom erreicht.
Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, dass diese Art der Regelung nicht die günstigste Bemessung des Haspelmotors ermöglicht. Erfindungsgemäss wird die Regelung so ausgebildet, dass das Motorfeld konstant bleibt und der Ankerstrom proportional zum Durchmesser geändert wird. Der Strom hat dann densel-
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ben Verlauf, wie das in Fig. 2 dargestellte Drehmoment, wobei die höchsten Spitzen dem bei grösstem Zug und grösstem Bunddurchmesser notwendigen Drehmoment entsprechen, also gleich gross sind, wie die höchsten in Fig. l eingetragenen Werte. Der Effektivwert eines jeden Stiches für sich ist aber wesentlich kleiner als diese Spitze, so dass sich eine thermische Belastung des Motors ergibt, wie sie in Fig. 3 (im gleichen Massstab wie Fig. l) eingetragen ist.
Unter der in Fig. l gemachten Voraussetzung, dass die thermische Zeitkonstante des Motors gross ist gegenüber der Spieldauer, kann aus diesen Belastungen wieder der Effektivwert gebildet werden, der nun im selben Verhältnis kleiner ist, als der in Fig. 1, in dem die einzelnen Effektivwerte der Stiche kleiner sind als der Höchstwert. Der Haspelmotor kann also für eine kleinere Effektivleistung bemessen werden und dies ist sehr wesentlich. weil sich dadurch ein viel kleineres Schwungmoment ergibt, wodurch der Beschleunigungsausgleich beim Hochlauf und beim Bremsen wesentlich erleichtert wird.
Aus den deutschen Patentschriften Nr. 927937 und Nr. 930575 sind insbesondere für grosse Wickelhalbmesserverhältnisse, wie sie bei Bandwalzwerken nicht vorkommen, auch Ankerstrom-bzw. kombinierte Ankerstrom- und Feldregelungen bekannt. Von einer Verminderung der Typenleistung der Motoren ist dort aber nicht die Rede und eine solche Verminderung wäre wohl auch bei Wicklern für Stoff- und Papierbahnen, an die bei den genannten Patentschriften in erster Linie gedacht wird, gar nicht möglich, da bei solchen Wicklern die Laufzeiten sehr lang sind im Vergleich zur thermischen Zeitkonstante des Motors.
Das Ausmass der erzielbaren Verbesserung ist davon abhängig, für welches Verhältnis des Durchmessers des leeren Haspels D 0 zum Durchmesser des vollen Bundes Dt das Walzwerk gebaut wird.
Mit den Bezeichnungen d...... augenblicklicher Bunddurchmesser 5...... Banddicke v...... Bandgeschwindigkeit t...... Zeit V = D /Do = Bunddurchmesserverhältnis, i = Kd Ankerstrom kann der Ansatz geschrieben werden.
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Der Wickelvorgang beginnt zur Zeit To mit dem Durchmesser Do und dem Strom Jo :
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Daraus errechnet sich der Effektivwert des Stromes über die Zeit Tl - To :
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und
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Im selben Verhältnis wird auch die Strombelastung der Stromquelle für den Haspelmotor, vorzugsweise des Steuergenerators, vermindert. Anderseits muss die Spannung des Generators im Bunddurchmesserverhältnis erhöht werden.
Bei der bekannten Regelungsart erreicht der Motor nämlich bei vollem Feld nur die zum grössten Bund gehörende kleine Drehzahl, bei der Ausführung nach der Erfindung läuft er bei vollem Feld
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widerstand 6 zugeführt. Dieser Spannungsteiler 5 wird von einem Verstellmotor 7 selbsttätig in bekannter Weise so eingestellt, dass die Stellung dem augenblicklichen Bunddurchmesser zugeordnet ist, wie mit den eingetragenen Bunddurchmesserverhältnissen V = 1 bis V = 3 angedeutet ist. Die am Spannungsteiler 5 abgenommene Spannung stellt nun den dem Bunddurchmesser angepassten Sollwert für den Ankerstrom dar. sie wird dem Stromregler 8 zugeführt, der seinerseits die Erregerwicklung 9 des Steuergenerators so erregt, dass der Ankerstrom dem Sollwert entspricht.
Der Drehknopf 1 verstellt ferner einen Widerstand 10, der, wie schematisch angedeutet, dieGrösse der Motorerregung 11 so beeinflusst, dass bei kleineren Bandzügen mit kleinerem Feld gefahren wird, so dass mit gegebener Steuergeneratorspannung höhere Motor-Drehzahlen erreicht werden.
Der dritte, vom Drehknopf 1 verstellte Widerstand 12 mit seinem Vorwiderstand 13 hat die Aufgabe, den Beschleunigungs-Zusatzstrom umgekehrt proportional zum Motorfeld einzustellen. Er wird zu diesem Zweck von der Spannung 14 gespeist, die während des konstanten Laufes des Walzwerkes Null ist und die nur zum Zweck der Geschwindigkeitsänderung angelegt wird. Sie speist dann den Verstellmotor 15, der den Sollwert der Walzendrehzahl und damit der Bandgeschwindigkeit verstellt und parallel dazu den Widerstand 12, von dem ein umso grösserer Teil der Spannung abgenommen wird, je schwächer das Feld eingestellt ist. Von dieser abgenommenen Spannung wird über den Spannungsteiler 16, der am Bunddurchmesserregler angeordnet ist, ein dem augenblicklichen Bunddurchmesser entsprechender Teil dem Stromregler 8 zugeführt.
Der Stromregler 8 addiert den Beschleunigungszusatz zum Sollwert und er erhöht also den Ankerstrom für die Dauer der Beschleunigung um den richtigen Wert.
Die Erfindung ist nicht nur bei Bandwalzwerken, sondern auch bei allen Wickelvorrichtungen mit ähnlichen Betriebsbedingungen anwendbar.
PATENTANSPRÜCHE : 1. Elektrischer Antrieb für den Haspel eines Bandwalzwerkes, welcher den Bandzug unabhängig von der Bandgeschwindigkeit und dem Bunddurchmesser konstant hält und bei dem die Spieldauer eines Wikkelvorganges wesentlich kleiner ist, als die thermische Zeitkonstante des Motors, wobei die Erregung des Motors konstant ist oder weniger abnimmt, als einer Feldänderung proportional zum Bunddurchmesser entsprechen würde, dadurch gekennzeichnet, dass die Regelung so ausgebildet ist, dass sie den Ankerstrom des Motors mit steigendem Bunddurchmesser erhöht und dass der Motor für einen Effektivwert des Ankerstromes bemessen ist, der kleiner ist, als der zum grössten Bunddurchmesser gehörende Strom.