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Vorrichtung zum Feststellen und Beheben der Auslenkung einer Arbeitswalze aus einer vorgegebenen Sollage beim Walzen von Blechen oder Bändern
Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Feststellen und Beheben der Auslenkung einer Arbeitswalze aus einer vorgegebenen Sollage beim Walzen von Blechen oder Bändern. Die Arbeitswalze ist in einem Walzgerüst zwischen einer oberen und einer unteren Anpresswalze gelagert, deren Durchmesser den Arbeitswalzendurchmesser übertreffen und beide unmittelbar oder reibend über je eine weitere Anpresswalze je von mindestens einem Elektromotor antreibbar sind. Eine der Anpresswalzen begrenzt mit der Arbeitswalze den Walzspalt, die andere liegt an der Arbeitswalze reibungsschlüssig an.
Die Vorrichtung besitzt ferner einen fest angeordneten Fühler, dessen Abstand von der Arbeitswalze sich mit deren Auslenkung vergrössert oder verkleinert, zur Anzeige der Grösse und Richtung der Auslenkung, sowie eine Einrichtung zum Umsetzen dieser Anzeige in ein ebenfalls von Grösse und Richtung der Auslenkung abhängiges Signal. Von diesem Signal ist ein Generator zur Erzeugung eines Fehlersgnals gesteuert, das für den Unterschied zwischen Ist- und Sollage der Arbeitswalze und für die Richtung der Abweichung charakteristisch ist.
Bei in einem Walzgerüst derart angeordneten Arbeitswalzen sind diese Biegebeanspruchungen ausgesetzt, die gegenüber einer vorgegebenen geraden oder gebogenen Sollage Auslenkungen in oder entgegengesetzt zur Transportrichtung des Walzgutes verursachen. Solche Auslenkungen bewirken überwalzte Kanten oder Riffeln und/oder überwalzte mittlere Zonen bzw. Buckeln in den Blechen oder Bändern. Mit den oben genannten Einrichtungen hat man die Abweichungen der Ist- von der Sollage festgestellt und das abgeleitete Signal zur Steuerung des Feldes eines Generators herangezogen, der den Ankerstrom für den eine der Stützwalzen, z. B. die untere, treibenden Motor lieferte.
Diese bekannte Art der Steuerung hat jedoch den Mangel, dass der Ankerstrom des die andere Stützwalze antreibenden Motors unverändert bleibt, so dass nur das auf eine der Stützwalzen ausgeübte Drehmoment in Abhängigkeit von dem Fehlersignal beeinflusst wird. Bei irgendeiner tatsächlich auftretenden Auslenkung der Arbeitswalze gab es demnach bisher eine Aufteilung des auf die angetriebenen Walzen ausgeübten Drehmomentes, mit dem Ergebnis, dass die gesamteKorrektionsarbeit der einen angetriebenen Walze aufgelastet und dass es, was einen erheblichen Nachteil bedeutet, unmöglich war, das aufgewendete Gesamtdrehmoment im wesentlichen konstant zu halten.
Ziel der Erfindung ist die Behebung dieser Mängel und Nachteile, Diese Ziel lässt sich mit einer Vorrichtung der eingangs umrissenen Art erreichen, bei welcher erfindungsgemäss das Fehlersignal einer Regeleinrichtung zugeführt, von dieser in Abhängigkeit von dem Fehlersignal eine Änderung des Drehmomentes der Motoren für den Antrieb der einen Anpresswalze gegenüber dem Drehmoment der Motoren, für den Antrieb der andern Anpresswalze abgeleitet und die relative Änderung der Antriebsdrehmomente zum wenigstens annähernden Beheben der Auslenkung herangezogen ist. Diese Ausgestaltung
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der Vorrichtung bietet die sehr vorteilhafte Möglichkeit, die Regeleinrichtung zum Ändern der Drehmomente bei im wesentlichen unverändert gehaltenem Gesamtdrehmoment einzurichten, das an die angetriebenen Walzen übertragen wird.
Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung kann der Generator zur Erzeugung des Fehlersignals auch dazu ausgebildet sein, wenigstens einer Komponente des Fehlersignals eine von der Auslenkgeschwindigkeit abhängende Charakteristik aufzuprägen.
Die Erfindung ist im folgenden an Hand einer beispielsweisen Ausführungsform näher erläutert, die in den Zeichnungen veranschaulicht ist. In den Zeichnungen zeigen Fig. 1 eine schematisierte Darstellung eines Fünfwalzengerüstes, Fig. 2-7 je eine Ausbildung bzw. Anordnung eines Fühlers, Fig. 8 eine schematisierte Darstellung der Anordnung einer erfindungsgemässen Vorrichtung bei einem Fünfwalzentandem, Fig. 9 ein Blockschaltbild des Signalgenerators, Fig. 10 ein Schaltbild eines langsam wirkenden und eines schnell wirkenden Regelsystems, Fig. 11 bzw. 12 je ein Schaltbild einer Variante der Schaltung nach Fig. 10, Fig. 13 und 14 je ein Schaltbild einer Variante des schnell wirkenden Regelsystems nach Fig. 10 und Fig. 15 eine dritte Abwandlung der Schaltung nach Fig. 10.
Die Fig. 2, 9 und 10 lassen erkennen, dass das Fünfwalzengerilst nach Fig. 1 einen Fühler 9 zum Messen der Abweichung der einzigen Arbeitswalze 5 trägt, die mit einer oberen Zwischenwalze 3 einen Walzspalt bildet. Die untere Anpresswalze 2 wird von zwei Motoren 10 und 11 angetrieben, die in Tandem geschaltet sind. In Fig. 2'ist nur der Motor 10 dargestellt. Die obere Anpresswalze wird von zwei Motoren 12 und 13 angetrieben, die ebenfalls in Tandem geschaltet sind.
Die obere Zwischenwalze 3 ist in Reibungseingriff mit einer oberen Anpresswalze 1, die untere Zwischenwalze 4 in Reibungseingriff mit einer unteren Anpresswalze 2. Obgleichhierdargestellt ist, dass der Walzenantrieb den Anpresswalzen zugeordnet ist, kann er als Alternative auch den Zwischenwalzen zugeordnet sein, von denen eine gleichzeitig als Anpresswalze für die Arbeitswalze 5 wirkt.
Der in unveränderlicher Stellung angeordnete Fühler 9 tastet die Relativlage ab, welche die Arbeitswalze ihm gegenüber einnimmt, und liefert eine dementsprechende Anzeige. Erfährt die Arbeitswalze eine Auslenkung aus ihrer Sollage, so ändert sich diese Anzeige, ausgehend von dem der Sollage zukommenden Wert, je nach Richtung und proportional zu der Auslenkung. Es versteht sich, dass der Fühler auch zu einer Abtastung mechanischer, insbesondere dynamischer Grössen und zu deren Umsetzung in eine elektrische Massgrösse eingerichtet sein könnte.
Die Anzeige des Fühlers 9 (Fig. 2) liefert ein Signalgenerator 14. Diese Anzeige gelangt zu einem Gegentaktverstärker 15, von dem ein erster Teil seines Ausgangssignals zu einem Gegentakt verstärker 16 weitergeleitet wird. Von diesem wird die Ausgangsgrösse an einen langsam wirkenden Regelkreis 17 weitergegeben. Ein zweiter Teil des Ausgangssignals des Gegentaktverstärkers 16 gelangt zu einem Vorspannungs-und Auslösegenerator 18, dessen Ausgangsgrösse an ein schnell wirkendes Regelsystem 19 übertragen wird. Das langsam wirkende Regelsystem 19 erzeugt einen umkehrbaren Gleichstrom in Gegentaktschaltung, und das schnelle Regelsystem erzeugt eine umkehrbare Wechselgrösse mit Stromimpulsen kurzer Dauer.
Diese beiden Ströme werden einem Erregergenerator 20 (buck-boost-generator) zugeleitet, dessen Ausgangsgrösse den Ankern der Motoren zugeführt wird, die die Anpresswalzen 1 und 2 antreiben. Durch zusätzliches Erregen der Anker der einen An-. triebsmotorkombination und Verminderung der Ankererregung in der ändern Antriebsmotorkombination ergibt sich ein Wechsel im Betrag des Drehmomentes, das auf die Walze 5 ausgeübt wird.
Dadurch wird diese in einer gegebenen Lage im Walzspalt festgehalten oder in eine solche zurückgeführt.
Der Fühler nach Fig. 2 arbeitet hydrodynamisch. Er besteht aus Düsen 21 und 21a, die je einer Seite der Arbeitswalze gegenüberstehen und an Rohrleitungen 22 und 22a angeschlossen sind, die von einer Druckmittelquelle, z. B. einem Druckluft- oder Druckflüssigkeitsbehälter ausgehen. Die Düsen liegen in einem Abstand von der Mantelfläche 24 der dünnen Walze 5 und fluchten im wesentlichen mit deren Mittellinie. Ferner liegen sie annähernd in der Mitte der Walze, so dass die Walzenauslenkung in oder entgegengesetzt zur Transportrichtung des Walzgutes jeweils einer Annäherung der Walzenoberfläche an die eine und eine Entfernung von der andern Düsenöffnung bewirkt. Die Düsen sind an aus Sicherheitsgründen elastisch verformbaren Stangen 25 und 25a befestigt.
Die Düsen liegen dicht an der Walzenoberfläche und bilden Spalte 26 und 26a zwischen ihren Mündungen an der Walzenoberfläche, so dass eine Verlagerung der letzteren zufolge des sich mit den Spaltweiten gegensinnig und im Bereiche der auftretenden Auslenkungen proportional ändernden Staudruckes eine Änderung des Druckes in den Leitungen hervorruft. Die Breite des Spaltes zwischen der Düse und der Walzenoberfläche beträgt vorzugsweise zwischen 0, 12 und etwa 1,25 mm, wenn die Ar-
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beiswalze und die zugehörigen Zwischenwalzen und Anpresswalzen axial fluchten (Fig. 1).
Wenn die Walzen 5, 1, 2,3 und 4 axial fluchten, also ihre Sollage einnehmen, erzeugt das Auftreffen der zwei Strahlen auf die Walzenoberfläche Staudrücke gleicher Grösse, die in den Leitun- gen 22 und 22a wirksam werden. Da die Arbeitswalze zwischen den Düsen liegt, ist mit jeder Verringerung bzw. Vergrösserung des Staudruckes bei einer Düse eine Vergrösserung bzw. Verringerung des
Staudruckes bei der andern Düse verbunden.
Zum Umsetzen der Druckänderungen in den Leitungen 22, 22a in eine elektrische Anlage sind diese an einen Signalgenerator 14 angeschlossen. Dieser umfasst einen Messwertumformer 27 und einen linear veränderlichen Differentialtransformator (LVDT) 28, dessen Ausgangsgrösse auf einen
Verstärker 29 gegeben wird. Der Messwertumformer 27 enthält eine Membran 30, die in einem
Gehäuse 31 angeordnet ist und in diesem zwei gasdichte Kammern 32 und 33 bildet.
Die Membran 30 spricht auf Änderungen des Druckes in den beiden Kammern 32 und 33 an.
An die Kammer 32 ist die Leitung 22 und an die Kammer 33 die Leitung 22a angeschlossen.
Zwischen der Membran 30 und einer Kappe 35 des Gehäuses sitzt eine einstellbare Eichfeder 36, die mit der Membran 30 in Verbindung steht und mit einer zweiten Feder 40 zusammenarbeitet.
Diese ist an eine nicht magnetische Stange 38 des Transformators 28 gekoppelt, um die Membran 30 in einer einstellbaren Mittellage (Fig. 2) zu halten, die bestimmten Staudrücken entspricht, die ihrerseits von der vorgegebenen Sollage der Arbeitswalze abhängen. Wenn die Walze 5 aus dieser
Sollage, in der sie auch durchgebogen sein kann, in eine Richtung ausweicht, die durch den Pfeil 37 angedeutet ist, steigt der Druck in der Kammer 32 und nimmt in der Kammer 33 ab. Dadurch biegt sich die Membran 30 nach oben durch, ihre Durchbiegung ist dem Betrag der Walzenauslenkung proportional und die Richtung der Durchbiegung korrespondiert mit der Richtung der Walzenauslenkung.
Die Bewegung der Membran 30 betätigt den linear variablen Differentialtransformator 28 über die nicht magnetische Stange 38, die einen magnetischen Kern 39 trägt. Eine Feder 40 am gegenüberliegenden Ende der Stange 38 sorgt dafür, dass die Stange kein Spiel aufweist.
Der linear veränderliche Transformator 28 ist mit einer Primärspule 41 und zwei Sekundärspulen 42 und 43 ausgerüstet, die in einem Hohlzylinder 44 aus nicht magnetischem Material angeordnet sind. Der magnetische Kern 39 und die nicht magnetische Stange 38 bewegen sich geradlinig zwischen der Primärspule und den beiden Sekundärspulen in Abhängigkeit von der Bewegung der Membran 30, die durch die Walzenauslenkung veranlasst wird.
Eine Erregung der Primärspule mit Hilfe einer Energiequelle 75, vorzugsweise mit einer Frequenz von 1 kHz oder mehr, erzeugt in den beiden Sekundärspulen eine Spannung, die von ihrer magnetischen Kopplung mit der Primärspule durch den magnetischen Kern 39 abhängig ist, der einen Pfad für den magnetischen Fluss zwischen den Spulen schafft. Wenn der magnetische Kern seine neutrale oder Mittellage zwischen der Primärspule und den Sekundärspulen in Übereinstimmung mit der neutralen Lage der Membran einnimmt, sind die in den Sekundärwicklungen induzierten Spannungen wegen der räumlichen Symmetrie der Anordnung gleich.
Die beiden Sekundärspulen sind entgegengesetzt in Reihe geschaltet. so dass die Ausgangsgrösse des Transformators der Differenz zwischen den beiden Spannungen entspricht und gleich Null wird, wenn der magnetische Kern seine neutrale Stellung einnimmt. Wenn dagegen der magnetische Kern gemäss Fig. 2, je nach Durchbiegung der Membran nach oben oder unten bewegt wird, ergibt sich eine Nettoausgangsspannung.
Die Differenzspannung am Ausgang des Transformators ist proportional dem Betrag der Verschie- bung des Kernes und zeigt zugleich die Richtung der Walzenabweichung an. Bei Verlagerungen des Kernes um den gleichen Betrag in entgegengesetzten Richtungen ergeben sich Ausgangsspannungen, die dem Betrage nach gleich, bezüglich der Phase jedoch um 1800 versetzt sind.
Die Fig. 3 und 4 zeigen zwei andere Arten von Fühlern zum Feststellen der Walzenauslenkung, bei welchen, zweckmässig bei Anwendung von bei 50 kHz oder darüberliegender Frequenzen, die elektromagnetische Induktion ausgenutzt wird, um Wirbelströme in der Oberfläche der Arbeitswalze zu erzeugen oder um Änderungen in der induktiven Reaktanz in einem oder zwei elektromagnetischen Induktoren zu bewirken, die Verkleinerungen oder Vergrösserungen der Spalten zwischen den Induktoren und der Walzenoberfläche entsprechen. Wie in Fig. 3 dargestellt, kann an jeder Seite der dünnen Walze 5 je ein elektromagnetischer Induktor 45 bzw. 46, angeordnet sein. Jeder Induktor ist in einen Brükkenkreis 46a eingeschaltet, in dem er in dem einen der Reaktanzen enthaltenden Zweige liegt bzw. diesen bildet.
Die andern beiden Zweige der Brücke sind Widerstände 45a und 45b mit ausgewählten Wider-
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standswerten. Die Ecken der Brücke an den Verbindungsstellen der beiden Widerstände bzw. der beiden Induktoren sind an eine Hochfrequenzquelle 47a angeschlossen, die als Oszillator 75 ausgebildet ist. Die andern beiden Ecken der Brücke stellen die Ausgangsklemmen der Reaktanzbrücke dar und sind mit einem Verstärker 29 verbunden. Der Reaktanzbrückenkreis enthält ein Nullabgleichungsnetzwerk mit RC-Gliedem, das aus einem veränderlichen Kondensator 45c und einem veränderlichen Widerstand 45d besteht, die parallelgeschaltet und an die eine Eingangsecke 45e und die eine Ausgangsecke 45f angeschlossen sind.
Für jeden Induktor gilt, dass Änderungen der Reaktanz keineswegs lineare Funktionen der Walzenauslenkung sind. Dagegen ergeben die beiden Induktoren zusammen, wenn sie in den Reaktanzbrückenkreis eingeschaltet sind, eine lineare Ausgangsgrösse als Funktion der Walzenabweichung.
Jeder Induktor ist in einem Abstand von der Walze 5 angeordnet, so dass zwischen der Walzenoberfläche und den Stirnseiten jedes Induktors schmale Spalte 48 und 49 entstehen. Jeder Induktor erzeugt magnetische Flusslinien, die von dem Induktor über die Spalte zur Walzenfläche laufen. Wenn die Arbeitswalze 5 axial mit den Anpresswalzen fluchtet und keine seitliche Auslenkung vorhanden ist, sind die Spalte 48 und 49 im wesentlichen gleich breit. Da für im wesentlichen gleich breite Luftspalte auch die Reaktanz der beiden Induktoren gleich ist, befindet sich die Brücke im Gleichgewicht und liefert eine Nullspannungsausgangsgrösse.
Die Brücke kann aber auch mittels des Nullabgleichungsnetzwerkes so abgeglichen sein, dass bei neutraler Lage der Walze die Ausgangsspannung beispielsweise die Hälfte oder irgendein anderer gewünschter Wert der dem maximalen Spalt entsprechenden Spannung ist.
Wird die Walze 5 gegen einen Induktor bewegt, so entfernt sie sich gleichzeitig von dem andem Induktor und es ergibt sich beispielsweise eine maximale Ausgangsspannung. Liegt dagegen dermaximale Spalt auf der entgegengesetzten Seite, dann ist die Brückenausgangsspannung ein Minimum, aber noch immer mit der gleichen Phasenlage und oberhalb des Nullpunktes. Dies bedeutet mit andern Worten, dass das System mit einer sogenannten Nullpunktunterdrückung versehen sein kann, wie in einem Steuer- oder Regelkreis wünschenswert ist, da dann für gleiche Spalte eine definierte Brückenausgangsspannung vorhanden ist. Diese kann nach Verstärkung mit einer Bezugsspannung verglichen werden, die einem gegebenen Sollwert des Spaltes entspricht.
Mit jeder seitlichen Auslenkung der Walze gegen einen der Induktoren wird die Reaktanz der Brücke weiter aus dem Gleichgewicht gebracht. Dadurch erhält man eine Änderung der Ausgangsspannung proportional zu der Änderung des Spaltes sowohl nach Grösse als auch nach der Richtung.
Falls die Brücke für den Fall gleicher Spalte auf Null abgeglichen ist, ergibt sich eine Phasenumkehr bei wechselnden Änderungen der Spalte. Dies würde dann in dem Messkreis des Signals festgestellt und kompensiert werden müssen und die Schaltung komplizieren. Ausserdem müsste eine Nullspannungsausgangsgrösse in diesem Punkt notwendigerweise einen Nullwert der Bezugsspannung erfordern, was in praktischer Hinsicht nicht von Vorteil ist.
Für praktische Zwecke ist es mithin besser, die Brücke auf Null abgeglichen zu haben, wenn die Walze an einem der Induktoren anliegt. Die Ausgangsspannung der Brücke ist dann eine Funktion der Walzenabweichung von jener Spule weg. Sie steigt auf einen Maximalwert, wenn die Walze an der gegenüberliegenden Spule anliegt. Für einen mittleren Spalt beträgt die Ausgangsspannung dann annä c- hemd die Hälfte des Maximalwertes. Dieser Wert lässt sich leicht erfassen. Er ist für Regelzwecke gut geeignet, und kann auch mit Hilfe einer Bezugsspannung abgeglichen werden. Jede Abweichung von dieser Bezugsspannung wird durch einen Differentialverstärker 78 (Fig. 9) festgestellt und kann in den zugehörigen Kreis eines Regelsystems eingespeist werden, um den Gleichgewichtszustand wieder herzustellen.
Wie gefunden wurde, ergibt ein Spalt zwischen der Walzenoberfläche und der Stirnfläche des Induktors von ungefähr 0, 12 bis etwa 0, 65 mm eine zufriedenstellende Erfassung der Walzenabweichung.
Jeder Induktor enthält einen z. B. topfförmigen Kern 51, der aus Sintereisen besteht, sowie eine Erregerspule 52, die auf dem zentralen Kemschenkel 53 angeordnet ist. Sowohl die Spule als auch der Kern sind durch geeignetes Material, z. B. Kunststoff, wie Epoxyharze od. dgl. abgedichtet, das fest gegenüber Öl und/oder Wasser ist. Die Kerne sind an Stangen gehaltert, die auf gegenüberliegenden Seiten der Walze 5 liegen.
Der einzelne Induktor 51a nach Fig. 4 wirkt ähnlich wie diejenigen nach Fig. 3 mit dem Unterschied, dass seine Ausgangsgrösse nicht linear ist und wegen derNichtlinearität ein zusätzlicher Kompensationskreis erforderlich ist. In dieser Hinsicht würde eine Reaktanzbrücke 51b, ähnlich dem Kreis 46a, eine veränderliche Induktanz für den einen Zweig und einen geeignet bemessenen Wider-
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stärker 87 des langsam wirkenden Regelsystems 19 angeschlossen ist, und eine Wicklung 96 für ein schnell wirkendes Feld im Kreis des schnell wirkenden Regelsystems 19.
Die Wicklung für das schnell wirkende Feld ist eine Spule mit verhältnismässig wenigen Windungen starken Drahtes, die aus zwei in Reihe geschalteten Brückengleichrichterschaltungen 97 und 98 gespeist wird, so dass die Ausgangsgrösse der beiden Brücken einen Feldfluss ergibt, der zu dem Fluss des Hauptfeldes 95 hinzugefügt oder abgezogen wird. Die Wicklung für das Hauptfeld besitzt eine verhältnismässig hohe Impedanz und enthält mehr Windungen pro Spule aus einem Draht kleinen Querschnittes.
Da das Feld des Erregergenerators sehr schnellen Änderungen unterworfen ist, besteht sein Stator vorzugsweise aus elektrisch hochwertigem Eisen und ist lamelliert, damit eine schnelle Wirkung bei geringen Hysteresis- und Wirbelstromverlusten erzielbar ist. Durch das Hinzufügen zu bzw. Abziehen des Feldes der Wicklung 96 von dem Feldfluss des Hauptfeldes des Erregergenerators 20 unter der Einwirkung der schnell und langsam wirkenden Regelsysteme 17 und 19, wird ein steiler Anstieg oder Abfall der induzierten Spannung des Ankers 99 des Generators 20 hervorgerufen. Dies ergibt einen entsprechend steilen Anstieg oder Abfall des ausgehenden Ankerstromes.
Infolgedessen kann der Ankerstrom des Generators 20 in beiden Richtungen in der Leitung 93 fliessen, wie durch Pfeile 100 und 101 (Fig. 10) angedeutet ist, und vergrössert den Ankerstrom in den oberen Antriebsmotoren in der Richtung 100, während gleichzeitig der Ankerstrom in den unteren Antriebsmotoren verringert wird.
Dies ergibt eine Änderung in der Verteilung des Drehmomentes, das den beiden Antriebswalzen zugeführt wird. Bei Änderung des Erregergenerators in Richtung der Pfeile 101 ergibt sich der entgegengesetzte Effekt, da der Ankerstrom im unteren Walzenantrieb verstärkt und im oberen Walzenantrieb verringert wird. Mithin ist der gesamte Betrag des Drehmomentes, das an angetriebene. : Walzen übertragen wird, im wesentlichen konstant. Es ändern sich jedoch die Drehmomentanteile, die den einzelnen Walzen zukommen. Dadurch wird eine Korrektur der Auslenkung zur Konstanthaltung der Walze an ihrer vorbestimmten Sollage erreicht.
Die mittels der Feldwicklungen 95 und 96 des Erregergenerators 20 bewirkten Feldänderungen durch Erhöhen der normalen Feldspeisespannung durch den langsam wirkenden Regelkreis 17 und den schnell wirkenden Regelkreis 19 ergibt ein schnelles Ansprechen für den Generator 20.
Ausserdem verringert ein äusserer Widerstand 102 in Reihe mit dem Generatoranker 99 die Zeitkonstante des geregelten Leistungskreises, der die Walzenmotoren 10,11, 12 und 13 enthält, weil
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schalteten Zenerdioden 107 und 108. Diese negative Rückführung verbessert das transiente Verhalten und die Stabilität des rotierenden Verstärkers 87 und verringert seine Restspannung. Ausserdem dient sie als Spannungsbegrenzung für die Ausgangsgrösse des rotierenden Verstärkers 87, indem sie einen Anpassungswiderstand 109 in dem Differentialfeldkreis des rotierenden Verstärkers 87 durch die gegeneinandergeschalteten Zenerdioden bei einer geeigneten Spannung kurzschliesst.
Ein positiver Rückführungskreis 110 koppelt die Ausgangsspannung des Erregergenerators 20 mit dem rotierenden Verstärker 87 über eine Feldwicklung 111, deren Feld so eingestellt ist, dass die Ausgangsgrösse des rotierenden Verstärkers und daraufhin die Ausgangsspannung des Erregergenera'tors bei einem bestimmten Pegel gehalten wird, auf den die Steuerfelder des rotierenden Verstärkers beim Empfang eines Signals gesteuert werden. Zusätzlich hält die positive Rückführungsleitung die Er- regerspannung auf dem für ein Nullsignal vorgesehenen Wert, so dass sie im wesentlichen die gleiche Wirkung hat wie ein von einem Servomotor betätigtes Potentiometer. Falls ein Fehlersignal vorliegt, wird das Regelsystem 17 schnell wirksam, um die Walzenantriebsmotoren so zu betätigen, dass die Regelabweichung beseitigt wird.
Das langsam wirkende System wird in diesem Korrekturzustand gehalten, so dass keine weitere-.. Wirkung des rotierenden Verstärkers zustandekommt, bis ein neues Korrektursignal empfangen wird. Falls dies nicht der Fall wäre, würde ein stetiges Signal für den Betrieb des rotierenden Verstärkers benötigt werden.
Beim tatsächlichen Betrieb des Walzwerkes werden die Korrektursignale in sehr schneller Folge empfangen, wodurch im allgemeinen ein sehr geringer Pegel der positiven oder negativen Ausgangs. ; grösse des Antriebsverstärkers 16 vorliegt, wenn die Walze von der Sollage in irgendeiner Richtung abweicht.
Das schnell wirkende Regelsystem 19 enthält zwei Paare von in Gegentaktschaltung angeordneten Thyratronröhren 112 und 113 sowie 114 und 115. Die Ausgangsgrössen der Thyratrons 112 und 113 bzw. 114 und 115 werden der Primärwicklung eines ersten bzw. eines zweiten Transformators 117 bzw. 118 zugeführt. An die Gitter 120 jeder Thyratronröhre ist ein Auslösegenerator 121 und an deren Glühkathode eine Vorspannungsquelle 122 der Kombination 18 gelegt.
Dadurch ergibt sich beim Empfang eines Signals des Auslösegenerators, dass eines der beiden Thyratronpaare gezündet wird, wobei die Richtung der Walzenauslösung bestimmt, welches Paar gezündet wird.
Der Auslösegenerator weist Einstellkreise, wie z. B. eine proportionalsteuerung und eine Geschwin- digkeitssteuerung. auf die allein oder in Kombination das Zünden des Thyratrons und den Brennwinkel bestimmt, wodurch sie direkt die Ausgangsgrösse beeinflussen, da ein in einer Wechselstromhalbwelle einmal gezündetes Thyratron nur über den Rest der Halbwelle leitend ist. Die Ausgangsgrösse des Thyra-
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Die Sekundärwicklung 123 des ersten Transformators 117 liefert ihre Ausgangsgrösse auf den ersten Vollweggleichrichter 97 in Brückenschaltung. Die Sekundärwicklung 124 des zweiten Transformators 119 speist ihre Ausgangsgrösse auf die zweite Vollweggleichrichterbrücke 98, die auf der negativen Seite mit der ersten Brücke verbunden ist.. Die positiven Klemmen der beiden Brükken sind zusammen an die Wicklung 96 für das schnell wirkende Steuerfeld des Erregergenerators 20 gelegt, und zum Zwecke einer gleichmässigen Belastung sind Widerstände 125,126 in Reihe geschaltet, deren Verbindungsstelle 129 über eine elektrische Verbindung 127 an die gemeinsame negative Leitung 128 der beiden Gleichrichterbrücken angeschlossen ist.
Solange ein Gegentaktsignal von dem Auslösegenerator vorliegt, ist dasjenige Thyratronpaar, das hiedurch gezündet wird, leitend und erregt den zugehörigen Transformator während der Dauer des Si- gnals. Die Wechselstromausgangsgrösse des Transformators ist durch die Brücke in eine Gleichgrösse umgewandelt, die dem Thyratronpaar zugeordnet ist, und diese Gleichgrösse wird dem schnellwirkenden Steuerfeld des Erregergenerators 20 zugeführt. Dort wird sie in magnetische Energie umgewandelt, wobei ein scharfer Anstieg entsteht, der zu dem Fluss des Generatorhauptfeldes addiert oder von diesem subtrahiert wird und dadurch die Ausgangsgrösse des Generators in stellen Stufen steigen oder fallen lässt.
Die Ausgangsgrössen der beiden Vollwellenbrückengleichrichter 97 und 98 stehen in Gegentakt und sind insofern umkehrbar, als bei erregter Brücke 97 der Strom von dieser Brücke durch die Feldwicklung 96, den Widerstand 126 und dann zurück zur negativen Seite der Brücke fliesst. Gleichzeitig belastet sich die Brücke selbsttätig über den Widerstand 126 und die gemeinsame Verbindung 127. Die Ausgangsgrösse der andern Brücken ist die gleiche, abgesehen davon, dass der Strom durch das schnelle Steuerfeld umgekehrt verläuft, so dass dieses bei jedem Wechsel in der Zündung
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den gesamten Generatorausgangsstrom zuzüglich ihres eigenen Belastungsstromes führen zu können.
Fig. 12 zeigt eine Abwandlung der Ausführungsform nach Fig. 10, wobei ein Dreiwicklungsgenerator 130, z. B. eine Dobrowolskymaschine, den Erregergenerator 20 ersetzt. Dieser Generator hat eine Hauptfeldwicklung 131, die an den rotierenden Verstärker 87 angeschlossen ist, der die gleichen Erregerfelder aufweist wie bei der Ausführungsform nach Fig. 10. Ein Anker 132 ist in die Mittelleitung 93 zwischen die nicht dargestellten Motoren 10 und 12 sowie 11 und 13 derFig. 10 eingeschaltet, und in zwei äussere Mittelpunkte 133 und 134 wird die Ausgangsgrösse der nicht dargestellten Thyratrons 112,113, 114, 115 der Fig. 10 durch die gegeneinandergeschalteten Brükken 97 und 98 eingespeist.
Diese Mittelpunkte werden von den Wechselstromausgangsklemmen der Ankerwicklung gebildet, die im Abstand einer Polteilung angezapft und zu Schleifringen geführt sind, die zusätzlich zu den normalen Kollektoren vorgesehen sind, welche als Gleichstromausgangsklemmen der Maschine dienen.
Wie dargestellt, sind auf Kernen 141 bzw. 142 zwei Paar Spulen 135 und 136 bzw. 135a und 136a von hoher Reaktanz und kleinem Widerstand angeordnet und zu zwei Paaren von Schleifringen 137 und 138 bzw. 139 und 140 parallelgeschaltet. Die Spannung zwischen den Schleifringen 137 und 138 bzw. 139 und 140 ist eine Wechselspannung, und die Spulen sind stets von einem kleinen Wechselstrom durchflossen, wenn die Brücken nichtleitend sind. Der Mittelpunkt jedes Spulenpaares ist angezapft, um die neutralen Punkte 133 und 134 zu bilden. Die Gleichstromausgangsgrö - sse der Brücken wird in die Spulen gespeist und verteilt sich an den Mittelanzapfungen, so dass eine Hälfte des gesamten Stromes in jeder Richtung um den Kern fliesst und keine Gleichstrommagnetisierung resultiert.
Die beiden derart hergestellten neutralen Punkte 133 und 134 dienen zur Einführung der Stromimpulse von den Brücken 97 und 98 in den Ankerkreis des Generators 130. Dies ergibt eine direkte Einführung der Stromimpulse in den Ankerkreis des Generators 130 und erübrigt dadurch ein schnelles Steuerfeld im Generator 130, so dass eine Wechselwirkung zwischen einem schnellen Steuerfeld und dem Hauptfeld des Generators 130 nicht auftreten kann.
Das von der Feldwicklung 131 hervorgerufene Hauptfeld wirkt in der gleichen Weise wie das Hauptfeld des Erregergenerators 2. 0.
Fig. 13 zeigt eine elektrische Schaltung, die umkehrbare Gleichstromimpulse für das schnelle Steuersystem 19 innerhalb 1/4 Periode einer üblichen dreiphasigen Stromquelle liefert. In dieser Schaltung wird eine Dreileiter-Dreiphasenwechselstromquelle 143 mittels eines Transformators 144 in eine Zweiphasen-Vierleiterspeisequelle umgewandelt. Die Ausgangsgrössen der voneinander getrennten Zweiphasenseiten des Transformators 144 sind unabhängige Einphasenspannungen mit 900 Phasenverschiebung. Sie werden den Brückentransformatoren 117 und 119 der Brücken 97 und 98 durch gemeinsam verstellbare Einzelkemspartransformatoren 145 und 146 mit Gleitkontakten. zugeführt.
Der Transformator 144 ist aus diesen Spartransformatoren aufgebaut.
In dieser Ausführungsform liefern die Brücken 97,98 Gleichstromimpulse von einem Viertel der Periodendauer aus dem Dreiphasennetz, die bei einer Frequenz von 60Hz 25/6 ms beträgt. Diese kurzen Impulse ergeben sich aus dem Zünden nur eines Thyratrons in jeder Brücke während einer Halbperiode der Wechselstromwelle, wobei sich zwei Zündungen jeweils um 900 überlappen, so dass eine Ausgangsgrösse über eine Viertelperiode erhalten wird.
Fig. 14 veranschaulicht ein schnelles Regelsystem, das zwei gesteuerte Siliciumgleichrichter 147 und 148 aufweist, die beide mit SCR bezeichnet sind. Sie wirken mit Festkörpersiliciumgleichrichtern an Stelle der beiden Thyratronpaare zusammen.
Wie dargestellt, sind die Gleichrichter 147 und 148 in die Diagonale der Vollweggleichrichter-
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richtete Vollwellenspannung für den zugehörigen SCR, der entweder die Spannung sperrt oder auf die Primärwicklung des Transformators in dem zugehörigen Stromkreis weitergibt, u. zw. je nach der Phasenlage des Gitter- oder Auslösekreises, ähnlich der Auslösung der Thyratrons. Mithin übernimmt ein SCR die Arbeit von zwei Thyratrons, da er während jeder halben Periode der Wechselstromwel- len gesperrt, gezündet oder ausgelöst werden kann.
Falls jeder Walzenantrieb nur einen einzigen Motor an Stelle von zwei Motoren aufweist, sind die Anker der beiden Motoren in Reihe an den Hauptgenerator 89 gelegt, wobei die Reihenverbindung zwischen den beiden Motoren einen natürlichen Mittelpunkt bildet. Bei dieser Anordnung ist eine Aus-
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gleichsleitung vorgesehen, die zwei in Reihe geschaltete Motore umfasst, welche an des'Hauptgenera- tor angeschlossen sind und ohne mechanische Belastung frei rotieren können. Die Reihenverbindung zwi-
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stem in gleicher Weise wirken können, um eine Korrektur und Kompensation der Walzenauslenkung aus der gewünschten Sollage zu bewirken.
Bei einer abgewandelten Form der Erfindung sind zwei Walzenantriebsmotoren in Parallelschaltung an den Hauptgenerator angeschlossen. Dabei liegt mit jedem Walzenmotor ein Erregergenerator über seinen Anker in Reihe. Ein Erregergenerator unterstützt seinen Motor, während der andere seinem Motor entgegenwirkt, da die Ausgangsgrössen der beiden Erregermotoren entgegengerichtet sind. Das schnelle Regelsystem speist die Feldwicklungen der schnellen Steuerfelder der beiden Erregergeneratoren, die mit diesem in Reihe geschaltet sind, wogegen das langsame Regelsystem die Hauptfeldwicklungen der beiden Erregergeneratoren speist, die ebenfalls mit ihm in Reihe geschaltet sind.
Fig. 15 zeigt einen einzigen Walzenmotor 160 zum Antrieb der oberen Anpresswalze 1 und einen einzigen zweiten Walzenmotor 161 zum Antrieb der unteren Anpresswalze 2. Die beiden Motoren sind in Parallelschaltung an den Hauptgenerator 89 gelegt, wobei ein erster Erregergenerator 162 über seinen Anker 163 mit dem Motor 160 und ein zweiter Erregergenerator 164 über seinen Anker 165 in Reihe mit dem Motor 161 geschaltet ist. Diese Reihenschaltung der Erregergeneratoren mit ihren Motoren ist so gewählt, dass die Ausgangsspannungen der beiden Erregergeneratoren entgegengerichtet sind. Mithin unterstützt der eine Generator seinen Motor, während der andere Generator gleichzeitig seinem Motor entgegenwirkt.
Infolgedessen nimmt der Motor, der unterstützt wird, einen grösseren Anteil des vom Hauptgenerator gelieferten Stromes auf, während der andere Motor einen kleineren Anteil dieses Stromes übernimmt. Dies hat zur Folge, dass sich eine entsprechende Differenz der Drehmomente ergibt, durch die die Walze 5 in ihrer Sollage gehalten oder in diese zurückgeführt wird.
Ein Wechselstrommotor 166 ist mit beiden Erregergeneratoren 162 und 164 gekuppelt.
Die Erregergeneratoren 162 und 164 besitzen Hauptfeldwicklungen 167 bzw. 168, die in Reihe mit dem Anker 105 des rotierenden Verstärkers 87 liegen. Für eine Richtung der Ausgangsgrösse des rotierenden Verstärkers zeigen Pfeile 169,170, für die andere Richtung der Ausgangsgrö- Be die Pfeile 171,172, die Richtung der Spannung an, die in den Ankern 163 und 165 der Erregergeneratoren 162 und 164 erzeugt wird.
Der Ausgang des schnellen Regelsystems 19 nach Fig. 15 erfolgt durch einen Anker 175 eines gegenwirkenden Generators 176 in Reihenschaltung mit Widerständen 125 und 126 in Gegentaktanordnung mit den beiden Brücken 97 und 98. Der Anker 175 und die Widerstände 125 und 126 gehören zum Stromkreis 177, der sich zwischen den Mittelpunkten 178 und 179 der Motoren und der Erregergeneratorkreise erstreckt.
Wie dargestellt, wird der Generator 176 durch einen Wechselstrommotor 180 angetrieben. Er kann aber auch durch den Wechselstrommotor 166 angetrieben werden, der den Erregergeneratoren 162 und 164 zugeordnet ist. Die Spannung für die Feldwicklung 181 des Generators 176, mit dem parallelen Anpassungswiderstand 181a, wird von dem Amplidyneregler 87 geliefert. Die Feldwicklungen 167,168 der Erregergeneratoren 162 und 164 und die Feldwicklung 181 des Generators 176 sind in Reihe geschaltet.
Die Feldparameter des Generators 176 werden mittels seines parallelen Anpassungswiderstandes 181a so eingestellt, dass die Ankerspannung der Spannung der beiden Generatoren 162 und 164 entspricht und folgt, die an den Mittelpunkten 178 und 179 und in einer Richtung entsteht, die durch eine von dem langsamen Regelsystem 17 bewirkte Polaritätsumkehr bestimmt ist.
Die Ankerpolarität des Generators 176 ist der zwischen den Mittelpunkten 178 und 179 entgegengesetzt, so dass die Brücken 97 und 98 die Spannung Null an ihren Ausgangsklemmen, nämlich zwischen den Punkten 182 und 179 des Kreises 177 liefern. Neben den Thyratrons und SCR ergeben Ignitrons zufriedenstellende Resultate, wenn sie an Stelle der Thyratrons verwendet werden.
Als Ersatz für den Amplidyneregler kann ein Regler statischer Bauart, wie z. B. ein Magnetverstärker mit einer gleichgerichteten Ausgangsgrösse und gesteuertem Siliciumgleichrichter in Kombination mit Siliciumdioden verwendet werden, um eine gleichgerichtete Vollwellenausgangsgrösse herzustellen. Diese werden in Gegentaktschaltung mit den Belastungswiderständen angeordnet, um eine umkehrbare Ausgangspolarität zu ermöglichen. Sie können auch einzeln mit zwei elektrisch getrennten Hauptfeldern des Erregergenerators verwendet werden.
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Fig. 8 zeigt die Anwendung der Erfindung bei einem Fünfwalzengerüst in Tandemanordnung 151, bei dem das Band 6 von einem Abwickelhaspel 152 über ein erstes Gerüst 153 wandert, wo es zwischen der oberen Zwischenwalze 154 und der Arbeitswalze 155 verläuft. Von dem ersten Gerüst gelangt das Band zu dem zweiten Gerüst 156, indem es in einen Walzspalt eintritt, der von der unteren Zwischenwalze 157 und der Arbeitswalze 155 kleinen Durchmessers gebildet wird. Von dort aus kommt das Band auf die Aufwickelhaspel 158. Bei einer derartigen Walzenanordnung werden beide Seiten des Bandes mit einer Walze von kleinem Durchmesser in Berührung gebracht, so dass jede Seite einen grossen Teil der Verringerung in einem Walzspalt erfährt.
Besteht die Arbeitswalze aus Wolframkarbid so erhalten beide Seiten des Materials hinsichtlich der Glätte, Helligkeit und Fertigbearbeitung eine gute Oberfläche. Dies ist wichtig, falls das Band plattiert werden oder anderweitig ein gutes strahlendes Aussehen erhalten soll.
Fünfwalzengerüste, für die die Erfindung verwendet werden kann, weisen ein Gestell und beispielsweise eine Arbeitswalze von 2, 5 cm Durchmesser, zwei Zwischenwalzen mit je 7, 5 cm Durchmesser und zwei Anpresswalzen mit je 37,5 cm Durchmesser auf. Bei einem andern Walzengerüst betrugen die Durchmesser der Arbeitswalze 8,75 cm, der beiden Zwischenwalzen 30 cm und der beiden Anpresswalzen 100 oder 105 cm.
Die Erfindung ergibt wichtige Vorteile. Zu diesen zählen die Möglichkeit, a) eine einzige Arbeitswalze mit einem kleinen Durchmesser zum Walzen von extrem dünnen und ausgezeichnet ebenen Baan- dem oder Blechen zu verwenden, die nur etwa 0, 025-0, 175 mm stark sind und bis zu 75 cm breit sein können, b) die Arbeitswalze in einer gegebenen Lage im Walzspalt zu halten und/oder absichtlich in einer Sollage zu halten, bei der eine kleine Auslenkung aus der geraden Gestalt entweder in oder entgegengesetzt zur Transportrichtung vorhanden ist ; c) eine ausgezeichnete Kontrolle über die Form sehr dünner Bänder und Bleche zu erreichen, nämlich durch eine schnelle Korrektur und Kompensation von Auslenkungen der Walze aus der gewünschten Lage der Walze, die durch vorübergehende Zustände, wie z.
B. harte Stellen oder Bereiche, kleine Bereiche mit Abmass usw., oder durch Abweichungen vom Gleichgewichtszustand zwischen den vorwärtsgerichteten und rückwärtsgerichteten Zugspannungen und den Winkelkomponenten der Kräfte des Walzdruckes verursacht werden, d) Wolframkarbidwalzen zu verwenden und e) die Lage einer einzigen Arbeitswalze mit kleinem Durchmesser in dem Walzgerüst zu regeln und dadurch eine mittlere Ausbiegung zu kompensieren, wodurch ein hoher Grad von Ebenheit auch bei extrem dünnen Materialstärken erreichbar ist.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Vorrichtung zum Feststellen und Beheben der Auslenkung einer Arbeitswalze aus einer vorgegebenen Sollage beim Walzen von Blechen oder Bändern auf einem Walzgerüst, bei dem diese Arbeitswalze zwischen einer oberen und einer unteren Anpresswalze gelagert ist, deren Durchmesser den Arbeitwalzendurchmesser übertreffen, die beide unmittelbar oder reibend über je eine weitere Anpresswalze je von mindestens einem Elektromotor antreibbar sind und von welchen die eine mit der Antriebswalze den Walzspalt begrenzt und die andere an dieser reibungsschlüssig anliegt, mit einem fest angeordnet ten Fühler, dessen Abstand von der Arbeitswalze sich mit deren Auslenkung vergrössert oder verkleinert, zur Anzeige der Grösse und Richtung der Auslenkung,
mit einer Einrichtung zum Umsetzen dieser Anzeige in ein ebenfalls von Grösse und Richtung der Auslenkung abhängiges Signal und mit einem von diesem gesteuerten Generator zur Erzeugung eines Fehlersignals, das für den Unterschied zwischen Ist-. und Sollage der Arbeitswalze und für die Richtung der Abweichung charakteristisch ist, dadurch ge- kennzeichnet, dass das Fehlersignal einer Regeleinrichtung zugeführt, von dieser in Abhängigkeit von dem Fehlersignal eine Änderung des Drehmomentes der Motoren für den Antrieb der einen Anpresswalze gegenüber dem Drehmoment der Motoren, für den Antrieb der andem Anpresswalze abgeleitet und die relative Änderung der Antriebsdrehmomente zum wenigstens annähernden Beheben der Auslenkung herangezogen ist.