Verfahren und Einrichtung zum Messen der Arbeitsgeschwindigkeit bei Metallrohr- und Strangpressen.
Bei Metallrohr-und Strangpressen ist es für einen einwandfreien Verlauf dEes PreB- vorganges von auBerordentlicher Wichtigkeit, dass die Austrittsgeschwindigkeit dsss gepress- ten Halbzeuges (=Durchgangsgeschwindig- keit durch die Matrize, auch"Profilgeschwin- digkeit"genannt) und daher eine bestimmbe Arbeitsgeschwindigkeit des Pre¯stempels möglichst genau eingehalten werden.
Schon zwecks voller Ausnützung der Leistungs- fÏhigkeit der sehr teuren Pressen muss man mit möglichst hoher Geschwindigkeit arbei- ten, doch darf eine bestimmte Grenze nicht berschritten werden, sonst werden fehler hafte Halbzeuge gepresst. Die in der Matrize während des Pressens erzeugte Wärme ist einer der Faktoren, die vor allem bei Aluminium und Aluminiumlegierungen eine Be g renzung der Höchstgeschwindigkeit erfor Lderlioh majchen. Wird z.
B. das Aluminium oder die Aluminiumlegierung beim Verpres- sen durch die Matrize zu hein, so klebt das Leichtmetall am Stahl der Matrize und das Rohr oder der Strang tritt nur ruckweise heraus und wird tief eingerissen, so da¯ ein ganz unbrauchbares Halbzeug entsteht.
Abgesehen von der Notwendigkeit eines raschen Arbeitens ist es wichtig, die Pressge- schwindigkeit während des Arbeitsvorganges möglichst konstant zu halten, damit das Halbzeug auf seiner ganzen Länge möglichst gleiche Eigenschaften besitzt. Das Einhalten einer konstanten Geschwindigkeit ist schon deshalb schwierig, weil am Anfang des Pressvorganges ein höherer Druck notwendig ist als gegen Ende.
Seit vielen Jahren bem ht man sich, Ein- nchtungen zu schaffen, die es dem Presseführer erlauben sollen, die Pressgeschwindig- keit laufend zu berwachen. Die in Frage kommenden Pressgeschwindigkeiten, vor allem die Arbeitsgeschwindigkeit des Pre¯stempels, die'bis etwa 0, 1 mm/s hinabreichen, lassen die Verwendung von Geschwindigkeitsmessern üblicher Bauart nicht zu. Besitzt der Presseführer Leine Messeinrichtung, so ist er gezwungen, die Geschwindigkeit rein gefühls- mässig einzuhalten.
Dies führt zu grossen Schwankungen der Pressgeschwindigkeit, zu einer ungenügenden Ausnützung der Presse, weil der Presseführer im Mittel erheblich voter der hochstzulässigen Pressgeschwindigkeit bleiben mu¯, und schlie¯lich zu gelegentlichen ¯berschreitungen der H¯chstgeschwin digkeit. Man läuft Gefahr, ein ungleichmässi- ges oder gar völlig unbrauchbares Halbzeug zu erhalten.
Eine unmittelbare Messung der Geschwin digkeit des austretenden Halbzeuges ist t schwer durchf hrbar. Aus praktischen Gr nden ist man daher genötigt, die Arbeitsge- schwindigkeit des Pressstempels zu messen und aus dem erhaltenen Wert die Austrittsgeschwindigkeit des Halbzeuges zu errechnen.
Man hat bereits eine Einrichtung vorgeschlagen, bei welcher, die Übertragung der Pressstempelbewegung auf ein elektrisches Anzeigegerät auf elektromagnetischem Wege in der Weise geschieht, dass zur Erzeugung einer ein Mass für die Arbeitsgeschwindigkeit des Pressstempels bildenden Spannung ein mit dem Pre¯stempel verbundener Anker den FluB, der eine Spule durchsetzt, verändert.
Die vorgesehene Einrichtung enthält ein längliches, aus nicht ferromagnetischem Werkstoff bestehendes Gehäuse, in welchem ein EisenankerinForm einer flachen Schiene in seitlichen Führungsnuten längsverschieb- bar gelagert ist. Eine Spindel, die mit dem Laufholm der Presse zusammenwirkt, greift an diesen Anker an. Sie bewegt sich in der Längsrichtung des Gehäuses, und zwar in seinem untem Teil.
Im obem Teil des Gehäuses sind eine flache. von Gleichstrom gespeiste Erregerspule und eine mit dem Anzeigegerät verbundene Induktionsspule (Me¯spule) von gleicher Gestalt, mit Spulenachse senkrecht zur Längsachse des GehÏuses und Windungsebene parallel zum schienenformi- gen Anker untergebracht ; diese Spulen haben die gestreckte F Form des Ankers und daher rechteckigen Querschnitt, wobei die Länge des Rechteckes dem Arbeitshub entspricht ;
sie sind auf einen Kern aus ferromagnetischem Werkstoff gewickelt und werden auf ihrer ganzen LÏnge von einem Joch aus ferro- magnetischemWerkstoff eingeschlossen. Wird nun der Anker beim Vorgehen des Pressstem- pels mitgenommen, so wird bei eingeschalteter Erregerspule die Stärke des von ihr im Kern erzeugten magnetischen Feldes dadurch geändert, da. der Anker sich relativ zu dieser Spule und zu ihrem Kern bewegt. Die Ände- rung des magnetischen Feldes wird um so grosser, je grösser die Geschwindigkeit des Pressstempels ist. Sie ruft eine Spannung von entsprechender Hoche in der Induktionsspule hervor, die das Messgerät zum Ausschlagen bringt.
Die Induktionsspule misst also die Änderung der Magnetisierung eines festen Kernes aus weichem Eisen. In einer andern Ausführungsform wird die Translation durch eine Rotation ersetzt.
Die Erfindung betrifft nun ein Verfahren zum Messen und Einstellen der Arbeitsge schwindigkeit bei Metallrohr-und Strangpressen, bei dem durch den Pressstempel ein Magn, et relativ zu einer Spule, in deren Innerem in Achsenrichtung verschoben und der entstehende Induktionsstrom gemessen wird.
Wird ein Magnet in einer Spule verscho- ben, so enbsteht an n den Klemmen der Spule eine elektromotorische Kraft, die der Geschwindigkeit des PreBstempels, dem Kraftflu¯ des Magneten und der Windungsdichte der Spule proportional ist. Die Tatsache, da¯ man es bei den Stempeln von Metallrohr-und Strangpressen meistens mit sehr geringen Pressgeschwindigkeiten zu tun hat und da. B Galvanometer h¯chster Empfindlichkeit im Fabrikbetrieb unbrauchbar sind, schien die Anwendung der Induktion in dieser Form zur Messtmg der Arbeitsgeschwindigkeit des Pressstempels zu verunmöglichen.
Wenn man aber eine Spule mit grossem Querschnitt und hoher Windungsdichte und verhältnismäBig geringem Ohmschem Widerstand und einen Magnet von verhältnismässig grossem Quer- schnitt verwendet, so entsbeht, wie die Rech- nung zeigt und wie die Feststellungen der Anmelderin es bestätigen, auch bei Ïu¯erst geringen Geschwindigkeiten ein Induktions- st. rom, der mit Hilfe eines verhÏltnismϯig robusten, rasch aussehlagenden Galvanometers noch gut gemessen werden kann.
Die Erfindung bezieht sich auch auf eine Einrichtung zur Ausführung des neuen Verfahrens. Diese Einrichtung besteht im wesent- lichen aus einem Magnet, einer Spule und einem an diese angeschlossenen Messgerät.
Durch diese mechanische Kupplung mit dem Presskolben wird erreicht, da¯ Magnet und Spule relativ zueinander eine Bewegung aus- f hren, welche gleich oder proportional der Pre¯kolbengeschwindigkeit ist. Am zweckmϯigsten wird der Magnet mit dem Stempel verbunden und in der feststehenden Spule verschiebbar angeordnet, und zwar schon wegen der Verbindungsdrähte zum Galvanometer.
Es ist ferner vorteilhaft, einen permanenten Magnet zu verwenden. Es wÏre wohl möglich, einen Elektromagnet zu ben tzen, doch würde dadurch die Einrichtung unnötig kompliziert.
Da die erzeugten elektromagnetischen KrÏfte meist klein sind, wird am zweekmϯigsten ein Spiegelgalvanometer verwendet, z. B. ein solches mit Spannbandaufhän- gung. Bei raschen Bewegungen des Pressstem- pels, z. B. beim Zurückgehen nach erfolgter Pressung, entstehen elektromotorische Kräfte, welche den Messbereich des Gerätes weit über schreiten und dieses beschädigen können. Man muB daher den Strom auf irgendeine Weise unterbrechen oder das Galvanometer kurzschliessen, wenn der Stempel rasch bewegt werden soll. Gegen kurz andauernde stossartige Bewegungen, wie sie im Betrieb vor- kommen, kann das Galvanometer durch eine parallel geschaltete Kapazität geschützt werden.
Der gewünschte Schutz kann auch durch eine Glimmröhre oder durch eine andere Gasentladungsröhre erreicht werden. Ausserdem kann das s Galvanometer noch durch eine oder mehrere Schmelzsicherungen geschützt sein.
Da die raschen Bewegungen des Stempels immer während dessen Betätigung mit schwa- chem Wasserdruck ausgef hrt werden, kann man schliesslich das Galvanometer in bekannter Weise durch Benützung eines Eontakt- manometers vor Überbelastung schützen, welches es mit Hilfe eines Sch tzes ausschaltet, sobald der Wasserdruck unter eine bestimmte TIöhe sinkt, z. B. unter 50 at .
Da die Arbeitsgeschwindigkeit des Pressstempels je nach der Art, dem Querschnitt und der Anzahl der gleichzeitig gepressten Halbzeuge sowie nach dem Metall oder der Metallegierung in weiten Grenzen schwankt, ist das Galvanometer zweckmäBigerweise auf verschiedene Empfindlichkeiten einstellbar.
Zu diesem Zweck kann man zwischen Spule und Galvanometer variable WiderstÏnde einschalten.
Die Austrittsgeschwindigkeit des Halb zeuges hÏngt bei gegebener Sbempelgeschwin- digkeit von seinem Metergewicht und seinem spezifischen Gewicht (gegebenenfalls auch von der Anzahl der gleichzeitig gepreBten Rohre oderProfile) ab ; es müssen daher diese veränderlichen Grossen sowie die eingestellte Galvanometerempfindlichkeit bei jeder Messung berücksichtigt werden.
Selbstverständlich ka. nn man vom Presseführer nicht verlangen, dass er bei jeder Messung mehrere Rechnungen ausführt, um die Austrittsgeschwin digkeit des gepreBten Halbzeuges festzustel- len, oder die vorgeschriebene Pressgeschwindig- keit auf Grund ähnlicher Rechnungen ein- stellt. Die Benützung von Zahlentafeln wäre recht umständlich, da die Querschnitte der Halbzeuge und die Galvanometerempfind- lichkeiten in derart weiten Grenzen verschie- den sind, daB eine Tafel für ein einziges spezifisches Gewicht mindestens 10 000 Zahlen enthalten mite.
Zur Umgehung dieser Schwierigkeiten ist es zweckmässig, zwischen Spule und Galvanometer ein rechenschieberartiges GerÏt anzuordnen, das stabf¯rmig oder kreisschei benförmig ausgebildet sein kann und welches mit mehreren stab-bezw. kreisringformigen Zungen. mit Skalen und Läufern bezw. Zeigern versehen ist und welches einerseits die Empfindlichkeit des Galvanometers schrittweise odzer kontinuierlich zu verÏndern ge stattet, anderseits alle oben angedeuteten Rechnungen unter automatischer Beriicksichtigung der jeweiligen Galvanometerempfindlichkeit selbsttätig ausführt. Das Gerät wird am einfachsten, wenn die Skalen logarithmisch geteilt sind.
Es ist vorteilhaft, wenn die logea- rithmische Konstante aller Skalen die gleiche ist, derart, da¯ gleichen Verschiebungen bezw. gleichen Verdrehungen auf allen Skalen glei- che VerhÏltnisse entsprechen.
I) as Gerät besitzt eine Skala, welehe den Aussehlägen des Galvanometers entspricht.
Der TrÏger dieser Skala steuert die Galvano meterempfindlichkeit durch Betätigung von Kontakten. Die Teilung einer andern Skala entspricht den Metergewichten des Profils, eine weitere den spezifischen Gewichten des zu verpressenden Werkstoffes. An Stelle dieser beiden Skalenkannauch eine Skala treten, deren Teilung den Querschnitten des Profils entspricht. Eine weitere Skala kann die Anzahl der gleiehzeitig geprel3ten Profile berücksichtigen. Eine Skala, endlich trägt eine Teilung, welche die Profilgeschwindigkeiten angibt. Das Gerät besitzt ferner eine Anzahl Läufer mit Zeigern, welche zum Teil fest und zum Teil beweglich auf den Skalen angeordnet sind.
Beim Gebraueh des Gerätes stellt man zuerst auf den betreffenden Skalen das Meter- gewicht des zu erzeugenden Profils, gegebe- nenfalls die Dichte und auch die Anzahl der Profile ein. Nun kommen zwei FÏlle vor :
1. Fall : Man will den Galvanometeraussehlag ermitteln, welcher einer vorgeschrie- benen Profilgeschwindigkeit entspricht.
2. Fall : Man will während des Pressens die gerade vorhandene Profilgeschwindigkeit. messen.
Im ersten Fall stellt man auf einer Skala die vorgeschriebene Profilgeschwindigkeit ein. verÏndert in passender Weise die Galvano meterempfindlichkeit und liest auf einer andern Skala den Betrag des Galvanometer- ausschlages ab, welcher in der Folge vom Presseführer eingehalten werden soll. Im zweiten Fall liest man den Ausschlag des Galvanometers ab, nachdem man, wenn notig, eine passende Empfindlichkeit eingestellt hat, stellt auf einer Skala, diesen Ausschlag ein und. liest auf einer ändern Skala die Profil g'eschwindig'keit ab.
Die . Abbildung zeigt sehematisch und nicht massstäblich eine Ausf hrungsform der erfindungsgema¯en Einrichtung. 1 ist ein stabf¯rmiger Stahlmagnet mit einem Querschnitt von 1600 mnr und einer Länge von 2 m, der einen Kraftfluss von 135 000 Maxwell liefert. Sein S-Ende ist in einem Gleit- teil eingelassen, der mit dem Pressstempel iiber ein Querhaupt 2 starr verbunden ist.
Am iAi-Ende ist der Magnez mit einer Rolle 3 aus Kunstharz versehen, welche dieses Ende in der Spule 4 st tzt, was im Hinblick auf den langen Hebelarm zweckmϯig ist. Die Spule besteht aus sechs Lagen eines 3, 3 mm starken, baumwollisolierten Aluminiumdrah tes(18Windungen/cm),welcher auf ein Aluminiumrohr gewickelt ist. Die Spule ist in einem eisernen Rohr 5 eingebaut und. durch Drähte 6. 7 und 8 mit dem rechenschieber- artigen Gerät 9 und dem Spiegelgalvanometer 10 verbunden. Das Galvanometer hat Spann bandaufhängung und ist durch federnde Auf hängung seines Gehäuses gegen Erschütterungen geschützt.
Es hat einen besonders grossen Spiegel, der zur'Verringerung der TrÏgheitsmomente hochkantig aufgestellt ist, und wird durch eine Lampe von 100 W W be leuchtet.ZweckmässigwirddasGalvanometer auf ein Pult gestelltundderSkalenschirm 11 (ein diffus rückstrahlender, l m langer Aluminiumbleehstreifen) am GehÏuse der Presse hefestigt. Der an seinem Steuerrad und seinen Hebeln stehende Presseführer kann den Licht- fleck 12 auf dem Schirm bei allen Tages- zeiten mühelos sehen. Man kann es z. B. so einrichten, da¯ eine Pre¯stempelgeschwindig keit von 0. 1 mm/s bei gr¯¯ter Empfindlichkeit einen dauernden Ausschlag von 25 - 30 cm verursacht.
Das s rechenschieberartige GerÏt besitzt drei bewegliche Zungen, auf welchen die Skalen in gleichen logarithmischen Massstäben aufgetragen sind, das hei¯t die LÏnge einer Dekade ist für alle Skalen gleich gro¯, z. B. gleich 20 cm. Auf der ersten Zunge (13) be findet sich die Skala, die den GalvanometerausschlÏgen entspricht, auf der zweiten Zunge (14) die Skala der Metergewichte und auf der dritten Zunge (15) oben die Skala der Profilgeschwindigkeiten und unten die Skala der Dichten.
Eine Verschiebung der Zunge 13 bewirkt selbsttätig (durch nicht dargestellte Kontakte und WiderstÏnde) schrittweise Ver änderungen der Galvanometerempfindlichkei- ten, wobei die sich folgenden Empfindlich- keiten jeweilen im Verhältnis 1 zu'\/10 ste- hen. An der Zunge 14 sitzt ein LÏufer (16), welcher auf ihr verschiebbar ist. sich aber mit dssr Zunge bewegt, wenn diese verschoben wird.
Dieser Läufer hat einen langen Strichzeiger, welcher gleichzeitig auf der Skala, der Zunge 13 einen Galvanometeraussohlag angibt und auf der Skala der Zunge 14 auf ein Profilgewicht hinweist. Der Läufer 17 ist fest auf der Zunge 14 montiert, sein Strich zeigerweist auf die Skala der Profilgeschwin digkeiten hin, welche sich oben auf der Zunge
15 befindet. Ein bei allen Betätigungen unbeweglicher Zeiger (18) weist auf die Skala der spezifischen Gewichte, die sich unten auf der Zunge 15 befindet. Vor Beginn der Messung wird diese Zunge so eingestellt, da¯ der Zeiger auf ihr das spezifische Gewicht des zu verpressenden Werkstoffes angibt.
Soll die ie Anzahl der gleichzeitig gepressten Profile auch durch das Gerät berücksichtigt werden, so ist dieser Zeiger (18) nicht fest, sondern verschiebbar angeordnet auf einer festen, hier nicht dargestellten Skala, welche, immer im gleichen logarithmischen Massstab, die ganzen Zahlen von 1 bis 10 oder 20 trägt. Ferner wird der Läufer 16 auf der Zunge 14 auf das Metergewicht des zu pressenden Profils eingestellt. Sämtliche Skaleneinteilungen sind gleichläufig und wachsen von links nach reehts.
Im ersten der vorhin besprochenen Fälle verschiebt man nun die Zunge 14, bis der Läufer 17 auf der vorgeschriebenen Profilgeschwindigkeit steht. Dadurch wird erreicht, da¯ der Läufer 16 auf der Zunge 13 den Gal vanometerausschlag angibt, der eingehalten werden muss. Ist dieser Ausschlag zu klein, odeur fallut der Länder ausserhalbderSkala der Zunge 13, so versehiebt man schrittweise dies, Zunge, bis ein brauchbarer Ausschlag angezeigt wird. Bei jedem ganzen Schritt sehna. ppt dabei eine Feder in eine der Eerben, welche auf der Rückseite der Zunge angebracht sind.
Die bei dieser Operation ent stehende Änderung der Galvanometerempfind- lichkeit braucht der Presseführer nicht weiter zu berücksichtigen ; es genügt, wenn er seine Steuerhebel derart bedient, da¯ der Lichtfleck des Galvanometers auf dem Skalenschirm (11) stets an der Zahlsteht,welche der Läufer 16 auf der Skala der Zunge 13 vorschreibt, damit das Profil mit der ge- wünschten Geschwindigkeit austritt.
Im zweiten Fall liest der Presseführer die Lage des Ga. lvanometerlichtfleokes auf dem Skalenschirm (11) ab, nachdem er, wenn nötig, durch Verschieben der Zunge 13 eine passende Galvanometerempfindlichkeiteingestellt hat, und versehiebt die Zunge 14, bis der Läufer 16 auf der Zunge 13 auf die Zahl weist, welche dem Galvanometeraussehlag auf der Skala 11 entspricht. Nun zeigt der Läufer 17 auf der obern Skala der Zunge 15 die Aus trittsgeschwindigkeit des Profils an.
Die Erfahrung hat gezeigt, da¯ die Presseführer das Gerät ohne Schwierigkeiten benützen können, auch wenn sie den Gebrauch eines Rechenschiebers nicht kennen. Zur Er leichterung der Handhabung ist es empfeh- lenswert, die Skalen mit vielen Zahlen zu versehen, die Lage d) es Kommas anzuschrei- ben und die Zwischenräume nur in Hälften und Zehnteln zu unterteilen, nicht aber in Fünfteln.