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Verfahren und Vorrichtung zur Uberwachung der Drehzahldifferenz zweier
rotierender Maschinenteile, insbesondere bei Bandstreckungsvorgängen Bei kontinuierlichen
Arbeitsvorgängen bei Bändern od. dgl. kann die Überwachung von Streckungsvorgängen
meist auf Drehzahlmessungen zurückgeführt werden. In diesem Fall ist die Messung
verhältnismäßig geringer Drehzahldifferenzen erforderlich. So ist es z. B. auch
bei dem Nachwalzen von Blechbändern erforderlich, eine bestimmte, aus metallurgischen
Gründen erforderliche Streckung einzuhalten. Diese Streckung ist verhältnismäßig
klein (einige Zehntel bis etwa 2,50/0) und daher schwer zu messen. Die Meßapparatur
soll außerdem möglichst keine Teile besitzen, die auf das Band aufgesetzt werden,
da diese Teile die Bandoberfläche beschädigen oder bei Bandrissen selbst beschädigt
werden können.
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Die Meßwerte können z. B. von den bei fast allen D ressierwerken
üblichen Umlenkrollen abgenommen und die Messung der Streckung des Bandes auf einen
Drehzahlvergleich zurückgeführt werden. Es zeigte sich dabei. daß der Schlupf zwischen
Band und Umlenkrollen unter 0,050/0 bleibt, wenn die Kraft, die an der Oberfläche
der Umlenkrolle auftritt, unter 10 kg/t Bandzug bleibt. Dies gilt für Umschlingungswinkel
der Umlenkrollen von 20 bis 300 bei trockenem Band. Bei Einhaltung dieser Werte
genügt die erreichbare Genauigkeit ohne weiteres den zu stellenden Anforderungen,
wenn eine genaue Messung der Drehzahldifferenz der Umlenkrollen möglich ist.
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Es sind z. B. in der Flugzeugmotorentechnik Vorrichtungen zur Überwachung
der Drehzahl differenz zweier rotierender Maschinenteile bekannt, bei denen mit
jedem Maschinenteil (Flugzeugmotoren) ein Wechselstromgcher verbunden ist und die
drehzahlproportionalen Ausgangssignale der Geber in einer differenzbildenden Einrichtung
verglichen werden.
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Die Erfindung bezweckt eine besonders vorteilhafte Ausführung dieses
Prinzips, bei der einfache, serienmäßig hergestellte Schaltelemente verwendet werden
können und trotz des rauhen Betriebes- in Walzwerken eine sehr genaue und zuverlässige
Messung der Drehzahldifferenz der Umlenkrollen auch bei sehr geringen Bandstreckungen
zu erhalten ist. Dem Mann am Gerüst kann dadurch eine fortlaufende zuverlässige
Überwachung der Bandstreckung ermöglicht werden.
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Es ist bereits eine Drehzahlregelvorrichtung für Gleichstrommotoren
beschrieben worden, bei der zwei auf ein bestimmtes Drehzahlverhältnis zu regelnde
Maschinen über ein stufenlos regelbares Getriebe und ein Differentialgetriebe miteinander
verbunden sind.
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Die Drehung der Differentialwelle des Differentialgetriebes läßt einen
Rückschluß auf die Abweichung des Ist-Drehzahlverhältnisses von dem Soll-Drehzahlverhältnis
zu, wobei die Drehbewegung der Welle zur Verstellung eines Widerstandes benutzt
wird.
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Eine solche Vorrichtung hat den Nachteil, daß nur verhältnismäßig
große Drehzahldifferenzen beherrscht werden können, da jede Ungenauigkeit, insbesondere
jeder Schlupf an dem stufenlos regelbaren Getriebe in voller Höhe in die festgestellte
Drehzahldifferenz eingeht. Wenn z. B. an dem -stufenlos regelbaren Getriebe ein
Schlupf von 10/o auftritt, so- wird das Ergebnis um 1 0/o verfälscht sein. In den
meisten Fällen, insbesondere im Walzwerksbetrieb, oder allgemein bei der Bearbeitung
von bandförmigem Gut im kontinuierlichen Arbeitsgang werden jedoch (durch Drehzahldifferenzen
abgebildete) Bandstreckungen überwacht, die erheblich unter 1 0/o liegen. Für derartige
Zwecke ist die erwähnte Vorrichtung ungeeignet, da der Fehler ein Mehrfaches der
zu messenden Größe betragen kann.
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Ferner ist eine Vorrichtung bekannt, bei der die Differenzbildung
zunächst über eine Drehstrommaschine erfolgt, jedoch diese Differenz anschließend
über einen Tachometer-Generator in eine Gleichstromgröße umgewandelt und mit einer
der Bezugsdrehzahl proportionalen, von einem Gleichstromgenerator gelieferten Gleichspannung
verglichen wird. Um eine genaue Abbildung der beiden zu vergleichenden Gleichstromgrößen
zu ermöglichen, müßten beide Tachometermaschinen in sehr weitem Drehzahlbereich
eine vollkommen lineare Proportionalität zwischen der angelegten Drehzahl und der
gelieferten Gleichspannung aufweisen. Eine solche lineare Proportionalität ist insbesondere
durch die Burstenübergangswiderstände und die Ankerrückwirkung der Gleichstrommasehinen
nicht erreichbar. Mit einer solchen Vorrichtung können daher nur verhältnismäßig
geringe Drehzahlbereiche und Differenzbereiche beherrscht werden. In
vielen
Fällen, z. B. im Walzwerksbetrieb, kann es sich ergeben, daß die Absolutwerte der
Drehzahlen zwischen etwa 35 und 500 U/min liegen, wobei Strekkungen von 0,2 bis
40/0 auszufahren sind. Der Tachometergenerator müßte daher bei der erwähnten Vorrichtung
bei Drehzahlunterschieden im Bereich von 1 bis 300 eine exakt lineare Abbildung
liefern. Eine Genauigkeit dieser Art ist in der Praxis nicht zu verwirklichen, insbesondere
wenn berücksichtigt wird, daß in dem elektrischen Vergleichssystem dann Spannungen
im Verhältnis von 1:300 auftreten und genau miteinander verglichen werden müßten.
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Durch die Erfindung werden die erwähnten Nachteile behoben.
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Gemäß der Erfindung ist eine Vorrichtung zur Überwachung der Drehzahldifferenz
zweier rotierender Maschinenteile vorgesehen, bei der mit jedem Maschinenteil ein
Wechselstromgeber verbunden ist und die drehzahlproportionalen Ausgangssignale der
Geber in einer differenzbildenden Einrichtung verglichen werden, welche gekennzeichnet
ist durch einen mit dem Geber des Bezugsmaschinenteiles synchron gesteuerten Motor,
der über eine der Soll-Drehzahldifferenz entsprechende Untersetzung mit einem Differentialrad
eines Differentialgetriebes verbunden ist, dessen anderes Differentialrad mit der
differenzbildenden Einrichtung verbunden ist, derart, daß die Drehung des Getriebegehäuses
einen Rückschluß auf die Ist-Drehzahldifferenz ergibt.
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Die Verwendung von Differentialgetrieben zum Drehzahlvergleich, ebenso
wie die Verwendung stufenlos regelbarer Getriebe, ist an sich in der Meßtechnik
seit langem bekannt. Die Erfindung ermöglicht im Gegensatz zu den erwähnten älteren
Ausführungsformen eine sehr einfache Schaltung, die auch bei sehr kleinen Differenzen
und in großen Differenzbereichen stets zuverlässig arbeitet. Auf die besonderen
Vorteile der Erfindung gegenüber den bekannten Ausführungsformen wird am Ende der
Beschreibung noch näher eingegangen werden.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung werden an Hand der Zeichnungen
beschrieben.
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Fig. 1 zeigt schematisch den Vorgang beim Nachwalzen von Blechbändern;
Fig. 2 zeigt ein Schaltbild eines ersten Ausführungsbeispiels gemäß der Erfindung;
Fig. 3 zeigt ein Schaltbild eines weiteren Ausführnngsbeispiels der Erfindung.
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Wie aus Fig. 1 hervorgeht, wird das Blechband von einem Haspel 1
abgewickelt und über eine Umlenkrolle 2 den Walzen 3, 4 zugeführt. Das Blechband
wird nach dem Austreten aus dem Walzenspalt über Umlenkrollen 5 einem Haspel 6 zum
Aufwickeln zugeführt.
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Wie Fig. 2 zeigt, sind die beiden Umlenkrollen 2 und 5 über Wellen
7 und 8 oder ähnliche Kupplungen mit je einem Geber 9 und 10 verbunden. Im vorliegenden
Ausführungsbeispiel sind die Geber als Drehstrom-Induktionsmaschinen ausgebildet,
deren Ständer über Drehstromleitungen 11 bzw. 12 vom Netz erregt werden.
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Die Läuferabgriffe der beiden Induktionsmaschinen 9 und 10 sind über
Drehstromleitungen 13 und 14 mit dem Läufer bzw. dem Ständer einer differenzbildenden
Induktionsmaschine verbunden. Die Drehzahl der Induktionsmaschine 15 ist der Drehzahldifferenz
proportional.
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Die dreiphasige Verbindung 13 des Läufers der Induktionsmaschine
9 mit dem Läufer der Induktionsmaschine 15 ist über eine Drehstromverbindung 16
nach
Art einer elektrischen Welle mit dem Läufer einer Induktionsmaschine 17 verbunden,
die über Leitungen 18 vom Netz erregt wird. Die Induktionsmaschine 17 läuft synchron
mit der Induktionsmaschine 9.
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Der Läufer der Induktionsmaschine 17 ist über Welle 19 od. dgl. mit
einer Grobuntersetzung 20 verbunden. Der Abtrieb der Untersetzung 20 steht über
eine Welle 21 mit einem Zahnrad 22 in Verbindung.
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Das Zahnrad 22 ist mit einem zweiten Zahnrad 23 auf einer Welle 25
im Eingriff.
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Die Zahnräder 22 und 23 sind vorzugsweise als Steckzahnräder ausgebildet,
die leicht auswechselbar sind, um beliebige Soll-Drehzahldifferenzen einstellen
zu können.
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Die Weile 25 des Zahnrades 23 ist mit einem Diffe rentialrad 27 eines
Differentialgetriebes 28 verbunden, während der Läufer der Induktionsmaschine 15
über eine Welle 24 mit dem anderen Differentialrad 26 des Differentialgetriebes
28 verbunden ist.
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An dem Gehäuse des Differentialgetriebes 28 ist ein Kegel rad 29
befestigt, welches mit einem Kegelrad 30 auf Welle 31 kämmt.
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Die beschriebene Einrichtung arbeitet wie folgt: Soll z. B. 1 °/o
Streckung gefahren werden, so werden die Steckzahnräder 22 und 23 so gewählt, daß
die gesamte Untersetzung bei Berücksichtigung des Untersetzungsgetriebes 20 gleich
100 : 1 ist. Wenn die Streckung des Gutes gleich der Soll-Streckung von 1 O/o ist,
so nimmt das Differentialgetriebe 28 entgegen gesetzt gleiche Drehzahlen auf (1/ioo
der Drehzahl der Umlenkrollen 2 und 5). Das Differentialgehäuse und die Welle 31
sind in Ruhe.
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Wenn die gefahrene Streckung von der Soll-Streckung abweicht, so
dreht sich das Differentialgehäuse und zugleich die Welle 31 in der einen oder anderen
Richtung, abhängig davon, ob der vorgesehene Wert der Streckung über- oder unterschritten
wird. Diese Streckung kann dem Walzer sichtbar gemacht werden, und zwar direkt oder
durch Fernübertragung von der Meßeinrichtung zum Walzgerüst.
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Eine besonders zweckmäßige Ausführungsform der Messung der Streckung
gestattet das Ausführungsbeispiel nach Fig. 3. Wie aus Fig. 3 hervorgeht, ist die
Abtriebswelle 21 des Untersetzungsgetriebes 20 mit einem stufenlos regelbaren Getriebe
verbunden, das aus den Reibrädern 40, 41 und einem Einstellrad 42 besteht. Mit dem
Gehäuse des Diferentialgetrieæs 28 ist ein Kontakthebel 43 verbunden. Je nach Drehrichtung
des Differentialgehäuses berührt der Kontakthebel 43 einen Kontakt 44 oder 45, welche
über Steuerleitungen 46 und 47 mit einem Steuermotor 48 verbunden sind. Der Steuermotor
48 steht über eine Welle 49 mit einer Verstelleinrichtung 50 in Verbindung. Die
Verstelleinrichtung kann z. B. als Schneckentrieb ausgebildet sein. Sie steht mit
der Welle 51 des Einstellrades 42 derart in Verbindung, daß sie das Ubersetzungsverhältnis
des Getriebes 40, 41 ändern kann. Mit der Verstelleinrichtung ist ein Zeiger 52
verbunden, der auf einer Skala 53 die Einstellung der Welle 51 und damit des stufenlos
regelbaren Getriebes anzeigt.
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Wenn nun im Betrieb eine von der Soll-Streckung abweichende Ist-Streckung
auftritt, so dreht sich das Differentialgehäuse des Differentialgetriebes 28, und
es wird auf einem der Kontakte 44 oder 45 Kontakt gegeben. Der Motor 48 verstellt
dann das Getriebe 40, 41 so lange, bis das Differentialgehäuse des Diffe rentialgetriebes
28 zum Stillstand kommt. Die Stellung
der Welle 51 bzw. des Einstellrades
42 ist damit ein Maß für die tatsächliche Streckung des Bandes, die durch die Drehzahldifferenz
der beiden Umlenkrollen 2 und 5 wiedergegeben wird. Das Ergebnis der Anzeigeeinrichtung
52, 53 kann dem Mann am Gerüst direkt oder durch Fernübertragung sichtbar gemacht
werden.
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Die Erfindung ist nicht auf die dargestellten und beschriebenen Ausführungsbeispiele
beschränkt. So ist es insbesondere möglich, nicht nur die Induktionsmaschine 9,
sondern auch die Induktionsmaschine 10 auf eine weitere Induktionsmaschine arbeiten
zu lassen, mit der sie nach Art einer elektrischen Welle synchronisiert ist. Die
Maschine 17 treibt dann außer dem Untersetzungsgetriebe 20 noch ein weiteres Differentialgetriebe
an, auf das die mit der Maschine 10 verbundene Induktionsmaschine in entgegengesetzter
Richtung arbeitet. Dieses Differentialgetriebe gibt dann die Differenzdrehzahl der
Umlenkrollen auf das bereits beschriebene Differentialgetriebe 28 weiter.
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Die übrigen Schaltelemente können dann entsprechend Fig. 3 ausgelegt
sein.
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Falls eine besonders hohe Anzeigegenauigkeit erforderlich ist, kann
bei den beiden Einrichtungen die Genauigkeit der Messung der Drehzahldifferenz dadurch
erhöht werden, daß als Geber mehrpolige (4, 6, 8 usw.) Asynehronmaschinen verwendet
werden, während die Maschinen 15 und 17 zweipolig ausgeführt sind.
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Die Differenz zwischen den beiden Vergleichswerten wird (mit Hilfe
der Induktionsmaschinen 15) unmittelbar elektrisch, also fehlerfrei, gebildet. Die
Bezugsgröße, die in der Induktionsmaschine 17 ebenfalls fehlerfrei abgebildet wird,
wird mit Hilfe einer geeigneten Untersetzung in die Größenordnung des Differenzwertes
gebracht. Falls hier ein stufenlos regelbares Getriebe verwendet wird, so werden
an dem Differentialgetriebe 28 nunmehr nur noch Fehler erscheinen, die prozentual
von der Drehzahldifferenz abhängen. Während bei den vorerwähnten bekannten Vorrichtungen
z. B. ein Fehler von 1 0/o des Gesamtwertes, also in der Dimension der zu messenden
Größe auftritt, ist der Fehler bei Anwendung der Erfindung nur ein t/roo des betrachteten
Fehlers.
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Besonders vorteilhaft ist dabei, daß bei der Erfindung auch bei sehr
geringen Drehzahldifferenzen, z. B bei 0,10/0, die Relationen die gleichen bleiben,
so daß ein eventuell im stufenlos regelbaren Getriebe auftretender Fehler stets
nur in Prozentwerten der Differenz erscheint; die Vorrichtung gemäß der Erfindung
hat daher auch bei einer Soll-Drehzahldifferenz von 0, 1°/o den gleichen Fehler
wie bei 10/o oder höheren Werten der Soll-Drehzahldifferenz. Bei dem Ausführungsbeispiel
nach Fig. 2 arbeitet die Vorrichtung praktisch fehlerfrei.