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Anordnung zum Messen, Steuern bzw.
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Regeln des Zuges an Maschinen mit durchlaufendem Material bei ungleichmäßiger
Laufgeschwindigkeit Die Erfindung betrifft eine Anordnung zum Messen und Regeln
des Längszuges in einem von einer Haspel abgezogenen oder auf diese aufzuwickelnden
Band oder Profil, wobei die Umfangsgeschwindigkeit an der Haspel kurzzeitig von
der Führeungsgeschwindigkeit des Bandes abweicht.
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Die Messung des Längszuges ist besonders wichtig bei Walzmaschinen,
in denen ein vorzugsweise metallisches Band oder Profil kalt auf eine geringere
Stärke ausgewalzt oder in sonstiger Weise verformt werden soll. Bei derartigen Walzmaschinen
läuft das Band od,. dgl. von einer Vorratshaspel ab, durchläuft den Walzspalt, wird
dort verformt und wird schließlich von einer Aufwickelhaspel aufgenommen. In diesem
Falle läuft das Walzenpaar im allgemeinen mit konstanter Umfangsgeschwindigkeit
und zieht das Band von der Vorratshaspel ab. Infolge des stetig abnehmenden Bunddurchmessers
auf der Haspel muß bei konstanter Abzugsgeschwindigkeit die Drehzahl der Haspel
ständig zunehmen. Die Haspel setzt dieser Winkelbeschleunigung entsprechend ihrem
Schwungmoment einen Widerstand entgegen, der noch durch die Reibung im Lager erhöht
wird. Dadurch entsteht in dem abgezogenen Band ein Längszug, der im Einzelfalle
beträchtliche Werte annehmen kann. Man hat deshalb vorgeschlagen, die Haspel mit
einem eigenen Antrieb zu versehen, dessen Drehzahl entsprechend der Verminderung
des Bunddurchmessers gesteuert wird. Die Steuerung erfolgt dabei so, daß der Längszug
im Band zwischen Haspel und Walzspalt auf einem vorbestimmten Wert gehalten wird.
Zu diesem Zweck muß der Zug im Band durch eine geeignete Vorrichtung laufend gemessen
und gegebenenfalls als Meßwert zur selbsttätigen Steuerung des Haspelantriebes verwendet
werden.
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In letzter Zeit ist man dazu übergegangen, Bänder und Profile, vorzugsweise
solche aus Metall, nicht nur durch einen reinen Walzvorgang zu verformen, bei dem
also die Verformungsarbeit allein von dem Walzenpaar geliefert wird, sondern gleichzeitig
eine Reckung g vorzunehmen. Hierbei wird das Band vor und hinter dem Walzspalt einem
Längszug ausgesetzt, der die Verformung durch den Druck der Walzen auf das Band
unterstützt und unter anderem den Ubergang zu höheren Walzgeschwindigkeiten erlaubt.
Bei diesem Walzverfahren ist es besonders wichtig, den Zug im Band genau zu messen
und zu steuern bzw. zu regeln, damit ein gl, eichmäßiges Walzprofil erzielt wird.
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Bisher wurde dieses Walzverfahren mit gleichzeitiger Reckung so durchgeführt,
daß der Zug im Band od. dgl. nicht zwischen der Haspel und dem Walzspalt erzeugt
wurde, sondern zwischen zwei Walzenpaaren, d. h. in einer sogenannten Tandemanordnung.
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Bei einer anderen bekannten Ausführung wird das s Band von der Vorratshaspel
zunächst in Form einer S-Schleife über ein Paar übereinanderstehender Rollen, dann
durch den Walzspalt und hinter diesem iiber ein weiteres S-förmig umschlungenes
Rollenpaar zur Aufwickelhaspel geführt. Hierbei wird der Zug jeweils zwischen einem
S-Rollen-System und dem Walzspalt erzeugt, während die Haspeln frei laufen oder
selbständig nachgeführt werden.
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Diese bekannten Walzeinrichtungen in Tandemanordnung oder mit S-Rollen-Systemen
sind jedoch sehr aufwendig und kostspielig.
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Es ist auch versucht worden, den Längszug im Band direkt zwischen
jeder Haspel und dem Walzspalt zu erzeugen. Dabei ergab sich, daß dem eingestellten
Grundzug eine Wechselzugkomponente erheblicher Größe überlagert ist, die die Zugmessung
erschwert oder sogar unmöglich macht. Die überlagerten Zugschwankungen entstehen
im wesentlichen dadurch, daß das Band oder Profil unrund von der Vorratshaspel ab-bzw.
auf die Aufwickelhaspel aufläuft. Diese Unrundheit ergibt sich zwangläufig bereits
an der Einspannstelle des Bandendes und setzt sich über den ganzen Bund bis nach
außen fort. Infolgedessen ist der äußere Bundradius an der Ablauf-bzw. Auflaufstelle
zeitlich nicht konstant, sondern schwankt periodisch mit der Haspeldrehung. Da die
Haspel und der mit ihr gekuppelte Antriebsmotor im allgemeinen ein beträchtliches
Schwungmoment besitzen, da andererseits die Haspeldrehzahlen bei den heute üblichen
hohen Walzgeschwindigkeiten verhältnismäßig hoch liegen, lass, en sich die besagten
kurzzeitigen, Schwankungen des Bundradius an der Ablauf-bzw. Auflaufstelle nicht
durch eine entsprechende
gegensinnige Steuerung der Winketgeschwindigkeit
der Haspel kompensieren. Infolgedessen treten an jeder Haspel kurzzeitige Schwankungen
der Umfangsgeschwindigkeit auf, die der mittleren Umfangsgeschwindigkeit überlagert
sind. Besonders bei Bandwerkstoffen mit hohem Elastizitätsmodul, wie beispielsweise
Stahl, bewirken diese Schwankungen der Umfangsgeschwindigkeit große Zugschwankungen
im Band, die ein Vielfaches des Grundzuges hetragen können.
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Abgesehen davon, daß diese Zugschwankungen eine Herstellung sauberer
und engtolerierter Walzprofile verhindern, wird auch eine genaue Zugmessung und
damit eine Steuerung des Haspelantriebes von dem Bandzug aus unmöglich gemacht.
Es genügt nämlich nicht, die Drehzahl jeder Haspel einmal fest einzustellen.sonderndiesemußentsprechend
dem sich beim Ab-bzw. Aufwickeln des Bandes langzeitig ändernden Bunddurchmesser
so verringert bzw. vergrößert werden, daß der eingestellte Grundzug zwischen Haspel
und Walzspalt aufrechterhalten bleibt.
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Zum Messen eines. gleichmäßigen Längszuges in einem laufenden Band
oder Profil wird gewöhnlich eine federnd an das Band angedrückte Rolle verwendet,
die dieses je nach der Größe des Zuges und der Federspannung mehr oder weniger aus
seiner gestreckten Bahn herausdrückt. Die Lage der Rolle steht also in eindeutiger
Beziehung zum Bandzug und kann auf Anzeigevorrichtungen, Kontaktvorrichtungen, kontinuierliche
Meßwertgeber od. dgl. übertragen werden.
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Diese bekannten Meßvorrichtungen l, iefern nur bei gleichmäßigen
oder bei geringfügig schwankenden Zugspannungen ine brauchbare Anzeige. Sobald jedoch
die Zugschwankungen im Band graver als der Grundzug sinid, ist es grundsätzlich
nicht mehr möglich, den eingestellten Grundzug mit einer solchen Meßanordnung richtig
zu messen. Selbst wenn die Meßrolle genügend trägheitsarm ausgebildet ist, daß sie
schnellen Zugschwankungen folgen kann, so ist doch die an die Meßrolle e angeschlossene
Anzeigevorrichtun nicht mehr ablesbar. Auch eine gedämpfte Anzeigevorrichtung zeigt
nicht den eingestellten Grundzug, sondern einen zeitlichen Mittelwert an. der den
Grundzug um so mehr übersteigt, je größer die Amplitude der Schwankungen im Verhältnis
zum Grundzug ist.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung zu schaffen,
die auch bei großen kurzzeitigen Schwankungen der Umfangsgeschwindigkeit an der
Ablauf-oder Aufwickelhaspel gegenüber der gleichmäßigenAbzugsgeschwindigkeiteinegenaue
Messung des eingestellten Grundzuges gestattet.
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Die Erfindung löst diese Aufgabe durch eine zwischen zwei festen,
am Band anliegenden Rollen aneordnete, das Band gegen die festen Rollen drückende
und von diesem schleifenförmig umschlungene, durch den Bandzug entgegen der Wirkung
eines Federmittels auslenkbare Meßrolle sowie mindestens eine vom Band schleifenförmig
umschlungene, bewegliche, unter Federwirliung stehende, die besagten Schwankungen
der Umfangsgeschwindigkeit größtenteils oder vollständig aufnehmen, de Ausgleichsrolle.
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Die erfindungsgemäße Anordnung kann sowohl hinter der Ablaufhaspel
als auch vor der Aufwickelhaspel verwendet werden.
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Die Ausgleichsrolle setzt die durch die Schwankungen der Umfangsgeschwindigkeit
in einem gestreckt geführten Band erzeugten hohen Zugschwankungen herab, so daß
auf die Meßrolle nur noch der Grundzug, allenfalls von geringfügigen Schwankungen
überlagert,
wirkt. Ein weiterer orteil dieser Anordnung-besteht darin, daß die Federn der Meßrolle
und der Ausgleichsrolle, die ja völlig verschiedene Aufgaben zu erfüllen haben,
entsprechend diesen Aufgaben jeweils optimal bemessen werden können.
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Vorzugsweise werden die Federmittel der Ausgleichsrolle so bemessen,
daß die Schwankungen der Abzugsgeschwindigkeit möglichst geringe Zugschwankungen
bewirken. Die besagten Federmittel werden also zweckmäßigerweise eine sogenannte
weiche Charakteristik bestizen, d. h., ihre Zugkraft, die selbstverständlich dem
jeweiligen Grundzug im Band entspricht, so ! ! möglichst wenig von der Lage der
Ausgleichsrolle abhängen.
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Weiterhin ist eine kurzzeitige Schwankungen der Meßrolle verringernde
Dämpfung im Meßsystem vorgesehen. Diese Dämpfung vermindert die etwa noch verbiebenen
geringen Zugschwankungen; sie kann auf verschiedene Weise ausgebildet und angeordnet
sein. ohne daß eine besondere Ausführung beansprucht wird.
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Die von dem Zug im Band abhängige Stellung der Meßrot)-e wird durch
eine Anzeigevorrichtung zur Anzeige gebracht und kann außerdem zur Steuerung oder
Regelung des Zuges selbst dienen. Die Übertragung der Stellung der Meßrolle kann
durch mechanische Mittel erfolgen. Sofern aber die an die Meßrolle angekoppelten
Stellglieder zur Steuerung oder Regelung eine gewisse Kraft bzw. ein gewisses Drehmoment
zu ihrer Verstellung erfordern, wirken sie -besonders bei kleineren Zugspannungen
im Bandauf die Meß rolle zurück und verändern unter Umständen deren Lage, so daß
eine Fehlmessung erfolgt.
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Vorzugsweise wird deshalb vorgeschlagen, einen von der Meßrolle entsprechend
ihrer Stellung gesteuerten elektrischen Meßwertgeber zu verwenden.
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Der Meßwertgeber kann in bekannter Weise aus einer Gruppe von Kontakten,
einem veränderbaren Spannungsteiler oder anderen veränderbaren elektrischen Schaltelementen
bestehen und je nach Stellung der Meßrolle eine elektrische Größe, beispielsweise
eine Spannung oder eine Stromstärke, verändern.
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Bei Verwendung eines elektrischen Meßwertgebers erfolgt die Dämpfung
vorzugsweise durch eine an den Meßwertgeber angeschlossene. kurzzeitige Schwankungen
des Meßwertes dämpfende elektrische Siebschaltung. Derartige Siebschaltungen sind
an sich bekannt und umfassen beispielsweise im einfachsten Fall eine Zusammenstellung
eines ohmschen Widerstandes oder eine Induktivität mit einer Kapazität.
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Die Zeitkonstante bzw. der Frequenzgang der Siebschaltung wird so
bemessen. daß die von der AIeBrolle erzeugten kurzzeitigen Schwankungen der elektrischen
Größe. beispielsweise der Spannung, verringert bzw. fast vollständig beseitigt werden.
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Die Erfindung wird nachstehend in einem Ausführungsbeispiel an Hand
der schematischen Zeichnung näher erläutert.
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Die. Figur zeigt die ernndungsgemäße Anordnung auf der Einlaufseite
des Walzspaltes einer Walzeinrichtung für Bandstahl. Das zu verformende Band l läuft
von einer Haspel 2 ab, die in Richtung des Pfeiles 3 durch einen nicht eingezeichneten
Antrieb bewegt wird. Das Band wird von zwei motorisch angetriebenen Walzen 4 und
5 iil) ernommen und in dem zwischen diesen gebildeten Walzspalt 6 in der gewünschten
Weise verformt : es verläßt den Walzspalt in Richtung des Pfeiles 7 und wird von
einer nicht eingezeichneten Aufwichelhaspel aufgenommen und aufgewickelt.
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In dem Bandteil zwischen der Vorratshaspel 2 und dem Walzspalt 6
wird dadurch ein Längszug aufrechterhalten, daß der Motorantrieb der Haspel nicht
treibend, sondern bremsend wirkt, indem der Haspel ein Drehmoment entgegen ihrer
Drehrichtung erteilt wird.
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Das Band läuft von der Haspel über zw, ei fleste Rollen 8 und 9,
zwischen denen sich eine vom Band teilweise umschlungene bewegliche Ausgleichsrolle
10 befindet. Die Ausgleichsrolle ist so angeordnet, daß das Band zwischen den beiden
festen Rollen 8, 9 in einer Schleife veränderlicher Lange geführt wird. Ein in dem
Band herrschender Längszug wirkt entsprechend der geometrischen Anordnung der beiden
festen Rollen und der beweglichen Rolle streckend auf die Pandschleife und versucht,
die Ausgleichsrolle in dieser Richtung zu bewegen. Der vom Bandzug erzeugten und
auf die Ausgleichsrolle übertragenen Kraft wirkt die Kraft einer Zugfeder 11 entgegen.
Die Feder 11 besitzt eine sehr weiche Charakteristik und ist so vorgespannt, daß
ihre Kraft der durch den eingestellten Grundzug erzeugten Kraft entgegengesetzt
gleich ist.
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Kurzzeitige Schwankungen der Ablaufgeschwindigkeit des Bandes von
der Haspel gegenüber der Abzugsgeschwindigkeit am Walzspalt werden durch die Ausgleichsrolle
weitgehend ausgeglichen, indem diese die Bandschleife entsprechend verlängert oder
verkürzt. Die besagten Geschwindigkeitsschwankungen ergeben a, lso nur geringe Schwankungen
des Längszuges, die um so kleiner sind, je weicher die Charakteristik der Feder
11 ist.
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An. Stelle eines Ausgleichssystems mit einer Rolle können auch zwei
oder mehrere Ausgleichsrollen vorgesehen werden. Ein derartiges Mehrfachsystem hat
den Vorteil, daß jede einzelne Bandschleife kürzer gehalten werden kann und trotzdem
groBe Längenänderungen aufgenommen werden können.
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Das Band läuft anschließend in einer weiteren Schleife über das zwei
feste Rollen 12, 13 und eine zwischen diesen angeordnete bewegliche MeBrolle 14
umfassende Meßsystem.
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Die Meßrolle ist an einem Ende eines bei 16 gelagerten Kniehebels
15 so gelagert, daB durch Schwenkung des Kniehebels d. ie Bandschleife vergrößert
oder verkleinert wird. Der Kniehebel steht unter der Wirkung einer Druckfeder 17,
die ihn in Richtung einer Vergrößerung der besagten Bandschleife zu schwenken sucht
und der streckenden Wirkung des zu messenden Längszuges entgegenwirkt. Jede Stellung
des Kniehebels 15 bzw. der Meßrolle 14 entspricht also einem bestimmten Längszug
im Band. An das andere Ende 18 des Kniehebels ist eine Dämpfungseinrichtung angelenkt,
die zwei Stoßdämpfer 19, 20 umfaßt. Derartige aus einem Zylinder und einem Kolben
bestehende Stoßdämpfer sind in verschiedenen Ausführungen bekannt und werden gewöhnlich
mit einer Flüssigkeitsfüllung verwendet.
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Die jeweils herrschende Zugspannung kann durch eine mit dem Kniehebel
verbundene Anzeigevorrichtung, die beispielsweise einen bei 16 an dem Kniehebel
befestigten Zeiger und eine dazu gehörige Skala umfaßt, angezeigt werden (nicht
eingezeichnet). Die Skala wird zweckmäßigerweise direkt in Maßeinheiten des Bandzuges
geeicht. Außer der Anzeigevorrichtung oder an Stelle derselben kann ein elektrischer
Meßwertgeber (nicht eingezeichnet) mit der Meßrolle bzw. dem Kniehebel verbunden
sein.
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Dieser Meßwertgeber kann einen veränderbaren Spannungsteiler umfassen,
dessen Körper fest an-
geordnet und dessen beweglicher Schleifer gelenkig mit dem
Ende 18 des Kniehebels verbunden ist.
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An Stelle des Spannungsteilers können aber auch veränderbare Kapazitäten
oder Induktivitäten verwendet werden.
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Der Meßwertgeber ist in bekannter Weise mit einer Schaltung verbunden,
die so ausgebildet ist, daß jedem Bandzug und infolgedessen jeder Stellung der Meßrolle
ein bestimmter Wert der von der Gerberschaltung gelieferten Ausgangsspannung bzw.
des Ausgangsstromes entspricht. Es sind verschiedene Ausführungen von Geberschaltungen
bekannt : die Geberschaltung wird deshalb nicht besonders beansprucht.
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Ein schwankender Bandzug ergibt am Ausgang der Geberschaltung eine
zeitlich konstante Komponente und eine dieser überlagerte zeitlich wechselnde Komponente.
Wenn also beispielsweise die Geberschaltung eine mit Gleichstrom gespeiste Wheatstonesche
Brücke und die Geberelemente zwei in benachbarten Brückenzweigen liegende veränderbare
Widerstände sind, ist die diagonal abgenommene Ausgangsspannung eine Gleichspannung,
der bei Schwankungen des Zuges eine Wechselspannung überlagert ist.
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Die besagte Wechselkomponente kann in einfacher Weise durch eine
bekannte Siebschaltung vermindert oder fast völlig beseitigt werden, so daß nur
die zeitlich konstante Komponente durchgelassen wird und zur Verwendung in einer
Steuer-oder Regeleinrichtung zur Verfügung steht.
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Durch die erfindungsgemäße Anordnung wird erreicht, daß auch bei
größeren kurzzeitigen Schwankungen der Ablaufgeschwindigkeit des Bandes von der
Haspel nur verhältnismäßig kleine Schwankungen des Bandzuges auftreten, die dann
durch die Dämpfung des Meßsystems praktisch vollständig beseitigt werden.
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Die erfindungsgemäße Anordnung kann nicht nur auf der Eingangsseite
des Walzspaltes einer Walzeinrichtung, sondern auch auf der Ausgangsseite verwendet
werden und wird dann zwischen dem Walzspalt und der Aufwickelhaspel angeordnet.
Dabei ist es in beiden Fällen belanglos, ob die Ausgleichsrolle in Laufrichtung
des Bandes vor oder hinter der Meßrolle angeordnet ist und wie groß der Abstand
zwischen den beiden beweglichen Rollen 10, 14 ist.
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Die Erfindung ist nicht auf Walzeinrichtungen beschränkt, sondern
kann überall dort mit Erfolg eingesetzt werden, wo ein Band, Draht, Profil od. dgl.
mit zeitlich konstanter Führungsgeschwindigkeit von einer Haspel abgezogen oder
umgekehrt von einer das Band mit zeitlich konstanter Führungsgeschw indigkeit fördernden
Führung auf eine Haspel aufgewickelt wird, wobei die Umfangsgeschwindigkeit der
Haspel kurzzeitigen Schwankungen gegenüber der Führungsgeschwindigkseit unterworfen
ist.