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Anordnung zur selbsttätigen Steuerung von Umkehrwalzwerken Die Erfindung
betrifft eine Anordnung zur selbsttätigen Steuerung von Umkehrwalzwerken, bei denen
das hintere Ende des Walzgutes ein auf Rotlicht oder Wärmestrahlen ansprechendes
Fotorelais betätigt, das den Bremsvorgang einleitet.
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Zur Beschleunigung, d. h. Ingangsetzung einer Arbeitsmaschine, muß
der Antrieb ein Drehmoment liefern, das über dem eigentlichen Arbeitsmoment liegt
und ausreichend ist, die Schwungmassen der Maschine in der gewünschten Zeit zu beschleunigen.
Beim Verzögern und insbesondere beim Stillsetzen der Arbeitsmaschine wirkt das Moment
der Belastung im gleichen Sinne wie das Moment der antreibenden Maschine, beispielsweise
eines Elektromotors. Es besteht also die Möglichkeit, Antriebsenergie einzusparen,
wenn das Lastmoment mit zur Bremsung herangezogen wird.
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Die vorteilhafte Anwendbarkeit dieser Tatsache auf Umkehrwalzwerke
war bereits frühzeitig erkannt worden. Es ist hierzu eine druckschriftliche Veröffentlichung
bekannt, in der ein selbsttätiges Umkehrwalzwerk beschrieben wird, bei dem in Abhängigkeit
vom Walzspalt Endschalter betätigt werden, die wiederum dazu dienen, die Bremsvorgänge
derart einzuleiten, daß die Walzarbeit das Bremsmoment der jeweiligen Antriebsmaschine
unterstützt. Die hierfür erforderlichen mechanischen Gestänge usw. sind jedoch imWalzwerk
vielfach unerwünscht und geben leicht zu Betriebsstörungen Anlaß. Desgleichen würden
die mechanischen Endschalter, insbesondere bei größeren Blockwalzwerken, einer erheblichen
Abnutzung unterliegen.
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Der Vorteil der beschriebenen Anordnung ist darin zu sehen, daß durch
die Automatisierung unnötige Totzeiten und Verzögerungen im Steuerungsablauf vermieden
werden, die mit der Abkühlung des Walzgutes zu einer Vergrößerung der erforderlichen
Walzarbeit führen könnten.
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Da die Verwendung lichtelektrischer Steuereinrichtungen in Walzwerken
bekannt ist, wäre es nun denkbar, durch ein in bestimmter Entfernung vor dem Walzgerüst
angeordnetes auf Rotlicht oder Wärme strahlen ansprechendes Photorelais beim Durchlaufen
des Walzgutes ein Bremsvorkommando zu geben, wodurch ein drebzahlabhängiges Zeitrelais
betätigt wird, das dann das eigentliche Bremskommando gibt. Diese Anordnung eignet
sich jedoch nur für Walzgutlängen, die größer als die Entfernung vom Endschalter
bzw.
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Lichtschranke bis Mitte Walzgerüst sind. Die Länge ist gegeben durch
den Bremsweg bei höchster Walzgeschwindigkeit und beträgt etwa 3 bis 4 m. Ist die
Walzgutlänge nämlich kürzer, so würde das Bremsvorkommando bereits gegeben werden,
bevor die Walzen das Walzgut gefaßt haben, und alle Störeinflüsse beim Anstechen
würden zu größeren Fehlern des Bremseinsatzes führen.
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Diese Nachteile werden nun durch den nachstehenden Vorschlag vermieden,
der die Einleitung des richtigen Bremseinsatzes für das Bremsen mit dem Walzgut,
selbsttätig und abhängig von der jeweiligen Walzendrehzahl, aber unabhängig von
der Walzgutlänge und der Abnahme, ermöglicht. Die Erfindung besteht darin, daß der
für das Schalten der Photorelais maßgebliche Meßort auf dem Rollgang dadurch veränderbar
ist, daß Teile der dem jeweiligen Photorelais zugeordneten lichtelektrischen Empfangseinrichtung
durch vorzugsweise elektrischen Antrieb derart selbsttätig in Abhängigkeit von der
Walzgeschwindigkeit schwenkbar angeordnet sind, daß die Strahlenempfänger die Strahlen
in einem in Abhängigkeit von der Walzgutgeschwindigkeit veränderbaren Winkel zum
Rollgang empfangen. Diese Anordnung kann auch nachträglich in bereits im Betrieb
befindliche Anlagen leicht eingebaut werden. Die Bedienungsperson fährt dabei den
Antrieb wie bisher mit dem Steuerhebel, lediglich beim Bremsen verliert dieser seine
Wirkung, weil die Bremsung automatisch eingeleitet wird.
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Zu diesem Zweck werden vor und hinter dem Walzgerüst über dem Rollgang
je eine vorwiegend ultrarotempfindliche Photozelle bzw. ein Phototransistor oder
andere optische Schalteinrichtungen angeordnet, welche entweder direkt nach einer
besonderen Funktion der Walzdrehzahl U geschwenkt werden oder aber feststehen und
in den jeweilligen Strahlengang geschaltete Spiegel drehzahlabhängig ihre Stellung
ändern. Ein derartiger Spiegel kann z. B. an der Achse eines Drehzahlmeßgerätes
angebracht werden.
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Als Meßgerät eignet sich besonders ein Dreheisenmeßwerk, das von Natur
aus eine etwa quadratische Kennlinie besitzt und bei dem eine bestimmte Funktion
a von U einfach zu erzielen ist. Eventuell kann a= f (U) auch durch zusätzliche
im Speisekreis des Dreheisenmeßwerkes angeordnete nichtlineare elektri-
sche
Glieder verbessert werden. Die optische Einrichtung wird spaltförmig scharf gebündelt
auf den Rollgang gerichtet, wobei die empfangene Lichtlinie abhängig von der Walzdrehzahl
so verändert wird, daß die Entfernung der Lichtlinie auf dem Rollgang bis Mitte
Walzgerüst dem jeweiligen Bremsweg entspricht. Hierbei sei angenommen, daß grundsätzlich
mit einer vorbestimmten zeitlichen Drehzahländerung gebremst werden soll. Der Hell-Dunkel-Impuls
beim Durchgang des Walzgutendes durch die Lichtlinie wird direkt zur Einleitung
des Bremsens benutzt. Um kleinere Störeinflüsse, z. B. durch nicht exakte Schwenkung
der Lichtlinie entsprechend der vorgegebenen Funktion, auszuschalten, gibt das Bremskommando
nicht die Drehzahl Null sondern eine Schleichgeschwindigkeit vor. Falls das Bremskommando
also etwas zu früh kommt, wird das Walzgut garantiert mit der Schleichgeschwindigkeit
aus den Walzen befördert. Wird das Bremskommando etwas zu spät gegeben. so wird
der Antrieb in der Restbremszeit wie bisher üblich durch Energierücklieferung in
das speisende Netz abgebremst. Sofern das Walzmoment nicht gleich dem Nennmoment
ist, wird das Restbremsmoment durch Energierücklieferung in das Netz erzeugt. Die
Bremszeit ist durch die Vorgabe der zeitlichen Drehzahl änderung also unabhängig
vom Walzmoment.
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Die weitere Erläuterung des Erfindungsgedankens soll nun an Hand
der Figuren erfolgen.
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Fig. 1 zeigt die Anordnung der Strahlenempfänger und der schwenkbaren
Spiegel am Walzgerüst, Fig. 2 die Kennlinie a=J (erz) des Schwenkantriebes, Fig.
3 den Stromlaufplan der für die selbsttätige Steuerung des Umkehrwalzwerkes wesentlichen
Schaltgeräte und Fig. 4 das zum Stromlaufplan gehörige Relaisdiagramm. das den zeitlichen
Ablauf der Steuerung darstellt.
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In der Fig. 1 wird das Walzgut 40 durch die Oberwalze 41 und die
Unterwalze 41' verformt. Mit 30 wird der Strahlenempfänger vor dem Gerüst und mit
32 der hinter dem Gerüst bezeichnet. Die schwenkbaren Spiegel 42 und 43 nehmen bei
kleiner Walzgeschwindigkeit z. B. eine Stellung entsprechend x und bei großer Walzgeschwindigkeit
z. B. eine Stellung entsprechend l ein.
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Der Strahlenempfängerstandort muß so gewählt werden, daß der abgelenkte
Lichtstrahl bei minimaler \NJalzgeschwindigkeit nicht durch die Walzen verdeckt
wird, daß der Empfänger. beispielsweise eine Photozelle, durch das Walzgut nicht
zu stark erwärmt und der Ablenkwinkel aus dynamischen Gründen nicht zu groß wird.
Bei einer Entfernung e des Strahlenempfängers bzw. des schwenkbaren Spiegels von
der Mitte des Walzgerüstes, von beispielsweise 1,65 m, ergibt sich graphisch eine
Höhe k von 3,0 m über Mitte Walzgut.
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Die Bremszeit ergibt sich zu: ii t= dzldt (1) Der Bremsweg s wird
mit der Walzgeschwindigkeit = dn (2) 60 mr zu t zu = 2 bzw. - - = 120 Jnldt (4)
In
der nachstehenden Tabelle sind t und s abhängig von n für d = 0,9 mund dd t = konstant
= 83,5 U/min dt s eingetragen.
| n (U/min) |
| 25 1 50 1 85 1 120 |
| t (s) 0,30 | 0,60 t 1,02 | 1,44 |
| s (m) 0,18 zu 0,71 1 2,04 1 4,06 |
Die Lichtlinie muß also zwischen etwa 0,18 und 4,06 m schwenkbar sein. Aus der Fig.
1 kann man weiter ersehen, wie stark unterschiedlich die Bremswege sind. Beispielsweise
ist für eine große Walzgeschwindigkeit der Bremsweg mit s bezeichnet, für eine kleine
Geschwindigkeit mit s.
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Der Ablenkwinkel a=f (n) läßt sich am einfachsten graphisch ermitteln.
Fig. 2 zeigt das Ergebnis bei den oben angegebenen Werten für s, e und h.
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Es kann jedoch auch zweckmäßig sein, daß Strahlenempfänger bzw. Spiegel
vor jedem Stich auf eine gemäß Walzprogramm erforderliche Stellung einschwenkbar
sind. Zu diesem Zweck können Schwenkantriebe, beispielsweise in Form von Selsynsystemen
vorgesehen werden, die ein verhältnismäßig großes Verstellmoment gewährleisten.
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Ein besonderes Merkmal der nachstehend beschriebenen Schaltung ist,
daß nur zeitliche Anderungen der Walzgutstrahlung erfaßt werden, d. h. nur der Durchgang
des vorderen und hinteren Walzgutendes durch die jeweilige Lichtlinie, wodurch eine
größere Betriebssicherheit und eine weitgehende Unabhängigkeit von der Walzguttemperatur
erreicht wird. Dabei können an sich bekannte Photorelais eingesetzt werden, bei
denen beispielsweise die Ankopplung vom Strahlenempfänger zum nachgeschalteten elektronischen
Verstärker mittels eines Kondensators erfolgt. Bei Verwendung von auch auf kontinuierlich
veränderliche Strahlung ansprechenden Photorelais ist zu empfehlen, diesen impulserzeugende
Relaisanordnungen, zweckmäßig Wischrelais, nachzuordnen.
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In der nachstehend erläuterten Schaltungsanordnung, die den Erfindungsgegenstand
verwendet, sind für die Einleitung der Bremsung Walzdruckrelais vor gesehen. An
Stelle dessen können jedoch auch Photorelais und insbesondere die auf der jeweiligen
Austrittsseite bereits vorhandenen Photorelais treten.
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Die Ausführung der Steuerung kann in der nachfolgend beschriebenen
Form erfolgen, wobei von der bekannten Maßnahme Gebrauch gemacht wird, das Eintreten
des Walzgutes in das Gerüst und das Austreten mit einer gegenüber der maximalen
Walzgeschwindigkeit kleinen Geschwindigkeit erfolgen zu lassen.
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Der Stromlaufplan (Fig. 3, vgl. auch das zugehörige Relaisdiagramm
Fig. 4) ist zum schnelleren Auffinden der einzelnen Kontakte in mit römischen Zahlen
bezeichnete Stromkreisabschnitte aufgeteilt. An den Kontakten ist der Stromkreisabschnitt
in Klammern angegeben, in dem sich die jeweilige Schützspule befindet. Zu jeder
Schützspule sind unterhalb derselben die betreffenden Stromkreisabschnitte angegeben,
in denen sich Kontakte dieses Schützes befinden, und zwar bedeutet S = Schließer,
Ö = öffner und W=Wechsler. Die einzelnen Kontakte eines Schützes sind durch die
Zahl der Schützspule sowie einen angehängten Buchstaben gekennzeichnet.
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Unter »Vorlauf« sei nachstehend die Bewegung des Walzgutes von der
Steuerbühne zum Walzgerüst und
unter »Rücklauf« die umgekehrte Bewegung
verstanden.
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Wird der Kontakt 1 »Vorlauf« (in Stromkreisabschnitt I) geschlossen,
so zieht das Richtungsrelais 3 (in I) an und hält sich über seinen Wechsler 3 a
selbst.
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Damit wird (in X) durch die Wechsler 3 c und 3 d die richtige Polarität
des Sollwertes eingeschaltet und durch den Wechsler 3 b das Bremsrelais 12 (in IV)
für die drehrichtungsabhängig richtigen Kontakte vorbereitet. Der Antrieb läuft
somit bis zur Anstechzahl, welche mit dem Spannungsteilerwiderstand 21 (in VII)
eingestellt werden kann, zeitlinear hoch. Wird das Walzgut mit dem Rollgang an die
Walzen herangeführt, so wird die Photozelle vor dem Gerüst 30 (in XIII) belichtet,
und der aufgeladene Kondensator 6 (in II) wird durch den Wechsler 30a über den Widerstand
8 (in II) entladen. Sobald die Walzen das Walzgut gefaßt haben, zieht das Walzdruckrelais
17 (in VI) an und schaltet mit dem Wechslerl7a den Sollwert (in VIII) auf die Maximaldrehzahl
hoch, welche mit dem Spannungsteilerwiderstand 19 (in VII) eingestellt werden kann.
Der Sollwert kommt durch ein Dämpfungsglied, beispielsweise eine RC-Kombination,
zeitabhängig, vorzugsweise annähernd zeitlinear, zur Wirkung. Durch die letztgenannte
Maßnahme läßt sich vorwiegend bei den ersten Stichen der für den Energieverbrauch
besonders günstige dreieckförmige Drehzahlverlauf über der Zeit erreichen.
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Ist das Walzgut bereits ein Stück durch das Walzgerüst gelaufen,
so wird die Photozelle hinter dem Gerüst 32 (in XIV) belichtet, und der aufgeladene
Kondensator 9 (in III) wird durch den Wechsler 32 a über den Widerstand 11 (in III)
entladen. Tritt nun das Walzgutende über die Lichtlinie der Photozelle vor dem Gerüst,
so schaltet deren Wechsler 30 a (in II) zurück, und das Wischrelais (vor der Straße)
7 (in II) zieht durch den Ladestromstoß des Kondensators 6 (in II) kurzzeitig an.
Ein Schließer 7a dieses Wischrelais (in I) bleibt wirkungslos, da das Richtungsrelais
3 (in I) bereits angezogen hat. Der zweite Schließer 7 b (in IV) bringt das Bremsrelais
12 (in IV) zum Ansprechen, welches sich dann über seinen Schließer 12 b selbst hält.
Durch einen Wechsler 12 d (in IX) wird der Sollwert auf eine Schleichgeschwindigkeit
umgeschaltet, welche mit dem Spannungsteilerwiderstand 22 (in VII) einstellbar ist.
Ein weiterer Schließer 12 c (in V) bringt das Impulsunterdrückungsrelais 14 (in
V) zum Ansprechen, dessen zwei Offner 14 a und 14 b (in IV) vorläufig jedoch wirkungslos
bleiben.
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Beim Austritt des Walzgutes aus dem Walzgerüst fällt das Walzdruckrelais
17 (in VI) ab, und der Wechsler 17a (in VIII) bereitet für den nächsten Stich den
Sollwert für die Anstechdrehzahl vor.
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Wenn das Walzgutende die Lichtlinie der Photozelle hinter dem Gerüst
32 (in XIV) überschreitet, schaltet der Wechsler 32 a (in III) zurück, und der Öffner
lOb des Wischrelais (hinter dem Gerüst) 10 (in I) bringt das Richtungsrelais 3 (in
I) zum Abfallen. Der Wechsler 3 b (in IV) bringt das Bremsrelais 12 (in IV) zum
Abfallen und bereitet die Kontakte für die neue Drehrichtung vor, während die zwei
Wechsler 3 c und 3 d (in X) den Sollwert auf die neue Drehrichtung umschalten. Der
Wechsler 12 d (in IX) des Bremsrelais fällt zurück, und der Antrieb wird in der
neuen Drehrichtung entsprechend »Rücklauf« bis zur Anstechdrehzahl beschleunigt.
Das Impulsunterdrückungsrelais 14 (inV) fällt nach Offnen des Schließers 12 c (in
V) durch den Kondensator 15 mit einer Verzögerung ab, die größer ist als die Wischzeit
der Relais 7 (in II) bzw. 10 (in III). Da-
durch wird vermieden, daß das Bremsrelais
12 (in IV) nach Umschalten des Wechslers 3 b (in IV) über den Schließer bzw. Wischkontakt
10a (in IV) gleich wieder anzieht.
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Damit ist die Schaltung wieder in der Ausgangsstellung, nur für umgekehrte
Drehrichtung. Der Ablauf wiederholt sich bis zum letzten Stich, dann muß einmal
der Kontakt 1 »Vorlauf« betätigt werden, weil der letzte und der erste Stich die
gleiche Richtung haben, die Automatik jedoch auf »Rücklauf« geschaltet hatte. Soll
der Antrieb stillgesetzt oder mit dem Steuerhebel gefahren werden, so ist der Schalter
23 (in XI) in die entsprechende Stellung, d. h. »Hand«, »Stillstand« oder »Automatik«,
zu bringen.
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Da das Walzendruckrelais 17 (in VI) bei einem möglichst kleinen Wert
ansprechen soll, ist zur Sicherung der Überlastungsfähigkeit der Widerstand 16 und
der nichtlineare Widerstand 18 (Selengleichrichter) vorgesehen. Die Dreheisen-Meßwerke
29 (in XIII) und 31 (in XIV) mit den Spiegeln für die drehzahlabhängige Schwenkung
der Lichtstrahlen werden von einer Tourendynamo gespeist. Die Abhängigkeit der Spiegelstellung
a=f (n) kann mit dem Widerstand 24 (in XII) in der Amplitude und nötigenfalls in
der Form mittels des Widerstandes 26 (in XII) und den antiparallelen, nichtlinearen
Widerständen 17 und 28 (in XII) (Trockengleichrichter, zweckmäßig Selengleichrichter)
verändert werden. Die Signallampe 2 zeigt den Vorlauf an, die Signallampe 5 (in
I) den Rücklauf.