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Einrichtung zum Antrieb eines Schlingenhebers für Walzenstraßen Es
ist bekannt, zwischen den Walzgerüsten von Walzenstraßen Schlingenheber anzuordnen,
die die Aufgabe haben, das Walzgut unter einem bestimmten Zug zu halten, die ichlingengröße
zu überwachen und erforderlichenfalls die Drehzahl der Gerüstmotoren entsprechend
zu beeinflussen- Dabei wird beispielsweise der Schlingenheber zum Anheben und Andrücken
seiner Rolle an das Walzgut von einem konstant erregten Gleichstrommotor angetrieben,
dessen Ankerstrom in Abhängigkeit vom Weg der Rolle durch einen Stromregler mit
Sollwertvorgabe bestimmt wird.
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Zur Ableitung der Einflußgrößen für die Drehzahlregelung der vorhergehenden
und/oder nachfolgenden Walzmotoren werden dem Schlingenheber Meßfühler, z. B. in
Form von Spannungsgebern, zugeordnet, die in Abhängigkeit vom Schlingenheberweg,
beispielsweise von dem Winkel, den der die Rolle tragende Arm des Schlingenhebers
mit der Horizontalen bildet, verstellbar und im einfachsten Fall Potentiometer sind.
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Bei den hohen Geschwindigkeiten moderner Walzwerke befriedigen die
bekannten Schlingenheberantriebe nicht mehr, weil sie insbesondere hinsichtlich
der Konstanz des Bandzuges in den verschiedenen Winkellagen des Schlingenhebers
und des Beschleunigungsvermögens, z. B. bei Veränderungen der Schlinge, den erhöhten
Anforderungen nicht genügen.
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Ein Schlingenheber soll ein möglichst geringes Trägheitsmoment und
möglichst große Anhebegeschwindigkeit haben, ohne daß ein unzulässiger Zug auftritt.
Dabei soll das Drehmoment bestimmten, vorher einstellbaren Gesetzmäßigkeiten folgen,
welche durch die technologischen Gegebenheiten bestimmt sind. Außerdem muß die Anhebebewegung
in einer vorteilhafterweise einstellbaren Höchstlage begrenzt werden und das Antriebsmoment
sowohl in seiner absoluten Höhe einstellbar als auch abhängig vom Schlingenheberwinkel
nach einer bestimmten Funktion veränderbar sein, und zwar derart, daß der Bandzug
in allen Lagen des Schlingenhebers, mindestens jedoch in einem größeren Winkelbereich,
dieser Funktion folgt.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das dynamische Verhalten
des Schlingenhebers wesentlich zu verbessern. Die Erfindung betrifft eine Einrichtung
zum Antrieb eines Schlingenhebers für Walzenstraßen mit einem konstant erregten
Gleichstrommotor, dem ein Ankerstromregler zugeordnet ist, der seinerseits durch
einen vom Schlingenheberwinkel abhängigen Ankerstromsollwert beaufschlagt wird.
Gemäß der Erfindung ist dem Ankerstromregler ein Drehgeschwindigkeitsregler überlagert,
dem seinerseits ein Funktionsgeber zur Bildung eines vom Schlingenheberwinkel abhängigen
Drehgeschwindigkeitssollwertes zugeordnet ist. Der Drehgeschwindigkeitsistwert wird
durch ein Glied gebildet, das in bekannter Weise aus Ankerspannung und Ankerstrom
unter IR-Kompensation die EMK des Motors ermittelt. In weiterer Ausbildung der Erfindung
sind Funktionswandler vorgesehen, die Sollwertkomponenten für den Ankerstromregler,
z. B. aus dem Bandgewicht und/oder dem Bandzug, in Abhängigkeit vom Schlingenheberwinkel
ableiten.
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An Hand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels
wird die Erfindung näher beschrieben.
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Das Walzgut 1 zwischen den beiden schematisch angedeuteten Walzgerüsten
2 und 3 wird durch die Rolle 4 eines Schlingenhebers angehoben und bildet
eine sogenannte Schlinge. Der Arm 5 des Schlingenhebers schließt mit der Horizontalen
den Winkel a, den sogenannten Schlingenheberwinkel, ein. Dieser Arm 5 wird von einem
Schlingenhebermotor 6 vorzugsweise unmittelbar angetrieben. Der Antrieb kann aber
gegebenenfalls auch über ein Untersetzungsgetriebe erfolgen. Der Motor 6 habe konstante
Erregung. Sein Anker wird über eine Stromrichteranlage 7 und einen Netztransformator
8 gespeist. Mit 9 ist der Gittersteuersatz für die Stromrichteranlage 7 bezeichnet,
die wegen des nur in einer Richtung
nötigen Drehmomentes in Eingefäßschaltung
ausgeführt ist. Mit 10 ist der Stromregler bezeichnet, der im Gittersteuersatz
9 den dort gebildeten Zündimpulsen die erforderliche Phasenlage gibt. Der Istwert
des Ankerstromes wird durch einen Stromwandler 11 gemessen. Sein Sollwert
setzt sich aus mehreren vom Schlingenheberwinkel abhängigen Komponenten zusammen.
Durch vorerwähnte Ausbildung des Schlingenheberantriebes erhalten die zu bewegenden
Teile ein sehr geringes Trägheitsmoment.
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Das vom Motor 6 aufzubringende Drehmoment zum Anheben des Gewichtes
der Teile 4 und 5 des Schlingenhebers ändert sich mit dem Schlingenheberwinkel a.
In einem Funktionswandler 12 wird daher eine Sollwertkomponente gebildet,
die das Schlingenheberdrehmoment in Abhängigkeit vom Schlingenheberwinkel a darstellt.
Zu diesem Zweck ist mit der Schlingenheberwelle bzw. mit dem Motor 6 ein Winkelgeber
29 gekuppelt, der an den Funktionswandler 12 eine dem Winkel a proportionale
Größe liefert. Die Absolutgröße des Schlingenhebergewichtes kann bei 17 eingestellt
werden. Als Beispiel ist hier ein Stellwiderstand gezeichnet. Der Funktionswandler
kann z. B. aus einem entsprechend beschalteten Verstärker bestehen, dem die bei
17 einstellbare, dem Schlingenhebergewicht proportionale Spannung und eine in Abhängigkeit
vom Schlingenheberwinkel a veränderliche Spannung zugeführt wird. Vom Funktionswandler
12 wird somit eine Sollwertkomponente gebildet, die dem jeweiligen vom Motor 6 aufzubringenden
Drehmoment zum Heben des Schlingenhebergewichtes entspricht.
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Auf analoge Weise kann im Funktionswandler 13 eine dem jeweiligen,
in seinem Absolutwert bei 18 einzustellenden Bandgewicht entsprechende Sollwertkomponente
gebildet werden, denn auch das auf die Rolle 4 drückende Gewicht des Bandes
1 wirkt sich auf die Achse des Motors 6 in Abhängigkeit vom Winkel* aus.
Sowohl im Funktionswandler 12 als auch im Funktionswandler 13 kann der Funktionsverlauf
z. B. im wesentlichen etwa dem Cosinus-Gesetz folgen.
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Im Funktionswandler 14 wird eine Sollwertkomponente gebildet, die
eine vorgegebene Funktion des bei 19 in seinem Grundbetrag einstellbaren Bandzuges
in Abhängigkeit vom Schlingenheberwinkel a darstellt. Der Funktionswandler 15 liefert
zu Beginn des Anhebens einen kurzzeitigen Beschleunigungssollwert. Bei
20 ist der zugehörige Grundbetrag der Anhebebeschleunigung einstellbar.
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Die Steller 17 bis 20 können am Steuerpult angeordnet werden, so daß
von hier aus jederzeit eine Voreinstellung der verschiedenen vorhandenen oder gewünschten
Grundgrößen möglich ist.
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Im Funktionswandler 16 schließlich wird als weitere Komponente ein
Sollwert für einen dem Stromregler 10 überlagerten Drehgeschwindigkeitsregler
21 gebildet. Für die Vorgabe einer Drehgeschwindigkeit für den Schlingenhebermotor
6 sind zwei Vorgänge zu unterscheiden, nämlich das Anheben und Halten des Schlingenhebers
bzw. des Walzgutes 1 in bestimmter Höhe unter bestimmtem Zug und das Zurückführen
des Schlingenhebers in die vorzugsweise horizontale Ausgangs- bzw. Ruhelage, in
die er durch sein Eigengewicht von selbst zurückfällt, so daß es zur Vermeidung
von Stößen vorteilhaft ist, ihn kurz vorher abzubremsen. Alle Funktionswandler 12
bis 16 können auch durch entsprechend gestufte, mit der Schlingenheberwelle gekuppelte
Potentiometer realisiert werden, wobei der Funktionswandler 15
gegebenenfalls
ein einfacher Schalter sein kann. Das Einschalten des Schlingenhebers kann in bekannter
Weise ausgelöst werden, wenn das Walzgut in das nachfolgende Walzgerüst eingetreten
ist, und das Ausschalten kann vorgenommen werden, sobald das Walzgut das vorausliegende
Walzgerüst verläßt. Beispielsweise können hierzu photoelektrisch gesteuerte Schalteinrichtungen
dienen, die vor dem ersten Walzgerüst 3 und hinter dem zweiten Walzgerüst 2 angeordnet
sein können. Zum Ein- und Ausschalten können aber auch andere bekannte Kriterien
benutzt werden, beispielsweise die Zu- und Abnahme des Walzdruckes oder des Stromes
der Walzenzugmotoren.
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In der Zeichnung sind symbolisch zwei Schalter 22 und 23 dargestellt,
von denen der eine die Abgabe eines Einschaltimpulses und der andere die Abgabe
eines Ausschaltimpulses versinnbildlichen soll. Über sie wird ein Signalumsetzer
24 gesteuert, der beim Eintreffen eines Einschaltimpulses z. B. ein positives und
beim Eintreffen eines Ausschaltimpulses ein entgegengesetztes Signal an den SoIlwertgeber
16 liefert. In diesem wird dann durch das positive Signal ein positiver Sollwert
an den Drehgeschwindigkeitsregler 21 gegeben, der bis zu einem bestimmten Schlingenheberwinkel,
beispielsweise x = 40°, gleichbleibt, dann abnimmt und beispielsweise bei a = 65°
zu Null wird. Auf diese Weise wird eine Wegregelung mit automatischer Begrenzung
der Hubbewegung des Schlingenhebers nach Zurücklegung eines vorgegebenen Winkelweges
erzielt. Ein Ausschaltsignal dagegen bewirkt eine Umkehr der vom Sollwertgeber 16
gelieferten Spannung; diese kann herab bis zu einem kleinen Schlingenheberwinkel
von beispielsweise etwa 5° konstant sein und dann rasch auf einen kleinen Betrag
abnehmen, so daß von hier ab eine starke Abbremsung des Motors 6 eintritt und der
Schlingenheber sanft in seine Ruhelage zurückkehrt.
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Die in den Funktionswandlern 12 bis 15 gebildeten Sollwertkomponenten
sowie der im Geschwindigkeitsregler 21 gebildete Sollwert können alle auf den Eingang
des Stromreglers 10 gegeben werden, wozu ein besonderer Summenbildner 27
dienen kann.
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Da der Schlingenhebermotor nur kleine Winkelwege zurücklegt und bei
unmittelbarer Kupplung mit dem Schlingenheberarm 5 insgesamt nur eine Drehung ausführt,
die kleiner als eine viertel Umdrehung ist, wird vorteilhaft in einer bei 25 untergebrachten
IR-Kompensationsanordnung in bekannter Weise aus der Ankerspannung und dem Ankerstrom
eine der Motor-EMK und damit der Motordrehgeschwindigkeit proportionale Größe gewonnen.
Hierzu ist außer dem Ankerstromwandler 11 noch ein bei 26
angedeuteter
Ankerspannungswandler vorhanden, welche die erforderlichen, dem Ankerstrom und der
Ankerspannung proportionalen Größen liefern. Die Drehgeschwindigkeit kann aber gegebenenfalls
auch in üblicher Weise durch eine Tachometermaschine erfaßt werden. Über den Stromwandler
11 erfolgt gleichzeitig die Stromistwerterfassung für den Stromregler 10.
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Der Stromsollwert wird gebildet aus der Ausgangsgröße des Drehzahlreglers
21 minus der Ausgangsgröße des Summenbildners 27 und muß gleich sein dem Stromistwert
(an 11 gemessen), d. h., der Anker-
Strom bzw. das Moment entspricht
der Differenz der Werte aus 27 und 21.
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Beim Einschalten ist der Schlingenheberwinkel a Null oder annähernd
Null. Daher ist z. B. das vom Motor 6 aufzubringende Drehmoment ein Maximum und
deshalb das Ausgangssignal des Funktionswandlers 12 ein Minimum. Der geforderten
Anfahrbeschleunigung entsprechend ist das Ausgangssignal des Funktionswandlers 15
ein Minimum und der dem Drehgeschwindigkeitsregler 21 vom Sollwertgeber
16
zugeführte Sollwert ein Maximum. Da die EMK des Motors zunächst ebenfalls
noch Null ist und erst bei seinem Anlauf zu steigen beginnt, erhält der Stromregler
10 einen hohen Sollwert vorgegeben, so daß der Motor mit hoher Beschleunigung anläuft
und den Schlingenheberarm 5 anhebt. Beim Erreichen eines vorgegebenen Winkels a,
z. B. S°, bei dem die Rolle 4 das Walzgut 1 anzuheben beginnt oder bald nachher,
kann das vom Beschleunigungsgeber 15 gelieferte Anfahrsignal zu Ende sein. Die von
den Funktionswandlern 12, 13, 14 15 gelieferten Komponenten werden im Stromreglereingang
von dem Maximalwert des Drehzahlreglerausganges subtrahiert. Die daraus entstehende
Größe bildet den Sollwert für den Ankerstrom. Die Abhängigkeiten vom Winkel a können
- wie ohne weiteres erkennbar ist - leicht so gewählt werden, daß der Schlingenheber
innerhalb kurzer Zeit unter Einhaltung z. B. eines konstanten oder eines beliebigen
in Abhängigkeit von a verlaufenden Bandzuges angehoben wird, wobei in an sich bekannter
Weise auch noch ein vom Schlingenheberwinkel « abhängiger Eingriff in die Drehzahlregelkreise
des davor- und/oder dahinterliegenden Walzgerüstes zur Einhaltung einer bestimmten
Schlingengröße vorgesehen werden kann.
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Von einem gewissen Winkelwert, z. B. 50°, ab kann der vom Sollwertgeber
16 gelieferte Drehgeschwindigkeitssollwert steil abnehmen und bei einem in der Nähe
des maximal vorgesehenen Schlingenheberwinkels, z. B. 60°, zu Null werden, d. h.,
es tritt eine automatische Begrenzung des Winkels a ein.
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Sobald das Walzgut 1 das vorausliegende Walzgerüst 3 verläßt, wird
der Schlingenheber ausgeschaltet. Der Sollwertgeber 16 erhält dabei über den Signalumsetzer
24 ein Ausschaltsignal. Dieses bewirkt eine Umkehr der dem Drehgeschwindigkeitsregler
21 zufließenden Sollspannung. Gleichzeitig können (jedoch müssen nicht) die von
den Funktionswandlern 12 bis 15 gelieferten Sollwertkomponenten, z. B. durch die
angedeutete Einwirkung auf den Summenbildner 27, abgeschaltet werden. Der Stromregler
10 löst daher über den Gittersteuersatz 9
eine maximale Wechselrichteraussteuerung
des Stromrichters 7 aus. Dadurch fällt der Schlingenheberarm 5 infolge seines eigenen
Gewichtes zurück und treibt den Motor 6 in nunmehr entgegengesetzter Richtung mit
der vorgegebenen Geschwindigkeit an, so daß auch die Motor-EMK die entgegegesetzte
Richtung hat wie vorher. Wenn und solange dabei die vorgegebene Senkgeschwindigkeit
überschritten wird und die EMK den Drehgeschwindigkeitssollwert überwiegt, wird
über den Drehgeschwindigkeitsregler 21 und den Stromregler 10 der
Stromrichter 7 so ausgesteuert, daß eine entsprechende Abbremsung im Wechselrichterbetrieb
erfolgt. Wenn dann kurz vor Erreichen der unteren Endlage der Sollwertgeber 16 seine
Spannung verringert, wird durch die überwiegende Motor-EMK ein so starker Bremsstrom
erzwungen, daß der Schlingenheber kurz vor Erreichen der Ausgangslage abgefangen
wird und stoßfrei mit Schleichgeschwindigkeit in die Ruhelage zurückkehrt. Gegebenenfalls
kann er kurz vorher abgeschaltet werden.
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In P' i g. 2 ist eine Schaltungsvariante veranschaulicht, wobei gleiche
Bezugszeichen wieder die gleichen Teile wie in F i g. 1 bedeuten. Abweichend von
F i g. 1 wird jedoch mit dem Ausgangssignal des Summenbildners 27 ein dem Drehgeschwindigkeitsregler
21 nachgeschalteter Begrenzer 21' gesteuert in dem Sinne, daß nach Maßgabe der Höhe
des Ausgangssignals von 27 die Ausgangsgröße des Drehgeschwindigkeitsreglers 21
mehr oder weniger freigegeben wird. Dementsprechend ist der Funktionsverlauf in
den Funktionswandlern 12' bis 15' invers zu dem Funktionsverlauf in den entsprechenden
Funktionswandlern 12 bis 15 in F i g. 1. Hierdurch wird erreicht, daß die Ausbildung
der Funktionswandler unter Umständen einfacher, die Begrenzung selbst justierbar
und daher die Freizügigkeit der Einstellung erweitert und die Inbetriebnahme vereinfacht
wird.
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Im übrigen entsprechen Aufbau und Wirkungsweise der Anordnung, die
an Hand von F i g. 1 beschrieben wurde.
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Durch die Verwendung je eines Funktionswandlers für alle in Betracht
kommenden Einflußgrößen erhält man völlige Freizügigkeit in der Wahl bzw. Einstellung
der verschiedenen Einflußgrößen und Abhängigkeiten, so daß bei der Inbetriebsetzung
und bei eventuellen späteren Änderungen der Anlage die erforderlichen Einjustierungen
und Verstellungen zur Anpassung an die jeweiligen Gegebenheiten und Erfordernisse
leicht vorgenommen werden können. Gegebenenfalls können aber auch mehrere Funktionen
in einem Wandler zusammengefaßt werden.
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Für die Erfindung ist es nicht ausschlaggebend, daß die einzelnen
Funktionswandler gerade die beschriebenen funktionellen Abhängigkeiten haben.