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Abbremsvoirrichtung W, Umkehrwalzwerke Die Erfindung bezieht sich
auf eine Abbremsvorrichtung für Umkehrwalzwerke, bei denen die Abbremsung unter
Ausnutzung der Walzarbeit erfolgt, mit selbsttätiger Ableitung des Bremskommandos,
wenn die Restwalzlänge den für den vorgesehenen Bremsweg erforderlichen Wert erreicht.
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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 Schwungmasse 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 Walzwerke war bereits
frühzeitig erkannt worden. Danach sind Einrichtungen zum Steuern von Walzwerken
bekannt, bei denen auf der Einlaufseite des Walzgerüstes vom Walzgut betätigte Anstoßschalter
vorgesehen sind, die über mechanische Gestänge usw. die Einrichtung derart beeinflussen,
daß der Hauptantrieb bereits ausgeschaltet wird, während das Walzgut noch zwischen
den Walzen ist, um so die kinetische Energie des Walzwerkes auszunutzen. Als Anstoßschalter
dienen hierbei entweder zwei in festen Ab# ständen vor dem Walzgerüst angeordnete
Kurvenstücke oder zwei Winkelhebel, von denen der eine ortsfest und der andere in
Abhängigkeit von der Walzenanstellung verschiebbar angeordnet ist. Die hierfür erforderlichen
mechanischen Gestänge usw. sind jedoch im Walzwerk vielfach unerwünscht und geben
leicht zu Betriebsstörungen Anlaß. Desgleichen würden die mechanischen Anstoßschalter,
insbesondere bei größeren Blockwalzwerken, einer erheblichen Abnutzung unterliegen.
Beide Anordnungen sind nur für das Walzen in einer Richtung bestimmt und wegen ihrer
Anordnung und speziellen Ausbildung auch nur hierfür geeignet.
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Es ist weiter eine Regelungsvorrichtung für Walzwerke bekannt, bei
der auf jeder Seite des Walzgerüstes ein oder mehrere durch das Walzgut niederdrückbare
Rollen vorgesehen sind, durch die Kontaktstücke in Berührung gebracht und Stromkreise
geschlossen werden, die Widerstände ein- und ausschalten -und dadurch die Geschwindigkeit
des Walzmotors steuern. Sobald das hintere Ende des Werkstücks über die niederdrückbare
Rolle hinweggegangen ist, springt diese in ihre gewöhnliche Stellung zurück, und
der Motor wird annähernd in demselben Augenblick, wo das Walzgut die Hauptwalzen
verläßt, veranlaßt, seine niedrige Geschwindigkeit wieder aufzunehmen, die er vor
Eintritt des Walzgutes in das Walzgerüst hatte. Diese Verrichtung ist zwar zur Steuerung
von Umkehrwalzwerken geeignet, weist im übrigen aber die gleichen, bereits erwähnten,
betrieb,-lichen Nachteile mechanischer Ausrüstungen auf.
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Allen bisher erwähnten Anordnungen ist gemeinsam, daß die zur Einleitung
oder Steuerung des Bremsvorganges verwendeten mechanischen Schalteinrichtungen an
bestimmte Orte gebunden sind. Hierdurch ist es nahezu unmöglich, die für die einzelnen
Walzgutlängen aus wirtschaftlichen Gründen erforderlichen unterschiedlichen Maximaldrehzahlen
des Walzmotors zu berücksichtigen.
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Man hat daher neuerdings für die selbsttätige Vorgabe des Bremskommandos
lichtelektrische Einrichtungen vorgeschlagen, wobei der jeweilige Ansprechort auf
dem Walzwerksrollgang zur Berücksichtigung der Walzgeschwindigkeit veränderbar ist.
Aber auch diese Lösung befriedigt in vielen Fällen nicht, da vorwiegend Wasserdämpfe,
Zunderstücke und Staub das Ansprechen insbesondere von Lichtschranken beeinträchtigen
oder die starke Verschmutzung ein Sauberhalten der optischen Geräte mit einfachen
Mitteln unmöglich macht.
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Die Nachteile der bekannten Anordnungen werden nun bei einer Abbremsvorrichtung
für Umkehrwalzwerke der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch vermieden,
daß eine elektrische Einrichtung, welche die Restwalzlänge kontinuierlich als elektrische
Größe nachbildet, und ein elektrischer Rechn er, der die beim jeweiligen Stich zu
erwartende Bremsweglänge abhängig von der Walzmotordrehzahl und dem Gesamtbremsmoment
ermittelt, vorgesehen sind, deren Ausgangsgrößen einer Schaltung zugeführt
werden,
die laufend die Differenz aus den elektrischen Größen für Restwalz- und Bremsweglänge
bildet und das Bremskommando ohne oder mit geringer Verzögerung gibt, sobald die
Differenz den Wert Null erreicht.
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Zur Ermittlung der Restwalzlänge als Differenz der Gesamtwalzgutlänge
vor dem Stich und der beim Stich bereits gewalzten Länge sieht die Erfindung vor,
daß die die Restwalzlänge nachbildende Einrichtung zwei Integrationseinrichtungen,
die zur Festlegung der jeweiligen Gesamtwalzgutlängen dienen, und eine Integrationseinrichtung,
welche während jeden Stiches die bereits gewalzte Länge mißt, umfaßt.
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Gemäß einer weiteren Ausbildung der Erfindung können die jeweiligen
Gesamtwalzgutlängen und die während jeden Stiches bereits gewalzten Längen dadurch
selbsttätig errechnet und erfaßt werden, daß die Integrationseinrichtungen den vom
Walzgut nach Erreichen des Walzspaltes zurückgelegten Weg durch Integration der
Walzendrehzahl über der Zeit ermitteln, wobei die Integrationseinrichtungen für
die Gesamtwalzlänge diese für den zweiten und auf diesen folgende Stiche jeweils
als beim vorhergehenden Stich sich ergebenden Endwert der gewalzten Länge unter
Berücksichtigung der prozentualen Streckung des Walzgutes abwechselnd festhalten.
Die Grenzen für diese Integration werden zweckmäßig durch das Ansprechen und das
Abfallen eines Walzdruckrelais gebildet. Die für die Festlegung des Bremskommandos
beim ersten Stich benötigte Gesamtwalzgutlänge muß dann entweder durch die Einstellung
von Hand oder selbsttätig, beispielsweise über ein bekanntes lichtelektrisches Längenmeßgerät
für die Anfangswalzgutlänge, vorgenommen werden.
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Für ein Umkehrwalzwerk ist nun charakteristisch, daß zumindest bei
den ersten Stichen die jeweils erreichte Maximaldrehzahl von Stich zu Stich verschieden
ist. Demgemäß wird auch unter Voraussetzung einer bestimmten als maximal zulässig
erachteten Verzögerung während des Bremsbetriebes der Bremsweg von Fall zu Fall
verschieden sein. Die wesentlichen Einflußgrößen sollen daher mit Hilfe der an sich
bekannten und nachstehend aufgeführten Gleichungen erfaßt werden.
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Sofern man während eines Stiches eine konstante zeitliche Verzögerung
annimmt, ergibt sich die Bremszeit t aus der Drehzahl n mit
Der Bremsweg s wird dann mit der Walzgeschwindigkeit
In diesen Gleichungen stellen k, und k, Konstanten dar. Setzt man
weiterhin voraus, daß die zeitliche Drehzahländerung einem bestimmten Verzögerungswert
bzw. einem bestimmten Drehmoment entspricht, so kann man die Gleichung für den Bremsweg
s wie folgt schreiben:
Hierbei stellt b,1 den elektrischen Verzögerungswert dar, der beispielsweise
von dem Ankerstrom des Gleichstromantriebes der Walzen herr-ührt (ein definiertes
Maschinenbauptfeld vorausgesetzt), und b" den durch die Walzarbeit bewirkten Verzögerungswert.
Der Einfluß der Walzgutschwungmasse kann in den meisten Fällen bei den großen und
konstanten Schwungmassen des Antriebes vernachlässigt werden.
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Man könnte nun die Lösung der Gleichung (5),
d. h. den
Bremsweg, mit Hilfe eines analogen oder digitalen Rechengerätes von Stich zu Stich
selbsttätig ermitteln. Derartige Rechengeräte bzw. Rechenmaschinen sind bereits
für die Zugregelung der Haspeln eines Umkehr-Kaltbandwalzwerkes eingesetzt worden.
Hierbei sind für die Errechnung des Haspelmotor-Drehmoments und dessen Zerlegung
in eritsprechende Sollwerte für Anker- und Erregerstrom drei die funktionalen Zusammenhänge
im Walzwerk nachbildende Analog-Rechenmaschinen erforderlich, von denen jede für
sich schon einen erheblichen Aufwand darstellt.
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Das für die Verwirklichung der Erfindung gewählte Ausführungsbeispiel
soll jedoch, wie im folgenden noch beschrieben wird, ein besonders einfaches und
demgemäß betriebssicheres Rechenglied in Form eines Funktionsgebers verwenden. Die
nähere Erläuterung des Ausführungsbeispieles soll mit Hilfe der Zeichnungen erfolgen.
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F i g. 1 zeigt die wesentlichen erforderlichen Einrichtungen
und ihren funktionellen Zusammenhang im Prinzip, F i g. 2 die Addition der
das Bremskommando bewirkenden Spannungen, F i g. 3 den gewählten Funktionsgeber
und F i g. 4 die Kennlinien des Funktionsgebers.
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In F i g. 1 sind zur Festlegung der jeweiligen Gesamtwalzgutlängen
zwei Integrationseinrichtungen vorgesehen, von denen die eine, I" die Länge während
des Walzens in Vorwärtsrichtung mißt und für das Bremskommando in Rückwärtsrichtung
speichert und die andere, I" zur entsprechenden Vorgabe der Gesamtwalzgutlänge in
Vorwärtsrichtung dient, wobei zu berücksichtigen ist, daß für den ersten Stich ein
anderweitig ermittelter oder eingestellter Wert maßgebend ist. Eine weitere Integrationseinrichtung
1. erfaßt während jeden Stiches die bereits gewalzte Länge. Zur Berücksichtigung
der Streckung des Walzgutes infolge des Walzens können entweder die Ausgangsspannungen
der Einrichtung I" und des nachstehend beschriebenen Funktionsgebers F# um einen
konstanten Faktor verkleinert oder aber die jeweils wirksame Ausgangsspannung der
Einrichtungen I, und I, um einen konstanten Faktor vergrößert werden.
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Als Integrationseinrichtung kann eine Anordnung gewählt werden, bei
der ein Kondensator mit einem konstanten und von der Kondensatorspannung unabhängigen
Strom geladen wird. Ist der konstante Strom von der Walzmotordrehzahl abhängig,
so ist die Kondensatorspannung ein Maß für den Integrationswert. Durch zusätzliche
Beeinflussung des Ladestromes können die Faktoren für die Streckung des Walzgutes
Berücksichtigung finden. Beginn und Ende für die Integrationen der Einrichtungen
I, und I, sowie der
Beginn für die Integration der Einrichtung I"
werden zweckmäßig mit Hilfe einer Walzdruckmeßeinrichtung P gesteuert. Sobald beim
Anstechen der Walzdruck einen bestimmten Wert überschreitet, schließt der zugehörige
Kontakt der Meßeinrichtung und schaltet die Spannung des Drehzahlgebers
G, der mit dem Walzmotor M gekuppelt ist, auf die Eingänge der Integrationseinrichtungen
sowie ferner auf den Eingang des eine dem Bremsweg entsprechende Spannung liefernden
Funktionsgebers F". Die Integrationen mit Hilfe der Einrichtungen I", sowie 1, bzw.
1, werden beendet, wenn das Walzgut die Walzen verläßt und der Kontakt der
Walzdruckmeßeinrichtung P öffnet.
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Das Hochfahr- bzw. Umsteuerungskommando für den Walzmotor nach den
einzelnen Stichen wird übor eine Einrichtung Ki, gegeben. Je nachdem, ob das Kommando
für Vorwärtslauf oder Rückwärtslauf gegeben wurde, wird eine der Einrichtungen
1, oder I, zur Integration benutzt, während von der anderen dieser beiden
Einrichtungen der vom vorherigen Stich her gespeicherte Längenmeßwert entnommen
wird. In F i g. 1 sind die Stellungen der Kontakte der Einrichtung Kh für
die Stellung Worwärtsrichtung« mit v bezeichnet und für die Stellung »Rückwärtsrichtung«
mit r.
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Sobald nun die Differenz aus den elektrischen Größen für Restwalz-
und Bremsweglänge den Wert Null erreicht - das ist dann der Fall, wenn die
Ausgangsspannungen der Einrichtungen I" und F" zusammengenommen einen Betrag erreicht
haben, der der Ausgangsspannung der gerade wirksamen Einrichtung I, bzw. Ir entspricht
-, wird das Bremskommando mit Hilfe der Einrichtung Kb ohne oder mit geringer Verzögerung
gegeben. Die EinrichtungKb kann beispielsweise aus einem Relais bestehen, das bei
Erreichen eines bestimmten Differenzbetrages der genannten Spannungen abfällt. Sobald
das Walzgut die Walzen verläßt und die Walzdruckmeßeinrichtung P schaltet, wird
dann der in den Einrichtungen Iw und I, (unter Voraussetzung der Kontaktstellung
gemäß F i g. 1) gespeicherte Meßwert gelöscht. Ist die Speicherung beispielsweise
auf einem Kondensator vorgenommen, so wird die Löschung in einfacher Weise durch
Kurzschließen der Beläge über einen niederohmigen Widerstand erfolgen. In F i
g. 1 sind die Löschvorgänge durch Pfeile wirkungsmäßig dargestellt, und zwar
für die gezeichnete Kontaktstellung Ki, ausgezogen und in der anderen Stellung gestrichelt.
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Zur Wirkungsweise von I, und Ir ist noch nachzutragen, daß bei Kontaktstellung
, in Iv der Drehzahlintegrationswert gebildet wird, während von I,
der beim vorherigen Stich gebildete Integrationswert entnommen wird, wie dies durch
die ausgezogenen Pfeile dargestellt ist. Schaltet nun die Einrichtung KA gemäß dem
Kommando »Walzen in Rückwärtsrichtung« seine Kontakte in die Stellungen r, so wird
gemäß den beiden gestrichelten Pfeilen von I, der Integrationswert des in Vorwärtsrichtung
durchgeführten Stiches entnommen, während in I, der der Gesamtwalzgutlänge in Rückwärtsrichtung
entsprechende Meßwert gebildet und gespeichert wird. Nach erfolgtem Bremskommando
und Öffnen des Kontaktes der Walzdruckmeßeinrichtung wird dann der Meßwert von I,
und Iv gelöscht. Nunmehr kann der nächste Walzvorgang in Vorwärtsrichtung
eingeleitet werden. Die Wirkungsweise der in F i g. 1 angeordneten Meßeinrichtungen
für die Ableitung des Bremskommandos ist in F i g. 2 prinzipmäßig dargestellt.
Mit U"., ist die Ausgaligsspannung der jeweilig gerade wirksamen Integrationseinrichtung
I, oder Ir bezeichnet, mit U" der dem zu erwartenden Bremsweg entsprechende Spannungswert
des Funktionsgebers F, und mit U" die sich während des Stiches ändernde der gewalzten
Länge entsprechende Ausgangsspannung der Integrationseinrichtung I". Man erkennt,
daß der Differenzbetrag, der sich einmal aus U", und zum anderen aus der Summe von
U, und U" ergibt, im Laufe des Walzvorganges eines Stiches kleiner wird.
Wird der Differenzbetrag zu Null, so hat die Restwalzlänge den für den vorgegebenen
Bremsweg erforderlichen Wert erreicht. Gleichzeitic, wird mit Hilfe der Einrichtung
Kb in F i g. 1 das Bremskommando ohne oder mit geringer Verzögerung für den
Walzmotor M gegeben.
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Den Aufbau eines beispielsweise gewählten Funktionsgebers für die
zu erwartende Bremsweglänge bzw. für die Spannung U, zeigt F i
g. 3. Auf den Eingang des Gebers mit den Anschlußklemmen a und
b
wird die der Walzmotordrehzahl n proportionale Spannung 1, die dem
Drehzahlgeber G entnommen wird (vgl. F i g. 1), gegeben. Der Funktionsgeber
enthält im wesentlichen vorgespannte Ventile 6, 7 und 8,
die mit zunehmender
Spannung 1 nacheinander zur Wirkung kommen. Zur Einstellung der Vorspannungen
dienen Ohmsche Widerstände 3, 4 und 5, die mit einer an den Klemmen
c und d liegenden Hilfsspannung 2 zusätzlich beaufschlagt werden. Die Steilheiten
der einzelnen Kennlinienstücke lassen sich mit Hilfe der Ohmschen Widerstände
11, 12 und 13 bestimmen, die zur Einstellung der durch die Ventile
6, 7 und 8
fließenden Ströme dienen. Der der gewünschten Funktion entsprechende
Spannungsmeßwert U, wird an dem gegenüber den Widerständen 11, 12
und 13
niederohmig gehaltenen Widerstand 9 an den Klemmen e und
f abgenommen. Demgemäß kann man also auch sagen, daß dem Widerstand
9 ein bestimmter Strom aufgedrückt wird.
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Sofern die zeitliche Drehzahlabnahme bei der Bremsung jeden Stiches
gleich ist, ist mit einem konstanten Verzögerungswert zu rechnen, der durch den
Widerstand 9 dargestellt wird. Eine günstigere Motorausnutzung in Verbindung
mit einer kürzeren Verzögerungszeit bei den ersten Stichen läßt sich dagegen erreichen,
wenn das elektrische Bremsmoment vorgegeben wird. Das resultierende Bremsmoment
wird dann vom Walzmoment abhängig sein, wobei dieser Einfluß mit berücksichtigt
werden muß.
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In dem gewählten Ausf ührungsbeispiel ist angenommen, daß ein konstantes
elektrisches Bremsmoment vorhanden ist, das durch den Widerstand 9 bzw. dessen
Leitwert dargestellt wird. Dem Leitwert des Widerstandes 9 wird ein weiterer
Leitwert hinzugefügt, der entweder vom Walzdruck abhängig oder diesem unmittelbar
proportional ist. In der F i g. 3 ist dem Widerstand 9 eine
Ventilanordnung 15, 16, 17
und 18 parallel geschaltet, die von einer
dem Walzdruck p proportionalen Spannung 14 beaufschlagt wird. Die Spannung
14 treibt einen durch den Vorwiderstand 19 begrenzten Strom durch die Ventile
17
und 18 sowie 15 und 16. Hierdurch kann sich der von
dem Funktionsgeber erzeugte Strom auf den Widerstand 9 und die Ventilanordnung
aufteilen, so daß die Ausgangsspannung U, kleiner wird, wie es ja auch für
den
Bremsweg erwartet wird. Der Teilstrom wird über die Ventile 15 und
17 sowie 16 und 18 fließen.
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Die Kennlinien des in F i g. 3 dargestellten Funktionsgebers
sind in F i g. 4 prinzipmäßig dargestellt. Als Ordinate ist die dem zu erwartenden
Bremsweg entsprechende Spannung U, aufgetragen und als Abszisse die Walzmotordrehzahl
n. Durch Wahl der Vorspannung der zuerst ansprechenden Ventilstrecke6,
7 oder 8 kann erreicht werden, daß das Walzgut mit einer Drehzahl
austritt, die von Null verschieden ist, bzw. daß der Stillstand des Walzgutes erst
nach dem Verlassen des Gerüstes eintritt. Wenn sich die Drehzahl von Null aus erhöht,
wird zunächst eine der genannten Ventilstrecken Strom führen, dann diese und die
mit der nächsthöheren Vorspannung versehene und schließlich alle drei Ventile
6, 7 und 8. Selbstverständlich können, falls es als erforderlich angesehen
wird, beliebig viele Ventile verwendet werden. Um so genauer wird man dann einen
gewünschten Kennlinienverlauf erhalten können. Die Verwendung der vorgespannten
Ventile gestattet weiterhin Einflüsse zu berücksichtigen, die nur für einen Teil
der Kennlinie gültig sind, beispielsweise, wenn in einem bestimmten Kennlinienbereich
ausschließlich eine mechanische Brems-ung erfolgt. Die Abhängigkeit der Spannung
U" von der Walzarbeit bzw. vom Walzdruck ist durch drei Kennlinienzüge dargestellt,
und zwar für p = 0, p = 1 und p # 2. -Bei der Kurve
P = 0
erfolgt ausschließlich eine elektrische Bremsung, während bei der Kurve
p # 2 eine relativ starke Bremsung durch die Unterstützung der Walzarbeit erfolgt.
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Die Ausgangsspannung des Funktionsgebers nach F i g. 3 entspricht
der unter (5) genannten Formel für den Bremswegs. In dem mit F i
g. 3 gewählten Ausführungsbeispiel wird ein Strom erzeugt, der dem Quadrat
der Walzmotordrehzahl n proportional ist. Die Spannung an den zwei parallelgeschalteten
Leitwerten 9 und 15 bis 18 ist ein Maß für den Bremsweg. Dabei
entspricht der Leitwert 9 dem elektrischen Bremsmoment bzw. dem Verzögerungswert
b,1 und der andere Leitwert 15 bis 18 dem Walzmoment bzw. dem
Walzdruck und somit dem Verzögerungswert b",.
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In gleicher Weise ist es aber auch unter Benutzung der Gleichung
(5) möglich, eine Spannung zu erzeugen, die proportional dem Quadrat der
Drehzahl ist. Dies kann beispielsweise mit einer Tachometermaschine erfolgen, die
mit dem Walzmotor gekuppelt ist und deren Nebenschlußfeld bereits von einer ebenfalls
mit dem Walzmotor gekuppelten und konstant erregten Maschine mit einer der Drehzahl
proportionalen Spannung gespeist wird. Die sich ergebende Ankerspannung ist dann
praktisch proportional n2. Schließt man an die letztgenannte Spannung zwei in Reihe
geschaltete Widerstände an, so ist der fließende Strom ein Maß für den Bremsweg.
Dabei ist dann ein Widerstand vom elektrischen Bremsmoment und der andere Widerstand
vom Walzmoment bzw. Walzdruck abhängig zu machen. Der vom Walzdruck abhängige Widerstand
muß hier mit zunehmendem Walzdruck größer werden.