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Verfahren zum Antreiben, Regeln und Steuern von Treib-und Bearbeitungsmaschinen
in Band- oder Drahtstraßen Die Erfindung betrifft das Antreiben, Regeln und Steuern
von Treib- und Bearbeitungsmaschinen in Band- oder Drahtstraßen zum Walzen, Ziehen,
Bandspalten, Beizen, Beschichten o.dgl., wobei die Drehzahlen der einzelnen Antriebe
in Abhängigkeit von der Bandgeschwindigkeit und dereh Drehmomente in Abhängigkeit
von den zwischen den einzelnen Maschinen geforderten Bandzüge aufeinander abgestimmt
werden, und hat ein besonders zweckmäßiges Antriebs-, Regel-und Steuersystem zum
Gegenstand, welches mit einem sehr geringen Aufwand eine bestmögliche Regelung und
Steuerung der Bearbeitungsstraße ermöglicht.
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Die Bearbeitung von Blechbändern, Drähten oder ähnlichen Halbfabrikaten
durch Walzen, Ziehen, Bandspalten, Beizen, Beschichim o.dgl. erfolgt in besonderen
Fertigungsstraßen, denen die entsprechenden Bearbeitungsmaschinen sowie besondere
Treibmaschinen zugeordnet sind. Das durchlaufende Band- oder Drahterzeugnis wird
dabei in der Regel auf Zug beansprucht, um ein gleichmäßiges Durchlaufen zu gewährleisten
oder die Bearbeitung durch eine der Bearbeitungsmaschinen zu untersttitzen. Hierfür
sind die verschiedenen Ireib- und Bearbeitungsmaschinen mit eigenen Antriebseinheiten
versehen. Bei Walzstraßen für Blechbänder o.dgl.
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werden hierfür ausschließlich umkehrbare Gleichstrommotoren verwendet,
welche in ihrer Drehzahl und ihren Drehmomenten durch aufwendige elektrische Schaltvorrichtungen
geregelt und gesteuert werden. Außerdem sind besondere Stromwandlungsaggregate notwendig,
um den Wechselstrom des Stromnetzes in den erforderlichen Gleichstrom umzuwandeln.
Das
geschieht entweder durch aufwendige Gleichrichter auf Halbleiterbasis
oder mit Hilfe eines Drehstrommotors, eines Steuergenerators und einer Erregermaschine;
hinzu kommen häufig noch besondere Schwungräder, um Belastungsstöße aufnehmen zu
können. Der Aufbau der elektrischen Antriebseinheiten ist somit in ganz besonderer
Weise aufwendig, umständlich im Aufbau und besonders störanfällig. Das gilt sowohl
für die Starkstromseite, als auch für die mit einem großen elektronischen Aufwand
verbundene Regel- und Steuerseite der in Abhängigkeit voneinander laufenden Einzelantriebe.
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Demgeenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, diese Nachteile
und Schwierigkeiten zu beseitigen und ein einfaches Antriebs-, Regel- und Steuerverfahren
zu entwickeln, welches bei einer bestmöglichen Regelung und Steuerung nur einen
geringen Aufwand für die Antriebs-, Steuer- und Regelorgane erfordert.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß für die Treib-
und Bearbeitungsmaschinen je ein Fliissigkeitsantrieb verwendet wird, deren Drehmomente
über je ein Druckventil regelbar sind und das Band über den ganzen Straßenbereich
auf Zug beanspruchen, wobei die Summe der positiven und negativen Zugkräfte bei
Stillstand gleich oder etwa gleich null ist, und bei Fahrantrieb die Summe der positiven
Zugkräfte vergrößert oder die Summe der negativen Zugkräfte verringert ist und eine
Durchflußmengenregelung mi-ttels eines Mengenventils o.dgl. erfolgt.
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Dieses neuartige Regel- und Steuerverfahren hat zunächst den Vorteil,
daß jede Antriebseinheit praktisch nur aus einem Flüssigkeitsantrieb besteht, welcher
gegenüber den bisher erforderlichen elektrischen Motorantrieben mit Stromwandler
ganz erheblich preiswerter ist. Auch der Regel- und Steuerkreis ist von einfachem
Aufbau und erfordert nur wenige Regel- und Steuerorgane. Von der Verfahrensseite
her betrachtet
wird der Vorteil erzielt, daß die Drehantriebe beim
Durchlaufen aber auch beim Stillstand das Blechband oder den Draht immer mit der
vorgegebenen Zugspannung belasten. Dabei können fUr die einzelnen Bandabschnitte
zwischen den Treib- und Bearbeitungsmaschinen in Abhängigkeit von den technologischen
Anforderungen verschiedenartige Bandzüge eingestellt werden. Mit Hilf-e entsprechender
Ventilanordnungen arbeiten die Flüssigkeitsantriebe dabei entweder als Motoren oder
als Pumpen, wobei deren positiven bzw. negativen Zugkräfte als Antriebszugkräfte
bzw. als Bremszugkräfte wirksam werden. Auch bei Stillstand des Bandes bleiben diese
Zugkräfte wirksam und halten den vorgegebenen Bandzug aufrecht. Im Gegensatz zu
den elektrischen Motorantrieben, welche besonderer Kühlungsvorrichtungen bedürfen,
kommt es auch bei längerem Stillstand mit aufrechterhaltenem Bandzug zu keiner Uberlastung
der Antriebseinheiten.
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Ein wesentlicher Vorteil wird weiterhin durch eine besonders einfache
Antriebsweise erzielt. Für den Fahrbetrieb ist lediglich ein zusätzliches Antriebsmoment
und eine Mengenregelung des Druckmittels erforderlich, wobei das zusätzliche Antriebsmoment
auf verschiedene Art und Weise erzeugt werden kann . So besteht einmal die Möglichkeit,
die Summe der positiven Zugkräfte von vornherein größer als die der negativen Zugkräfte
einzustellen und deren Gleichgewicht für den Stillstand durch hydraulische oder
mechanische Blockierung eines Flüssigkeitsantriebes zu erwirken. Beim Lösen dieser
Blockierung wird das überschüssige positive Drehmoment wir£-sam, und mit Hilf-e
eines Mengenventils ist eine drehzahlmäßige Regelung möglich. Es ist aber auch möglich,
die Summe der positiven und negativen Zugkräfte grundsätzlich auf null oder etwa
gleich null einzustellen, so daß für den Stillstand keine Blockierung benötigt wird.
Ein zusätzliches Antriebsmoment für den Fahrbetrieb kann dann entweder durch die
Erzeugung einer zusätzlichen positiven Zugkraft oder durch Verringerung der Summe
der negativen Zugkräfte erfolgen, wobei der Druckaufbau bzw. -abbau mit Hilfe von
Druckminderventilen,
Druckbegrenzungsventilen, Druckpunpen o.dgl. erfolgen kann. Auch bei diesen Ausführungen
findet eine drehzahlmäßige Regelung durch ein Mengenventil statt.
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Bei allen Ausführungen entfällt auf einfache Art und Weise jegliche
Abstimmung zwischen den Drehzahlen der einzelnen Antriebseinheiten. Das Blechband
bzw. der Draht bildet das verbindende Element zwischen den einzelnen Treib- und
Bearbeitungsmaschinen. Sobald ein zusätzliches Antriebsmoment, d.h. eine überschüssige
positive Zugkraft an einemAntrieb wirksam wird, läuft das Band bzw. der Draht durch
die ganze Bearbeitungsstraße, wobei das bei Stillstand herrschende Gleichgewicht
zwischen den einzelnen Bandzügen gestört wird.
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Die Drehmomente der anderen Flüssigkeitsantriebe sind bestrebt, entsprechenlden
ihnen vorgegebenen Antriebs- oder Bremsmomenten das Gleichgewicht wieder herzustellen,
so daß sie mit entsprechender Geschwindigkeit mitlaufen, bis das Gleichgewicht wieder
vorhanden ist, d.h. kein zusätzliches positives Drehmoment mehr erzeugt oder ein
solches blockiert wird.
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In umgekehrter Weise dient dieser für den Transport und die Geschwindigkeit
des Bandes verantwortliche Fahrantrieb auch zum Bremsen der Bearbeitungsstraße.
Für den Fahrantrieb verwendet man zweckmäßig eine der leistungsstärksten Antriebseinheiten.
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Schließlich besteht noch der Vorteil, daß die Flüssigkeitsantriebe
nur ein geringes Trägheitsmoment besitzen, so daß insbesondere gegenüber den Ausführungen
mit Gleichstrommotoren eine wesentlich schnellere und genauere Angleichung der Geschwindigkeiten
der Einzelmotoren erfolgt, ohne daß in dem Blechband bzw. Draht nicht erwünschte
zusätzliche Zugspannungen entstehen. Die hydraulische Antriebsweise macht auch ein
Nachjustieren für die Antriebseinheiten nicht mehr erforderlich, wie es bei den
bekannten AusEhrungen der TAll war, wenn beispielsweise in Walzstraßen wahlweise
andere Erzeugnisse hergestellt und andere Walzendurchmesser verwendet werden sollen.
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Der Gegenstand der Erfindung ist in der Zeichnung beispielsweise dargestellt,
und zwar zeigt Figur 1 die schematische Darstellung einer Blechbandstraße, Figur
2 ein vereinfachtes Schaltschema für die Antriebseinheiten der in Figur 1 dargestellten
Dreib- und Bearbeitungsmaschine, Figur 3 ein Diagramm mit den verschiedenen Bandzügen
und Figur 4 ein anderes vereinfachtes Schaltschema.
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Die in Figur 1 schematisch dargestellte Blechbandstraße dient zur
Bearbeitung eines Blechbandes 1. Dieses läuft von einer Abwickelmaschine 2 ab, durch
mehrere Treibmaschinen 3 und Bearbeitungsmaschinen, beispielsweise einer Richtmaschine
4 und einem Walzgerüst 5 hindurch, und wird schließlich von einer Aufwickelmaschine
6 wieder aufgewickelte Die einzelnen Bandabschnitte zwischen den Aufwickelmaschinen
2, 6 und den Treibmaschinen 3 sowie Bearbeitungsmaschinen sind mit la bis lg bezeichnet.
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Wie Figur 2 zeigt, sind die Abwickel- und Aufwickelmaschinen 2, 6,
die Treibmaschinen 3, die Richtmaschine 4 und das Walzgerüst 5 mit je einem eigenen
Flüssigkeitsantrieb 7 versehen.
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Dieser kann ein hydraulisc-her oder pneumatischer Motor sein, der
nur im Druckbereich gesteuert wird und dessen obere Drehzahl nur durch die Straßengeschwindigkeit
begrenzt ist. Die Flüssigkeitsantriebe, welche ein positives Drehmoment in Transportrichtung
erzeugen sollen, beim Ausführungsbeispiel sind es die Flüssigkeitsantrieb 7 für
die erste TreibSaschine 3, die Richtmaschine 4 und die Aufwickelmaschine o, sind
an die Hochdruckleitung 8 angeschlossen in welcher beispielsweise ein Druck von
150 atü herrscht. Jedem dieser positive Drehmomente erZeUgenden Fahrantrieb ist
ein Druckminderventil 11 vorgeschaltet, durch welches der auf den betreffenden Flüssigkeitsantrieb
7 einwirkende Druck eingestellt wird. Die Niederdruckseite der Flüssigkeitsantriebe
7 ist mit einer Rtlckleitung 9 verbunden. Die Flüssigkeitsantriebe 7 hingegen, welche
entgegengerichtete negative Drehmomente
erzeugen sollen, beim Ausführungsbeispiel
sind es die Flüssigkeitsantriebe der Abwickelmaschine 2, der zscir ten, dritten
und vierten Treibmaschine 3 und des Walzgerüsten 5, sind hingegen an eine Speiseleitung
lo angeschlossen, in welcher z.B. ein Druck von 4 atü herrscht.
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Den negative Drehmomente erzeugenden Flüssigkeitsantrieben 7 sind
Druckbegrenzungsventile 12 nachgeschaltet, welche einen für die Erzeugung des negativen
Drehmomentes erforderlichen Druck aufbauen.
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In Figur 3 ist ein Beispiel für verschiedene Bandzüge der einzelnen
Bandabschnitte la bis lg gegeben. DarUber ist durch Pfeile angedeutet, in welcher
Richtung die Drehmomente der einzelnen Flüssigkeitsantriebe wirken: Bei den positiven
Drehmomenten zeigt der Pfeil nach rechts, bei den negativen nach links. Die zugehörigen
Zugwerte dieses Ausführungsbeispieles ergeben, daß bei Stillstand der Straße die
Summe der positiven Zugkräfte (2.boo Kp) gleich der Summe der negativen Zugkräfte
(2.ovo Kp ist, d.h. dis Summe der positiven und negativen Zugkräfte ist gleich null.
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Figur 2 zeigt weiterhin, daß für die ganze Bandstraße nur ein beispielsweise
der Aufwickelmaschine 6 zugeordneter eigentlicher Fahrantrieb vorgesehen ist. Hierfür
ist das Dructminderventil 11 der Aufwickelmaschine 6 derart eingestellt, daß der
zugehörige Flüssigkeitsantrieb 7 einegegenüber dem Gleichgewicht zwischen positiven
und negativen Zugkräften zusatzliche positive Zugkraft von z.B. loo Kp in Transportrichtung
erzeugt. Außerdem ist diesem Flüssigkeitsantrieb 7 ein verstellbares Mengenventil
13 nachgeschaltet.
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Die Wirkung des Antriebs-, Regel- und Steuersystems für Band- oder
Drahtstraßen entsprechend den Figuren 1 bis 3 ist folgende Bei Stillstand des Blechbandes
1 wirken an der ersten Treibmaschine 3, der Richtmaschine 4 und der Aufwickelmaschine
6 positive Drehmomente, hingegen bei den übrigen Maschinen
negative
Drehmomente, wobei diese verschiedenartig abgestuft sind. In entsprechender Weise
liegen bei den einzelnen Bandabschnitten la bis ig verschiedene Bandzüge vor (vgl.
Figur 3). Bei Stillstand ist das Mengenventil 13 geschlossen und ddr zugehörige
Flüssigkeitsantrieb 7 blockiert, d.h. das überschüssige positive Drehmoment kann
nicht wirksam werden und die Summe der wirksamen positiven und negativen Zugkräfte
ist gleich null, wobei jedoch die einzelnen wirksamen Drehmomente für die gewünschten
Bandzüge in den einzelnen Bandabschnitten Sorge tragen.
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Soll das Band 1 in Bewegung gesetzt werden, d.h. in Transportrichtung
durch die Bandstraße hindurchlaufen, so wird das Mengenventil 13 geöffnet, wodurch
sofort das mittels des Druckminderventils 11 vorgegebene zusätzliche positive Drehmoment
mit einer Zugkraft von z.B. loo Kp wirksam wird.
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Diese bewirkt die Fortbewegung des Bandes, wobei in den davor befindlichen
Bandabschnitten la bis ig die Bandzüge erhöht werden. Da die an des dren Maschinen
eingestellten positiven und negativen Drehmomente bestrebt sind, ihren vorgegebenen
Sollwert einzuhalten, laufen die zugehörigen Flüssig keitsantriebe mit einer entsprechenden
Geschwindigkeit lilit.
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Durch eine Regelung des Mengenventils läßt sich die Bandeschwindigkeit
schnell und genau steuern. Das Blechband bildet dabei die Verbindung zu den vorgeschalteten
Maschinen, während auf der Regel- und Steuerseite praktisch keine Verbindung zwischen
den einzelnen Antriebseinheiten erforderlich ist.
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Die zusätzliche positive Zugkraft braucht lediglich so groß zu sein,
daß beim Anfahren die Trägheits- und Reibungsmomente der Maschinen überwunden werden.
Beim Anfahren reguliert es sich in Abhängigkeit von der Mengeneinstellung auf den
für die entsprechende Beschleunigung bzw. GeschwindigKeit erforderlichen Wert ein.
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Figur 2 zeigt ein anderes vereinfachtes Schaltschema, bei dem die
Aufwickelmaschine 6 mit einem regelbaren Druckminderventil 11a versehen und dem
Flüssigkeitsantrieb des Walzgerüstes 5 ein Mengenventil 13 nachgeschaltet ist. Bei
dieser
Ausführung sind die positiven und negativen Drehmomente so eingestellt, daß die
Zugkräfte bei Stillstand der Bandstraße auch ohne Blockierung eine etwa gleichgroße
positive und negative Summe bilden, das Band also ohne Blockierung stillsteht. Das
für den Fahrbetrieb erforderliche zultzliche positive Drehmoment wird mit dem Druckminderventil
lla eingestellt und die Bandgeschwindigkeit vom Mengenventil 13 bestimmt, welches
unabhängig vom Druck auf eine bestimmte Durc-hflußmenge eingestellt ist, aber auch
regulierbar sein kann.
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Es besteht aber auch die Möglichkeit, ein zusätzliches posi-' tives
Drehmoment durch Verringerung des negativen Drehmomentes herbeizuführen. So kann
beispielsweise das Druckbegrenzungsventil 11 der Abwickelmaschine 2 geregelt werden,
so daß der für da-s negative Drehmoment verantwortliche Druck zwischen Flüssigkeitsantrieb
7 und Druckbegrenzungsventil verringert wird. Das Gleichgewicht der aus den Drehmomenten
resultierenden Zugkräfte verschiebt sich dann zugunsten der positiven Zugkräfte
und die überschüssige positive Zugkraft bewirkt den Bandantrieb.
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Besondere Probleme entstehen auch beim Ein- oder Ausziehen eines Bandendes.
Für die Vorbereitung bzw. den Abschluß eines Arbeitsprozesses sind den Flüssigkeitsantrieben
in der Zeichnung nicht dargestellte Umschaltventile zugeordnet, welche die Momentenrichtung
umschalten. Außerdem lassen sich durch elektrisch betätigte Regelventile verschiedend
Druckstufen einstellen. Diese Druckregelventile können beispielsweise mit Hilfe
von in der Bandstraße angeordneten Fotozellen o.dgl. und einer elektrischen Steuervorrichtung
gesteuert werden. Beim Einziehen eines Blechbandes wird durch diese Schaltung zunächst
die Abwickelmaschine 2 derart gesteuert, daß sie ein Antriebsmoment erzeugt. Sobald
der Anfang des Blechbandes von der ersten Treibmaschine 3 ergriffen ist, erfolgt
die Regelung so, daß diese Treibmaschine 3 antreibend, hingegen die Abwickelmaschine
2 etwas bremsend wirkt, damit das Blechband zwecks gleichmäßiger FUhrung einer pgspannung
ausgesetzt wird. Diese Arbeitsweise wir fortgesetzt,
bis der Anfang
des Blechbandes 1 von der Aufwickelmaschine 6 erfaßt wird. Sodann wird durch eine
selbsttätige Steuerung das Einlauf-Hilfssteuersystem ausgeschaltet und der für den
Arbeitsvorgang erforderliche Belastungszustand hergestellt, wie er beispielsweise
anhand der Figuren 1 bis 3 erläutert lmrde. Beim Ausziehen eines Blechendes läuft
die vorgenannte Arbeitsweise umgekehrt ab.
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Die Erfindung bleibt nicht auf das Ausführungsbeispiel beschränkt,
sondern es sind zahlreiche Änderungen durchführbar, ohne daß der Rahmen der Erfindung
überschritten wird. So besteht beispielsweise die Möglichkeit, das neue Regel- und
Steuerverfahren für Drehantriebe in Bearbeitungsstraßen für Bearbeitungsvorgänge
btiebiger Stoffe zu verwenden. Das Verfahren ist nicht nur für Metallbearbeitungsstraßen,
sondern auch für Verarbeitungsstraßen von Textil- oder Papierbahnen, Kunststoffbahnen
o.dgl geeignet, Im Rahmen von Metallbearbeitungsstraßen ist das Verfahren im weiten
Rahmen anwendbar, egal welche Bearbeitungsmaschinen zugeordnet sind.
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Weiterhin lassen sich die in dem Ausführungsbeispiel dargestellten
Regel- und Steuerorgane auch durch andere übliche Ausführungen ersetzen oder die
Drehzahlregelung kann in Verbindung mit anderen Flüssigkeitsantrieben -geschehen.
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Desgleichen sind auch pneumatische Ausführungen denkbar. Es ist auch
möglich, die für den Aufbau eines zusätzlichen positiven Antriebs Drehmomentes bestimmten
Ventile, Pumpen u.dgl. beliebigen Maschinen zuzuordnen. Beispielsweise können die
Druckminder- oder Druckbegrenzungsventile auch einer in der Motte der Straße befindlichen
Maschine zugeordnet werden0 Auch können mehrere Plüssigkeitsantriebe zur Bildung
eines zusätzlichen positiven Drehmomentes herangezogen werden.