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Elektromagnetisch gesteuerter hydraulischer Regler mit Durchflußvorsteuerung
für elektrische metallurgische Öfen Die Erfindung betrifft einen elektromagnetisch
gesteuerten hydraulischen Regler mit Durchflußvorsteuerung für elektrische irnetallurgische
Ofen.
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Bei den zur Zeit bekannten Reglern. diese Art erfolgt infolge der
Umbeständigkeit des Bogens die Einwirkung der Steuerung bei Stromschwankungen immer
verspätet, so daß empfindliche Belastungsschwankungen im Stromnetz auftreten, die
verbunden sind mit der Gefahr, die Einrichtung zu beschädigen. Um zu verhindern,
daß die unvermeidlichen Belastungsspitzen eine .gewisse zulässige Grenze überschreiten,
-ist es deshalb bisher für die Sicherheit der Anlage erforderlich, daß die mittlere
Stromstärke des Bogens auf einem viel geringeren. Betrag gehalten wird@;r als es
"z. B. bei einer- eine normale Stromaufnahme aufweisenden Beleuchtungsanlage oder
bei Motoren von konstanter Leistung der Fall ist.
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Ferner eignen sich die bekannten Regler in Anbetracht ihrer empfindlichen
Bauart schlecht für den außerordentlich rohen Betrieb, durch den der elektrische
Lichtbogenofenbetrieb gekennzeichnet ,ist.
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Der Zweck der Erfindung besteht darin. die vorerwähnten Übelstände
zu ,beseitigen und einen solchen Regler für metallurgische Ofen mit Lichtbogen zu
schaffen, mit dem eine rasche und sichere Einwirkung erzielt wird und bei dem ferner
die selbsttätige Regelung von der Handregelung vollständig unabhängig ist, wodurch
verhindert wird, daß beim Übergang von der einen Regelungsart auf die andere lästige
Vorkehrungen getroffen werden müssen.
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Die Erfindung ist beispielsweise in einer Ausführungsform auf der
Zeichnung dargestellt.
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Abb. i zeigt eine Gesamtanordnung eines Reglers nach der Erfindung
in Verbindung mit einem elektrischen Ofen mit dem Schema der elektrischen Leitungen;
Abb. z zeigt eine Einzelheit des Druckwasserzylinders mit dem Schwebekolben; Abb.
3 ist eine Einzelheit einer bekannten elektrischen Aufhängung; Abb. q. ist ein senkrechter
Mittelschnitt .durch den obern Teil des Differentialkodbens mit Steuerventil in
vergrößertem Maßstab; Abb.5 ist ein Grundriß des Reglers bei abgehobenem Deckel;
Abb. 6, 7 und 8 zeigen verschiedene Stellungen des beweglichen Ankers und des Steuerventils
mit Schnitt nach der Linie a-b .in Abb. q..
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In .diesen Abbildungen ist i die Elektrode des elektrischen Ofens,
die an dem beweglichen Träger :2 ,befestigt ist, der seinerseits durch den Schlitten
3 auf einer am Ofen ¢ befestigten Schiene 5 verschiebbar ist. Am Schlitten 3 ist
bei 6 der Kolben 7 des hydraulischen Hebezylinders 8 angelenkt, der mit seinem unteren
Ende bei 9 am Lager io angelenkt
ist, das seinerseits mit der Ofenarmatur
starr verbunden ist. Der hydraulische Hebezylinder 8 ist einfach wirkend; das Druckwasser
fließt ihm, vom Sfeuerzylinder i i kommend, durch den Hahn, r2 zu.
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Die Druckwassererzeugungsanlage umfaßt einen Elektromotor 13 mit einer
Schleuderpumpe 1q.. Diese Pumpe ,saugt das Wasser aus dem Behälter 15 und drückt
es durch die Leitung 16 in den Akkumulator 17, in den das eine Ende des Wasserentnahmerohrs
i8 hineinragt, dessen anderes Ende an den Steuerzylinder i i angeschlossen ist.
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Der Akkumulator 17 hat den Zweck, Druckschwankungen zu dämpfen, die
sich während des Betriebes einstellen können, und ferner zu gestatten, daß sich
im Ofen die Elektroden auch dann noch anheben lassen, falls die Pumpe i q. unerwartet
stillstehen sollte. In diesem Fall wird ein Rückscahlagventil in der Saugleitung
der Pumpe geschlossen und die Eleldrode durch den Druck im Behälter angehoben.
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Die Druckwassersteuerung oder der Hauptservomotor weist einen Zylinder
i i auf, in dem sich der Schwebekolben ig verschiebt, der von Hand durch den Bügel
:2o mittels einer D.aumenscheib:e 2i und eines Handrades 22 verstellt werden kann.
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In der in der Zeichnung angedeuteten Stellung befindet sich die Steuerscheibe
i9' des Schwebekolbens ig in ihrer oberen Endstellung; hierbei kann das durch die
Leitung 18 zuströmende Wasser nach Durchfließen der Kammer 23 unmittelbar in die
Leitung 24 und durch den offenen Hahn 12 in den hydraulischen Hebezylinder 8 gelangen,
um dessen Kolben und damit die Elektrode anzuheben. Beim Drehen der Daumenscheibe
21 senkt sich der Schwebekolben unter dem Druck der Feder 32, bis die Steuerscheibe
ig' in einer bestimmten Lage vollständig die Mündung des Rohres 2q. abschließt,
wodurch die Elektrode festgelegt wird. Bei weiterer Drehung der Daumenscheibe 2i
senkt sich der Schwebekolben ig weiter, so daß die Leitung 24 durch (die Kammer
25 mit dem Ablaufrohr 26 in Versbindung gesetzt wird. Durch ..das Gewicht der Elektrode
i, des Trägers 2 und des Schlittens 3 wird der Kolben 7 nach unten gedrückt, und
das Wasser fließt durch die Abflußleitung 26 unter dem Senken der Elektrode ab.
Die Steuerscheibe ig' des Schwebekolbens ig ist keilförmig. Diese Form ist deshalb
gewählt worden, damit bei der Drehung des Schwebekolbens im- Zylinder und unter
Erhaltung des Druckes sowie des Hubes des Kolbens eine erhöhte Empfindlichkeit (der
Regelung und eine beträchtliche Vermehrung von Regelungsmöglichkeiten erzielt werden
kann. Die Regelung von Hand wird somit einfach durch .geeignete Drehung des Handrades
:2:2 bewirkt. 27 ist ein Gehäuse, das durch die Säulen 28 .mit dem hydraulischen
Steuerzylinder i i verbunden ist. 29 ist ein Differentialkolben, der den Boden des
Gehäuses 27 durchdringt und .dessen verdicktes oberes Ende 29' in einer zylindrischen
Ausnehmung 3o des Bodens des Gehäuses 27 sich verschiebt. 31 ist das mit Gewinde
versehene . zapfenartige Ende des Differentialkolbens, das starr mit dem Bügel2o
verbunden ist. 32 ist eine Schraubenfeder, die den Differentialkolben umgibt und
sich mit dem einen Ende gegen den Boden des Behälters 27, mit dem andern Ende gegen
eine auf den Zapfen 31 aufgeschraubte Scheibe 33 stützt. Der Differentialkolben
ist somit ebenfalls mit dem Schwebekolben starr verbunden. Der Kopf 29' des Differentialkolbens
verschiebt sich in der zylindrischen Bohrung 3o des Gehäuses 27 und besitzt verschiedene
axiale Kanäle 35, von denen jeder durch eine kleine radial gerichtete Bohrung 36
mit einer Kammer 37
im Innern des Kopfes des Differentialkolbens in Verbindung
steht. In einer zylindrischen Bohrung 38 ,(Abt. q.) des Kopfes des D.ifferentialkolbens
ist das Steuerventil 39 der Hilfssteuerung um einen kleinen Winkel drehbar.
Das - Ventil 39 ist von besonderer Gestalt und durch einen Ring 40, eine Spitze
41, eine Schraube q.2 des in Ab(. 3 dargestelltenelastischen Lagers von bekannter
Bauart an der Konsole q.3 befestigt, die a«i Gehäuse 27 angeordnet ist. Auf der
Spindel qra. des Steuerventils 39 der Hilfssteuerung sitzt -ein beweglicher Anker
q.5, der zum Elektromagneten 46 gehört, dessen feste Armatur auf dem Gehäuse 27
befestigt ist. Die Wicklung 47 des Magneten ist mit dem Sekundärstromkreis q8 eines
Stromwandlers verbunden, dessen Primärstromkreis in Serie mit dem Phasenleiter q.9
geschaltet ist, der den den Ofen speisenden .Transformator mit der Elektrode verbindet.
Im Steuerventil 39 sind in den vier axial verlaufenden Rippen So Längsnuten 51 (Abt.
6 bis 8) angebracht, von denen jede in einer gewissen Stellung, wie Abb. 7 zeigt,
mit einer der radialen Bohrungen 36 im Differentialkolben 29 zur Deckung kommt.
Am unteren Ende der zylindrischen Bohrung 30 des Gehäuses 27 ist eine Öffnung
vorgesehen, welche durch eine Leitung 52 mit dem Behälter 53 in Verbindung steht.
In diesem Behälter besteht ein gewisser Überdruck, um Druckschwankungen auszugleichen
und zu gestatten, daß bei Stillstand der Ölpumpe sich der Differentialkolben anhebt,
wodurch auch das Anheben der Elektrode durch den Servomotor möglich wird. Der Behälter
53 ist an die
Ölpumpe 54 angeschlossen, die ihrerseits vorn Motor
13 in Umdrehung versetzt wird. Wenn nun die Längsnuten 51 des Steuerventils 39 mit
den radialen Bohrungen 36 des Differentialkol'bens 29 zur Deckung gebracht werden,
so kann das Ö1 von der Pumpe 54, deren Fördermenge durch die Einstellung des Hahnes
55 in geeigneter Weise bemessen werden kann, ungehindert ins Innere des Gehäuses
27 gelangen und durch das Ablaufrohr 56 in den Ölbehälter 57, der mit der 0lpumpe
54. in Verbindung steht, zurückkehren. Da bei dieser Verbindung kein Öldruck in
der Kammer 58 auftreten kann, so hält die Feder 32 den Differentialkolben in seiner
Tiefstellung; es versteht sich, daß bei dieser Stellung der Steuerungsteile die
Daumenscheibe 21 eine gegenüber der gezeichneten Stellung um 18o`- versetzte Stellung
einnehmen muß.
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Durch Drehen des Steuerventils 39 uni einen kleinen Winkel werden
die Rippen 5o in eine Stellung gebracht, in der sie die radialen Bohrungen 36 im
Differentialkolben abschließen. Da nunmehr der Öldurchtritt verhindert ist, so sammelt
sich das Öl in der Kammer 58 und rückt auf den Kopf des Differentialkolbens. Dieser
überwindet die Kraft der Feder 32 und steigt so weit aufwärts, ,bis er gegen die
Anschläge 59 stößt, die die obere Endstellung des Differentialkolbens begrenzen.
Wenn das Steuerventil 39 auch nur um einem ganz geringen Winkelbetrag gedreht wird,
so wird der Gleichgewichtszustand gestört, so daß der Differentialkolben unter dein
wachsenden Druck in der Kammer 58 ansteigt und sicL wieder senkt, wenn der Druck
der Feder 32 größer wird als der Druck in der Kammer. Die Drehung des Steuerventils
39, das mit dein beweglichen Anker d.5 des Elektromagneten fest verbunden ist, wird
durch die Veränderung des magnetischen Kraftflusses im Anker hervorgebracht, wobei
dieser magnetische Fluß innerhalb weiter Grenzen proportional ist der Stromstärke
irre Leiter, der ,den Strom vom Transformator zurre Ofen führt. 6o sind zwei entgegenwirkende
Schraubenfedern, die bezwecken. Reibunzen zwischen dem Differentialkolben und (lern
Steuerventil aufzuheben; diese Federn halten bei einer bestimmten Stromstärke der
Anziehungskraft, die durch den magnetischen Kraftfluß auf den beweglichen Anker
45 ausgeübt wird, das Gleichgewicht. Diese Federn sind mit dem einen Ende unmittelbar
an dem beweglichen Anker 4.3 durch Zapfen 61 und mit dem anderen Ende an je einem
Winkelhebel 62
befestigt. der mittels der Zapfen 63 in den Lagern 6.t drehbar
gelagert ist und dessen kürzerer Arm auf der oberen Fläche des Differentialkolbens
zur Anlage kommt. Diese Hebelanordnung bezweckt, die Wirkung der magnetischen Reibungsarbeit
(Hysteresis) aufzuheben und gleichzeitig etwa auftretende kleine mechanische Reibungen
zwischen dein Steuerventil und dem Differentialkolben und überdies Pendelschwingungen
dieser Regt_ilierteile zu unterdrücken.
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Inn Ruhezustand der Einrichtung, d.li. wenn der Ofen stromlos ist,
lehnt sich der bewegliche Anker 45, wie Abb. 5 und 6 zeigen, unter der Wirkung der
beiden entgegenwirkenden Federn 6o gegen das Ende eines Hebelfis 65; der auf einer
im Gehäuse 27 gelagerten Welle 66 befestigt ist. Auf der Welle 66 ist ferner ein
Hebel 67 befestigt, an dessen Ende der bewegliche Anker 68 vorgesehen ist, der zu
einem Elektromagneten 69 gehört, dessen Spule 70 in die Phasenleiter des
Ofens eingeschaltet ist. In A!bb. 6 ist diejenige Stellung der beweglichen Anker
45 und 68 bezeichnet, bei welcher der Ofen und somit die beiden Elektromagneten
ohne Strom sind. Bei dieser Stellung der Anker decken sich die Rinnen 51 des Steuerventils
nicht mit den radialen Bohrungen 36 des Differ entialkolbens, und der Anker 45 kommt
an dem Ende des Hebels 65 zur Anlage. Wird nun die Pumpe 54 in Bewegung gesetzt,
so wird in der Kammer 58 durch den Zu,fluß von 01 ein Druck erzeugt, der
den Differentialkolben und mit ihm den Schwebekolben der Versteuerung anlxe#bt.
Sobald nun der Ofen unter Spannung gesetzt wird, um seine Lichtbogen zu bilden,
so wird der Anker 68 vom Elektromagneten 69 angezogen. Der Hebel 65 verschiebt so
den Anker 45 in die in Abili.7 :gezeichnete Stellung, in welcher die Nuten 51 des
Steuerventils sich mit den radialen Bohrungen 36 des Differentialkolhens decken.
Der Differentialkolben senkt sich und mit ihm auch die Elektrode, bis die Bogenbildung
eingetreten ist.
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Falls nun die Stromstärke des Bogens eineu bestimmten Wert übersteigt,
drehen sich der bewegliche Anker 45 und das Steuerventil 39 unter dem Einflusse
der stärkeren magnetischen Anziehung der Elektromagnete 46 beispielsweise um einen
Winkel ß weiter, und die Teile nehmen alsdann die in Abb. 8 dargestellte Lage ein.
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Bei dieser Stellung des beweglichen Ankers 45 decken sich die Nuten
51 des Steuerventils nicht mehr mit den radialen Bohrungen 36 des Differentialkolbens.
Unter dem Kolben entsteht deshalb wiederum ein Druck, wodurch der Eintritt von Druckwasser
in den hydraulischen Hebezylinder erfolgt und die Elektrode angehoben wird.
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Durch das Anheben der Elektrode vergrößert sich die Länge und somit
der Widerstand
des Lichtbogens; die Stromstärke nimmt deshalb ab,
die Anziehungskraft der Elektromagnete 46 vermindert sich, wodurch der bewegliche
Anker ,45 unter dem Einfluß der Federn 6o in seine Ausgangsstellung gemäß Abb. ;
zurückkehrt.
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Tm praktischen Betrieb stellt sich ein gewisser Gleichgewichtszustand
zwischen der Stromstärke und der Ankerstellung ein, so daß der Schwebekolben i9
nur sehr wenig aus seiner mittleren normalen Betriebsstellung sich verschiebt und
nur selten in seine äußersten Stellungen entsprechend größter Wasserzufuhr bzw.
-abfuhr gelangt. Diesen beiden Stellungen würde dann die rascheste Regelungsmöglichkeit
des Ofens zukommen, da das Wasser bei vollsändig offener Leitung 24 die größte Geschwindigkeit
annimmt.
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Die Speisevorrichtung ist so beschaffen und bemessen, daß eine einzige
Pumpe für die Förderung des Wassers und eine Pumpe für die Förderung des Öles ausreicht,
um gleichzeitig die drei Elektroden des Drehstromofens zu speisen.
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Ein regelbarer Widerstand 71 ist mit der Wicklung 47 des Elektromagneten
46 parallel geschaltet, um innerhalb weiter Grenzen die Stromstärke, bei welcher
der selbsttätige Regler wirken soll, einstellen zu können.