-
Beheizungsregelung eines in Bewegung befindlichen Drahtes oder Bandeisens
Die Erfindung betrifft ein verbessertes Verfahren zum fortlaufenden elektrischen
oder sonstigen Beheizen eines in Bewegung befindlichen Drahtes oder Bandeisens,
bei- dem die Heizung durch. Einwirkung auf die Heizduelle in Abhängigkeit von den
durch die Änderungen des spezifischen Widerstandes des Drahtes verursachten Schwankungen
der Potentialdifferenz geregelt wird, die ein über zwei Hauptkontakte zugeleiteter
elektrischer Strom zwischen zwei Punkten des Drahtes erzeugt.
-
Es ist bereits ein Verfahren zur unterbrochenen elektrischen Heizung
von Nieten oder anderen Teilen mit veränderlichem Querschnitt vorgeschlagen worden,
wonach eine Regelung der Heizung durch Ausnutzung der Schwankungen des Widerstandes,
d. h. der Temperatur des zu beheizenden Werkstückes erzielt wird. Nun ist es aber
bei Verfahren zur unterbrochenen Heizung unbeweglicher Werkstücke, wie Nieten o.
dgl., verhältnismäßig einfach, eine Regelung der Temperatur durch Messung der Widerstandsschwankungen
des Werkstückes zwischen seinen beiden Enden zu erreichen. Derartige unbewegliche
Werkstücke haben eine gleichförmige Temperatur, und diese Temperatur steigt fortschreitend
und gleichmäßig in Abhängigkeit von der Aufheizung an. Haben die Werkstücke einen
veränderlichen Querschnitt oder eine umständliche Gestalt, so können entsprechende
Maßnahmen ergriffen werden, um in den dickeren Teilen des Werkstückes eine stärkere
Heizung als in den dünneren Teilen zu erzielen. In allen Fällen jedoch, in welcher
Weise auch die Heizung durchgeführt wird, verläuft die Temperatursteigerung stets
nach
demselben Gesetz in Abhängigkeit von dir Zeit an jeder Stelle
des betrachteten Werkstückes, so daß einer bestimmten Schwankung des elektrischen
Widerstandes stets eine ganz bestimmte Allgemeintemperatur entspricht.
-
Handelt es sich dagegen um die ununterbrochene Heizung von in Bewegung
befindlichen Werkstücken, dann ist die Aufgabe viel schwieriger zu lösen. In diesem
Falle genügt es nicht, den elektrischen spezifischen Widerstand am Ende des Heizvorganges
zu messen und je nach Schwankungen dieses spezifischen Widerstandes auf die Heizmittel
zweck, Steigerung oder Herabsetzung der Heizkraft einzuwirken. Infolge des Vorschubes
des Werkstückes hat nämlich der Abschnitt desselben, an welchem die Messung dieser
Schwankungen des spezifischen Widerstandes vorgenommen «-orden ist, die Heizzone
bereits verlassen, wenn die gewünschte Berichtigung erfolgt, so daß es nicht mehr
möglich ist, diesen Abschnitt auf die gewünschte Temperatur zu bringen. Die Einregelung
ist zietnlich schwierig, und im allgemeinen werden die aufeinanderfolgenden Abschnitte
des Drahtes auf eine Temperatur gebracht, die infolge dieser schwierigen Einregelung
zeitlich wiederkehrende Schwankungen erleidet.
-
Es ist weiter ein Verfahren zur elektrischen Heizung bekanntgeworden,
wonach die Einregelung in Abhängigkeit von den Schwankungen der magnetischen Eigenschaften
erfolgt und die Glieder für die Messung dieser magnetischen Eigenschaften ebenfalls
am Ende der Heizzone angeordnet sind. Das Ergebnis ist somit aus den oben angegebenen
Gründen genau so schlecht. überdies eignet sich dieses bekannte Verfahren nur für
magnetische Körper und ist z. B. bei Kupferdrähten oder Drähten aus jedem anderen
unmagnetischen Metall oder aus unmagnetischen Legierungen unbrauchbar. Es ist zu
bemerken, daß die magnetischen Eigenschaften des Stahls je nach dessen Zusammensetzung
ziemlich erhebliche Schwankungen erleiden, während diese Eigenschaften in Abhängigkeit
von der Temperatur im Gegenteil nur wenig schwanken, weshalb das Regelverfahren
nach dieser Entgegenhaltung ziemlich ungenau ist.
-
Erfindungsgemäß liegen die beiden Punkte, zwischen denen die Potentialdifferenz
gemessen wird, in einem gewissen Abstand vor dem Ende der Heizzone. Auf diese Weise
hat jeder Drahtabschnitt in dem Augenblick, in dem sein spezifischer Widerstand
gemessen wird, noch eine bestimmte Strecke in der Heizzone _ zurückzulegen und kann
mithin noch die Einwirkung der selbsttätigen Regelung erfahren. Infolgedessen kann
am Ende der Heizzone tatsächlich eine gleichbleibende Temperatur erzielt «erden.
Die Erfindung betrifft ferner eine Heizvorrichtung mit elektromagnetischer Regelung
zur Durchführung des obenstehenden Verfahrens. Nach einem Merkmal der Erfindung
weist diese Heizvorrichtung in Verbindung auf: eine Stromquelle, die an Kontakte
angeschlossen ist, welche den Stromkreis durch Vermittlung eines oder mehrerer Abschnitte
des Drahtes oder dergleichen zu beheizenden Teiles zu schließen gestatten; zwei
Hilfskontakte, die es ermöglichen, an diesem Teil eine in Abhängigkeit von der Temperatur
dieses Teiles schwankende Potentialdifferenz abzunehmen; einen durch diese Potentialdifferenz
beeinflußten Apparat und Mittel zur Änderung der Heizkraft in Abhängigkeit voll
den Anzeigen dieses Apparates.
-
Weitere Merkmale der Erfindung ergel)eii sich aus der nachstehenden
Beschreibung.
-
In der Zeichnung zeigen: Abb. i das Schaubild einer schematisch gehaltenen
Umschnürungsanlage, die erfindungsgemäß mit einer selbstgeregelten elektrischen
Heizvorrichtung ausgestattet ist, und Abb. z und 3 abgeänderte Ausführungen der
elektromagnetischen Heizvorrichtung mit Regelung.
-
Abb. i zeigt beispielsweise eine Anlage bekannter Bauart zum Umschnüren
eines Rohres i o. dgl. mit einem Draht oder Bandeisen 2, dessen ununterbrochen fortlaufende
Abspulung z. B. mittels einer Haspel 3 erfolgt, deren Welle .I in ortsfesten Lagern
,5 läuft.
-
Das aus Stahl, Gußeisen, Beton oder sonstigem Werkstoff bestehende
Rohr i ist beispielsweise zwischen zwei Scheiben 6 und 7 eingespannt, die mit in
festen Lagern io umlaufenden Zapfen 8, 9 versehen sind. Der Antrieb des Rohres erfolgt
im Sinne des Pfeiles f i durch einen Elektromotor i i z. B. über ein Untersetzungsgetriebe
12, 13, 1.1., 15. Der sich von der Haspel 3 abwickelnde Draht 2 oder das Bandeisen
läuft über eine Umlenkrolle 16; diese sitzt an einem Schlitten 17, der sich parallel
zum Rohr i derart verschiebt. daß der Draht 2 tangential zum Rohr in einer Richtung
herangeführt wird, die mit der Berührungsmantellinie den gewünschten, dem zu erzielenden
Drallschritt der Umschnürung entsprechenden Winkel bildet. Der Schlitten 17 wird
beispielsweise von einer Gewindespindel 18 angetrieben, die ihrerseits im Gleichlauf
mit dem Rohr i z. B. über eine Kette 19 und Zahnräder 20, 21 geeigneter Abmessungen
angetrieben wird.
-
Es ist zu bemerken, daß die Windungen der Umschnürung gegebenenfalls
gleichbleibend sein können; sie können insbesondere nach den Rohrenden zu enger
gewunden sein. In diesem Falle kann ein Getriebekasten o. dgl. beispielsweise
zwischen
der Gewindespindel l8 und dem Zahnrad 2o eingeschaltet sein, um auf diese Weise
die notwendigen Geschwindigkeitsschwankungen dieser Spindel i8 zu gestatten.
-
Der Draht 2 steht zwischen der Haspel 3 und dem Rohr i an den Stellen
A und B mit zwei Berührungsgliedern, z. B. mit zwei Rollen 22 und
23 in Berührung, deren Achsen zweckmäßig mit dem Schlitten 17 mechanisch verbunden
sind. Diese Rollen 2-2 und 23 o. dgl. sind in bezug auf die Masse isoliert und durch
biegsame Leiter oder auf festen Leitern gleitende Schleifkontakte mit der Sekundärwicklung
24 eines Umformers verbunden, dessen Primärwicklung 25 an eine Wechselstromduelle
angeschlossen sein kann. Die Sekundärwicklung 2q. gehört zur Gattung mit mehreren
Anzapfungen 26. Die Rolle 22 ist durch den Leiter 27 mit dem einen Ende der Sed:undänv!iclcl.ung
verbunden, während die Rolle 23 über den Leiter 28 mit .einem Läufer 29 verbunden
ist, der an irgendeinen der Kontakte 26 herangeführt -.erden kann z. B. mit Hilfe
einer Gewindespindel 3o, die mittels eines Handrades 31 betätigt werden kann und
in festen Lagern 32 drehbar ist. Am Leiter 28 liegt in Reihenschluß bei a,
b ein .fester Widerstand 33, der an seinen Klemmen eine Potentialdifferenz
zu erzeugen bestimmt ist. Dieser zuT Vermeidung eines Erhitzens groß bemessene Widerstand
dient der ersten Wicklung 34 eines elektrischen Differentialmeßgerätes als Nebenwiderstand,
während die zweite Wicklung 35 einerseits durch einen Leiter 28a mit der Rolle 23,
also dem "s.drahtes 2 oder Punkte B des Umsehnürung -bandes und andererseits durch
einen Leiter 36 mit einer Rolle 37 verbunden ist. Diese Rodle 37 bildet mit dem
Draht oder Band 2 einen zwischen den Punkten A und B liegenden Hilfskontaktpunkt
C. Das Meßgerät mit den Wicklungen 34, 35 besitzt einen Zeiger 38 o. dg1., der über
einer festen Teilung 39 spielt.
-
Dieses Gerät arbeitet in folgender Weise: Es sei T die gewünschte
Temperatur des Drahtes 2 im Augenblick der Aufwicklung, RD der Widerstand in kaltem
Zustand (o° C) des Abschnittes CB des beispielsweise aus Stahl gedachten Drahtes
2, RT der Widerstand des Abschnittes CB bei der Temperatur T, s der Betrag des Widerstandes
33, zt und N die Windungszahlen der Wicklungen 34 und 35.
-
Bekanntlich nimmt der Widerstand eines Stahldrahtes annähernd linear
mit der Temperatur zu; zwischen o° C und 25o' C verdoppelt er sich beinahe. Man
erhält mithin
Sind nun -ya und N unveränderlich, so wird die richtige Regelung entsprechend der
gewünschten Temperatur T dadurch erzielt, daß Ra geändert, d. h. der liantakt C
verschobcn wird. Sobald dies geschehen ist und bei in Betrieb befindlicher Maschine
der Heizstromkreis einen Hauptheizstrom I führt, beträgt die Spannung an den Klemmen
des Nebenwiderstandes .e = s I und die Spannung zwischen den Kontakten C und B
E = R I, wobei R der Widerstand des Abschnittes CB in dem betrachteten Augenblick
ist. Die Einwirkungen der beiden U'ieklungen auf die beweglichen Teile des 1leßgerätes
sind mithin einerseits zae=nsI und andererseits NE - N RI.-Die Gesamteinwirkung
Z_ auf die beweglichen Teile ergibt sich aus dem Unterschied zwischen diesen Einzelwirkungen,
also ' Z=nsl-NRI=I (IZS-NR); da aber durch Konstruktion ;t s = 1' RT gegeben
ist, gilt Z - I (N RT - N R) = I 11% (RT - R).
Das Gerät
mißt folglich die Schwankungen der zwischen den Punkten C und B erzeugten Potentialdifferenz,
letzten Endes also die Differenz RT - R, d. h. die Differenz zwischen. der gewünschten
Temperatur und der wirklich erzielten Temperatur.
-
Die Teilung 39 kann unmittelbar in Wärmegraden ausgeführt sein, so
daß der Maschinenwärter nur den Läufer 29 mittels der Spindel 30 zu verstellen
braucht, um durch Änderung der in der Sekundärwicklung 24 des Umformers induzierten
elektromotorischen Kraft den Zeiger 38 auf einem gegebenen Punkt der Gradteilung
oder zwischen zwei gegebenen, den zulässigen Toleranzen entsprechenden Punkten festzuhalten.
-
Die beschriebene Vorrichtung bietet folgende Vorteile: Sie ist einerseits
von der Stromstärke I und der Abspulgeschwindigkeit des Drahtes unabhängig, andererseits
hat der Zustand der Kontakte nur wenig Bedeutung, da die Spulen 3.1. und 35 einen
sehr hohen Widerstand aufweisen und von sehr schwachen Strömen durchflossen werden;
folglich ergibt sich hieraus eine große Stabilität. Diese Stabilität kann nun erfindungsgemäß
dadurch weitergesteigert werden, daß
der Registrierapparat mit einer
VerzÖgerungsvorrichtung versehen wird, die im Falle eines vorübergehenden Versagens
des einen Kontaktes jegliche unerwünschte Bewegung der beweglichen Teile verhindert.
-
Abb. a zeigt eine ähnliche Ausbildung, jedoch für den Fall von Gleichstrom
mit einem Generator 4o, dessen Erregung mittels eines in Reihe mit der Erregerwicklung
4.-liegenden Regelwiderstandes 4i eingestellt werden kann. Der Läufer 29 wird durch
eine Spindel 30 geschaltet, die von einem Motor .I3 mit umkehrbarer Drehrichtung
angetrieben wird, wobei die Erregerwicklung zwei Spulen 44 und .I5 aufweist; diese
sind in entgegengesetzten Richtungen gewickelt und werden abwechselnd von einem
Element 4.6 oder einer anderen Hilfsstromquelle durch einen Unischalter gespeist,
dessen Anker oder Fahne vom Zeiger 47 gebildet oder an die Bewegung dieses Zeigers
gebunden ist. Aullerdem erfolgt die Abnahme der Spannung am Abschnitt
CD, der zwischen den Hauptkontakten A und B liegt; ist somit die Temperatur
an diesem Abschnitt CD kleiner als die bei der normalen Heizung zu erzielende
Solltemperatur, so hat die Änderung der Heizung durch Änderung der elektromotorischen
Kraft AB noch Zeit, um am nächstfolgenden Abschnitt DB in der Wärmeflußrichtung
die am Abschnitt CD festgestellten Abweichungen zu berichtigen.
-
Außerdem erfolgt bei dieser Vorrichtung die Regelung selbsttätig.
Ist die Temperatur zu niedrig, so läuft der Regelmotor .1.3 in der Richtung des
Pfeiles f= um und verstärkt die Erregung; ist dagegen die Temperatur zu hoch, so
läuft der Motor 43 in der entgegengesetzten Richtung um und setzt die Erregung herab.
-
Abb. 3 veranschaulicht eine abgeänderte Ausführungsform mit Zwei in
Reihe liegenden Heizkreisen, die eine Beheizung in zwei Zeiten gestatten, nämlich
einerseits eine normale regelmäßige Aufheizung zwischen den Punkten A und B durch
den Stromkreis .-lcdeB, welche erste gröbere Beheizung von Hand geregelt wird, und
zwar durch Einstellen der Erregung des Generators 42 mittels eines Handregelwiderstandes
48, und andererseits eine zusätzliche Beheizung bei DE
durch den Stromkreis
BedfE, um eine durchaus gleichförmige Temperatur im Punkte E zu erhalten.
-
Diese zweite Beheizung erfolgt mit veränderlicher Stärke durch Vermittlung
eines Regelwiderstandes .I9, der durch einen Hilfsmotor 5o mit doppelter Erregung
3q., 35 eleh: irisch gesteuert wird. Die Spule 34 ist an den im Stromkreis der ersten
Heizungsart liegenden Widerstand 33 angeschlossen. Die Spule 3,5 ist wiederum
an einen Abschnitt CD des Drahtes 2 in möglichster -Nähe von B angeschlossen.
-
Es leuchtet ohne weiteres ein, daß bei zu niedriger Temperatur im
Punkt B der Stromkreis des Widerstandes 33 vorherrscht und der Hilfsmotor sich in
einem derartigen Sinn entsprechend dein Pfeil P dreht, daß der in den zweiten Heizstromkreis
eingeschaltete Teil des Regelwiderstandes .I9 abnimmt, was eine Steigerung der Zusatzbeheizung
in Dl: zur Folge hat. Ist dagegen die Temperatur bei B zu hoch, so herrscht der
Strom des Abschnittes CD vor, und der Motor 5o dreht sich in dem anderen
Sinn unter Vergrößerung des Widerstandes q.9, wodurch die zweite Heizungsart herabgesetzt
wird.
-
Selbstverständlich beschränkt sich die Erfindung keineswegs auf die
dargestellten und beschriebenen Ausführungsbeispiele. Sie eignet sich ebensogut
für Gleichstrom wie für Einphasen-, Dreh- und dergleichen U`echselstrom. Der Generator
-to kann mit Hauptschlußerregung, Parellelschlufierregung, ebenschluß- oder Doppelschlußerregung
arbeiten, und die beschriebenen sowie schematisch dargestellten Meßgeräte oder Hilfskraftvorrichtungen
können durch jede in der Industrie übliche elektromagnetische Vorrichtung ersetzt
sein.
-
Die Erfindung ermöglicht auch die Verwendung jeder anderen Wärmequelle
als Elektrizität, z. B. einer Gasflammenrampe oder eines Bleibades. In diesem Falle
genügt es, zwecks Erzielung einer mit der Temperatur veränderlichen Potentialdifferenz
zwischen zwei Punkten des Drahtes durch diesen einen elektrischen Strom zu leiten,
dessen Stärke sehr gering sein kann. Außerdem kann dieser elektrische Strom gegebenenfalls
zur Beheizung des Drahtes beitragen.
-
In allen Fällen können die Meß- und Regelgeräte einer der beschriebenen
Bauarten angehören und gegebenenfalls unmittelbar auf die Leistung der Z@ärmequelle
einwirken.
-
Im Falle der Umschniirung von Rohren o. dgl. kann die Beheizung vor
dem Aufwickeln erfolgen oder während und selbst nach dem Aufwickeln fortgesetzt
werden. "-obei alsdann der Punkt B nach B' (Abb. i) verlegt wird.
-
Selbstverständlich können das Verfahren und die Heizvorrichtungen
gemäß der Erfindung nicht nur zur Beheizung zwecks L'mschnürung eines Rohres o.
dgl., sondern auch zur Wärmebehandlung oder zu jedem anderen auf warmem Wege durchzuführenden
Vorgang benutzt «-erden.
-
Die Kontakte .1, B, C, D können Reib-oder Rollenkontakte sein.
-
Das Anzeige- oder Kontaktgerät kann immittelbar
oder
über ein Schütz beliebiger Bauart schaltbar sein.
-
Dieses Gerät kann auf eine Reihe von Anzapfstellen (Abb. i), auf einen
in den Hauptstromkreis oder in einen Hilfskreis eingeschalteten Regelwiderstand
(Abb.3) oder noch .auf am Draht oder sonstigem zu beheizenden Werkstück bewegliche
Kontakte einwirken.