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Elektromagnetisches Gerät zur Erzeugung einer die Speisemaschinen
der Rollgangsmotoren zu beiden Seiten eines Walzgerüstes beeinflussenden Spannung
Es sind zwei Geräte vorgeschlagen worden, welche die die Rollenmotoren vor und hinter
den Gerüsten von Walzwerken speisenden Umformern so beeinflussen sollen, daß der
Drehzahlunterschied der vor und hinter dem Gerüst liegenden Rollgänge der jeweiligen
Zustellung der Walzen von Stich zu Stich entspricht.
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Diese Geräte können in der beschriebenen Art ihre Aufgabe genau genug
nur dann erfüllen, wenn das Walzgut nicht auf allzu geringe Stärke heruntergewalzt
werden soll. Bei einer Endstärke von beispielsweise 4. Ihm sind bereits so starke
Abweichungen der Rollgänge von der Geschwindigkeit des Walzgutes zu erwarten, daß
es zu einem schädlichen Gleiten zwischen Rollen und Walzgut kommen würde.
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Diese Abweichungen haben ihren Ursprung in der Dehnung des Walzgerüstes,
der Zusammenpressung der Druckspindeln, der Abplattwng der Walzen, Durchbi.egung
an
gewissen Bauteilen und ähnlichen elastischen Formveränderungen,
die unter der Wirkung des Walzdruckes auftreten und in ihrer Gesamtheit selbst bei
schweren Gerüsten Ausmaße von mehr als i mm annehmen können. Um ihre Größe muß der
Anstellweg jeweils vergrößert werden, wenn sich die gewünschte Dickenabnahme ergeben
soll, die dem nach dein Erfassen des Walzgutes tatsächlich auftretenden Walzspalt
entspricht. Soll beispielsweise bis auf 2 mm Dicke herabgewalzt werden, so muß vorher
auf einen Walzspalt von etwa i mm angestellt werden. Bei diesem verhältnismäßig
großen Unterschied zwischen Anstellweg und sich dabei ergebenden Spalt heim `Falzen
müßte eine Einrichtung vodlkommen versagen, die den jeweiligen Anstellweg als Ausgang
für die Einstellung des Drehzahlunterschiedes der Rollgänge vor und hinter dem Gerüst
nimmt.
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Gegenstand der Erfindung ist ein elektromagnetisches Gerät, mit dem
es möglich ist, den Drehzahlunterschied zwischen Auf- und Ablaufrollgang von dem
sich jeweils bildenden Walzspalt, also von der tatsächlichen Abnahme im Gerüst abhängig
zu machen, so daß bis zu beliebig kleinen Dicken herab gewalzt werden kann. Das
Gerät trägt auch neuerdings gestellten Forderungen Rechnung, die darin bestehen,
daß insbesondere beim Auswalzen von Leichtmetall Streckungen auf fast die hundertfache.
Ausgangslänge in einem einzigen Gerüst vorgenommen werden sollen.
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Das Gerät nach der Erfindung übersetzt den Spalt zwischen den Walzen.
in einen verhältnisgleichen zwischen wechselstromerregten Magnetsystemen und damit
entsprechend in eine Spannung, die trägheitslos dem jeweiligen Walzspalt entspricht.
Durch Vergleich der dem vorausgegangenen Walzspalt entsprechenden Spannung mit der
dein folgenden entsprechenden wird eine Spannungsdifferenz erzeugt, die der jeweiligen
Abnahme entspricht und mit der nach Umformung in Gleichstrom und vorgenommener Verstärkung
die Umformer beeinflußt werden. «-elche die Rollenmotoren speisen-Das Gerät ist
in den beiden Abb. i und 2 als Beispiel schematisch dargestellt. Es besteht aus
zwei Magnetsystemen 1-2 und 3-4. aus Dynamoblechen, zwischen deren Jochen ein Luftspalt
gebildet wird, der dem Walzspalt entspricht. Auf den Polen der Magnetjoche sitzen
Spulen 5 bis S, von denen beispielsweise die der unteren Joche in Reihenschaltung
über einen Eisenwiderstand in Wasserstoff an einer Wechsedstromspannung liegen,
so@ daß der veränderliche Luftspalt den Erregerstrom praktisch nicht beeinflußt.
Der sich jeweils einstellende Magnetfluß ist also in den ausgenutzten Grenzen di
m Luftspalt umgekehrt verhältnisgleich und damit auch die in den oberen Spulen 5
und ; hierdurch induzierte Spannung. Die beiden Spulen 5 des Joches i sind mit den
Spulen; des Joches 3 so in Reihe geschaltet, daß die resultieren,& Spannung
dem Unterschied der Spannung der beiden Svsteme entspricht. Die vier Joche sind
aus Genauigkeitsgründen an Blattfedern 9-io befestigt, die an einem festen Widerlager
eingespannt sind, und zwar derart, daß sie die beiden fest miteinander verbundenen
unteren Joche 2 und .4 nach unten drücken. Das Joch i wird ebenfalls nach unten
gedrückt, während das Joch 3 ,nach oben gedrückt wird, und zwar mit einer Kraft,
die größer ist als die. mit der das Joch i nach unten gedrückt wird. Richtung und
ungefähres Größenverhältnis der genannten Kräfte sind durch eingezeichnete Pfeile
angedeutet. Das Jo4h i wird durch eine auf einen Vorsprung i i des Joches 3 aufruhende
N ase 12 daran gehindert, eine tiefere Stellung eimzunefmen wie dieses. Beim Aufliegen
der Nase sind die Luftspalte der beiden Magnetsysteme einander leich.
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Dem' Joch 3 und damit zunächst auch dem Joch i wird durch eine Kurvenscheibe
13 eine Höhenlage aufgezwungen, die dem jeweiligen Stand der Oberwalze des Walzgerüstes
entspricht, wobei sich die Nase 14 am Joch 3 unter dem nach oben wirkenden Federdruck
gegen die Kurvenscheihe legt. Die Kurvenscheibe 13 wird von dem Anstellmoior de:
Gerüstes aus in der eingezeichneten Richtung gedreht und ist derart gegenüber der
Motorwelle übersetzt, daß sie zwei Umläufe macht, wenn der gesamte Anstellweg durchlaufen
wird. Der Luftspalt der Magnetsysteme verändert sich damit zweimal von seinem größten
auf seinen kleinsten Wert, beispielsweisevon io auf i mm. Dabei entspricht der erste
Umlauf der Kurvenscheibe einer Anstellung von beispielsweise Zoo auf 2o min, der
zweite Umlauf einer Veränderung des Walzspaltes von 2o auf 2 mm. Da der Anstellimotor
im Anstell.bereivli zwischen 2o und 2 mm nur den, zehnten Teil der Umläufe macht
wie im Bereich zwischen Zoo und 20 mm, die Kurvenscheibe 13 aber für jeden der beiden
Bereiche nur einen ganzen Unikauf machen soll, wird beim Übergang von dem ersten
in den zweiten Bereich die Übersetzung zwischen Kurvenscheibe und Ansteldinotor
um das zehnfache ins Langsame verändert.
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Meist bekommen Gerüste mit einem solch großen Anstellbereich jedoch
eine Grob- und eine Feinanstellung, wobei jede durch einen besonderen Anstellmotor
angetrieben wird. Der Motor der Feinanstellung macht dabei für seinen kleinen Bereich
meist genau soviel
Umläufe wie der der Grobanstellung für seinen
großen Bereich. Stehen bei dieser Ausführung die beiden Bereiche beispielsweise
ebenfalls im Verhältnis i zu io, so braucht die Kurvenscheibe 13 beim Übergang vom
Grohbereich in den Feinbereich nur vom An.-Stellmotor des ersten Bereiches auf den
des zweiten Bereiches umgekuppelt zu werden.
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Die beschriebene zweifache Ausnutzung des von den Oberjochen beschriebenen
Weges, die im Effekt einer Verzehnfachung dieses Weges entspricht, gestattet es
erst, den Magnetsystemen handliche Abmessungen zu geben, wobei die erreichbare Genauigkeit
trotzdem einem nutzbaren Jochweg von ioo mm entspricht.
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Zunächst sei die Wirkungsweise der Einrichtung unter Vernachlässigung
der Dehnung des Walzgerüstes beschrieben, welche durch gleichzeitige Bewegung der
Unterjoche erfaßt wird; diese sollen also zunächst als feststehend angenommen werden.
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Bei Rechtsdrehung der Kurvenscheibe 13 durch den Anstellmotor des
Walzgerüstes verkleinert sich der Luftspalt zwischen den Jochen 3 und q. entsprechend
der Abnahme des Abstandes der Gerüstwalzen voneinander, wobei diese noch nicht mit
dem Walzdruck belastet sein mögen. Der Magnetfluß in dem System 3-.4 steigt dementsprechend
und damit die in den Spulen 7 induzierte Spannung. Das Joch i wird zunächst dadurch
daran gehindert, die Abwärtsbewegung des Joches 3 mitzumachen, daß der erregte Elektromagnet
15 seinen Anker 16 fest anpreßt, der an einer Feder 17 sitzt, die an ein@m Vorsprung
i8 des Joches i befestigt ist.
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Der Lüftspält des Magnetsystems 1-2 bleibt also zunächst unverändert
und damit die in den Spulen 5 induzierte Spannung. Die Spulen 5 und 7 sind so miteinander
verbunden, daß die induzierten Spannungen beider einander entgegengerichtet sind.
Die entstehende Spannungsdifferenz entspricht damit dem Unterschied der Luftspalte
der beiden Magnetsysteme. Da aber die unverändert gebliebene Höhenlage des Joches
i wie auch die betrachtete Ausgangsstellung des Joches 3 der Stellung der Oberwalze
vor dem Beginn des Anstellens entspricht, die neue des Joches 3 jener der Oberwalze
nach beendeter Anstellung, ist auch die erzeugte Spannungsdifferenz ein genaues
Maß für die Abnahme des Abstandes der unbelasteten Walzen durch die vorgenommene
Anstellung. Sie wird nach noch zu beschreibender Umformung und Verstärkung dazu
benutzt, die Rollgänge vor und hinter dem Gerüst auf den entstandenen Unterschied
einzustellen.
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Bevor zum nächsten Stich neu angestellt wird, unterbricht man die
Erregung des Elektromagneten 15 kurzzeitig, worauf sich das Joch i unter der Wirkung
der nach unten drückenden Aufhängefeder mit seiner Nase 12 wieder auf den Vorsprung
i i des Joches 3 auflegt und damit dessen Höhenlage einnimmt. Die Luftspalte der
beiden Magnetsysteme sind damit wieder gleich geworden, und die Spannungsdifferenz
der Spulen 5 und 7 ist verschwunden.
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Das beschriebene Spiel wiederholt sich von Stich zu Stich, wobei die
hbnahme des Luftspaltes entsprechend der des Walzenabstandes immer kleiner wird.
Da jedoch der Magnetfluß und damit die in den Spulen 5 und 7 induzierte Spannung
im umgekehrten Verhältnis zum Luftspalt steht, ergibt notwendigerweise eine proportional
gleiche Abnahme des Luftspaltes mit dem Walzenabstand auch stets die gleiche Spannungsdifferenz
der Spulen 5 und 7. Der Luftspalt könnte daher theoretisch bis zur vollkommenen
Überbrückung ausgenutzt werden. Trotz Vermeidung von Gelenken durch Ersatz mit Federn
werden sich gewisse Totgangswege jedoch nicht ganz ausschalten lassen, so daß man
zweckmäßigerweise- nicht weit unter i mm gehen wird, womit sich jedoch bereits ein
Bereich von 2 x (i zu io) = i zu ioo in der Veränderung des Walzenabstandes beherrschen
läßt.
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Die Beeinflussung der Rollgänge vor und hinter dem Walzgerüst mit
der in der beschriebenen Art erzeugten Spannung würde genügen, solange man im Grobbereich
der Anstellung, also bis zu etwa 2o mm Walzenabstand herab arbeitet, also während
des ersten Umlaufes der Kurvenscheibe 13, weil bis- dahin die Elastizität des Walzgerüstes
noch keinen praktisch wirksamen Unterschied im Abstand der Walzen zwischen belastetem
und unbela@s.tetem Zustand zur Folge hat. Beim weiteren Herunterwalzen macht sich
jedoch dieser Unterschied in zunehmendem Maße bemerkbar, so daß er unbedingt berücksichtigt
werden muß. Dies geschieht nach der Erfindung dadurch, daß man die beiden unteren
Joche 2 und .4 eine Bewegung nach unten ausführen läßt, durch die der Luftspalt
der beiden Magnetsysteme im gleichen Verhältnis vergrößert wird, wie der eingestellte
Walzenabstand unter der Wirkung des auftretenden Walzdruckes vergrößert wird.
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Bei der Erfassung dieser Vergrößerung ist zunächst zu berücksichtigen,
daß sie erst in dem Augenblick auftritt, in dem das Walzgut zwischen die Walzen
kommt; sie kann in ihrer tatsächlichen Größe daher nicht vorher erfaßt werden. Da
aber mit der zu erzeugenden Korrekturspannung erhebliche Trägheiten magnetischer
und massenmäßiger Art zu überwinden sind, was ohne einen gewissen
Zeitaufwand
unmöglich ist, kommt die Erfassung im Augenblick des Anstiches bereits viel zu spät,
um ein Gleiten des Walzgutes auf den Rollen zu verhüten.
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Erfindungsgemäß wird daher durch die Anstellung bereits vor dem Anstich
des Walzgütes ein Luftspalt in den \-Iagnetsystemen eingestellt, der dem zu erwartenden
Walzspalt entspricht, wenn die für den betreffenden Stich jeweils als günstigst
zu betrachtende Abnahme eingestellt wird. Das Walzgut erhält damit durch den Auflaufrollgang
bereits vor dem Anstich gegenüber der Walzengeschwindigkeit ungefähr die um die
zu erwartende Abnahme kleinere Ankunftsgeschwindigkeit, so daß es beim Erfassen
kaum noch zu einem schädlichen Gleiten auf den Rollen kommt. Nach dem Anstich erfolgt
dann die Korrektur auf den sich tatsächlich bildenden Walzspalt, die dann während
des ganzen Stiches aufrechterhalten wird.
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Durch Berechnung und Nachprüfung läßt sich die elastische Veränderung
des Walzwerkes unter der Wirkung des Walzdruckes ermitteln, der bekanntlich beim
Walzen von legiertem Leichtmetall mit abnehmender Stärke erheblich"ansteigt. Diesen
Ergebnissen entsprechend wird die Kurvenscheibe i9 ausgebildet, welche die jeweilige
Höhenlage der unteren Joche 2 und .4 im gesamten Anstellbereich einstellt. Diese
Kurvenscheibe macht daher im ganzen Anstellbereich nur einen Umlauf im angedeuteten
Drehsinn. Der sich unter der Wirkung der Aufhängefedern io gegen die Kurvenscheibe
i9 legende Nocken 20 sitzt auf einer federnden Unterlage 21, die sich gegen die
beiden starr miteinander verbundenen Joche 2 und ,4 abstützt. Dieses elastische
Zwischenglied ist deswegen eingeschaltet, weil die unteren Joche nach der Erfassung
des entstandenen Walzspaltes nach dem Anstich möglicherweise in eine andere Höhenlage
versetzt «-erden, wenn diese meist auch kaum um i mm von der voreingestellten abweichen
dürfte.
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Zur Einstellung der Unterjoche gemäß des sich -tatsächlich bildenden
Walzspaltes wird erfindungsgemäß eine Stange benutzt, deren oberes Ende 22 eingezeichnet
ist. Sie ist an geeigneter Stelle am unteren Ende des Walzgerüstes befestigt und
reicht bis zu dem Gerät hinauf, das oben auf dem Walzgerüst befestigt ist. Diese
Stange macht daher die elastischen Veränderungen im Walzgerüst nicht mit; ihr oberes
Ende bewegt sich demzufolge gegenüber der Oberkante des Gerüstes unter der Wirkung
des Walzdruckes nach unten. Da diese Bewegung alle elastischen Veränderungen zwischen
Oberkante und Unterkante des Gerüstes einschließt, ist die relative Bewegung des
oberen Endes der Stange 22 ein genügend genaues Maß für die Veränderung des Walzenabstandes
unter der Einwirkung des Walzdruckes.
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Die Übertragung der Bewegung des oberen Endes der Stange 22 auf den
Luftspalt der Magnetsysteme erfolgt beispielsweise auf folgende Art: Am oberen Ende
der Stange 22 ist eine Blattfeder 23 befestigt, die oben in einer ÜSe 24. geführt
wird, welche durch einen starken Magneten 25 um ein bestimmtes Maß nach links verschoben
werden kann. An der Feder 23 ist eine keilförmige Nase 26 angebracht. die in der
gezeichneten Stellung mit einem beiderseitigen Spiel von weniger als i mm zwischen
die Zinken einer Gabel ragt. deren Innenflanken genau den Keilflächen der Nase 26
entsprechen. Diese Gabel ist in einem Abstand an den unteren Jochen befestigt, der
sich aus dem Größenverhältnis der Spalte zwischen den Walzen und zwischen den Magnetjochen
im Bereich der Feinanstellung zwangsläufig ergibt.
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In der gezeichneten Stellung wird infolge des Spieles zwischen der
-Nase 26 und den Innenflanken der Zinken der Gabel 27 die Voreinstellung
der Unterjoche gemäß dem zu erwartenden Walzspalt zunächst nicht gehindert. Wenn
dann das Walzgut von den Walzen erfaßt «-orden ist und sich damit das obere Ende
der Stange 22 nach unten bewegt hat, schiebt der jetzt erregte Magnet 25 die Feder
23 nach links und damit die Nase 26 zwischen die Zinken der Gabel 27. Durch
die Keilflächen wird die Gabel genau in die Höhenlage der Nase gezwungen, und damit
werden die Unterjoche in die dem tatsächlichen Walzspalt entsprechende Höhenlage
gebracht, wenn die Voreinstellung nicht bereits dieser Lage entsprochen haben sollte.
Wurden sie durch die Voreinstellung zu hoch eingestellt, so können sie durch die
Stange 22 etwas nach unten gezogen werden, was dadurch ermöglicht wird, daß sich
der 'L\ocken 2o, wie bereits erwähnt, elastisch auf den Unterjochen abstützt. Standen
die Unterjoche durch die Voreinstellung zu tief, so können sie frei etwas nach oben
bewegt werden.
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Bei guter Voreinstellung wird die nachträgliche Veränderung der Höhenlage
der Unterjoche im allgemeinen nur wenige Zehntel eines Millimeters betragen, die
sich aber in der Veränderung des magnetischen Spaltes immerhin bemerkbar machen
würden, wenn dieser unter 2 mm herabgegangen sein sollte. Verändert sich während
des Stiches aus irgendeinem Grund der Walzspalt, so wird dies durch die zuletzt
beschriebene Einrichtung laufend auf das .Magnetsystem und damit auf die Korrekturspannung
übertragen. Die Rollgänge folgen damit also auch laufend diesen Veränderungen.
Wie
schon erwähnt, wird das beschriebene Gerät auf das Walzgerüst aufgesetzt, weil es
sehr schwierig wäre, die kleine Relativbewegung der Stange 22 genau genug an eine
andere Stelle zu übertragen, an der das Gerät geschützter untergebracht werden könnte.
Man führt daher das Gerät ziemlich robust aus und vermeidet zu kleine Luftspalte.
Wählt man diese beispielsweise, wie schon erwähnt, zwischen zo und z mm, was schon
mit Rücksicht auf den Betrag der elastischen Verformung des Walzgerüstes gegeben
erscheint, dann bekommen die Magnetsysteme mit Rücksicht auf die Kleinhaltung der
Streuung solche Abmessungen, 'daß an den Spulen Leistungen von zo bis 2,o Watt in
der rriaximal auftretenden Spannungsdifferenz zur Verfügung stehen. Diese Leistung
wird außerdem erfindungsgemäß angestrebt, um nach Umrichtung in Gleichstrom unmittelbar
damit einen Verstärkungsdynamo erregen zu können, dessen Ankerspannung zur Beeinflussung
der Felder der Umformer verwandt wird, welche die Rollenmotoren speisen.
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Es ergibt sich hiermit beispielsweise die in der Abb. 3 gezeichnete
Schaltung. 6 und 8 sind die Spulen der unteren Joche, welche über den Eisenwiderstand
28 von der Wechselstromquelle 29 erregt werden. Die Spulen 5 und 7 der oberen Joche
speisen mit gegeneinander gerichteter Spannung einen Gleichrichter 3o, dessen gleichgerichtete
Spannung auf die Erregerwicklung 31 eines an sich bekannten Verstärkungsgenerators
32 mit Ouerfeldachse einwirkt. Die an den Klemmen dieses Generators 33 und 34 zur
Verfügung stehende Leistung reicht bei genügender Reaktionsgeschwindigkeit im allgemeinen
aus, die Felder der Umformermotoren zu beeinflussen, welche die Rollenmotoren speisen.
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Gegenüber den bereits vorgeschlagenen Geräten hat das nach det Erfindung
neben den hervorgehobenen Vorteilen noch den des kontinuierlichen, also stufenlosen
Arbeitens. Es ist natürlich gleich gut geeignet zur Beeinflussung der Rollen zu
beiden Seiten des Walzgerüstes auch bei Antrieb derselben durch Gleichstrommotoren,
und zwar sowohl bei Einzelantrieb dieser Rollen als auch bei Zusammenfassung in
Gruppen.