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Einrichtung zur Uberwachung von elektromotorisch angetriebenen Wickelvorrichtungen
Bei Arbeitsmaschinen, bei denen das zu bearbeitende NIaterial von besonderen Wickelvorrichtungen
aufgewickelt bzw. vor der eigentlichen Bearbeitung von einer entsprechenden Vorrichtung
abgewickelt werden muß, wie z. B. bei Blechwalzwerken, Ziehmaschinen u. dgl., muß
besonders darauf geachtet werden, daß die auf das Wickelgut ausgeübte Zugspannung
möglichst konstant gehalten wird. Wenn diese Bedingung nicht erfüllt wird, treten
Schwankungen in der für das jeweilige Wickelgut eingestellten Zugspannung auf, die
einen unregelmäßigen Arbeitsablauf nach sich ziehen, was zur Folge hat, daß das
Wickelgut aus seiner Bahn läuft oder im Falle erhöhter Zugspannung reißt. Auf alle
Fälle wird aber die angestrebte gleichmäßig feste Aufwicklung des Materials nicht
erzielt. Bei Kaltwalzwerken kommt noch hinzu, daß sich ein Nachlassen der Zugspannung
besonders ungünstig bemerkbar macht, da in diesem Fall die aufzubringende Walzleistung
bedeutend ansteigt.
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Es sind nun schon verschiedene Maßnahmen getroffen und Mittel angewendet
worden, mit deren Hilfe die Zugspannung des auf- bzw. abzuwickelnden Materials konstant
gehalten werden kann. Diese bestehen beispielsweise in der Verwendung von Rutschkupplungen
an den Wickelvorrichtungen oder in regeltechnischer Beeinflussung der Antriebsmotoren
der Wickelvorrichtung. Eine besonders einfache und günstige Lösung besteht darin,
daß ein gleichmäßiger Zug auf das Wickelgut durch Anwendung elektrischer Drehmomentmeßdosen
sichergestellt wird, die unmittelbar in die Antriebswellen der Wickelvorrichtungen
oder Wickelrollen eingebaut sind.
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Wenn diese Regelvorrichtungen auch im allgemeinen zufriedenstellend
arbeiten, so bleibt es do'ch nicht aus,
daß das Wickelgut gelegentlich
reißt. Dies kommt beispielsweise dann vor, wenn das Wickelgut Materialfehler aufweist,
die auch bei konstanter Zugspannung zu einer Zerstörung des Materials führen können.
Man sieht also, daß die Konstanthaltung der Zugspannung allein nicht ausreicht,
um einen einwandfreien Betrieb derartiger Anlagen sicherzustellen, da ein Reißen
des Materials zu größeren Betriebsstörungen Anlaß gibt, wenn der Bedienungsmann
der Anlage nicht sofort die Antriebe der Arbeitsmaschine und der Wickelvorrichtungen
abschaltet. Reißt beispielsweise das Wickelgut zwischen den Walzen und der Aufwickelvorrichtung
bzw. Aufhaspel, so fehlt die Kontrolle der Arbeitsgeschwindigkeiten auf Grund der
sonst bestehenden konstanten Zugspannung auf das Wickelgut, mit der Wirkung, daß
sich die Aufhaspel in unzulässiger Weise beschleunigt und die Abwickelvorrichtung
bzw. Abhaspel das Wickelgut weiter zu den Walzen transportiert. Dies führt zur Zerstörung
des zu bearbeitenden und frei auslaufenden Materials. Es ist daher bei solchen Arbeitsmaschinen,
bei denen das Arbeitsgut unter dem Einfluß von Auf- und Abwickelvorrichtungen steht,
anzustreben, daß die Antriebe selbsttätig abgeschaltet werden, sobald das Wickelgut
reißt.
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Die einfachste, aber konstruktiv und walztechnisch umständlichste
Lösung dieser Aufgabe würde beispielsweise in der Anwendung von Führerrollen bestehen,
die von dem Arbeitsgut, z. B. Blechband, selbst in einer bestimmten Lage gehalten
werden und die beim Reißen des Wickelgutes durch Verändern ihrer Lage eine Abschaltvorrichtung
der Haupt- und Wickelantriebe betätigen. Weiterhin könnte man auch daran denken,
die Abschaltung der Antriebe auf Grund des durch den Bandzug in den Lagerstellen
der Wickelrollen ausgeübten Druckes zu bewerkstelligen, was jedoch konstruktiv umständliche
und kostspielige Lagerausführungen verlangen würde. Eine weitere Möglichkeit besteht
darin, daß das Reißen des Wickelgutes mittels einer Lichtschranke überwacht wird,
die eine Abschaltung der Antriebe veranlaßt, sobald zwischen der eigentlichen Bearbeitungsvorrichtung,
also beispielsweise den Walzen, und den Wickelvorrichtungen eine Lücke entsteht.
Auf der Seite der Aufhaspel wäre dies mit einiger Sicherheit durchzuführen, bei
der Abwickelvorrichtung dagegen nicht. Auf dieser Seite läuft nämlich beim Reißen
des Gutes dasselbe zunächst in der alten Richtung weiter, so daß, falls das Reißen
unmittelbar vor den Walzen eintritt, der Lichtstrahl trotzdem unterbrochen bleiben
würde.
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Außerdem wäre es schwierig, anzugeben, an welcher Stelle zwischen
Walze und Haspel die Lichtschranke eingefügt werden müßte, um eine einwandfreie
Überwachung zu erzielen.
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Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung zu
schaffen, mit deren Hilfe die Antriebe beim Reißen des Wickelgutes'selbsttätig abgeschaltet
werden, ohne daß die Mängel der zuvor beschriebenen Einrichtung in Kauf genommen
werden müssen. Die Erfindung geht dabei von der Tatsache aus, daß bei derartigen
Arbeitsmaschinen sowohl die Haupt an triebsmotoren als auch die Haspelmaschinen
in den meisten Fällen mit Drehzahlgebern bzw. Stabilisatoren zur Drehzahlmessung
bzw. zur Beeinflussung der Motordrehzahlen ausgerüstet sind und daß weiterhin Abtastvorrichtungen
an den Wickelrollen angebracht sind, die die Drehzahlen der Wickelrollen in Abhängigkeit
von dem jeweiligen Bunddurchmesser regeln. Bei Bandwalzen, auf die sich die Erfindung
in erster Linie bezieht, sind durchweg sogenannte Banddickemeß vorrichtungen vorgesehen,
die die Dicke des Wickelgutes überwachen und eine Zu- und Abstellung der Walzen
in Abhängigkeit von der Materialdicke bewirken. Weiterhin geht die Erfindung davon
aus, daß die ebengenannten Regeleinrichtungen beim Reißen des Wickelgutes versuchen,
den ursprünglich eingestellten Zug auf das Wickelgut wiederherzustellen, was zur
Folge hat, daß die Drehzahl beim Aufhaspeln zunimmt, beim Abhaspeln dagegen abnimmt
und unter Umständen in den negativen Bereich übergeht.
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Ausgehend von diesen Verhältnissen wird gemäß der Erfindung beim
Reißen des Wickelgutes eine selbsttätige Abschaltung der Antriebe dadurch sichergestellt,
daß die sowieso vorhandenen Drehzahlgeber der Wikkelvorrichtung in Vergleichsschaltung
gegeneinander geschaltet werden und der beim Reißen des Wickelgutes sich im Vergleichskreis
aus dem Drehzahlunterschied der beiden Wickelrollen ergebende Spannungsunterschied
zur Abschaltung der Antriebe herangezogen wird. Als Abschaltvorrichtung kann ohne
weiteres ein Spannungsrelais verwendet werden, das bei einer ganz bestimmten konstanten
Spannung im Vergleichskreis anspricht und die Antriebe stillsetzt.
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Im folgenden wird die Erfindung an Hand der Abb. I bis 3 näher erläutert,
wobei gleichzeitig weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung beschrieben
werden.
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In Abb. list als Ausführungsbeispiel ein Blechwalzwerk in schematischer
Darstellung gezeichnet. Mit a ist der Antriebsmotor der Walzen b1 und b2 bezeichnet,
c1 und c2 sind die Haspelmotoren, die beispielsweise zusammen mit dem Walzmotor
a von einem gemeinsamen, nicht dargestellten Leonardumformer gespeist sein können.
Mit den Motoren a, c1 und c2 sind unmittelbar die Drehzahlgeber d, e1 und e2 gekuppelt.
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Wie die verschiedene Dicke des Wickelgutes f vor und hinter den Walzen
zeigt, wird bei dem in der Abbildung dargestellten Betriebszustand gerade von links
nach rechts gewalzt, so daß also das Wickelgut f von der Wickelrolleg, abgewickelt,
zwischen den Walzen, und b2 ausgewalzt und anschließend von der Wickelrolle g2 aufgewickelt
wird. Gemäß der Erfindung sind, wie die Abb. 1 ohne weiteres zeigt, die Drehzahlgeber
ei und e2 in einem elektrischen Vergleichskreis gegeneinandergeschaltet, so daß
bei einer bestimmten Abweichung der Drehzahlen der Wickelmotoren und der sich daraus
ergebenden Differenzspannung im Vergleichskreis das Relais h anspricht. Das Relais
h wird in bekannter Weise einmal von einer mit i bezeichneten konstanten Spannung
erregt und andererseits von der Differenzspannung der beiden Drehzahlgeber ei und
e.
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Erreicht diese Differenzspannung einen bestimmten konstanten Wert,
auf den das Relais eingestellt ist, so öffnet dessen Kontakt hl, der in allgemein
bekannter und daher nicht dargestellter Weise die Antriebsmotoren a, c1 und c2 abschaltet.
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Es muß an dieser Stelle noch erwähnt werden, daß
bereits
im normalen Betrieb wesentliche Drehzahldifferenzen zwischen den Wickelmotoren c1
und c2 bestehen, die einmal durch den unterschiedlichen Bunddurchmesser der Wickelrollen
g1 und g2 während des Betriebes und andererseits durch die unterschiedliche Dicke
des Wickelgutesf vor und hinter den Walzen b und b2 bedingt sind. Diese betriebsmäßigen
Drehzahlunterschiede beider Haspeln können gelegentlich sehr erheblich sein. Nimmt
man beispielsweise eine Stichabnahme von einem Drittel der ursprünglichen Banddicke
des Materialsf an, so wird das Wickelgut auf der Aufhaspelseite ebenfalls um ein
Drittel seiner ursprünglichen Länge länger, was auch eine gleichzeitige Erhöhung
der Aufhaspeldrehzahl um denselben Prozentsatz erforderlich macht. D. h. aber, daß
bereits während des normalen Betriebes in dem Vergleichskreis zwischen den Drehzahlgebern
e1 und e2 Differenzspannungen auftreten, deren Größe von dem jeweiligen Verhältnis
der Bunddurchmesser der Rollen g1 und g2 sowie der Stichabnahme des Wickelgutes
an den Walzen abhängt. Um nun sicherzustellen, daß diese betriebsmäßigen Drehzahl-
und damit Spannungsdifferenzen nicht zu einer ungewollten Abschaltung der Antriebe
führen, die nur im Falle des Reißens des Wickelgutes wirksam werden soll, sind in
weiterer Ausgestaltung der Erfindung die Regel- bzw. Meßeinrichtungen zur Regelung
bzw. Messung der Drehzahlen abhängig vom Bunddurchmesser der Rollen g1 und g2 sowie
in Abhängigkeit von der Banddicke korrigierend in den Vergleichskreis der Drehzahlgeber
e1 und e2 eingeführt. Zu diesem Zweck sind in den Vergleichskreis Widerstände i1
und i2 eingefügt, deren Schleifer, wie in der Abb. I gestrichelt angedeutet ist,
in Abhängigkeit von den Abtastrollen m1 und m2 sowie den Banddickemeßeinrichtungen
n1 und n2 verstellt werden. Diese Einrichtungen an sich sind in Abb. I nur schematisch
angedeutet, da ihre Wirkungsweise allgemein bekannt ist. Mittels der Abtastrollen
m1 und m2 wird der Durchmesser der Wickelrollen g1 und g2 abgetastet und diese Abtastung
zur Verstellung der Drehzahlen in Abhängigkeit von den Bunddurchmessern geregelt.
Die Banddickemeßeinrichtungen n1 und n2, die bei o ebenfalls nur schematisch angedeutet
sind, bestehen entweder nur in Meßinstrumenten, die die jeweilige Banddicke vor
und hinter den Walzen anzeigen und bei Ungleichmäßigkeiten den Bedienungsmann veranlassen,
die Zustellung der Walzen zu verändern; die Verstellung der Walzen kann aber auch
in bekannter Weise selbsttätig in Abhängigkeit dieser Banddickemeßeinrichtung vor
sich gehen. Wie erwähnt, werden diese betriebsmäßig bedingten Drehzahlunterschiede
und damit Spannungsdifferenzen im Vergleichskreis dadurch für die Abschaltung unwirksam
gemacht, daß über die mit diesen Regeleinrichtungen gekuppelten Schleifer kl und
k2 der Widerstände i1 und i2 mehr oder weniger Widerstand in den Vergleichskreis
eingeschaltet wird.
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Diese Einrichtung zeichnet sich durch eine sehr genaue Wirkungsweise
aus. Es könnte ihr lediglich entgegengehalten werden, daß sie für den verhältnismäßig
nicht allzuoft vorkommenden Fall des Reißens des Wickelgutes einen großen Aufwand
bedingt, der vornehmlich durch die korrigierende Einführung der Bunddurchmesserabtastvorrichtungen
und Banddickemeßeinrichtungen erforderlich ist.
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In weiterer Ausbildung der Erfindung kann auch dieser Mangel beseitigt
werden, indem nur die beiden Spannungen der Drehzahlgeber verglichen werden und
dafür gesorgt wird, daß die Abschalteinrichtung nur dann anspricht, wenn der Drehzahlunterschied
einen bestimmten höheren Prozentsatz übersteigt, der dann selbstverständlich über
dem durch die Änderung des Bunddurchmessers und die Änderung durch die Abnahme der
Dicke des Wickelgutes notwendigen Prozentsatz liegen muß. Da andererseits das Überwachungsrelais
bei einem bestimmten absoluten Wert anspricht, die Abschaltung aber erst bei einer
bestimmten prozeptualen Änderung der Drehzahlen erfolgen soll, wird in den Vergleichskreis
ein Widerstand eingefügt, der mit dem Drehzahlregler des Walzenantriebes verstellbar
ist und dafür sorgt, daß das Überwachungsgerät trotz der prozentualen Spannungsänderung
immer nur die gleiche absolute Ansprechspannung erhält. Eine derartige Einrichtung
wird in der Technik als Prozentdifferentialeinrichtung bezeichnet. Eine solche Einrichtung
ist in Abb. 2 schematisch dargestellt, wobei gegenüber Abb. 1 alle für die Erfindung
nicht erforderlichen Teile weggelassen sind. Mit el und e2 sind wiederum die Drehzahlgeber
der beiden Wickelmotoren bezeichnet, die in entsprechender Weise in einem Vergleichskreis
gegeneinandergeschaltet sind. In diesem Vergleichskreis liegt das Relais h, das
bei einer bestimmten konstanten Differenzspannung anspricht und über seinen Kontakt
hl die Antriebe stillsetzt. Um dafür zu sorgen, daß die prozentuale Drehzahldifferenz,
die sich ja in Abhängigkeit von den jeweiligen Betriebsdrehzahlen durch einen stets
sich ändernden Spannungsunterschied im Vergleichskreis auswirken würde, für die
Abschaltung unwirksam wird, ist in dem Vergleichskreis der Einstellwiderstandp eingeschaltet,
dessen Schleifer mit dem Drehzahlregler der Anlage gekuppelt ist und so beeinflußt
wird, daß in Abhängigkeit von der Höhe der Betriebsdrehzahlen mehr oder weniger
Widerstand in den Vergleichskreis eingeschaltet wird, so daß das Überwachungsgerät
h stets nur die gleiche Differenzspannung erhält. Auf diese Weise wird sichergestellt,
daß das Relais h wiederum erst beim Reißen des Wikkelgutes unter den Einfluß seiner
Ansprechspannung gerät.
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Wie schon ein Vergleich der beiden Abb. I und 2 zeigt, zeichnet sich
die nach Abb. 2 weitergebildete Überwachungseinrichtung durch eine wesentliche Vereinfachung
aus. Diese Vereinfachung wird allerdings dadurch erkauft, daß die Ansprechgenauigkelt
vermindert wird, mit anderen Worten, daß die Abschaltung erst dann erfolgt, wenn
im Falle des Reißens des Wickelgutes die Aufwickelvorrichtung eine Drehzahl angenommen
hat, die eine der Ansprechspannung des Relais entsprechende Differenzspannung im
Vergleichskreis erzeugt. Dazu kommt, daß ein Widerstand verwendet werden muß, der
im Verhältnis zur Leistung des Überwachungsgerätes ein Mehrfaches dieser Leistung
in Wärme umsetzt, was wiederum zur Folge hat, daß die Drehzahlgeber unnötig groß
ausgeführt werden müssen. Letzteres stimmt allerdings nur dann,
wenn
die Erregerfelder der Drehzahlgeber nicht geändert werden können, also z. B. dann,
wenn dieselben mit Dauermagneten ausgerüstet sind oder weil gleichzeitig Drehzahlmeßgeräte
angeschlossen sind, deren Anzeige dann nicht mehr richtig wäre.
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Aber auch dieser Mangel kann in Weiterbildung der Erfindung vermieden
werden. Zu diesem Zweck ist entsprechend der Abb. 3 in den Vergleichskreis der beiden
Drehzahlgeber el und e2 eine Teilspannung des Drehzahlgebers d des Walzenantriebes
eingeführt, und zwar so, daß sie der Differenzspannung im Vergleichskreis, die sich
aus den normalen Betriebsverhältnissen ergibt, immer entgegenwirkt. Es ist dabei
gleichzeitig dafür gesorgt, daß diese Teilspannung durch die Verstellung des gemeinsamen
Drehzahlreglers so verändert wird, daß ein Ansprechen des Überwachungsgerätes nicht
auf absolute Spannungsänderungen, sondern auf prozentuale Spannungsänderungen zurückzuführen
ist. Bei dieser Einrichtung nach Abb. 3 ist allerdings noch zu berücksichtigen,
daß die Richtung der Differenzspannung im Vergleichskreis verschieden sein kann,
je nachdem ob gerade die Drehzahl des linken bzw. die des rechten Haspels überwiegt.
Es müssen daher bei dieser Schaltung noch Mittel zur Anwendung kommen, die bei der
Umkehr der Differenzspannung hinsichtlich ihrer Richtung die Richtung der eingeführten
Teilspannung so festlegen, daß letztere kompensierend einwirkt. Diese Mittel bestehen
in weiterer Ausbildung der Erfindung beispielsweise in zwei Sperrventilenq und r,
die gegenüber einem Mittelabgriff s eines Spannungsteiles t des Drehzahlgebers d
vom Walzmotor festlegen, welche Seite des Spannungsteilers richtungsmäßig für die
Einfügung der Teilspannung freigegeben werden muß.
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Nimmt man beispielsweise an, daß entsprechend der Abb. I gerade von
links nach rechts gewalzt wird, wobei schon durch die Längenänderung des Wickelgutes
die Drehzahl der Aufwickelvorrichtung g2 überwiegen muß, so tritt im Vergleichskreis
eine Differenzspannung auf, die entsprechend der Pfeilrichtung in der Abb. 3 (ausgezogener
Pfeil) von e2 nach ei gerichtet ist. Die von der Betriebsdrehzahl abhängige Hilfsspannung
hat dann bei der gezeichneten Stellung des Umschalters u am Drehzahlgeber d und
unter Berücksichtigung der an den Drehzahlgebern d, el und es eingetragenen Polaritäten
im Spannungsteiler t die gleiche Richtung (gestrichelter Pfeil) wie die Differenzspannung
im Vergleichskreis. Somit ist die Richtung der Hilfsspannung wie folgt: von d (+)
über t, s, e2, ei, q und zurück nach d (-). Im Sinne der Erfindung ist die Hilfsspannung
also der Differenzspannung im Vergleichskreis entgegengerichtet und kann somit abhängig
von der jeweiligen Drehzahl des Walzenantriebes kompensierend auf die Differenzspannung
einwirken.
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Allen diesen Lösungen gemäß der Erfindurrg ist gemeinsam, daß ein
Widerstand erforderlich ist, dessen Abgriffe in Abhängigkeit von der Geschwindigkeit
des Wickelgutes verstellt werden müssen. In weiterer Ausbildung kann auch dieser
Widerstand noch entbehrlich gemacht werden, indem die im Vergleichskreis abzudrosselnde
Spannung unter Zuhilfenahme einer kleinen Gleichstrommaschine kompensiert wird,
die vom Walzmotor angetrieben wird und deren Erregerfelder so ausgelegt werden,
daß sich die Spannungskennlinie dieser Gleichstrommaschine möglichst eng an die
Charakteristik der abzudrosselnden Spannung in Abhängigkeit von der Betriebsdrehzahl
anschmiegt. Die geringen Unterschiede, durch die beide Charakteristiken naturgemäß
voneinander abweichen, können im praktischen Betrieb ohne weiteres in Kauf genommen
werden, da eine übermäßige Genauigkeit ohnehin nicht erforderlich ist und bewußt
darauf verzichtet werden kann, daß in den unteren Drehzahlbereichen, z. B. 25 bis
30 °/0 der Höchstdrehzahl, das Ansprechen der Einrichtung mit derselben Genauigkeit
erfolgt wie im oberen Drehzahlbereich.
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Abschließend sei noch erwähnt, daß die Gleichstrommaschine nicht
zusätzlich zu dem Drehzahlgeber vorhanden sein muß. Durch entsprechende Eichung
des anzuschließenden Drehzahlmessers kann die Gleichstrommaschine auch zur Drehzahlmessung
herangezogen werden, so daß kein nennenswerter Mehraufwand erforderlich ist.