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Antrieb von Pilgergerüsten Beim Pilgern' von Rohren werden an das
Walzgerüst und seine Antriebsglieder größere Anforderungen auf Überlastung gestellt
als bei irgendeinem anderen Walzverfahren. Beim Anstich des Rohres steigt bei jedem
Walzenumlauf die Belastung sehr schnell bis zum höchsten Wert, der im Bereich von
etwa i2o° Walzendrehung wieder bis zur völligen Entlastung abklingt, die bis zum
Einsetzen des nächsten Pilgerschlages nach vollendetem Walzenumlauf andauert. Man
kuppelt mit einem Antriebsmotor meist zwei Pilgergerüste und verdreht die Profile
von deren Walzen um i8o° gegeneinander, so daß zwei Belastungsstöße bei jedem Walzenumlauf
auf dem Motor erfolgen. Für Rohrdurchmesser zwischen 6oo und 5o mm ergeben sich
hierbei bei unmittelbar antreibendem Motor zwischen ein und zehn Belastungsstöße
in der Sekunde.
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Das Walzprogramm erfordert meist eine Einstellbarkeit der Antriebsdrehzahl
in den Grenzen von i zu 2, so daß zum Antrieb Gleichstrommotoren mit Motorgeneratorspeisung
als besonders geeignet erschienen und seit etwa 30 Jahren fast ausschließlich
verwendet wurden.
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Der gegen die Pilgerschläge relativ sehr empfindliche Geichstrommotor
mußte jedoch nach anfänglichen Schäden in seinen Ankerteilen wesentlich verstärkt
ausgeführt werden, bis er befriedigende Betriebsergebnisse erzielte.
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Trotz der vorsorglichen Sonderausführung des Motors würde man diese
Ergebnisse niemals erreicht haben können, wenn man nicht durch Zuhilfenahme
schwerer
Schwungräder dafür gesorgt -hätte, daß die Pilgerschläge nur in stark gemindertem
Grad auf den Motor einwirken konnten. Diese Schwungmassen mußten für den genannten
Zweck so groß bemessen werden, daß es irgendwo zuni Bruch kommen mußte, wenn zu
kalte Luppen angestochen oder diese zu weit vorgeschoben wurden. Trotzdem man mit
erheblichen Kosten das Gerüst und dessen Antriebsglieder so stark als möglich ausführte,
sind Brüche an `Falzen; Kupplungsmuffen, Kuppelspindeln u. dgl. an der Tagesordnung.
Diese Brüche können offenbar nur vermieden werden, wenn der Antrieb so beschaffen
wäre, daß er im Überlastungsfall nicht mit unbegrenzter Kraft durchzieht, was aber
nur dadurch zu erreichen wäre, daß er so bemessen würde, daß er unter der Wirkung
der hemmenden Kraft auf weniger als etwa 9o° Walzendrehung zum Stillstand käme.
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Würde ein üblicher Pilgerstraßenäntrieb für eine Leistung von i25okW
bei i2oUmdr./min mit einem Normalmoment von io mt und einem Abschaltnionient von
30 int innerhalb eines Winkels von go° Walzendrehung von i2o Umdr./min aus
zum Stillstand kommen, so würde bei einem Schwungmoment des Motorankers von i5o
tm2 und des Schwungrades von 65o tm2 dabei an seiner Welle ein Drehmoment von etwa
iooomt auftreten. Das ist also das3ofache des größtmöglichen Durchzugsmomentes des
Antriebsmotors.
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Es ist selbstverständlich, däß die Bauteile des Walzwerkes nicht für
eine solche Überbeanspruchung ausgeführt werden können. Aber auch der Pilgermotor
selbst würde die bei einem derartig schnellen Abbremsen auftretenden Verzögerungsbeanspruchungen
nicht ohne Schaden überwinden. Würde man bei diesem Antrieb das Schwungrad ganz
weglassen, so würde die Welle des Antriebs immerhin noch einen Drehmoment von etwa
dem Sechsfachen des größten Motormomentes beanspruchen, was die Bauteile des Wälzwerks
zur Not vielleicht zeitweilig vertragen könnten. Es würden aber gleichzeitig auch
die durch die einzelnenPilgerschläge im Motoranker entstehenden Verzögerungsbeanspruchungen
um etwa das Fünffache wachsen. Es wäre aber unmöglich, einen Gleichstromanker so
auszuführen, daß er diese dauernd wirksamen Beanspruchungen längere Zeit ohne Schaden
vertragen könnte. Aus. dieser Überlegung heraus ist es bisher bei den schweren Schwungmassen
geblieben; obwohl Forderungen zum mindesten auf deren Verringerung seitens der Erbauer
der Walzwerke immer wieder erhoben wurden.
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Gegenstand der Erfindung ist ein Antrieb von Pilgergerüsten, welcher
der Bedingung entspricht, däß er zum Stillstand kommt, bevor auftretende ungewöhnliche
Hemmkräfte so hoch ansteigen, daß sie zum Bruch von Bauteilen des Walzgerüstes oder
seiner Antriebsglieder führen würden. Wenn die zu diesem Zweck verwandten Mittel
auch als bekannt zu betrachten sind; so ist ihre Anwendung in diesem Zusammenhang
doch als neuartig anzusehen. Darüber hinaus erfahren diese Mittel zum Teil neuartige
Abwandlungen, welche in ihrer Auswirkung wesentliche Bestandteile der Gesamterfindung
darstellen: Während man bisher die Antriebe für Pilgergerüste mit einem möglichst
großen Schwungmoment ausrüstete, geht die Erfindung den umgekehrten \Ve@ und macht
die Schwungmassen so klein, wie sie technisch erreichbar sind: Wie aus den obigen
Darlegungen ohne weiteres geschlossen werden muß, scheidet der Gleichstrommotor
für solche Antriebe voll vornherein vollständig aus. Aber auch einen Drehstrommotor
mit Schleifringläufer, den man durch mechanisch von ihm unabhängige Hintermaschinen
in seiner Drehzahl regeln könnte, würde man kaum so ausführen können, däß die Isolierung
seiner Läuferwicklung den dauernd auftretenden Verzögerungsbeanspruchungen längere
Zeit standhalten würde.
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7?rfindungsgemäß wird daher zum Antrieb der Pilgergerüste unter Vermeidung
jeglicher zusätzlicher Schwungmasse ein Drehstrommotor mit Kurzschlußläufer verwandt,
dessen Stäbe nackt in den Läufernuten liegen. Die Regelung seiner Drehzahl erfolgt
durch Änderung der Frequenz des speisenden Drebstroms. Diese Regelart mag zunächst
teurer und auch unwirtschaftlicher erscheinen als die übliche von Gleichstrommotoren
oder von Drehstromniotören mit Hintermaschinen. Bei zweckentsprechender Ausnutzung
der sich mit der genannten Regelmethode für den besonderen Zweck bietenden Möglichkeiten
ergeben sich für den Pilgerbetrieb aber Vorteile, welche mit den vorgenannten Regelmethoden
nicht annähernd erreicht werden können.
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Ausgehend von der Annahme, daß die Bauteile des Pilgergerüstes und
seiner Antriebsglieder eine Beanspruchung vom Vierfachen des höchstmöglichen Drehmomentes
seines Antriebsmotors kurzzeitig schadlos aushalten, wird der Antriebsmotor erfindungsgemäß
mit einem solch kleinen Schwungtnoment ausgeführt, daß er unter der Wirkung eines
bremsenden Moments vorn Dreifachen seines Kippinomentes auf weniger als 9o° Walzendrehung
von seiner Leerlaufdrehzahl aus zum Stillstand kommt. Dabei wird außerdem die Annahme
gemacht, daß der Motor erst nach Ablauf der Abbremszeit von seiner Stromquelle abgeschaltet
wird, so daß also das Walzwerk in dieser Zeit mit dem Vierfachen des Motorkippmomentes
beansprucht wird, was es ausführungsgemäß schadlos aushalten sollte.
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Die Läufer der zur Zeit zur Verfügung stehenden Drehstrommotoren haben
bei weitem zu große Schwungmomente, als "daß sie dieser Forderung entsprechen könnten;
sie kommen für den vorliegenden Zweck daher nicht in Betracht. Unter Berücksichtigung
der für den vorliegenden Zweck geltenden Gesichtspunkte können jedoch Drehstrommotoren
mit den geforderten kleinen Schwungmomenten gebaut werden, wobei die aktive Eisenlänge
nur wenig kleiner ausfällt wie der Durchmesser des Läufers. So ist es beispielsweise
möglich, an Stelle des vorher betrachteten Gleichstrommotors mit einer Leistung
von i25o kW bei i2o Umdr./min mit einem Läuferschwungmoment von i50 tm2 einen Drehstrommotor
zu bauen, dessen Schwungmoment
nur 3o tm= beträgt, wobei dessen
Läuferdurchmesser noch unter 2 m liegt. Dieser Motor würde bei dem obengenannten
Bremsmoment vorn Dreifachen seilies Kippmomentes bereits auf 6o° Drehung zum Stillstand
kommen. Dabei ist der Aufwand an Eisen und Kupfer kleiner wie bei dem betrachteten
Gleichstrommotor, so daß er selbst als Sonderausführung billiger ausfallen wird
als dieser, der zwecks Erreichung der erforderlichen Standfestigkeit gegen die Einwirkung
der Pilgerschläge auch bereits als Sonderausführung angesehen werden muß.
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Die Motoren nach der Erfindung werden für eine svliclirone Drehzahl
ausgelegt, die bei unmittelbarer Speisung aus dem vorhandenen Drehstromnetz etwa
in der Mitte des Regelbereiches liegt, für den das anzutreibende Gerüst vorgesehen
ist. Wahrscheinlich wird man daher sehr oft mit der mittleren Geschwindigkeit pilgern
können, also mit unmittelbar aus dem Netz gespeisten Motor. Der Vollastwirkungsgrad
desselben liegt dabei je nach Größe und Drehzahl zwischen 92 und 95 0/p und damit
weit über dem des Gleichstrommotors mit seinem Umformersatz. Bei Beurteilung des
Gesamtwirkungsgrades der Gleichstromanlage darf nicht übersehen werden, daß der
Wirkungsgrad des Pilgermotors selbst durch die Reibungsverluste, welche das schwere
Schwungrad zur Folge hat, eine beachtliche Einbuße erfährt. Diese Verluste und die
im Umformer bei Leerlauf drücken insbesondere das zeitliche Mittel des Wirkungsgrades
nicht unwesentlich herab. Diesen Verlusten gegenüber sind die des leer laufenden
leichten Pilgermotors nach der Erfindung nur ein kleiner Bruchteil. Sie sind selbst
wesentlich kleiner wie bei einer Gleichstromanlage mit Speisung durch Gleichrichter
mit ihren dauernden Leerverlusten im Transformator und in den Drosselspulen.
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Der Vorteil des anderweitig unerreichbar hohen Wirkungsgrades ist
jedoch nicht der einzige, der in der Anordnung nach der Erfindung liegt, die Drellzahl
des Pilgermotors bei Netzspeisung in die Mittel des Regelbereiches zu legen. Sie
erweist sich auch dadurch als vorteilhaft, daß man beim Ausfall der Maschinen für
denRegelstrom zummindestenmitder mittleren Drehzahl eine Reihe von Rohrsorten pilgern
kann, die man im anderen Fall vielleicht mit etwas höherer oder niedrigerer Geschwindigkeit
gepilgert haben würde. Fällt demgegenüber beim Gleichstrompilgermotor die Umformereinr
ichtung aus und ist keine Reserve vorhanden, so müßte ein vollständiges Stilliegen
in Kauf genommen werden.
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Der Umstand, daß der Drehstrommotor mit Kurzschlußläufer nur durch
Veränderung der Speisefrequenz geregelt werden kann, mag zunächst als Nachteil des
Systems erscheinen. Man hat von dieser Regelmethode für Drehstrommotoren deswegen
bisher kaum Gebrauch gemacht, weil sie gegenüber der bei Gleichstrom- und Drehstrommotoren
üblichen meist unwirtschaftlicher ausfällt und weil auch die Gesamtkosten der Anlage
höher erschienen als bei anlagen der üblichen Regelart. Die mit der an sich vielleicht
als selbstverständlich zu bezeichnenden Methode der Regelart im Verein mit der besonderen
-=1.usbildung des Läufers des Pilgermotors in bezug auf die Eigenart des Pilgerbetriebes
erzielten Vorteile sind aber derart wesentlich, daß sie jeden Nachteil aufwiegen
würden, welcher dieser Regelmethode möglicherweise anhaften könnte.
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Der Drehzahlabfall des Pilgermotors bei steigender Last läßt sich
am kleinsten halten bei Verwendung eines Kurzschlußläufers und seiner Regelmethode.
Die Möglichkeit, im K.urzschlußläufer, besonders bei solchen höherer Polzahl, ein
Mehrfaches des Gesamtkupferquerschnitts unterzubringen wie im Ständer, wird erfindungsgemäß
so weit ausgenutzt, als es in Verfolgung des erstrebten Zwecks jeweils wirtschaftlich
tragbar erscheint; wobei meist so weit gegangen wird, daß die Ohmschen Verluste
im Läufer weniger als 1/3 der Ohmschen Verluste in der Ständerwicklung betragen.
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Der mit solchen Läufern erreichte, an sich schon ungewöhnlich kleine
Drehzahlabfall wird durch den Spannungsabfall in der Drehstromquelle kaufn noch
merklich vergrößert. Am stärksten tritt dies natürlich in Erscheinung, wenn der
Motor unmittelbar aus dem vorhandenen Drehstromnetz gespeist wird. `'Würde der Motor
beispielsweise bei konstant angenommener Netzspannung einen Vollastschlupf von t
% haben, so würde sich dieser auf nur 405 u/o vergrößern, wenn die Netzspannung
von Leerlauf auf Vollast um beispielsweise 5 % sinken würde. Da der Spannungsabfall
in den nachfolgend genannten Speisemaschinen wechselnder Frequenz im ungünstigsten
Fall 2o % kaum überschreitet, würde der Pilgermotor bis zur vollen Last nur um 1,2
% abfallen. Bei den üblichen Gleichstromantrieben beträgt demgegenüber der Anteil
der Dynamo an der Vergrößerung des Drehzahlabfalls bis zum Zehnfachen.
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Aus der Wechselwirkung zwischen dem nur beim Motor mit Kurzschlußläufer
erreichbaren niedrigen Drehzahlabfall und dessen geringer Beeinfiußbarkeit durch
die vorgeschalteten Regelmaschinen ergibt sich der mit keiner anderen Antriebsart
erreichbare kleine Drehzahlabfall, der es erst möglich macht, die Pilgerstraße unter
Mitwirkung kleinstmöglicher Schwungmassen zu betreiben.
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-Nachfolgend wird auf die angewandten Methoden der Regelung der Speisefrequenz
und ihre erfuldungsgemäße Anpassung an den vorliegenden "Zweck eingegangen.
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Bei ihrer Ausbildung ist zunächst zu berücksichtigen, daß die vom
Pilgermotor geforderte Leistung iiii ganzen Regelbereich annähernd unverändert bleibt.
Bei einem Regelbereich von r zu 2 rnuß also (las vom Motor zu entwickelnde Drehmoment
beim Lauf mit der kleinsten Drehzahl doppelt so groß sein wie beim Lauf mit der
größten. Diesem Drehniomentdrehzahlverhalten wird bei den nachbeschriebenen Regelmethoden
dadurch Rechnung getragen, daß die Spannung des Pilgermotors mit steigender Drehzahl
herabgesetzt wird, und zwar annähernd mit dem umgekehrten Wurzelwert der Drehzahlsteigerung:
Hierbei ergibt sich ein günstigerer Wirkungsgrad wie beim Gleichstrommotor, dessen
Feld iin allgemeinen verhältnisgleich ilmgekehrt
mit der Drehzahl
verringert wird. Gegenüber der bei Drehstrommötoren üblichen Betriebsart mit unverändert
bleibender Speisespannung wird so auch der Blindverbrauch mit fallendem Drehmoment
verringert, der andernfalls insbesondere bei sehr langsam laufenden Pilgermotoren
ein Mehrfaches des Wirkverbrauchs ausmachen könnte Zur Erzeugung des Drehstroms
netzfremder Frequenz. für den Pilgermotor wird ein Drehstromgenerator verwandt;
der von einem Gleichstrom-Motor angetrieben wird, der bei Speisung mit unveränderter
Ankerspannung im Feld im geforderten Bereich in der Drehzahl geregelt wird. Gleichzeitig
finit dem Feld dieses Motors wird erfindungsgemäß auch das Feld des Drehstromgenerators
in der oben beschriebenen Abhängigkeit mitgeregelt. Die beiden Maschinen des Motorgenerators
bekommen dabei etwa die gleiche Leistung wie die des Satzes zur Speisung eines Gleichstrompilgermotors.
Die Speisung des Umformermötors erfolgt zweckmäßigerweise über Gleichrichter vom
Drehstromnetz.
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Ein Vorzug der Speisung des Pilgermotors durch einen besonderen Drehstromgenerator
besteht darin, daß der Pilgermotor bei Überschreitung seines Kippmomentes nicht
durch einen Maximalschalter abgeschaltet zu werden braucht, daß er vielmehr durch
Unterbrechung des ungleich kleineren Erregerstroms des Drehstromgenerators spannungslos
gemacht werden kann. Dieser Maßnahme kommt beim Pilgerantrieb nach der Erfindung
eine ungleich größere Wichtigkeit zu, weil das Wesen derselben ja gerade darin besteht,
daß Brüche durch Überlastung durch rechtzeitiges Stehenbleiben des Antriebs vermieden
werden, mit dem ein Wirkungsloswerden des Motormomentes einhergeht.
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Die Nachteile der obigen Erzeugungsmethode ergeben sich aus der Notwendigkeit,
die gesamte vom Pilgermotor aufgenommene Energie zweimal umzuformen, wobei dies
in einem, Fall auf dem Umweg der Zwischenumformung in mechanische Energie geschehen
muß.
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Demgegenüber besteht der Vorteil der nachfolgend beschriebenen Erzeugungsart
darin, daß bei derselben der dem Netz entnommene Drehstrom konstanter Frequenz zum
größeren Teil transformatorisch in solchen wechselnder Frequenz umgeformt wird,
während der kleinere Teil den Umweg über mechanische Zwischenumformung geht.
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Die an sich bekannte Methode besteht darin, daß man den Drehstrom
des Netzes dem Ständer öder Läufer einer als Drehfeldmaschine bezeichneten Asynchronmaschine
zuführt und dem anderen Teil derselben Drehstrom entnimmt, dessen Frequenz und Spannung
eine Funktion der jeweiligen Drehzal-l dieser Maschine ist. Mit dieser Frequenz
wird der Pilgermotor gespeist.
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An Hand der Abb. i, welche als Beispiel die Schaltung einer nach den
Gesichtspunkten der Erfindung entworfenen Anlage darstellt, ist deren Arbeitsweise
erläutert. Der Pilgermotor i mit Kur zsehlußläiifer ist an die Schleifringe der
Drehfeldmaschine 2 angeschlossen, deren Ständerwicklung aus. dem Drehstromnetz 3
gespeist wird. Bei vierpoliger Ausführung derselben müßte deren Drehzahl zwischen
-1- 5oo und - 5oo Umdrehungen je Minute geregelt werden, wenn der Pilgermotor im
Bereich von 3313 und 662/3 Hertz gespeist werden sollte. Zu dem Zweck ist ihr Läufer
mit einer Gleichstrommaschine 4 gekuppelt;- die beim Lauf mit dem Drehfeld als Generator,
beim Lauf gegen dasselbe als Motor zu arbeiten hat. Ihre Leistung ist etwa 1/. der
des Pilgermotors i. Die Drehzahl wird natürlich nicht bis zum Stillstand herabreguliert,
wobei die Maschine nur als Transformator arbeiten, also 5o Hertz an ihren Schleifringen
abgeben würde. Erfindungsgemäß wird auch bei dieser Methode der Pilgermotor unmittelbar
aus dem Drehstromnetz gespeist, wenn er mit Drehzahlen laufen soll, die: Frequenzen
entsprechen, die in der Nähe von 5o Hertz liegen. Man wird daher die Drehzahl der
Gleichstrommaschine 4 kaum weiter als auf etwa 2o0/ o ihrer höchsten herabregeln,
entsprechend einer Speisefrequenz von etwa 46 bzw. 54 Hertz. Bei dem prozentual
großen Regelbereich wird. dieMaschine q. hei unverändert bleibendem Feld durch Änderung
der zugeführten Ankerspannung in der Drehzahl reguliert. Sie wird zu dem Zweck mit
einer Leonarddynamo 5 verbunden, die mit einer Asynchronmaschine 6 gekuppelt ist,
welche mit dem Drehstromnett 3 in Verbindung steht. Im Bereich oberhalb 5o Hertz
arbeitet diese Maschine als Motor und entnimmt zusätzlich Energie aus dem Netz;
unterhalb von 5o Hertz gibt sie als Asynchrongenerator elektrische Energie an das
Netz zurück.
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Trotzdem diese Erzeugungsanlage eine Maschine mehr aufweisen muß als
eine solche zur Speistnig eines Gleichstrompilgermotors, wird sie infolge der um
2/3 kleineren Leistung der Maschinen 4 bis 6 billiger als die letztere; wobei der
Drehstrompilger-Motor ebenfalls von erheblichem Einfluß ist. Für den Gesamtwirkungsgrad
der Anlage: ist zu beachten, daß bei den obengenannten Grenzfrequenzen der aufgenommenen
Netzleistung durch die Drehfeldmaschine transformatorisch mit einem Wirkungsgrad
von etwa. 95 0/0 übertragen werden, so daß die Umformung des größeren Teils der
Energie mit relativ sehr kleinen Verlusten erfolgt und der Gesamtwirkungsgrad daher
immer noch etwas höher als jener der üblichen Gleichstromanlagen ist.
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Die beschriebene Schaltung läßt sich ganz wesentlich vereinfachen
und verbilligen und in ihrem Wartungsbediirfnis dem bescheidenen des Pilgermotors
mit Kurzschlußläufer anpassen, wenn man an Stelle der feinstufigen Regelbarkeit
der Drehzahl eine mehr oder weniger grobstufige in Kauf nimmt.
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Abb. 2 zeigt die vereinfachte Schaltung nach der Erfindung als Beispiel.
Der Pilgermotor? wird vom Läufer der Drehfeldmaschine 8 gespeist, deren Ständerwicklung
am Drehstromnetz 9 liegt. Mit ihrem Läufer ist eine Asynchronmaschine io, zweckmäßigerweise
mit Kurzschlußläufer, gekuppelt. Durch diese Maschine wird der Drehfeldmaschine
ein Lauf mit verschiedenen Drehzahlen in beiden Richtungen zu ihrem Drehfeld aufgezwungen.
Die verschiedenen Drehzahlen der stets synchron laufenden Maschine io werden einmal
dadurch erzielt, daß
man sie mit zwei verschiedenen Polzahlen ausführt
und diese wechselnd anschließt, wobei dieser Anschluß andererseits einmal an das
speisende Drehstromnetz .erfolgt, wie in Abb. 2 gezeichnet, oder parallel zum Pilgermotor,
wie in Abb. 3 dargestellt.
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Durch Verwendung verschiedener Polzahlen kann man bedarfsgemäß verschiedene
Abstufungen in der erzeugten Frequenz erreichen. Als Beispiel mögen diese für den
Fall genannt sein, daß die Drehfeldmaschine 8 mit zwei Polen und die Asynchronmaschine
1o mit den Polzahlen 6 und 12 ausgeführt wären. Bei den hiermit erzielbaren Leerlaufdrehzahlen
des Umformersatzes würden die genannten Frequenzen bei Leerlauf zur Verfügung stehen.
| Drehzahl des Satzes -I- 1000 -f- 750 -I- 500 -h 428 |
| Frequenz . 331I3 3712 q-12/3 425/6 |
| Drehzahl des Satzes -50o -6oo-iooo-iSoo |
| Frequenz . . . . 581/3 6o 662/3 75 |
Unter Mitausnutzung der erreichbar höchsten Frequenz von 75 ergibt sich damit ein
Frequenzbereich von 1 :2,25. Sieht man von den Frequenzen q.12/3 und 6o als zu nahe
bei der nächsthöheren bzw. -niedrigeren liegend ab, so würde mit den übrigen unter
Mitheranziehung derNetzfrequenz 5o eine Steigerung der Drehzahl des Pilgermotors
von 13 bis 17 0/0 von Stufe zu Stufe möglich sein, was für die meisten Fälle der
Praxis zweifellos feinstufig genug erscheint.
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An Stelle der polumschaltbaren Maschinen 1o bzw. 13 können auch zwei
getrennte Maschinen mit nur einer Ständerwicklung der entsprechenden Polzahl verwandt
werden. Macht man eine derselben wieder polumschaltbar, so läßt sich damit die Stufenzahl
weiter um die Hälfte vermehren, womit wohl auch verwöhnteren Ansprüchen bezüglich
der Feinstufigkeit genügend Rechnung getragen werden kann.
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Die Leistung der Asynchronmaschine 1o bzw. 13 entspricht jener der
Gleichstrommaschine 4 in der Schaltung der Abb. 1; sie muß also bei jeder der beiden
Polzahlen 1/3 der Leistung des Pilgermotors sein. DementsprechendistauchderGesamtwirkungsgrad
der Erzeugeranlage relativ hoch und wird mit etwa 93 0/0 von keiner anderen Umformerart
erreicht. Desgleichen ist auch der Verbrauch bei Leerlauf kleiner wie bei irgendeiner
der bisher bekannten Erzeugungsanlagen wechselnder Frequenz.
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Es wurde bereits bei Betrachtung der Speisung des Pilgermotors durch
einen Synchrongenerator dargetan, daß es in bezug auf Verluste und Blindverbrauch
desPilgermotors ratsam ist, dessen Spannung mit dem umgekehrten Wurzelwert der steigenden
Speisefrequenz herabzusetzen. Dieser Forderung wird bei Verwendung einer Drehfeldmaschine
insoweit Rechnung getragen, als man den Fluß des Pilgermotors in drei Stufen verändert,
die ungefähr der genannten Gesetzmäßigkeit entsprechen. Dies wird erfindungsgemäß
dadurch erreicht, daß man beispielsweise die Läuferwicklung der Drehfeldmaschine
mit einer um etwa 1o 0/6 größeren Windungszahl ausführt wie die Ständerwicklung.
Im Bereich unterhalb 5o Hertz wird die Ständerwicklung an das Drehstromnetz angeschlossen.
Die in der Läuferwicklung dabei erzeugte Spannung ist dann relativ um etwa.io 0/0
höher als die Spannung des Drehstromnetzes, mit welcher der Pilgermotor mit 5o Hertz
unmittelbar betrieben wird. Im Bereich oberhalb 50 Hertz wird die Läuferwicklung
mit dem Drehstromnetz 14 verbunden, wie es die Abb. 3 zeigt, und der Pilgermotor
11 steht mit der Ständerwicklung der Drehfeldmaschine 12 in Verbindung. Die Spannung
am Pilgermotor ist hierbei relativ um 1o 0/0 kleiner wie beim Betrieb dieses Motors
mit 5o Hertz unmittelbar vom Netz und um etwa 18 0/0 kleiner wie beim Arbeiten unterhalb
der Netzfrequenz.
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Mit Rücksicht auf die Isolationsfestigkeit der Läuferwicklung der
Drehfeldmaschine ist es geraten, diese für keine höhere Spannung auszuführen als
etwa 2ooo Volt. Dies hat aber zur Folge, daß man auch den Pilgermotor bei unmittelbarer
Speisung aus dem Drehstromnetz mit keiner höheren Spannung betreiben kann, was bei
großen Motorleistungen unerwünscht sein kann. Die Ständerwicklung desselben kann
in solchem Fall erfindungsgemäß auf die vorhandene höhere Netzspannung umschaltbar
eingerichtet werden, was natürlich entsprechende Trennumschalter für spannungsloses
Schalten erforderlich macht.
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Diese Umschaltung kann vermieden werden, wenn man die beschriebene
Drehfeldmaschine erfindungsgemäß durch zwei miteinander gekuppelte Drehfeldmaschinen
ersetzt, deren Läuferwicklungen unmittelbar miteinander verbunden werden, so daß
Schleifringe nicht verwandt zu werden brauchen. Die Spannung für die Läuferwicklungen
kann dann frei zweckentsprechend gewählt werden. Wird die Ständerwicklung der einen
Maschine vom Drehstromnetz hoher Spannung gespeist, so kann der Ständerwicklung
der anderen Maschine Drehstrom entsprechend hoher Spannung entnommen werden, dessen
Frequenz und Spannung mit der Drehzahl des Satzes genau so wechselt wie bei einer
einfachen Drehfeldmaschine, wobei wegen der bestehenden Kaskadenschaltung für die
Drehzahl des Maschinensatzes die Summe der Polzahlen beider Drehfeldmaschinen zur
Auswirkung kommt.
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Gegenstand der Erfindung ist zuletzt noch die Speisung des Pilgermotors
unmittelbar durch eitlen Wechselrichter aus dem Drehstromnetz konstanter Frequenz.
Im gegenwärtigen Entwicklungsstadium dieser Richterart kann über den Wirkungsgrad,
die Anschaffungskosten, die Betriebssicherheit und das Wartungsbedürfnis gegenüber
den genannten anderen Umformungsmethoden wenig ausgesagt werden.
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Mit den Mitteln der Erfindung wird beim Pilgerbetrieb zum erstenmal
die Beanspruchung der Bauteile des Gerüstes und seiner Antriebsglieder auf eine
im voraus festgelegte Größe begrenzt. Bei den bisherigen Antrieben mit großen Schwungmassen
konnte diese Beanspruchung eine Größe annehmen, der das Walzwerk oftmals nicht gewachsen
war. Und selbst wenn es meistens nicht zum Bruch kam, war der Verschleiß unter Wirkung
dieser überiyeanspruchung
doch ein nicht kleiner. Man war jedenfalls
gezwungen; Gerüst, Walzen und Antriebsglieder für .Beanspruchungen zu bemessen,
die beträchtlich über jener lag, auf welche sie mit den Mitteln der Erfindung sicher
begrenzt werden können. Hierdurch tritt gegenüber den früheren Ausführungen eine
nicht unwesentliche Verbilligung des Walzwerks ein.
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Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, daß der Raumbedarf
des Antriebs in axialer Richtung nicht unbeträchtlich kleiner ausfällt wie bei Gleichstromantrieben
mit Schwungrad auf der Motorwelle. Denn der im aktiven Eisen an sich wohl wesentlich
breitere Drehstrommotor wird kaum länger als der Gleichstrommotor mit seinem Kömmutator,
so daß der Raum ganz gewonnen wird, den das Schwungrad in Anspruch nahm, das bei
seinem großen Gewicht auch Lager erforderlich machte, die fast doppelt so lang sind,
als sie für den leichten Läufer des Pilgermotors ,fach der Erfindung verwandt werden
können.
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Die bei den bisher verwandten großen Schwungmassen auftretenden unkontrollierbaren
Beanspruchungen haben von Anfang an dazu geführt, daß plan - selbst bei ganz langsam
laufenden Walzgerüsten Übersetzungsgetriebe zwischen diesen und dem Antriebsmotor
vermieden hat. Durch die Begrenzung des Höchstdrehmomentes mit den Mitteln der Erfindung
wird man jedoch in die Lage versetzt, auch an dieser Stelle heute Übersetzungsgetriebe
anzuwenden, wodurch insbesondere bei langsam laufenden Pilgergerüsten eine weitere
Verbilligung der Anlage erwartet werden kann.
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Ähnliche Belastungsverhältnisse wie bei Pilgergerüsten liegen auch
bei gewissen Blechwalzgerüsten vor, wenn dort auch die schlagartigen Belastungsstöße
nicht die schnelle Folge haben. Man verwendet auch dort große Schwungmassen, die
aber im wesentlichen der Unterstützung des Motors dienen. Man hat die Schwungmassen
früher auf die langsam laufende Achse des Walzgerüstes gesetzt, wobei man gezwungen
war; das Walzgerüst durch eine Kupplung mit Bruchgliedern vor Über lastüng zu schützen.
Ein solcher Schutz wurde noch unvernieidbarer; als man dazu überging, die Srhwünginassen
des übersetzt antreibenden Motors auf dessen schnell laufende Welle zu setzen und
gleichzeitig noch weiter zu verstärken. Die Erfindung schließt auch die sinngemäße
Anwendung ihrer Mittel auf Antriebe der genannten Art ein, welche damit bruchsicher
gemacht werden können, so daß das zeitraubende Auswechseln von Bruchgliedern entbehrt
werden kann.