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Selbsttätige elektrische Steuerung einer Walz- und Schweißmaschine
zur Erzeugung mehrschichtiger Rohre Gegenstand des Patents 886 945 ist eine Walz-und
Schweißmaschine, wonach mit deren Hilfe in ununterbrochenem Arbeitsgang mehrschichtige
Rohre hergestellt werden, ,die aus einem die Hauptmasse :bildenden Grundmetall und
einem der Verbindung und dem Überziehen dienenden Schweißmetall bestehen, das einen
niedrigeren Schmelzpunkt als das Grundmetall trat.
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Es hat sich beim Betrieb von.Walz- und Schw.eißmasch.inen für Rohre
der gekennzeichneten Art herausgestellt, daß die getrennte Inbetriebsetzung und
-haltung jeder der beiden Maschinen für sich in der herkbm-mlichen Weise zu unwirtschaftlich
ist. Im Hinblick darauf, daß das zu verschweißenide Rohr mit unveränderter Geschwindigkeit
durch Walzmaschine und Schweißmaschine geht; kann schon die Verbindung des Antriebes
beider Maschinen Vorteile bringen. Noch wicht@iiger ist jedoch der Umstand, daß
:bei Schwankungen der Schweißtemperatur über oder unter gewisse verhältnismäßig
enge
Grenzen .die Schweißung leicht mißlingt. Dann entsteht infolge der hohen Durchgangsgeschwinidi:gkeit
des Rohres in der Schweißmaschine. viel Ausschuß, bevor der oft nicht leicht zu
erkennende Fehler festgestellt und beseitigt ist. Natürlich wäre es unwirtschaftlich,
die Temperaturschwankungen durch Ablesen von Instrumenten zu überwachen und zu regeln.
Vielmehr ist es für einen wirtschaftlichen: Betrieb der Walz- und Schweißanlage
notwendig, sowohl die Schweißtemperatur als auch den Lauf .der Maschinen an sich
vollkommen selbsttätig zu überwachen und zu regeln.
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Es ist schon bekannt, bei Schmiede- und Stauchmaschinen Einrichtungen;
zur selbsttätigen Teniperaturregelung vorzusehen. Man bedient sich dabei der lichtelektrischen
Zellen, in denen unter dem Einfluß der von der glühenden. Stelle des Arbeitsstückes
ausgehenden Strahlung ein elektrischer Strom erzeugt wird, dessen Spannung von der
Intensität der Strahlung, d. h. bei ein und demselben Körper von dessen Temperatur
abhängt. Der von der lichtelektrischen Zelle ausgehende Strom dient, entsprechend
verstärkt, dazu, den Heizstrom zu regeln und außerdem den Stauchvorgang durch Vorschieben
des Arbeitsstückes gegen eine als Amboß wirkende Platte einzuleiten. In, Anlehnung
an diese bekannte Einrichtung wird unter -#,"erwend:un;g der .an sich bekanntenlichtelektrischen,
Zelle das Verfahren nach dem Hauptpatent durch eine, voll#kom#men selbständige elektrische
Steuerung der Walz- und Schweißmaschine weitergebildet, und zwar in der Weise, daß
erfindungsgemäß eine von der Glühfarbe bzw. der Helligkeit des in Schweißhitze befindlichen
Rohres in an; sich bekannter Weise gesteuerte lichtelektrische Zelle vorgesehen:
ist, in deren. Stromkreis über einen Verstärker elektromagnetische Schalter zur
Regelung der Schweißstromstärke oder zur Abschaltung des Schweißstroanes und M otorenstromes
bei Überschreitung der vorbestimmten oberen: oder unteren Grenze der Schweißtemperatur
eingeschaltet sind. Dadurch findet eine ununterbrochene Überwachung der Fertigung
und im Falle einer Störung eine -sofortige Wirkung statt, so daß der entstehende
Ausschuß auf die- geringste überhauptmögliche Menge beschränkt wird. Außerdem ist
es auch möglich; die beiden Maschinen nach Belieben auf einfachste Weise .in und
außer Gang zu setzen.
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Die Zeichnung veranschaulicht durch Abb. i in schematischer Darstellung
den Erfindungsgegenstand zusammen mit den Hauptteilen einer Walzmaschine und einer
Elektroschwenßmaschine; Abb.2 zeigt einen Längsschnitt durch die lichtempfindliche
Zelle und die mit ihr in Verbindung stehenden Teile; Abb. 3 ist eine Aufsicht auf
einen Teil -der Zelle; Abb. d. stellt als Beispiel den. Querschnitt eines in der
Anlage herstellbaren Rohres dar.
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Bevor näher auf die Beschreibung der Einzelheiten des Erfindungsgegenstandes
eingegangen wird, soll eine kurze Erläuterung des Aufbaues und der Wirkungsweise
der Walzmaschine und der sich unmittelbar an diese anschließenden Schweißmaschine
gegeben wenden. Das mit Hilfe der Einrichtung herzustellende Rohr besteht z. B.
aus zwei Schichten, i und 2, für die als Baustoff vorzugsweise Stahl in Betracht
kommt. Zur Verbindung dieser beiden Schichten des Grundmetalls wird ein Schweißmetall
angewendet, das Kupfer sein kann und beispielsweise als galvantischer Niederschlag
auf beide Flächen: der Grundmetallstreifen aufgetragen ist. Durch die Wärmebehandlung
in der Schweißmaschine findet infolge der Schmelzung des Schweißmetalls eine Verbindung
der Schichten untereinander und außerdem ein gle@ichmäßigerfesthaften:der Überzug
.auf den freien Oberflächen. statt. Ein Rohr dieser Art wird .mechanisch in: der
Walzmaschine (A !bb. z) hergestellt, indem zunächst der Streifen i für die innere
Rohrschicht von einem Vorratsring zwischen die Walzenpaare 3 eingeführt und dort
in einer entsprechenden Anzahl von Arbeitsstufen zur fertigen inneren. Rohrschicht
mit stumpfer Naht geformt wird. An dieser Stelle ,des Arbeitsvorganges gelangt der
Streifen 2 von einem Vorratsring und zwischen einem die Abschrägung der Streifenkanten
bewirkenden Walzenpaar 4 hindurch über eine Führungsrolle in die Walzmaschine und
wird durch weitere Walzenpaare 5 über der inneren Rohrschicht i und sich dicht an
diese schließend zur äußeren Rohrschicht geformt, deren Naht schräg gegen die Oberfläche
verläuft. Die Walzenpaare 3 .und 5 werden in der erforderlichen Weise mittels Riemen
oder Ketten durch einen Motor 6 angetrieben. Das mechanisch fertiggewalzte Rohr
i, 2 gelangt unmittelbar nach Verlassen der Walzmaschine in die, Elektroschw eißmaschine.
Diese besteht aus einem Bett 7, auf dem die Lagerböcke 8, 9, 1o und i i für die
Schweißelektroden und die Fördervorrichtung ungeordnetsind. Die Schweißelektroden
z2, 13, i¢ .in Rollenform sind. paarweise angeordnet, und es wird der mittleren
Elektrode 13 der Schweißstrom von einer Sammelschiene 15 zugeführt und durch Vermittlung
des zu schweißenden Rohres und die beiden Außenelekrode:n 12 und. 1q. durch die
Sammelschiene 16 abgeleitet. Zwei der Lagerböcke, 8 und 9, sind gemeinsam oder einzeln
gegen dendritten Lagerbock 1o in der Längsrichtung auf dem Bett 7 verschiebbar.
Es wird dazu eine Leitspindel und ein Zahnradgetriebe, beide mittels Handkurbeln
zu bewegen, benutzt. Der Lagerbock i i ist für zwei Förderrollen< i 7 eingerichtet,
@die zur Unterstützung und zum Ausgleich der Förderung des Rohres i, 2 durch die
Walzmaschine bestimmt sind. An das Ende der Sch%veißmaschine schließt sich ein Kühler
18 zum allmählichen Abkühlen ,des geschweißten Rohres an.. Um die Schweißung gegebenenfalls
in Schutzgas vornehmen zu können, sind die Lagerböcke 9, io und i i zu Gehäusen
erweitert und untereinander sowie mit dem Kühler durch Mantelrohre i@9 verbunden,
.deren eines sich auch nach dem Lagerbock g zu erstreckt. Mit Rücksicht auf die
Verschiebbarkeit der Lagerböcke 8 und 9 haben die
betreffenden Mantelrohrc
i9 Teleskopform. Die Zuführung des Schutzgases geschieht durch das Rohr 2o. Angetrieben
werden durch den Motor 21 die Elektroden 13 und 14 sowie die Förderrollen. 17, letztere
als ortsfest mittels einfachen Riemens oder Kette 22. Der Antrieb der Elektroden
13 und 14 dagegen geschieht, da erstere verschiebbar ist, mit Hilfe einer Zwischenwelle
und einer Spannrolle durch den Riemen oder die Kette 23.
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Die den Gegenstand der Erfindung bildende selbsttätige Steuervorrichtung
besteht im wesentlichenaus der lichtempfindlichem Zelle, einem Verstärker für den
von der Zelle gelieferten Strom, einer Anzahl elektroma,gnebischer Stromschalter
für Schweiß- und Motorenstrom, mehreren elektromagnetischen Maximal-Minimal-Schaltern
und dem dafür erforderlichen I-e-itungsnct;z. Die Zelle 24 ist zweckmäßig in, der
Nähe der Elektrode 14 am Mantelrohr i9 angeordnet, dpa hier die höchste Temperatur
herrscht und damit die stärkste Lichtwirkung entsteht. Die Zelle besteht aus einem
Gehäuse 24, das auf einem Stutzen des Mantelrohres ig aufgesetzt ist, in dessen
Mittelachse das Schweißrohr i, 2 im Regelfalle durchläuft. Im Fuß des, Gehäuses
24 (Ab!b. 3) ist eine Blende ini Form eines axial gerichteten Schlitzes 25 für den
Durchtritt der vom Rohr i, 2 kommenden Lichtstrahlen angeordnet. Diese werden durch
die Linse 26 gesammelt und auf die lichtempfindliche Kathode 27 gerichtet. Dort
erzeugen sie im Zusammenwirken mit der Anode 28 einen Strom, der durch die Leitungen
219 zu einem Verstärker 30 fließt. Dieser erhält durch die Leitungen 31 den Verstärkerstrom,
der nach Beeinflussung durch den Strom der Zelle 24 über die Leitungen 32 zu den
elektromagnetischen Maximal-Minimal-Schaltern 33, 34 und 35, 36 gelangt. Das Ansprechen
dieser Schalter kann durch regelbare Federn eingestellt werden, so daß sich innerhalb
gewi,s,serGren:zen eine Angleichung an bestimmte Temperaturen: erzielen läßt. In:
ähnlicher Weise sind elektromagnetische Schalter 38, 40, 45, 46 und 42, 43 für den,
Primärstrom eines Schweißtransformators 39 bzw. für die Stromzuführung zum Motor
21 und zum Motor 6 vorgesehen. Außerdem sind noch drei elektromagnetische- Schalter
48, 54 und 61 vorhanden, die in drei Hilfsstromkreisen b@ziw. 37, 52 unid 66 liegen
und Schalter über Leitungen bedienen,, die aus der-Zeichnung (Abib. i) ersichtlich
sind und keiner weiteren Erläuterung bedürfen.
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Die Arbeitsweise der Einrichtung gliedert sich in den Anlauf der Walzmaschine
und. der Schweißmaschine, in die selbsttätige Regelung der Solltemperatur -innerhalb
bestimmter Grenzen, dergestalt, daß bei: Über- oder Untertemperatur die, selbsttätige
Außerbetriehsetzung der Anlage bewirkt wird. Dasselbe geschieht, wenn dass zu schweißende
Rohr durch irgendwelche Umstände aus seiner Regellage- gerät. Zur Ingangsetzung
der Anlage ist es nur erforderlich, den Druckknopf-Schalter 6o für kurze Zeit zu
schließen, durch den ein Stromkreis über den, Elektromagneten 61, die Leitung 66,
den:. Ruhekontakt. 55 und die Rückleiturig 67 und 58 geschlossen wird; der Magnet
61 spricht an, und selin@ Anker schließt die Kontakte 62, 63, 64, 65. Nach öffnung
des Druckknopfschalters 6o hält sich über den Kontakt 62 der Elektromagnet 61. Außerdem
werden durch die Leitungen 41, 47 und 44 und über die Kontakte 63, 64, 65 die drei
Elektromagneten 38, 45 unid 42 erregt, wodurch die Hauptschalter 4o, 46 und 43 für
den Schweiß- und. Motorenstrom geschlossen werden. Infolgedesisen läuft die Walzmaschine
unid die Schweißmaschine an, und es wird nach dem Einführen der Streifen i und 2
ini die Walzmaschine ein Rohr gefertigt, das sogleich in die Schweiß-Maschine gelangt
und dort zwischen den Elektroden 12, 13 und 14 unter Bildung einer Wiiderstandsstrecke
verschweißt wird. Hierbei steigert sich die Temperatur des Rohres i, 2 zwischen
den Elektroden 12 und 13 bis zur Schweißwärme, die zwischen den Elektroden 13 und
14 gleichmäßig aufrechterhalten wird, um eine vollkommene Verschweißu;ng zu gewährleisten.
Die von dem glühenden Rohr ausgehenden Lichtstrahlen wirken ungefähr an der Stelle
ihrer größten Stärke, d. h. in der Nähe der Schweißelektrode 14, in der bereits
beschriebenen Weise auf die lichtempfindliche Zelle 27, 28 ein und erregen in derselben
einen Strom, der über die Leitung 29 zum Verstärker 30 fließt und von dort,
entsprechend verstärkt, über die Leitung 32 zu den Elektromagneten 33 und 35 gelangt.
Ist die Mindeststromstärke für die Schweißurig bereits erreicht, so wird zunächst
der Magnet 35 in Tätigkeit gesetzt und schließt den Minimalschalter 36, während
der Zustand des M -gneten 33 noch keine Veränderung erleidet. Über den geschlossenen
Schalter 36 fließt ein Hilfsstrom durch die Leitung 37 und zum Elektromagneten 48;
dessen Erregung das Schließen der Schalter 49 und 5o bewirkt. Durch den ersteren:
wird ein Hilfsstromkreis über den Druckknopfschalter 53, die Leitung 51, den Elektomagneten
54 und die Rückleitung 52 geschlossen, wodurch der Magnet 54 an Spannung gelegt
und die Schalter 55 unid 57 geöffnet bzw. geschlossen werden. Der Schalter 55 wird
jedoch mittels Anschlagens 56 etwas verzögert geöffnet, so daß der den Elektromagneten.
61 versorgende Strom bereits durch den geschlossenen Schalter 50 in die Leitung
67, 58 gelangen kann, bevor, der Schalter 55 sich öffnet. Infolgedessen wird der
Elektromagnet 61 durch die Tätigkeit der Magneten 48 und 54 auch nicht vorübergehend
stromlos. In diesem Zustand der selbsttätigen Schaltanlage befindet sich die Walz-
unid Schweißanlage in regelmäßiger Tätigkeit, solange nicht die zulässige Schweißtemperatur
über- oder unterschritten wird oder Lageänderungen des Rohres 1, 2 die A.ußerbetrzebsetzunig
der Anlage bewirken. Dies vollzieht sich in folgender Weise: Sinkt aus irgenwelchem
Grund die Sch:weißtemperatur und mit ihr die Helligkeit des vom Schweißrohr i, 2
auf die lichtempfindliche Zelle 27, 28 ausgestrahlten Lichtes, so verringert sich
entsprechend die Spannung des von der Zelle erzeugten und dies in der Leitung 32
fließenden verstärkten
Stromes. Die Erregung des Elektromagneten
35 wird entsprechend geringer und vermag den Schalter 36 nicht mehr in der geschlossenen
Stellung zu halten. Er öffnet seich und unterbricht dadurch den in der Leitung 37
fließenden Hilfsstrom, so. daß der Elektromagnet 48 stromlos wird und durch .die
Kontakte 49 und 5foi der Strom in der Leitung 51 und 66 unterbrochen wind. Hierbei
wird der Elektromagnet 61 stromlos, die Kontakte 62, 63, 64, 65 öffnen sich, und
damit wird sowohl der Schweiß- als auch der Moto,ren@strom unterbrochen, da die
Elektramagn:eten, bZzw. 38, 45 und q.2 abfallen. Walizmaschine und Schweißmaschine
halten an. Dabei ist die Strecke, die das Schweißrohr 1, 2 vom Abschalten der Maschine
bis zu ihrem tatsächlichen Stillstand durchläuft, und ebenso auch der dabei entstehende
Ausschußteil verhältnismäßig gering.
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Im umgekehrten Falle, d. h. beim -Ansteigen der Schweißwärme im Rohr
1,:2 über die zulässige obere Grenze, erhöht sich die Spannung -des Stromes der
lichtempfindlichen Zelle, und es beginnt ein entsprechend höher verstärkter Strom
in. der Leitung 32 zu fließen, wobei der Elektromagnet 33 erregt wird und: den Maximalschalter
34 öffnet. Dadurch wird ebenfalls der Hilfsstrom in der Leitung 37 unterbrochen,
und es entwickeln sich dieselben Vorgänge, wie sie vorher beschrieben worden, sind.
Durch entsprechende Regelung des Schweißstromes, der dem Transformator 39 entnomrnen
wird und durch die Sammelschienen 15, 16 den. Schweißelektroden 12, 13, 14 zufließt,
kann die Schweißtemperatur mit großer Genauigkeit eingestellt werden.
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Durch die Wicklung der beiden Elektromagneten 33 und: 35 oder durch
die Spannung der Federn an den Schaltern 34 bzw. 36 können die obere bzw. untere
Grenze der Temperaturspanne festgelegt werden, innerhalb deren. sich :die Schweißung
mit Rücksicht auf ein gutes Ergebnis vollziehen muß.
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In derselben `'eise, wie vorher beschrieben, wird die Tätigkeit der
Walz- und Schweißanlage unterbrochen, wenn; das Schweißrohr 1, 2 durch irgendwelche
Umstände aus seiner Regellage abweicht, wie es in der Abb.2 angedeutet ist. Alsdann
können die vom Rohr 1, 2 ausgehenden Lichtstrahlen infolge der Form der Blende z5
nicht mehr die lichtempfindliche Zelle :27, 28 (in der Zeichnung durch Strichelung
dargestellt) erreichen, sondern werden seitlich abgelenkt. Die Erregung .des Stromes
in der Zelle 27 28 hört auf, und es erfolgt aus den bereits geschilderten Vorgängen
die, Ab-
schaltung des Schweiß-- und Motorenstromes.
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Die Wiederingangsetzung der .Anlage nach Behebung der Störung kann
nicht einfach mit Hilfe des Druckknopfschalters 6o geschehen, da der im Stromkreis:
des Elektromagneten 61 liegende Schalter 55 bei allen selbsttätig erfolgten Schaltvorgängen:
geöffnet bleibt. Um ihn zu schließen und damit die Schaltanlage r in ihren Erstzustand
zurückzuversetzen, wird der Druckknopfschalter 53 auf kurze Zeit geöffnet, dadurch
der Hilfsstrom in der Leitung 51 und im Elektromagneten 54 unter- l gerochen, so
daß sich die, Kontakte 55 und. 57 schließen bzw. öffnen. Nunmehr kann durch erneutes
Schließen des: Hauptschalters 6o die Walz-und Schweißanlage wieder in. Gang gesetzt
werden. Ein jederzeitiges, willkürliches Unterbrechen des Betriebes ist durch Öffnen
des Hauptschalters 59 möglich, der den: Hilfsstrom im Elektromagneten 61 unterbricht,
was stets zum Anhalten der Walz-und ;Schweißanlage führt.