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Regeleinrichtung zur Konstanthaltung des Bandzuges bei Haspelwalzwerken
Bei Haspelwalzwerken wird bekanntlich eine möglichst hohe Konstanz des von den beiden
Haspeln auf das Walzgut ausgeübten Zuges verlangt, da insbesondere der abhaspelseitige
Zug auf die Dickenabnahme und die Maßhaltigkeit des Walzgutes von großem Einfluß
ist.
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Es ist bei Kaltwalzwerken, Papiermaschinen, Ziehmaschinen usw. bekannt,
den aufhaspelseitigen Bandzug nicht nur während des Arbeitens mit gleichbleibender
Geschwindigkeit, sondern auch beim Anfahren und Stillsetzen bzw. beim Beschleunigen
und Verzögern konstant zu halten, indem der Haspelantrieb mittels eines Drehmomentmessers
und eines von diesem beeinflußten Reglers auf konstantes Drehmoment geregelt wird.
Um dabei dieses dem sich ändernden Bunddurchmesser der Haspel anzupassen, wird der
Sollwert des Reglers mechanisch mittels eines den Durchmesser des Haspelbundes abtastenden
Hebels verstellt. Derartige mechanische Tastmittel stören aber in Kaltwalzwerken
beim Einfädeln des Bandes sowie beim Abschieben des fertigen Bandes und sind dem
rauhen Betrieb in Walzwerken nicht gewachsen.
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Bei einer anderen bekannten Anordnung regelt ein den Ankerstrom des
Aufhaspehnotors überwachender Kontaktregler durch entsprechende Beeinflussung des
Haspelmotorfeldes auf konstanten Ankerstrom. Hiermit ist es möglich, bei normalem
Lauf eine gleichbleibende Zugspannung zu erzielen. Um diese auch beim Verzögern
und Beschleunigen aufrechtzuerhalten, ist eine auf Geschwindigkeitsänderungen des
Walzmotors ansprechende Hilfsmaschine mit Schwungrad oder ein den Ankerstrom det,
Haspelmotors differenzierender Transformator vorhanden, womit die An-
Sprechstromstärke
des den Aufhaspelmotor steuernden Reglers entsprechend beeinflußt wird.
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Eine solche Anordnung hat aber eine relativ große Zeitkonstante und
ist daher nicht in der Lage, plötzlich auftretende, z. B. durch Unregelmäßigkeiten
in der Bandstärke bedingte Änderungen rechtzeitig auszugleichen. Ein weiterer empfindlicher
Nachteil dieser Anordnung mit Stromkonstanthaltung durch Feldbeeinflussung besteht
darin, daß der Stillstandszug nicht einstellbar ist, weil durch Feldänderung im
Stillstand der Strom nicht beeinflußbar ist. Sie berücksichtigt ferner nicht, daß
der zur Beschleunigung erforderliche Strom je nach der Größe des Bunddurchmessers
verschieden groß sein muß, sondern gibt unabhängig davon immer den gleichen, lediglich
vom Absolub<rert üer Beschleunigung abhängigen Beschleu:ligungsstrom vor.
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Es ist ferner auch ein elektromotorischer Antrieb für Bandkaltwalzwerke
bekannt, bei denen die Haspeln durch fremderregte Gleichstrommotoren angetrieben
werden, die in einem gemeinsamen Gleichstromkreis liegen und deren Ankerstrom zur
Aufrechterhaltung der Zugspannung durch Feldbeeinflussung mittels Kontaktreglern
konstant gehalten wird. Bei ihnen ist in den Stromkreis des jeweils als Bremsgenerator
arbeitenden Motors der abwickelnden Haspel ein zusätzlicher Hilfsgenerator eingeschaltet,
dessen Spannung der Speisestromquelle entgegengeschaltet ist und durch zusätzliche
Regeleinrichtungen gesteuert wird, die einerseits die während des Walzprozesses
eintretende Dickenabnahme des Walzgutes und andererseits auch Geschwindigkeitsänderungen
des `Valzmotors berücksichtigen. Auch diese Anordnung wird den Anforderungen moderner
Kaltwalzwerke nicht gerecht, zumal die Dickenabnahme entweder von Hand auf einen
Mittelwert eingestellt werden muß oder durch Vergleich der aufhaspelseitigen und
abhaspelseitigen Walzgutgeschwindigkeiten ermittelt werden muß, wozu mechanische
Tastmittel benötigt werden, die nicht zuverlässig genug arbeiten.
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Die Erfindung vermeidet die Nachteile der bekannten Anordnungen. Sie
betrifft ebenfalls eine Regeleinrichtung zur Konstanthaltung des auf- und abhaspelseitigen
Bandzuges von Haspelwalzwerken, die bei allen Betriebszuständen, also beim Beschleunigen
und Verzögern bzw. Anfahren und Stillsetzen des Antriebes sowie im Stillstand sowohl
den abwickelseitigen als auch den aufwickelseitigen Bandzug unter Berücksichtigung
der beiderseitigen Banddurchmesseränderungen mit hoher Genauigkeit aufrechterhält
und den hierzu nötigen Beschleunigungsstrom zur Verfügung stellt. Die neue Regeleinrichtung
arbeitet völlig selbsttätig, vermeidet mechanische Meßeinrichtungen und verwendet
nur wenige zuverlässig arbeitende Meßmittel, die durch den rauhen Walzwerkbetrieb
nicht gefährdet sind und diesen auch nicht stören.
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Die Erfindung geht aus von einer bekannten Einrichtung zur Haspelregelung,
bei der zur Bildung einer dem Aufhaspeldurchmesser proportionalen Verstellgröße
für die Regelung des aufhaspelseitigen Bandzuges eine mit dem Aufhaspelmotor gekuppelte
Tachometermaschine und eine mit dem Walzmotor gekuppelte Tachometermaschine dienen,
und besteht darin, daß als Ausgangsgrößen für die Regelung außer den Spannungen
der beiden genannten Tachometermaschinen nur noch die Spannung einer dritten, mit
dem Abhaspelmotor gekuppelten Tachometermaschine dient, indem aus dem auf der Aufhaspelseite
ermittelten Bunddurchmesser mittels eines Übertragungsreglers eine dem Bunddurchmesser
der Abhaspel proportionale Verstellgröße gebildet wird und mit dieser Ankerstrom
und Feld des Abhaspelmotors unter Berücksichtigung der Quetschung eingestellt werden,
wobei die der Quetschung proportionale Stellgröße aus -Drehzahl und Bunddurchmesser
der Abhaspel sowie aus der Walzendrehzahl gebildet wird.
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Es ist zwar - wie schon erwähnt - zur Verstellung des aufhaspelseitigen
Bandzuges bereits bekannt, den Aufhaspelmotor in Abhängigkeit vom Aufhaspeldurchmesser
zu steuern, indem eine mit dem Walzmotor gekuppelte Gleichstromtachometermaschine
den Anker und eine zweite, mit der Aufhaspel gekuppelte Tachometermaschine das Feld
eines Hilfsmotors speist, der einen konstant erregten Hilfsgenerator antreibt, so
daß dessen Spannung dem Quotienten der beiden Tachometerspannungen und damit dem
Haspeldurchmesser proportional ist und zur Erregung des Aufhaspelmotors benutzt
werden kann. Bei .der Erfindung wird aber darüber hinaus der durch Geschwindigkeitsvergleich
ermittelte Bunddurchmesser der Aufhaspel dazu verwendet, um den Bandzug auf der
Abhaspelseite zu regeln, für den andere Gesetzmäßigkeiten gegeben sind, weil sich
der Abhaspeldurchmesser umgekehrt wie der Aufhaspeldurchmesser und zudem wegen der
zwischen den Walzen erfolgenden Quetschung des Bandes mit. einer anderen Geschwindigkeit
ändert als der Aufhaspeldurchmesser.
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Um den Bandzug und die Beschleunigung in die selbsttätige Regelung
der Motorströme einzuführen, können nach der weiteren Erfindung in dem Stromkreis
der Haspelmotoren Widerstände angeordnet sein, deren Spannungsabfall mit der Summe
zweier vorgegebener, entsprechend dem Bandzug und der Beschleunigung verstellbarer
Spannungen verglichen wird, wobei die Differenzspannung der Erregung der Leonardgeneratören
zugeführt wird. Zur Erzielung eines konstanten Bandzuges ist es erforderlich, den
Bunddurchmesser und die Quetschung des Walzgutes mittels einer geeigneten Einrichtung
der Beschleunigungs- und Geschwindigkeitsregelung der Haspelmotoren zuzuführen.
Dies kann weiterhin erfindungsgemäß dadurch erreicht werden, daß am Walzmotor und
an den Haspelmotoren Tachometermaschinen angeordnet sind, deren -gegenseitige Spannungsverhältnisse,
die ein Maß für Bunddurchmesser und Quetschung bilden, der Beschleunigungs- und
Geschwindigkeitsregelung der Haspelmotoren zugeführt werden. Die Anordnung der Tachometermaschinen
selbst bei alleiniger Verwendung zur Bunddurchmesserbestimmung hat den Vorteil,
daß die Meßeinrichtung aus der Bewegungsrichtung des Walzgutes herausgenommen und
somit eine Störungsquelle ausgeschaltet ist.
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An Hand eines Ausführungsbeispiels wird die Erfindung näher erläutert.
Das
in der Mitte der Schaltzeichnung angedeutete Walzwerk mit den Walzen 1, der Auflaufhaspel
2 und der Ablaufhaspel 3 wird von dem Walzmotor 4, dem Motor 5 für die Auflaufhaspel
und demjenigen, 6, für die Ablaufhaspel angetrieben. Zur Speisung der drei Motoren
dienen die zugehörigen Leonardgeneratoren 7, 8 und 9 mit ihren Erregerwicklungen
1o, 11, 12, die mittels der Feldregler 13, 14, 15 beeinflußt werden. Die Feldregler
13, 14, 15 werden gemeinsam von einem Steuermotor 16 eingestellt. Sie sind so abgestuft,
daß bei gleichbleibender Drehzahl des Steuermotors 16 die Spannungen der Generatoren
7, 8 und 9 geradlinig mit der Zeit ansteigen. Die Feldwicklungen der Motoren 5 und
6 können mit den Feldreglern 17 und 18 auf dem unten beschriebenen Wege so eingestellt
werden, daß die Drehzahlen aller drei Motoren, die über das Walzgut miteinander
gekuppelt sind, unter Berücksichtigung der verschiedenen Bunddurchmesser zusammenpassen.
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Der Bandzug wird durch Regelung des Stromes der Motoren 5 und 6 über
die Generatorerregungen 20 und 21 mittels der Regelmaschinen 23 und 24 geregelt
und kann an den Zug-Sollwerteinstellreglern 25 und a6 von Hand eingestellt werden.
Die Stromregelung erfolgt durch Vergleich des Spannungsabfalls an den Widerständen
a7 und 28, an deren Stelle auch die Wendepol-und Kompensationswicklungen der Generatoren
8 und 9 verwendet werden können, über die Erregerwicklungen 65 und 66 der Regelmaschinen
23, 24 mit dem an den Zug-Sollwerteinstellreglern 25 und 26 einstellbaren Spannungabfall
an den Widerständen 29 und 30, die von den Gleichstromquellen 31 und 32 gespeist
werden. Beim Anfahren bzw. Bremsen muß der Strom um den Anteil erhöht bzw. erniedrigt
werden, der zur Anfahrbeschleunigung bzw. Bremsverzögerung erforderlich ist. Dies
erfolgt dadurch, daß während der Anfahr- und Bremszeit in den Vergleichskreis der
Stromregelung eine positive oder negative Zusatzspannung von den Stromquellen 33
und 34 mit den Widerständen 35 und 36 eingeführt wird. Die positive oder negative
Zusatzspannung wird von den Regelwiderständen 37 und 38 selbsttätig auf dem unten
erläuterten Wege entsprechend dem Bunddurchmesser der zu beschleunigenden Haspel
eingestellt.
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Da diejenige Haspel, von der das Band abläuft, wegen des dickeren,
noch ungequetschten Bandes langsamer läuft, als es allein dem Bunddurchmesser entspricht,
wird in den Stromkreis der Gleichstromquelle 34 noch ein Potentiometer 39 geschaltet,
das die Beschleunigungen entsprechend der Quetschung selbsttätig herabsetzt. Ein
zweiter, entsprechend der Quetschung selbsttätig eingestellter Regler 40 ist in
den Stromkreis der Erregerwicklung 12 des Leonardgenerators 9 eingeschaltet, so
daß auch bei Fahrt mit gleichbleibender Geschwindigkeit die durch den Grad der Quetschung
bedingte Erniedrigung der Drehzahl berücksichtigt wird. Dadurch wird erreicht, daß
die Erregermaschine 24 wesentlich kleiner dimensioniert werden kann, als es ohne
den Feldregler 4o der Fall wäre.
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Die selbsttätige Einstellung der Motorfeldregler 17 und 18, der Beschleunigungsregler
37 und 38 und der Quetschungsregler 39 und 4o erfolgt durch Vergleich der Motordrehzahlen
mittels der mit den Motoren gekuppelten Tachometermaschinen 41, 42 und 43.
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Zunächst wird die Gesamtspannung der Tachometermaschine 41 mit einer
am Spannungsteiler 45 abgegriffenen Teilspannung der Tachometermaschine 42 verglichen.
Die Differenzspannung beeinflußt über ein Verstärkungsglied 47 einen Verstellmotor
48, welcher den Spannungsabgriff am Potentiometer 45 so lange verstellt, bis die
abgegriffene Spannung mit der Gesamtspannung der Tachometermaschine 41 übereinstimmt.
Das Verstärkungsglied 47 kann sowohl aus einem Regeldynamo als auch aus einer Relais-
oder Röhrenkombination, Magnetverstärker od. dgl. bestehen. Während bei gleichbleibender
Bandgeschwindigkeit die Drehzahl des Walzmotors 4 konstant bleibt, wird die Drehzahl
des Aufhaspelmotors 5 mit wachsendem Haspeldurchmesser kleiner; während also die
Spannung der Tachometermaschine 41 konstant bleibt, ändert sich die Spannung der
Tachometermaschine 42 entsprechend der abfallenden Drehzahl des Aufhaspelmotors.
Der Abgriff am Spannungsteiler 45 muß also die verringerte Gesamtspannung des Tachometerdynamos
42 durch einen entsprechend größeren Spannungsabgriff ausgleichen. Damit ist die
Stellung des Abgriffs an dem Potentiometer 45 und damit gleichzeitig die Stellung
des Verstellmotors 48 ein Maß für den Durchmesser der Auflaufhaspel. Dieser einfache
Vergleich ist möglich, da die Oberflächengeschwindigkeit der Walzen 1 gleich der
Oberflächengeschwindigkeit der Auflaufhaspel 2 ist. Besteht zwischen den beiden
ein Schlupf, so kann die dadurch bedingte Verfälschung des Meßergebnisses durch
einen Vorschaltwiderstand zum Spannungsteiler 45 ausgeglichen werden. Der Feldregler
17 des Motorstromes und der Beschleunigungsregler 37 werden gleichzeitig von dem
Verstellmotor 48 verstellt. Damit wird die Drehzahl des Aufhaspelmotors 5 und beim
Anfahren bzw. Bremsen der Beschleunigungsstrom auf den der augenblicklichen Trommeldrehzahl
entsprechenden Wert eingestellt (s. oben).
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Die Feldregler 17 und 18 und die Beschleunigungsregler 37 und 38 sind
so ausgelegt, daß jedem Bunddurchmesser ein bestimmter Beschleunigungswert fest
zugeordnet ist. Das gleiche gilt für die Quetschung. Während des Betriebes brauchen
die Beschleunigungswerte also nicht erst durch ihre Abweichung vom richtigen Wert
eingestellt zu werden, sondern sind von vornherein lediglich in Abhängigkeit vom
Bunddurchmesser festgelegt. Eine derartige starre Einstellung der Beschleunigungsregelung
ist in gewissen Grenzen auf ein bestimmtes Walzprogramm beschränkt. Für andere Walzprogramme,
beispielsweise andere Materialien, andere Breiten u. dgl., können die Beschleunigungsregler
37, 38 und die Quetschungsregler 39, 40 austauschbar angeordnet sein: Zwischen dem
Abhaspelmotor 6 und dem Walzmotor 4 ist ein derartiger Vergleich nicht möglich,
da die Oberflächengeschwindigkeiten an der Ablaufhaspel und an der Walze wegen der
Quetschung des Walzgutes verschieden sind. Die Feldregler 18 des Abhaspelmotors
6 und der zugehörige Beschleunigungsregler 38 werden nach einem Durchmesservergleich
mittels eines Übertragungsreglers eingestellt, der unter
Berücksichtigung
der auf den beiden Haspeln vorhandenen Bundquerschnitte, die in jeder Betriebsstellung
einen konstanten Gesamtquerschnitt ergeben, den zweiten Durchmesser bestimmt. Der
Übertragungsregler besteht aus den Potentiometern 49, 50, 51 und 52. Die Potentiometer
49 und 52 werden von einer konstanten Spannung gespeist. Der Abgriff des Potentiometers
49 befindet sich ebenfalls auf der Achse des Verstellmotors 48. Die abgegriffene
Spannung wird über das Verstärkungsglied 53 dem Verstellmotor 54 zugeführt. Das
Verstärkungsglied 53 kann ebenso wie das Verstärkungsglied 47 verschieden ausgeführt
sein. Der Verstellmotor 54 verstellt die Abgriffe der Potentiometer 50 und
51, die so abgestuft und ausgebildet sind, daß sich die Spannung längs des Abgriffweges
der Potentiometer 5o und 51 nach einer Kreisfunktion ändert. Eine derartige Ausbildung
der Potentiometer ergibt sich aus der entsprechenden Zu- bzw. Abnahme der Haspeldurchmesser.
Wird das eine Potentiometer nach einer Sinusfunktion, das andere nach einer Kosinusfunktion
ausgebildet, so ergibt sich die Möglichkeit, die vom Verstelhnotor 54 eingestellten
Abgriffe starr miteinander zu verbinden. Die beiden Potentiometer 5o und 51 liegen
ebenfalls an der konstanten Netzspannung. Mittels des von Hand einstellbaren Vorschaltwiderstandes
55 kann der maximale Gesamtdurchmesser der Haspeln 2 und 3 berücksichtigt werden.
Statt der Potentiometer 50 und 5, können auch entsprechend ausgebildete veränderliche
Kapazitäten, Induktivitäten, Drehtransformatoren od. dgl. verwendet werden.
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Der Verstellmotor 54 verstellt die Abgriffe an den Potentiometern
50 und 51 so lange, bis die am Potentiometer 5o abgegriffene Spannung
mit der am Potentiometer 49 abgegriffenen Spannung übereinstimmt. Die damit am Potentiometer
51 abgegriffene Spannung wird in gleicher Weise mittels des Verstärkungsgliedes
56 und des Regelmotors 57 mit der am Potentiometer 52 abgegriffenen Spannung verglichen.
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Die Stellung des Potentiometers 52 bzw. des Verstellmotors 57 gibt
also ein Maß für den Bunddurchmesser der Ablaufhaspel 3. Der Verstellmotor 57 stellt
den Feldregler 18 und den Beschleunigungsregler 38 ein und reguliert damit die Drehzahl
des Abhaspelmotors 6 entsprechend dem Banddurchmesser. Mit dem Verstellmotor 57
ist auch der Abgriff des Potentiometers 46 des Tachometerdynamos 43 gekuppelt. Bei
einer Quetschung gleich Null würde nunmehr die am Potentiometer 46 abgegriffene
Spannung mit der Klemmenspannung des Tachometerdynamos 41 übereinstimmen. Da aber
der Abhaspelmotor 6 entsprechend dem Maß der Quetschung langsamer läuft als der
Walzmotor 4, fließt über das Verstärkungsglied 58 ein'Strom, der den Motor 59 so
lange verstellt, bis der auf der Achse des Verstellmotors 59 angeordnete Abgriff
des Spannungsteilers 44 eine Spannung abgreift, die der am Potentiometer 46 abgegriffenen
Spannung entspricht. Damit ist am Abgriff des Spannungsteilers 44 eine der Quetschung
entsprechend niedrigere Spannung als die Klemmenspannung des Tachometerdynamos 41
abgegriffen. Der Verstellmotor 59 mißt also die prozentuale Quetschung und verstellt
gleichzeitig die auf seiner Achse angeordneten Abgriffe des Potentiometers 39 und
des Feldreglers 40 zur Einführung der Quetschung auf oben beschriebenem Wege in
die Beschleunigungs- und Geschwindigkeitsregelung richtig ein.
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Die Einführung der Beschleunigungsregelung in die Steuerung der Haspelmotoren
erfordert, daß auch der Walzmotor vom Einschaltaugenblick an diese Beschleunigung
zuläßt, d. h. sofort anläuft. Ohne besondere Maßnahmen sind in der vorgesehenen
Schaltung die geregelten Haspelmotoren offensichtlich schneller zum Anfahren bereit
als der Walzmotor. Infolge des schneller zur Verfügung stehenden Drehmomentes der
Haspelmotoren würde also beim Anfahren ein veränderter Bandzug auftreten. Um dies
zu verhindern, sind für den Walzmotor Regelorgane vorgesehen, durch welche die Geschwindigkeit
des Walzmotors durch Beeinflussung des Stromes vom Einschaltaugenblick an geradlinig
gesteigert wird.
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Um dies zu erreichen, kann ein Potentiometer 6o vorgesehen sein, dessen
Abgriff ebenfalls von dem Steuermotor 16 angetrieben wird. Das Potentiometer wird
vorteilhaft so abgestuft, daß die abgegriffene Spannung bei konstanter Drehzahl
des Steuermotors 16 geradlinig ansteigt. Mit dieser am Potentiometer 6o abgegriffenen
Spannung wird die Summe der Spannungsabfälle an den Widerständen 61 und 62 über
die Erregerwicklung der Regelmaschine 22 verglichen. Zur Bemessung der Widerstände
62 und 63 wird die Betriebsspannung des Generators 7 und die Spannung des Potentiometers
6o berücksichtigt. Der Widerstand 61 muß entsprechend dem Gesamtwiderstand im Antriebsstromkreis
mit dem Motor 4 und dem Generator 7 ausgelegt sein. Bei entsprechender Bemessung
der Widerstände 61 bis 63 ist der Spannungsabfall an den Widerständen 61 und 62
ein Maß für die Drehzahl des Walzmotors. Weicht der Spannungsabfall an den Widerständen
61, 62 von der am Potentiometer 6o abgegriffenen Spannung ab, so wird über die Erregerwicklung
der Regelmaschine 22 ein Ausgleichsstrom fließen. Die Regelmaschine 22 erregt den
Leonardgenerator 7 derart, daß der Motor mit der richtigen Drehzahl läuft.
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Das dargestellte Ausführungsbeispiel kann auf vielfache Art ergänzt
bzw. erweitert werden. So ist es beispielsweise ohne weiteres möglich, die Anordnung
für Reversierwalzwerke mit entsprechenden Umschalteinrichtungen auszuführen, so
daß sich eine symmetrische Anordnung der gesamten Anlage ergeben kann. Weiterhin
können z. B. Einrichtungen vorgesehen sein, die beim Havariefall, z. B. Bandriß,
die Antriebe unabhängig voneinander und schneller als vom Steuermotor gesteuert
stillsetzen. Die automatische Einstellung der Motorfelder mittels der Feldregler
39 und 4o entspricht dem Feldvvicklungswiderstand bei betriebswarmer Maschine, bei
kalter Maschine kann die dadurch bedingte Widerstandsänderung durch Meßwiderstände
für Temperaturausgleich mittels Voltmeter gemessen und durch Feldkorrekturregler
korrigiert werden. Weiterhin ist es möglich, mit einem zusätzlichen Justierwiderstand
die Temperaturabhängigkeit derWiderstände 27 und z8
(bzw. der statt
dessen verwendeten Wendepol- und Kompensationswicklungen) auszugleichen.
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Es ist auch möglich, die Einrichtung zur Bestimmung der verschiedenen
Bunddurchmesser derHaspeln mittels Tachometermaschinen sowie die Einrichtung zur
Übertragung des Durchmessers der Auflaufhaspel auf die Geschwindigkeit der Ablaufhaspel
in gesonderten Anordnungen anzuwenden.