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Anordnung zur Drehzahlregelung des Antriebes für den rotierenden Tisch
einer Kreissäge Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung zur Drehzahlregelung
des Antriebes für den rotierenden Tisch einer Kreissäge, insbesondere zum Teilen
von Rohren, bei der zur Herbeiführung der synchronen Bewegung zwischen Säge und
Rohr und zur Sicherstellung stets gleichbleibender, einstellbarer Schnittlängen
der Sollwert des Drehzahlreglers nach Maßgabe des Rotationswinkels des. Sägetisches
fortlaufend verstellt wird.
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Beim Regeln wird von einem Istwert und einem Sollwert der Regelgröße
ausgegangen. Die sich aus dem Vergleich dieser beiden Werte ergebende Regelabweichung
wird dazu verwendet, die Regelstrecke in geeigneter Weise durch eine Stellvorrichtung
so zu beeinflussen, daß die Regelabweichung auf das erreichbare Minimum reduziert
wird. Bei komplizierten Regelstrecken oder bei mehreren miteinander gekoppelten
Regelkreisen ist es oft schwierig, die erforderliche Stabilität und Regelgenauigkeit
zu erreichen. Solche Schwierigkeiten treten besonders bei solchen, üblicherweise
als Folgeregelungen bezeichneten Regelanordnungen auf, bei denen betriebsmäßig die
Sollwertvörgabe laufend geändert wird und bei denen die entsprechende Änderung der
Regelgröße trotz der möglichen Einwirkung von Störgrößen sehr schnell und genau
den Änderungen des So'.lwertes folgen muß.
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Eine derartige Aufgabenstellung liegt bei der Steuerung des Antriebes
eines rotierenden Sägetisches vor. Dort muß während des Schneidvorganges ein vollständiger
Synchronismus zwischen der waagerechten Komponente der Umlaufgeschwindigkeit der
Säge und dem Walzgut bestehen. Dem Regler des Tischantriebes muß ein Sollwert zugeführt
werden, der fortlaufend in einem weiten Bereich verstellt wird. Auf den Regler wirken
hierbei wegen der erheblichen Beschleunigungen der nicht ausgewuchteten Massen außerordentliche
Störgrößen ein. Eine ähnliche Aufgabenstellung liegt auch bei fliegenden Rohrsägen
vor. Der Sägetisch wird hier ständig entsprechend der Geschwindigkeit des aus dem
Walzgerüst auslaufenden Rohres hin- und herbewegt. Bei einer bekannten Regelanordnung
für eine solche fliegende Säge sind für die Drehzahl des Antriebsmotors und für
den Ort des Sägetisches je ein getrennter Regler erforderlich. Als Meßfühler werden
Fotozellen verwendet. Es ist weiter bekannt, schwierige Regelaufgaben durch die
Verwendung von Modellregelkreisen zu bewältigen. Hier werden die tatsächlich auftretenden
RegeIbedingungen simuliert und die so gewonnenen Daten des Regelkreises auf die
vorliegende Regelaufgabe übertragen. Die Erfindung löst die vorliegende Aufgabe
der Steuerung eines rotierenden Sägetisches dadurch, daß als Antrieb für den Sollwertgeber
ein drehzahlgeregelter Hilfsantrieb vorgesehen ist, dessen Drehzahl-Sollwert mit
dem Sollwert des Hauptantriebes identisch ist und dessen Istwinkel-Lage mit der
Istwinkel-Lage des Hauptantriebes verglichen wird, und daß Abweichungen beider Istwerte
voneinander als Korrekturgröße für den Drehzahlregler des Hauptantriebes dienen.
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Die Erfindung sei an Hand des in der Abbildung schematisch dargestellten
Ausführungsbeispieles näher erläutert. Das Beispiel bezieht sich auf eine Regelung,
die bewirken soll, daß der Antriebsmotor für den rotierenden Tisch einer Kreissäge
mit einer periodisch um einen Mittelwert schwankenden Winkelgeschwindigkeit (Drehzahl)
läuft. Dabei sollen sowohl der Mittelwert der Winkelgeschwindigkeit als auch der
Betrag, um den sie periodisch schwankt, sowie der zeitliche Verlauf der Schwankungen
so sein, daß der Synchronismus zwischen Sägetisch und dem aus dem Gerüst auslaufenden
Rohr gewährleistet ist. Grundbedingung ist ferner, daß die eingestellten Schnittlängen
durch die Regelung sehr genau eingehalten werden.
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Der in seiner Drehzahl geregelte Motor 1 wird aus einem Generator
2 in Leonardschaltung gespeist. Der Antriebsmotor für den Generator 2 ist nicht
dargestellt. Die Erregung 3 des Generators ist an die Regeleinrichtung 4 angeschlossen.
Mit dem Motor 1 ist ein Tachodynamo 5 als Istwertgeber für die Drehzahl gekuppelt.
Bei 6 ist der Tachodynamo an die Regeleinrichtung 4 angeschlossen. Der Sollwertgeber
für die Drehzahl besteht aus den veränderbaren Widerständen 21, 22, mit denen von
einer bei 23 und 24 anliegenden konstanten Gleichspannung einstellbare
Beträge
abgegriffen werden. Die als Sollwert dienende Spannung wird dem Regler 4 bei 7 zugeleitet.
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Außer der beschriebenen Antriebsanlage für den Sägetisch ist noch
eine Nachbildung derselben mit einem Regelkreis vorgesehen, der in allen Punkten
demjenigen des Hauptantriebes entspricht, mit dem einzigen Unterschied, daß die
Motoren und der Generator eine wesentlich geringere Typenleistung von beispielsweise
einigen 100 Watt aufweisen. Der Hilfsregelkreis besteht aus dem Motor 11, der aus
dem mit konstanter Drehzahl angetriebenen Generator 12 in Leonardschaltung gespeist
wird. Die Erregung 13 dieses Generators wird über eine Regeleinrichtung 14 geregelt.
Mit dem Motor 11 ist ein Tachodynamo 15 als Istwertgeber für die Drehzahl
gekuppelt und bei 16 an die Regeleinrichtung 14 angeschlossen, während bei 17 die
:als Drehzahlsollwert dienendes an den schon genannten Widerständen 21 und 22 abgegriffene
Spannung anliegt.
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In dem behandelten Beispiel wird der Schleifkontakt des Widerstandes
21 von der Welle des Motors X.1 so gesteuert, daß er jeweils eine Hin- und Herbewegung
ausführt, wenn die Motorwelle eine Umdrehung ausgeführt hat. Jeder Winkelstellung
des Motors ist somit ein bestimmter Sollwert für die Winkelgeschwindigkeit zugeordnet.
Da der Motor 11 keinen Belastungsschwankungen und voraussetzungsgemäß somit auch
keinen sonstigen Störbeeinflussungen ausgesetzt ist, so folgt seine Winkelgeschwindigkeit
den Änderungen des Sollwertes mit großer Genauigkeit. Dadurch ist auch jeder Winkelstellung
des Motors 11 mit großer Genauigkeit eine bestimmte tatsächliche Winkelgeschwindigkeit
zugeordnet. Die Amplitude der Schwankungen der Winkelgeschwindigkeit kann . durch
Änderung des Hubes des Sollwertverstellers 21 beliebig eingestellt werden. Ebenso
kann der zeitliche Verlauf der Schwankungen innerhalb einer jeden Periode durch
entsprechende Stufung des Widerstandes 21 bzw. durch die Wahl der funktionellen
Abhängigkeit der Stellung des Gleitkontaktes am Widerstand 21 von der jeweiligen
Winkelstellung des Motors, beispielsweise mit Hilfe einer Kurvenscheibe, festgelegt
werden.
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Natürlich kann, wie es praktisch im allgemeinen zweckmäßig sein wird,
etwa durch die Einschaltung eines übersetzungsgetriebes auch erreicht werden, däß
eine Periode der Drehzahlschwankungen nicht einer einzigen, sondern einer beliebigen
anderen Zahl von Umdrehungen _- des Motors entspricht; in jedem Fall aber in einem-festen
Verhältnis zu der Zahl der Umdrehungen des Motors steht.
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Die Vorrichtung zur Veränderung des Sollwertes für die Winkelgeschwindigkeit
kann auch anders gestaltet sein. Bei' Verwendung eines mechanischen Reglers, dessen.
Sollwert etwa durch die Spannung einer Feder gegeben ist, kann beispielsweise mit
Hilfe entsprechender mechanischer Vorrichtungen die Federspannung laufend geändert
werden. Der Mittelwert der Winkelgeschwindigkeit des Motors 11 und damit die Periodendauer
der Schwankungen derselben ist durch - den Mittelwert des vorgegebenen Sollwertes
bestimmt. In dem behandelten Beispiel wird dieser durch das Potentiometer 22 eingestellt.
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Der in der beschriebenen Weise gebildete Sollwert der Winkelgeschwindigkeit
wird nun, wie schon erwähnt, auch dem Regler 4 des Hauptregelkreises bei 7 zugeleitet.
Die. Drehzahl des Motors 1 wird sich dadurch grundsätzlich in der gleichen Weise
periodisch ändern, wie die Drehzahl des Motors 11. Der Hauptregelkreis kann
aber durch Störgrößen beein flußt werden, die z. B. durch Änderungen der Belastung
des Motors 1 bedingt sind. Dadurch könrien Unterschiede im zeitlichen Verlauf der
Drehzahl-. änderungen beider Maschinen entstehen.
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Um die dadurch bedingten Regelabweichungen des Hauptregelkreises auf
ein Mindestmaß zu reduzieren, werden erfindungsgemäß die jeweiligen Unterschiede
der Winkelgeschwindigkeit beider Maschinen zur Bildung einer Korrekturgröße benutzt,
die dem Regler 4 zugeleitet wird und diesen im Sinne einer Verminderung der Abweichungen
zusätzlich beeinflußt.
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Zweckmäßig ist es, nicht den Unterschied der Drehzahlen selbst, sondern
das Zeitintegral derselben, d. h. die Abweichungen der Winkelstellungen beider Maschinen
voneinander, als Korrekturgröße für den Hauptregelkreis zu verwenden. Um dies zu
erreichen, sind in dem behandelten Beispiel die Maschinen 1 und
11 je mit einem Drehfeldgeber 10 und 20 gekuppelt. Die Spannungen
dieser beispielsweise aus kleinen drehstromerregten, einphasigen Synchrongeneratoren
bestehenden Drehfeldgeber werden einem phasenempfindlichen Gleichrichter 9 (Diskriminator)
zugeleitet. Solange die Winkelstellung der beiden Maschinen 1 und 11 genau übereinstimmt,
liegt am Ausgang des phasenempfindlichen Gleichrichters keine Spannung. Sobald aber
die Winkelstellungen der beiden Maschinen voneinander abweichen, entsteht in dem
phasenempfindlichen Gleichrichter eine Gleichspannung, deren Polarität davon abhängt,
welche der beiden Maschinen der anderen in der Winkelstellung voreilt. Diese Spannung
wird bei 8 in den Regler 4 eingeführt und beeinflußt diesen zusätzlich
im Sinne einer Beseitigung der Winkelabweichung. Auf diese Weise gelingt es, die
Winkelgeschwindigkeit des Motors 1 sehr genau derjenigen des Motors 11 anzugleichen,
d. h. den Einfluß von Störgrößen auf die Winkelgeschwindigkeit des Motors 1 nahezu
vollständig auszuschalten.
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Ähnliche Anordnungen von Drehfeldgebern sind bereits zur Erzielung
eines genauen Gleichlaufes zweier rotierender Wellen angewendet worden, jedoch ist
die erfindungsgemäße Anwendung solcher Mittel in Verbindung mit einem Hilfsregelkreis
in Gestalt einer verkleinerten Abbildung des Hauptregelkreises zwecks Erzielung
eines größen- und zeitmäßig genauen Verlaufes einer Regelung nach einer sich insbesondere
schnell ändernden Sollwertvorgabe nicht bekannt.
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Zur Messung der Drehzahlen können andere bekannte Mittel, wie Fliehkraftpendel,
dienen, die ihre Meßwerte mechanisch oder -elektrisch etwa durch Verstellung eines
Potentiometers als Sollwertvorgabe verwendbar machen. Zur Ermittlung der Winkelabweichungen
können statt der erwähnten Drehfeldgeber beispielsweise stroboskopische Meßeinrichtungen
in Verbindung mit einer Abtastung der sich als Lichteffekte darstellenden Meßwerte
durch Fotozellen dienen.
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Der Hauptantrieb und seine Nachbildung können statt durch Steuergeneratoren
2 und 12 in Leonard= schaltung auch durch beliebige andere steuerbare Stromquellen,
z. B. Stromrichter, gespeist sein.
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Soll die Regelung sich über einen sehr großen Drehzahlbereich erstrecken,
so kann es zweckmäßig
sein, die Drehfeldgeber 10 und
20 oder einen von ihnen mit den betreffenden Maschinen über Getriebe mit
verschiedenen, umschaltbaren übersetzungsverhältnissen zu kuppeln.
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Die beschriebene Anordnung ist imstande, den Tischantrieb einer rotierenden
Säge so genau zu steuern, daß auch bei hohen Walzgeschwindigkeiten und kurzen Schnittlängen
eine relativ hohe Genauigkeit für die einzelnen Rohrlängen erzielt wird.