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Regelverfahren für die kontinuierliche Herstellung von tafelförmigen
Elektroblechen mit vorgegebenem magnetischem Verlustfaktor Ein wesentliches Kennzeichen
für die Qualität von Elektroblechen ist der magnetische Verlustfaktor. Darunter
versteht man den Leistungsverlust, der unter bestimmten, durch Konvention festgelegten
Bedingungen in einer Gewichtseinheit des Elektroblech-Materials auftritt. Bei der
Herstellung von Elektroblechen mit vorgegebenem, insbesondere optimalem magnetischem
Verlustfaktor, ist es von besonderer Bedeutung, daß der Verlustfaktor während der
Herstellung auf einem vorgegebenen Wert konstant gehalten wird, da es bei der Verwendung
der Bleche darauf ankommt, daß alle Bleche eines Pakets einen möglichst gleichen
Verlustfaktor haben.
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Es war bisher üblich, die Herstellung von Elektroblechen durch stichprobenweise
Prüfung des Verlustfaktors zu überwachen.
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Je nachdem, wie die Stichproben ausfielen, konnten die Bedingungen
der Würmebehandlung und Magnetfeldbehandlung von Hand verändert werden. Dieses Verfahren
ist umständlich und schwerfällig und ermöglicht höchstens grobe Korrekturen des
Fabrikationsverfahrens. Das der Erfindung zugrunde liegende Problem besteht darin,
die Herstellung von Elektroblechen mit vorgegebenem magnetischem Verlustfaktor so
zu verbessern, daß große Schwankungen des Verlustfaktors vermieden werden und daß
die überwachung und davon abhängig die Regelung des Fabrikationsverfahrens,
d. h. insbesondere der Temperatur des Vergütungsofens, der Durchlaufgeschwindigkeit
des Blechs durch den Vergütungsofen und/oder der Intensität der Magnetfeldbehandlung,
fortlaufend vorgenommen werden kann.
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Es ist bereits ein Verfahren zur Wärmebehandlung von ferromagnetischen
Metallbändern bekannt, bei dem das Blech nach der Wärmebehandlung zur Bestimmung
der Permeabilität durch ein magnetisches Meßfeld geführt und durch Vergleich mit
einem Musterstück ein Meßwert der Permeabilität bestimmt wird, der zur Beeinflussung
der Wärme- und/oder Magnetfeldbehandlung benutzt wird (deutsche Patente 614 464
und 614 465). Das bekannte Verfahren bezieht sich auf das Härten und Anlassen eines
Blechbandes und soll gewährleisten, daß diese Maßnahmen auf der ganzen Länge des
Blechbandes gleichförmig durchgeführt werden. Dabei wird die magnetische Permeabilität
nur als Indikator für das Abküh-
lungsmaß benutzt, zu dem sie in dem behandelten
Fall umgekehrt proportional ist. Dieses Verfahren läßt sich auf die Regelung der
Herstellung von tafelförmigem Elektroblech mit konstantem magnetischem Verlustfaktor
nicht übertragen, weil die unvermeidlichen Fertigungstoleranzen bezüglich der Breite
und Dicke des Blechbandes nicht berücksichtigt werden. Diese Toleranzen können aber
in der gleichen Größenordnung liegen wie die Streuung des magnetischen Verlustfaktors
selbst. Ohne Berücksichtigung dieser Abweichung ließe sich die Gleichförmigkeit
des Verlustfaktors nicht verbessern.
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Eine weitere größere Schwierigkeit, die sich der übertragung dieses
Verfahrens auf die Herstellung von Elektroblechen mit gleichbleibendem Verlustfaktor
entgegenstellt, besteht darin, daß die Bestimmung des Verlustfaktors erheblich umständlicher
ist als die Permeabilitätsmessung. Letztere kann nämlich, wie es auch bei dem bekannten
Verfahren vorgesehen ist, am kontinuierlich fortbewegten Band erfolgen. Die Bestimmung
des Verlustfaktors einer Blechtafel besteht dagegen aus mehreren Maßnahmen, nämlich
der Gewichtsbestimmung, der Messung der Gesamtverluste und der Umrechnung auf den
auf das Gewicht bezogenen Verlustfaktor. Der Verlustfaktor wurde bisher meistens
in der Weise bestimmt, daß man aus dem zu untersuchenden Material einzelne Streifen
herausschnitt, diese übereinanderschichtete, deren Gesamtverlust bestimmte und anschließend
durch das Gesamtgewicht dividierte. Aber auch andere bekannte Verfahren zur Bestimmung
des Verlustfaktors liefern keine Meßwerte, die unmittelbar für die Regelung eines
Herstellungsverfahrens von Elektroblechen mit konstantem magnetischem Verlustfaktor
geeignet sind. Es ist zwar bekannt, die Eisenverluste von Elektroblechen im Magnetfeld
mittels
einer Magnetisierungs- und einer Induktionswicklung sowie
eines Rückschlußjoches zu bestimmen, wobei der zur Erzielung einer konstanten und
von der Blechdicke unabhängigen Induktion in den Blechtafeln die Spannung in der
Magnetisierungswicklung mittels eines Reglers, dem die zu regelnde Spannung über
eine Gleichrichteranordnung als Regelgröße wieder zugeführt wird, auf konstanten
Sollwert der Induktion geregelt wird, wobei die Regelgröße selbsttätig durch das
Blechgewicht mit Hilfe eines durch eine Waage einstellbaren Potentiometers beeinflußt
wird, und wobei zur Messung der Eisenverluste ein Leistungsmesser dient, dessen
Spannungsspule unter der Zwischenschaltung linearer Schaltelemente an die Induktionswicklung
angeschlossen ist und die Spannung an der Spannungsspule des Leistungsmessers in
Abhängigkeit von der Anzeige der Waage auf einen vom Blechgewicht unabhängigen konstanten
Wert regelbar ist, Die Schwierigkeiten, die mit der Bestimmung des Verlustfaktors
verbunden sind, sind wohl in erster Linie dafür verantwortlich zu machen, daß kein
befriedi-endes Regelverfahren für die kontinuierliche Herstellung von Elektroblechen
mit optimalem Verlustfaktor bekanntgeworden ist, obwohl das Problem schon lange
bestand und verschiedene Meßmethoden zur Bestimmung des Verhistfaktors von Magnetblechen
bekannt waren, Dabei ist zu berücksichtigen, daß bei den bekannten Verlustfaktor-Meßmethoden
der gewichtsbezogene Verlustiaktor nicht direkt gemessen wurde, sondern nur mittelbar
aus dem bestimmbaren Verlustfaktor des Meßgerätes und der Gesamtverlustfaktor von
Meßgerät und untersuchtem Elektroblech.
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Das der Erfindung zugrunde liegende Problem ist die Schaffung eines
Regelverfahrens für die kontinuierliche Herstellung von tafelförmigem Elektroblech
mit vorgegebenem magnetischem Verlustfaktor, das schnell und zuverlässig arbeitet
und einen vorgegebenen magnetischen Verlustfaktor in relativ engen Grenzen einzuhalten
imstande ist.
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Das der Erfindung zugrunde liegende Problem ist für ein Regelverfahren,
bei dem das Blech zur Bestimmung des Verlustfaktors durch ein magnetisches Meßfeld
geführt und derermittelte Meßwert zur Beeinflussung der Wärme- und/oder Magnetfeldbehandlung
benutzt wird, dadurch gelöst, daß die Blechtafeln vor dem Eintritt in -das Meßfeld
gewogen werden, das Meßfeld in Abhängigkeit vom Wägeergebnis selbsttätig auf konstante
Induktion in den Blechtafeln geregelt, die einen mit einer Kompensationsstromspule
verschenen Leistungsmesser für den Verlust im Meßfeld zugeführte Spannung umgekehrt
proportional dem Tafelgewicht korrigiert und der Zeigerausschlag des Leistungsmessers
in eine elektri# sche Istgröße für den Regler umgesetzt wird.
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Das erfindungsgemäße Regelverfahren hat den Vorteil, daß der Zeigerausschlag
des Leistungsmessers ffir den Verlust im Meßfeld direkt den gewichtsbezogenen Verlustfaktor
der Blechtafel angibt und daher in eine elektrische Istgröße für den Regler umgesetzt
werden kann, der, wenn erforderlich, die Wärmebehandlungs- und Magnetfeldbehandlunosbedingungen
ändert. Es ist also nicht erforderlich, die Anzeige des Leistungginessers zu korrigieren
oder weitere Messungen und Berechnungen ausden Meßergebnissen zur Bildung einer
elektrischen Istgröße fÜr den gewichtsbezogenen Verlustfaktor durchzuführen. Da
die Regelung der Wärmebehandlungsbedingungen gleichzeitig eineTemperaturregelung
mitbeinhaltet, ist der Regelkreis notwendigerweise träge. Um Regelschwingungen weitgehend
zu vermeiden, ist es zweckmäßig, daß dem Zeigerausschlag bereichsweise verschiedene
Istgrößen zugeordnet werden, so daß die umgesetzten elektrischen Istgrößen bei kleinen
Abweichungen konstant bleiben und nicht zum Eingreifen der Regler führen.
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Auch wenn sich mit dem erfindungsgemäßen Re-elverfahren die Schwankungen
des Verlustfaktors in relativ engen Grenzen halten lassen, sind Ausreißer bei sehr
eng zu tolerierenden Blechen nicht immer ganz zu vermeiden. Wenn Bleche, deren Verlustfaktor
nicht mehr innerhalb eines zugelassenen Toleranzbereiches liegt, ausgeschieden werden
müssen, ist es vorteilhaft, die, elektrischen Bereichs-Istgrößen zur Steuerung einer
Blechtafelsortierung zu verwenden, damit Bleche mit oberhalb und unterhalb des Soll-Verlustfaktors
aussortiert werden können.
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Der Zeigerausschlag des Leistungsmessers für den Verlust im Meßfeld
wird in an sich bekannter Weise zweckmäßig fotoelektrisch abgetastet, indem der
Meßskala des Leistungsmessers in den verschiedenen Meßwertbereichen einzeln angeordnete
Fühlorgane zugeordnet sind.
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Eine Anordnung zum Messen des magnetischen Verlustfaktors, bei der
die Blechtafeln vor dem Eintritt in das magnetische Feld der Meßspule gewogen werden,
wobei in Abhängigkeit von der Anzeige der Waage selbsttätig das magnetische Feld
auf konstante, vom Tafelgewicht unabhängige Induktion geregelt wird, und die einem
mit einer Kompensationsstromspule versehenen Leistungsmesser für den Verlust im
Meßfeld zugeführte Spannung zur Besthnmung der auf das Gewicht bezogenen Verluste
umgekehrt proportional dem Tafelgewicht korrigiert wird, ist bereits in einer nicht
zum Stand der Technik gehörenden älteren Anmeldung (s. deutsche Auslegeschrift
1260 022) beschrieben.
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Die Erfindung ist im folgenden an Hand schematischer Zeichnungen an
vorteilhaften Ausführungsbeispielen näher erläutert.
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F i g. 1 veranschaulicht die Regelung der Arbeitsbedingungen
in einer Vergütungsstufe für Elektrobleche, F i g. 2 das Sortieren der fertigen
Bleche.
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Bei der in F ig. 1 dargestellten Vergütungsanlage wird das
Gut 12 mittels einer Transportvorrichtung 13 durch einen Glühofen
11 hindurchgeführt. Das Gut kann als Band oder in Tafelform vergütet werden.
Im ersteren Fall wird es vor der Messung in Tafeln zerlegt, was in der Zeichnung
nicht dargestellt ist. Das Heizmittel, hier Gas, wird dem Glühofen durch eine Zuleitung
18 zugeführt Anschließend durchläuft das Glühgut eine Kühlzone :14, deren
Temperatur mittels Kühl- oder Heizschlangen 15 geregelt wird. In dieser Zone
befindet sich gegebenenfalls noch eine Magnetisierungsspule 16, die von einem
Regeltransformator 17 aus gespeist wird. Hinter der Transportvorrichtung
13 der Kühlzone ist eine Waage 19 angeordnet, auf welcher das Gewicht
einer Blechtafel bestimmt wird. Anschließend folgt die Meßanordnung 20 mit dem magnetischen
Meßfeld, die zur Messung der magnetischen Verluste dient. Sie umfaßt, wie schematisch
angedeutet, eine Magnetisierungs- und eine Induktionswicklung sowie ein Rückschlußjor,h.
Die Waage 19 wirkt in der Weise
auf die Meßanordnung 20 ein,
daß zur Erzielung einer konstanten und von der Blechdicke unabhängigen Induktion
in den Blechtafeln die Spannung in der Magnetisierungswicklung auf konstanten Sollwert
der Induktion geregelt wird, wobei die Regelgröße selbsttätig durch das Tafelgewicht
mit Hilfe eines durch die Waage 19 einstellbaren Potentiometers beeinflußt
wird. Die Gesamtheit der hierzu verwendeten Regelorgane ist schematisch durch den
Schaltkasten 21 dargestellt. Er enthält ferner zur Messung der Eisenverluste einen
mit einer Kompensationsstromspule versehenen Leistungsmesser, dessen Spannungsspule
an dieMagnetisierungswicklung derMeßanordnung 20 angeschlossen ist, wobei die zugeführte
Spannung zur Bestimmung der auf konstantes Blechgewicht bezogenen Verluste (W/kg)
umgekehrt proportional zum Tafelgewicht reduziert bzw. korrigiert wird.
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Der Leistungsmesser weist eine mit durchscheinenden Lichtmarkenskalen
ausgerüstete Meßskala auf, welche in Bereiche unterteilt ist, deren jedem eine Fotozelle
zur fotoelektrischen Abtastung der Zeigerstellung zugeordnet ist. Im einfachsten
Fall sind den einzelnen Fotozellen Hilfsrelais zugeordnet, die die Steuervorgänge
auslösen. Die Steuerung wirkt auf die Gaszuleitung 18 und/oder auf die Regelung
des Antriebs 22 fÜr den Transport des Blechs und/ oder auf den Regeltransformator
17 der Magnetisierungsspule 16 ein. Mit einer Einrichtung gemäß F
i g. 1 kann man daher von der Meßanordnung aus fortlaufend die Temperatur
des Vergütungsvorgangs und/oder die Durchlaufgeschwindigkeit beeinflussen. In entsprechender
Weise kann durch die Meßanordnung ein Regelvorgang ausgelöst werden, der bei einer
Vergütung durch Magnetisierung in einer Feldspule zur Änderung der Magnetisierungsintensität
die Höhe des Magnetisierungsstromes ändert. Auch andere Regelungen können in entsprechender
Weise ausgelöst werden, beispielsweise eine Änderung der Temperatur während der
Magnetisierung, was in F i g. 1 nicht veranschaulicht ist.
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Gemäß F i g. 2 ist der Meßanordnung eine Sortieranlage nachgeschaltet,
in der die fertiggestellten Blechtafeln, sofern dies für die Einhaltung enger Verlustfaktortoleranzen
erforderlich ist, nachsortiert werden können. Die Waage 19 und die Meßanordnung
20 für die Tafeln 12 sind mit einem erweiterten Schaltkasten 21 a verbunden, von
dem aus, je
nach dem gemessenen Verlustfaktor, die Ablage der Tafeln 12 auf
einen der Stapel 37, 38 oder 39 gesteuert wird. Dies geschieht in
der Weise, daß die auf dem Rollengang 33 gleitenden Tafeln durch eine der
Ablegevorrichtungen 34, 35 oder 36 auf den zugeordneten Stapel
37, 38 oder 39 abgelegt werden. DieBetätigung derAblegevorrichtungen
erfolgtdurch pneumatische Arbeitszylinder44, 45 und 46, indem die Steuerventile
54, 55 und 56 für das Druckmittel elektrisch angesteuert werden.