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Kopierwerk zur Steuerung von Antrieben
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Kopierwerke zur Steuerung von Antrieben, wie sie z. B. in Walz-und Hüttenwerksbetrieben für Schlüsselkanter, Scheren, Schrägaufzüge usw. verwendet werden.
Zur Ausführung komplizierter elektrischer Schaltvorgänge sind mechanische Kopiergeräte bekannt, die aus einer Vielzahl längs einer Welle nebeneinander angeordneter, geeignet geformter Nockemcheiben, Schablonen od. dgl. bestehen, welche jeweils einen oder mehrere Nocken aufweisen, die je nach der
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zu steuernden Anordnung in geeigneter Weise gekuppelt. Die Nocken der einzelnen Scheiben oder Schablo- nen sind entsprechend dem geforderten Ablauf der Schaltvorgänge zueinander versetzt angeordnet. Die charakteristischen Grössen eines solchen Kopierwerkes sind also gegeben durch die die Kontaktdauer be- stimmende Nockenlänge und durch die mittlere Winkelversetzung der einzelnen Nocken untereinander.
Derartige mechanische Kopiergeräte weisen einige erhebliche Nachteile auf, die sich besonders bei der Anwendung solcher Kopiergeräte in Walz- und Hüttenwerksbetrieben sehr stl : end auswirken.
Ein Nachteil besteht darin, dass eine der Vielzahl der Kontakte entsprechende Anzahl von Zuleitungen erforderlich ist, die meist in einem für den Betriebsablauf ungünstigen Bereiche liegen und häufig, z. B. durch glühende Schlacke oder mechanische Beschädigungen, gefährdet sind.
Bei einer Zerstörung, Beschädigung oder Betriebsstörung des Kopierwerkes ergibt sich ein umständlicher Aus- und Einbau, der sehr zeitraubend Ist. Die Reparatur des Kopierwerkes bedingt ausserdem eine sehr kritische Ein-und Nachstellarbeit, wobei die Korrektur der Einstellung bestimmter Segmente leicht zu einer Verschiebung benachbarter Segmente führt.
Ein Hauptnachteil der genannten Kopierwerke besteht in dem Verschleiss der K. ontakttei1e, so daa sich der geforderte Kontaktschliessweg häufig bei längerer Betriebsdauer ändert und dadurch Betriebsstörungen hervorruft.
Ein weiterer Nachteil der mechanischen Kontaktsysteme besteht darin, dass in vielen Fällen Kontaktprellungen nicht verhindert werden können. Insbesondere bei schnellen Schaltvorgängen ergeben sich häufig derartige Schwingungsvorgänge, welche die tatsächliche Kontaktschliesszeit verfälschen.
Die bekannten Kopierwerke bedingen ausserdem einen grossen Raumaufwand, was bei der häufig in den Hütten- und Walzwerken herrschenden Beengung zu einer ungenügenden Zugänglichkeit der sehr repara- turanfälligen Kopierwerke führt.
Da die Kopierwerke entweder Im Freien oder in grossen Hallen aufgestellt sind, sind sie weitgehend auch den Witterungseinflüssen ausgesetzt.
Die vorliegende Erfindung bezweckt die Vermeidung der vorstehend genannten Nachteile.
Das erfindungsgemässe Kopierwerk zur Steuerung von Antrieben ist durch einen Drehttansformntor gekennzeichnet, dessen Rotor eine vom zu steuernden Antrieb abgeleitete Drehbewegung avzfmitt wobei von der Änderung der Phasenverschiebung zwischen Rotor-und Statorspannung die Festlegung des Beginnes und des Endes elektrischer Schaltvorgänge in Abhängigkeit von dem vom zu steuernden Antrieb zurückgelegten Weg bzw. Drehwinkel abgeleitet ist.
Zum Gegenstand der Erfindung gehören auch besonders vorteilhafte Einzelausgestaltungen des Kopierwerkes, gemäss welchen die Beeinflussung einer spannungsgesteuerten, vorzugsweise elektronischen Schalteinrichtung, die einen stromführenden und einen stromlosen Zustand aufweist, durch das Zusammenwirken
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der mechanischen Kopierwerke, sondern bietet zusätzlich noch Jen wesentlichen Vorteil, dass die charak- teristischen Grössen des Kopierwerkes, wie Dauer der Kontaktschliessung und zeitliche Aufeinanderfolge von Schaltvorgängen, ständig (wenn nötig auch während des Betriebes) auf einfachste Weise durch Änderung der Phasenverschiebungen der Steuerspannungen elektrisch geregelt und sogar ferngesteuert werden können.
Dadurch ergibt sich-gegenüber den starr eingestellten mechanischen Kopierwerken - eine, z.B. in Walz- und Hüttenwerksbetrieben, äusserst erwänschte Anpassungsfähigkeit des erfindungsgemässen Kopierwerkes an verschiedene, den Betriebsablauf stark beeinflussende Grössen (z. B. die Tempests). wot durch Totzeiten und Betriebsstörungen auf ein Mindestmass reduziert werden können. Ausserdem ist da Ko-
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Zur besseren Veranschaulichung der Erfindung wird dieselbe an Hand eines in den Zeichnungen dtM- gestellten Ausführungsbeispieles erläutert.
Dabei zeigen Fig.1 ein Schaltschema des erfindungsgemässen Kopierwerkes, welches zum Ersatz bzw. zur elektrischen Nachbildung eines eingangs beschriebenen mechanischen Kopierwerkes dient, Fig. 2 den Verlauf der beiden Gitterspannungen sowie der Anodenspannuag der gittergesteuerten Gasentladungsröhre, Fig. 3 ein weiteres Spannungsdiagramm mit der Anodenspannung und der Abschneidespannung und Fig. 4 eine erfindungsgemässe Abänderung der Schaltung nach Mg. l zur Verbindung einer kapazitiven oder induktiven Rückwirkung des Arbeitswiderstandes auf die spannungsgesteuerten Schalteinrichtungen.
Wie aus Fig. 1 ersichtlich, speist ein Drehstromnetz mit den Phasen R, S und T den Stator eines Drek- transformators M, dessen Rotor eine, vom zu steuernden Antrieb abgeleitete Drehbewegung ausfNMt. Natürlich kann die Anspeisung des Drehtransformators auch rotorseitig erfolgen. Im Rotor. reis des Dmbxraus- formators (bei Rotoranspeisung im Statorkreis) befindet sich der schematisch durch die Primärwicklun- gen u, v und w und die Sekundärwicklungen u', v' und w' sowie u", v" und w" veranschaulichte Poly-
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Wechselspannungendes Drehstromnetzes ist mittels der Leitung 11 an die Anode der gittergesteuerten Gessentladungsöhne R1 angeschlossen, während der Erdleiter MP an die Kathode der Röhre Rl angeschlossen ist.
Um beide Halbwellen des Wechselstromes auszunutzen, kann eine zweite Röhre R2 vorgesehen werden, die im Gegentakt zu der Röhre Rl geschaltet ist.Die Heizspannung für die Rörhren wird den Transformatorwicklungen v11 und v12 entnommen.
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Gleichrichter Gll hinsichtlich seiner Wirkungsweise als ein von der Gitterspannung S2 gesteuerter Schalter betrachtet werden, der zwischen Gitter und Kathode der Röhre Rl liegt. Der Gleichrichter G11 ist so gepolt, dass der in der Wirkung äquivalente, gedachte Schalter bei positiver Gitterspannung 52 offen und bei negativer Gitterspannung S2 geschlossen ist. Im ersten Fall kommt die Spannung Sl am Gitter der riz re R1 zur Wirkung, während im zweiten Falle die Gitter-Kathodenstrecke der Röhre R1 kurzgeschlossen ist und die Spannung Sl somit wirkungslos bleibt.
Zur Vereinfachung werden für die folgenden Betrachtungen die idealisierenden Voraussetzungen getroffen, dass die Gasentladungsröhre R1 bereits bei beliebig kleinen gleichzeitig positiven Gitter- und Anodenspannungen zündet und beim Nullverden der Anodenspannung erlischt. Die Brennspanmmg wird vernachlässigt. In Fig. 2 sind nun die entsprechenden Spannungsverhältnisse veranschaulicht. Die beiden Gitterspannungen Sl und S2 mögen gegeneinander eine konstante Phasenverschiebung von beispielsweise 1200 aufweisen. Gemäss der im vorhergehenden Absatz geschilderten Wirkungsweise der Schaltung ist eine Zundung der Röhre Rl nur in den Bereichen möglich, in denen sowohl die Gitterspannung Sl als auch die Gitterspannung S2 (Schalter offen) positiv sind.
Ein solcher Bereich wurde in Fig. 2 durch Schraffur hervor-
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gehoben und mit B2 bezeichnet. Eine tatsächliche Zündung der Röhre Rl tritt jedoch nur dann ein, wenn innerhalb dieses Bereiches B2 auch die Anodenspannung, die in Fig. 2 gestrichelt eingezeichnet ist, positiv ist. Es sei angenommen, dass die Zeitdauer eines Umlaufes des Dreh- transformator-Rotors gross sei gegenüber der Periodendauer der Wechselspannung, so dass die im Rotor in- ; duzierte Spannung näherungsweise die gleiche Frequenz besitzt wie die Statorspannung. Dieser Fall tritt in der Praxis am häufigsten auf ; für Ausnahmefälle wird später noch eine Korrekturmöglichkeit angegeben.
In der in Fig. 2 angedeuteten Phasenlage kann daher keine Zündung der Röhre Rl stattfinden, weil im
Bereich B2 die Anodenspannung in der negativen Phase ist. Wenn nun der Rotor des Drehtransformators um einen mechanischen Winkel a verdreht wird, so verschieben sich auch beide Gitterspannungen S1 und S2 um einen genau entsprechenden Winkel und zünden nach Zuriteklegung des W. inke1bereiches a. am Beginn der positiven Halbwelle P2 der Anodenspannung die Röhre R1. Hiedurch wird analog wie beim mechani- schen Kopierwerk ein Kontakt hergestellt und ein im Anodenstromkreis der gittergesteuerten Gasentla- dungsröhre R1 befindliches Schaltorgan (durch den Arbeitswiderstand Ra symbolisch dargestellt) wird be- tätigt.
Am Ende der positiven Anodenspannungshalbwelle P2 erlischt die Röhre Rl, um jedoch am Beginn der nächsten positiven Halbwelle wieder zu zünden, da sich voraussetzungsgemäss der Bereich B2 und die po-
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übergreifen. Unter Voraussetzung von Wechselspannungenmit 50 Hz erhält die SchalteinrichtungRa alle 10 Millisekunden einen Stromstoss von je 10 Millisekunden
Dauer.
Durch Vorsehen einer hinreichendenAbfallverzögerunginderSchalteinrichtungRa selbst, oder durch
Anordnung einer analog gesteuerten zweiten Gasentladungsröhre R2 antiparallel zur ersten Röhre Ri, welche
RöhreR2indennegativenHalbwellenderAnodenspannungden Stromfluss übernimmt, ist dafür gesorgt, dass der oder die vonderSchalteinrichtungRabetätigten (nicht dargestellten) Kontakte-die die weiteren Steuer- vorgänge bewirken-so lange geöffnet oder geschlossen bleiben, als Stromstösse durch die Röhre R1 bzw. die Röhren Rl und R2 fliessen.
Da in Wirklichkeit, entgegen der vorher getroffenen Annahme, der Bereich B2 infolge der Drehung des Drehtransfonnator-Rotors in der Phase laufend gegenüber der Anodenspannung verschoben wird, hört der Zündvorgang und damit die Beeinflussung der Schalteinrichtung Ra auf, wenn der Bereich B2 die po- sitive Halbwelle P2 der Anodenspannung durchschritten hat.
Um nun zu erreichen, dass der Überlappungsbereich B2 der beiden Gitterspannungen Sl, S2 ein Mass für die I. änge des nachzubildenden Nockens wird, muss sichergestellt werden, dass bei der Drehung des Drehtransformator-Rotors nur in diesem Bereich B2 eine Zündung auftritt. Ohne zusätzliche Massnahme würde die Nockenlänge etwa 1800 plus der doppelten Länge des Überlappungsbereiches B2 betragen. Ein so grosser Kontaktweg des nachzubildenden Nockens ist aber in vielen Fällen unerwünscht. Zu diesem
Zweck wird eine in Fig. 3 veranschaulichte weitere Spannung Z benötigt, die im nachfolgenden Abschnei- despannung genanntwird.
Diese Spannung verläuft synchron zur Anodenspannung A und ist gegenüber der- selben um einen konstanten Winkel phasenverschoben, der etwas mehr als 1800 beträgt, so dass sich ein kleiner Bereich BI ergibt, in dem die Anodenspannung A und die Abschneidespannung Z gleichzeitig einen positiven Wert annehmen. Wird nun diese Abschneidespannung Z über den Transformator T3 (Fig. l) dem
Gitterkreis G1 zugeführt und zwischen Gitter und Kathode der Röhre Rl ein Gleichrichter G12 geeigneter Polarität vorgesehen, so kann nur in dem engen Bereich Blindem diese beiden Spannungen A und Z posi- tiv sind, eine Zündung der Röhre R1 stattfinden.
Die Wirkungsweise des Gleichrichters G12 ist analog zu der des Gleichrichters Gll ; der Gleichrichter G12 kann wieder als von der Abschneidespannung Z gesteuerter
Schalter betrachtet werden, der Dei positiver Abschneidespannung offen und bei negativer Abschneidespan- nung geschlossen ist. Wandert nun der den Nocken repräsentierende Bereich B2 der Gitterspannung S1 und
S2 infolge der Drehung des Drehtransformator-Rotors in den Fig. 2 bzw. 3 nach rechts, so findet nur dann eine Zündung der Röhre Rl statt, so lange sich der Bereich B2 und der sehr kleine positive Bereich B1 übergreifen, in dem die Anodenspannung A und die Abschneidespannung Z positiv sind.
Eine Zündung der gittergesteuerten Gasentladungsröhre Rl findet also praktisch nur für den Zeitraum statt, in dem der positive Bereich B2 über den kleinen positiven Bereich Bl hinweggeführt wird.
Somit ist die konstante Phasenverschiebung zwischen den Gitterspannungen S1 und S2 eine einwandfreie Reproduktion des Kontalttweges der üblichen mechanischen Nockensysteme. Falls zur Ausnutzung beider Halbwellen des Wechselstromes eine zweite Gasentladungsröhre R2 vorgesehen ist, erfolgt deren Steuerung über einen zweiten Gitterkreis G2, der analoge Schaltelemente Rg', G21, G22 und R2 wie der Gitterkreis G1 der ersten Röhre Rl aufweist.
Zur Nachbildung eines zweiten Nockens werden dem Polygontransformator Y zwei weitere Spannungen Sl und S2 entnommen, die gegenüber den Spannungen Sl und S2 des andem Systems um einen sol-
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chen konstanten Betrag in der Phase verschoben sind, der der mittleren Winkelversetzung der beiden Nok- ken entspricht.
In Fig. 4 ist eine Schaltung dargestellt, in der die besonderen erfindungsgemässen Vorkehrungen zur
Verhinderung einer kapazitiven oder induktiven Rückwirkung des Arbeitswiderstandes veranschaulicht sind.
; Im übrigen werden die gleichen Schaltelemente wie in Fig. 1 verwendet. soweit sie nicht gemäss Fig. 4 eine besondere Ausgestaltung erfahren. Die beiden gittergesteuerten Gasentladungsröhren sind wieder mit
Rl und R2, die anodenseitige Stromzuführung mit Ll und der (beispielsweise als Relais dargestellte) Ar-
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und G31 eingeschaltet, die jeweils in Stromflussrichtung der Gasentladungsrohren R1 und R2 gepolt sind.
Der Arbeitswiderstand Ra sowie die Gleichrichter G30 und G31 sind jeweils durch hochohmige Widerstän- de R30 bzw. R31 überbrückt, die sicherstellen, dass die Röhren R1 und R2 in bezug auf die Abschneide- spannung mit einer phasenrichtigen Anodenspannung beaufschlagt werden, so dass allfällige Blindkompo- inenten des Arbeitswiderstandes das phasenrichtige Zusammenwirken der Anoden und Gitterspannungen nicht beeinflussen. Der Drehtransformator M und der Polygontransformator Y können für alle von einem
Antrieb gesteuerten, nachzubildenden Nockensysteme gemeinsam verwendet werden. Im allgemeinen weist ein Polygontransformator so viele Abgriffsmöglichkeiten auf. dass genügend Spannungen entnommen wer- den können, um auch ein sehr kompliziertes System mechanischer Nockensätze reproduzieren zu können.
Die Abschneidespannung und die Anodenspannung können für sämtliche Systeme konstant bleiben, so dass sich diesbezügliche Einstellvorrichtungen erübrigen.
Eine Korrektur des erfindungsgemässen Kopierwerkes ist erforderlich, wenn die Umdrehungszahl des
Drehtransformator-Rotors so gross wird, dass die Rotorfrequenz wesentlich von der Netzfrequenz 1m Stator abweicht. In diesem Falle werden je nach der Drehrichtung des Rotors des Drehtransformators die positi- ven Überlappungsbereiche B2 der Gitterspannungen S1 und S2 vergrössert bzw. verkleinert. Diese Abwei- chungen können aber leicht durch eine entsprechend grösser bzw. kleiner gewählte Phasenverschiebung der die Nockenlänge festlegenden Spannungen Sl und S2 korrigiert werden. Da im wesentlichen für jeden zu steuernden Antrieb infolge der mechanischen Kupplung mit diesem Antrieb die Drehzahl des Drehtransior- mator-Rotors vorgegeben ist, lässt sich im allgemeinen eine derartige Korrektur leicht erreichen.
Selbstverständlich können die elektronischen Gasentladungsröhren auch durch andere Zündelemente ersetzt werden. So kann z. B. jede elektronische Gasentladungsröhre durch ein entsprechendes K1ppschalt- system, z. B. eine geeignete Multivibrator-Schaltung ersetzt werden, die ausgangsseitig einen stromfüh- renden und einen stromlosen Zustand aufweist, wobei durch gitterseitige Beeinflussung ein Umkippen von dem einen in den ändern Zustand bewirkt werden kann.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Kopierwerk zur Steuerung von Antrieben, gekennzeichnet durch einen Drehtransformator, dessen
Rotor eine vom zu steuernden Antrieb abgeleitete Drehbewegung ausführt, wobei von der Änderung der
Phasenverschiebung zwischen Rotor- und Statorspannung die Festlegung des Beginnes und des Endes elek- trischer Schaltvorgänge in Abhängigkeit von dem vom zu steuernden Antrieb zurückgelegten Weg bzw. Dreh- winkel abgeleitet ist.