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Vorrichtung zur Sicherung des Gleichlaufes eines Walzgutes und einer mit dem Walzgut mitlaufenden Bearbeitungsmaschine
Es sind Vorrichtungen bei Walzwerken bekannt, bei denen eine Bearbeitungsmaschine, z. B. eine
Schere, Säge oder Schweissmaschine mit einem sich auf einem Rollgang bewegenden Walzgut mitlaufen.
Es ist dann bekanntlich nicht mehr erforderlich, das Walzgut zum Sägen od. dgl. anzuhalten. Die Sage läuft mit dem Walzgut mit und tritt in Tätigkeit, sobald sie die gleiche Geschwindigkeit wie das Walz- gut erhalten hat.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diese Mitlaufgeschwindigkeit auf die Walzgutgeschwin- digkeit zu regeln. Erfindungsgemäss wird das dadurch erreicht, dass an der Bearbeitungsmaschine ein an sich bekannter Messwertgeber angeordnet ist, bei welchem mittels eines lichtelektrischen Empfängers ein das Walzgut enthaltendes Gesichtsfeld über bewegliche optische Ablenkmittel periodisch abgetastet wird und die Phasenlage der vom Empfänger beim Erfassen des Walzgutes gelieferten Impulse in bezug auf eine Vergleichsspannung zur Bildung eines Messwertes für die Lage des Walzgutes relativ zu der Bearbeitung- maschine dient, und dass von dem Ausgangsmesswert eine Regelvorrichtung zur Anpassung der Geschwin- digkeiten von Bearbeitungsmaschine und Walzgut steuerbar ist.
Es ist eine Regelanordnung zur Überwachung veränderlicher physikalischer G-össen bekannt, bei der von einer Lichtquelle ein Strahlenbündel auf eine Photozelle fällt, und bei der in dem Strahlengang einmal eine Rahmenblende angeordnet ist, welche von einem Messwerk nach Massgabe der zu überwachenden physikalischen Grösse auslenkbar ist, und in dem Rahmen eine Fahne oszilliert, die von einer Schwingspule in Vibration versetzt wird. Wenn die Rahmenblende symmetrisch zur Ruhelage der Fahne liegt, dann ändert sich der auf die Photozelle fallende Lichtstrom bei einer Schwingung der Fahne nicht. Das Strahlenbündel wird abgeblendet von der Fläche des Rahmens und von der Fläche der Fahne. Die Gesamtblendenfläche wird durch die Schwingungen nicht berührt.
Wenn aber die Rahmenblende gegenüber der Ruhelage der Fahne seitlich verschoben wird, dann schwingt die Fahne je nach der Richtung der Auslenkung in der einen oder in der andern Endlage mehr oder weniger weit über die Rahmenblende hinweg.
Dann entstehen sinusförmige Lichtimpulse mit einer von zwei diskreten, um 1800 gegeneinander verschobenen Phasenlagen, je nachdem die Auslenkung der Rahmenblende nach der einen oder nach der andern Seite erfolgt. Von diesen Impulsen kann über einen Verstärker eine Leistung in geeigneter Weise gesteuert werden.
Bei einer Abwandlung dieser bekannten Anordnung sind zwei Photozellen vorgesehen, die von zwei gegenphasig flackernden Lichtquellen beleuchtet werden können. Im Ruhezustand werden beide Strahlenbündel durch eine von dem Messwerk gesteuerte Fahne abgedeckt. Bei einer Auslenkung des Messwer- kes wird entweder das eine oder das andere Strahlenbündel mehr oder weniger freigegeben.
Bei diesen bekannten Anordnungen handelt es sich also darum, ein Messglied von geringer Leistungsaufnahme, z. B. ein Galvanometer, rückwirkungsfrei abzutasten und den Ausschlag des Messgliedes in eine entsprechend grössere Schaltleistung umzusetzen. Die Grösse des Ausschlages geht in die Amplitude der erhaltenen photoelektrischen Impulse ein. Die Phasenlage der Impulse kann nur einen von zwei Werten annehmen entsprechend "Ausschlag rechts" und "Ausschlag links". Das bedeutet aber, dass die photoelektrischenImpulse nur insoweit ein eindeutiges Mass für die Grösse des Ausschlages liefern, als man den
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von der Lichtquelle ausgehenden Lichtstrom und die Empfindlichkeit der Photozelle als konstant annehmen kann. Dieses Erfordernis ist, insbesondere unter rauhen Betriebsbedingungen, nur schwer zu erfüllen.
Bei der erfindungsgemässen Anordnung geht dagegen der "Ausschlag", nämlich die Abweichungvon Walz- gut und Bearbeitungsmaschine in die Phasenlage der Impulse ein. Die Grösse des auf den Strahlungsempfänger fallenden Lichtstromes ist ohne Einfluss auf die Messung.
Die bekannten Anordnungen benötigen ferner auf jeden Fall eine Fahne od. dgl. an dem einen gegen- über der Photozelle beweglichen Teil und eine von der Photozelle aus gesehen dahinter liegende und mit dieser bewegte Hilfsbeleuchtung. Für die Abtastung von heissem Walzgut sind diese bekannten Anordnungen auch schon aus diesen Gründen nicht geeignet.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Figuren dargestellt und im folgenden beschrieben.
Fig. 1 zeigt schematisch den Aufbau eines bei der Erfindung verwendeten Tastkopfes. Fig. 2 zeigt die zugehörige Schaltung zur Gewinnung eines Messwertes für die Lage des Walzgutes relativ zu dem Tastkopf. Fig.'3 zeigt die Schaltung zur Regelung der Mitlaufgeschwindigkeit in Abhängigkeit von dem von der Schaltung nach Fig. 2 gelieferten Messwert.
Der Tastkopf ist an einer Bearbeitungsmaschine angeordnet und läuft mit dieser mit. Er liefert somit einen Messwert für die relative Lage von Walzgut und Bearbeitungsmaschine.
Der optische und mechanische Aufbau des bei der Erfindung verwendeten lichtelektrischen Messwertgebers ist in Fig. 1 rein schematisch dargestellt. Ein Messstrahlenbündel l wird durch eine Zylinderlinse 2 auf einem Polygonspiegel 3 gesammelt. Die Achse der Zylinderlinse 2 liegt gekreuzt zu der Achse des Polygonspiegels 3. Von dem Polygonspiegel 3 wird das Strahlenbündel über einen zylindrischen Hohlspiegel auf einen Strahlungsempfänger 5, z. B. in Gestalt einer Pbs-Zelle geworfen. Die Achse des Zylinders 4 ist gekreuzt zur Achse der Zylinderlinse 2 angeordnet.
Durch die Wirkung der beiden gekreuzten Zylinder 2 und 4 erhält man an dem Strahlungsempfänger 5 stets eine genaue punktförmige Fokussierung des Strahlenbündels 1, gleichgültig, wie schräg das Bündel 1 entsprechend der Stellung des Polygonspiegels 3
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te man bei sehr schrägem Einfall des Strahlenbündels 1 stets ein mehr oder weniger stark ausgeprägtes Koma. Dadurch würde der vom Strahlungsempfänger gelieferte Impuls unscharf, was für manche der unten geschilderten Anwendungsfälle der Erfindung nicht tragbar ist.
Der Polygonspiegel 3 ist pyramidenstumpfförmig ausgebildet und wird von zehn Planspiegeln gebildet.
Er wird von einem Motor 6 über ein Getriebe 7 angetrieben. Der Motor 6 hat eine verhältnismässig hohe Drehzahl von beispielsweise 3000 Umdr/min und ist durch das Getriebe 7 auf 600 Umdr/min untersetzt.
Auf der Abtriebswelle 8 des Getriebes 7 sitzt ein Ventilator 9 oder irgendeine andere zusätzliche Belastung, durch welche das Spiel im Getriebe unterdrückt wird. Auf diese Weise lässt sich ein hinreichend ruhiger Lauf des Spiegels erzielen. wie er für manche Anwendungsfälle der Erfindung unbedingt erforderlich ist.
Der Motor 6 ist ein Synchronmotor, der vom Netz gespeist wird.
Bei der beschriebenen Anordnung wird ein Gesichtswinkel von 72 abgetastet, u. zw. mit einer Fre-
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gleicher Richtung, z. B.' von hinten nach vorn in Fig. 1.
Die Art des verwendeten Empfängers hängt davon ab, welche Objekte abgetastet werden. Bei selbstleuchtenden Objekten, z. B. glühendem Walzgut, kann man mit Vorteil eine Widerstandszelle (Bleisulfidzelle) verwenden. Es wandert dann bei einer Drehung des Spiegels 5 nur der von der Photozelle erfasste Raumwinkel, also gewissermassen die Empfindlichkeitsachse. Bei nichtleuchtenden Objekten kann man eine Hilfslichtquelle vorsehen. Zu diesem Zweck kann, wie in Fig. 1 gestrichelt eingezeichnet ist, in der Nähe des Empfängers 5 eine Lampe 10 angeordnet sein, welche über einen halbdurchlässigen Spiegel 11 den Zylinderspiegel 4, den Polygonspiegel 3 und die Zylinderlinse 2 ein Lichtstrahlenbündel aussendet. Dieses wird reflektiert oder nicht reflektiert, je nachdem, ob das Strahlenbündel 1 auf das Objekt fällt oder nicht.
Zu diesem Zweck kann hinter dem Objekt beispielsweise ein Tripelrückstrahler angeordnet sein, der das auf ihn auftreffende Licht in sich zurückwirft, so dass das Licht auf dem gezeichneten Weg zurück auf den Strahlungsempfänger 5 fällt, solange der Lichtstrahl 1 das Objekt noch nicht erfasst hat.
Eine andere Möglichkeit auch nichtleuchtende Objekte zu erfassen besteht darin, dass hinter dem Objekt eine ausgedehnte Lichtquelle, z. B. eine Leuchtstoffröhre oder ein Glühstab angeordnet ist, welche von der Empfindlichkeitsachse l periodisch abgetastet wird, wobei der Empfänger 5 ebenfalls abgeschattet wird, sobald die Empfindlichkeitsachse 1 das Objekt erfasst.
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Die Schaltung des Messwertgebers ist als Beispiel in Fig. 2 schematisch dargestellt. Die an den ein- zelnen Punkten des Stromkreises auftretenden Signale sind dabei als Oszillographenbilder eingezeichnet.
Mit 5 (Fig. 2) ist der Empfänger bezeichnet, der von einer Widerstandszelle (PbS-Zelle) gebildet wird, welche bei Bestrahlung ihren Widerstand ändert. Dadurch ergeben sich an einem von der Widerstandszelle 5 und einem Widerstand 12 gebildeten Spannungsteiler Impulse gemäss Oszillographenbild 13, je- desmal wenn die Empfindlichkeitsachse 1 (Fig. 1) das Messobjekt erfasst. Es soll angenommen werden, dass das Messobjekt ein selbstleuchtender Körper, z. B. ein glühender Knüppel in einem Warmwalzwerk ist.
Die Impulse 13 werden über eine Leitung 14 von dem eigentlichen Tastkopf abgenommen. Zur Un- terdrückung von Störspannungen, die in der Leitung 14 induziert werden können, sind Siebglieder vorge- sehen, die generell mit 15 bezeichnet sind. Die Impulse gelangen dann auf das Gitter eines Wechsel- stromverstärkers 16. Dieser liefert eine Spannung-etwa entsprechend dem Oszillographenbild 17. Die
Spannung gemäss 17 liegt am Gitter einer übersteuerten Amplitudenbegrenzerröhre 18. Diese liefert eine
Spannung, die etwa dem Oszillographenbild 19 entspricht. Man muss sich dabei aber vorstellen, dass in
Wirklichkeit die Amplituden wesentlich grösser sind, als dies in dem Oszillographenbild 19 dargestellt ist, so dass sich an den Flanken der Kurve praktisch senkrechte Sprünge ergeben.
In der Praxis verwendet man mehrere hintereinandergeschaltete Amplitudenbegrenzerröhren, von denen hier der Einfachheit halber nur eine (18) dargestellt ist. Das so erhaltene Signal 19 wird einem Differenzierglied in Gestalt eines Trans- formators 20 zugeführt, an dessen Sekundärwicklung man positive und negative Impulse gemäss dem
Oszillographenbild 21 erhält.
Es ist zu beachten, dass Phasenverschiebungen, die in den einzelnen Verstärkerstufen und dem Trans- formator entstehen können, nicht stören, da diese durch entsprechende Justierung der Winkellage des
Polygonspiegels 3 (Fig. 1) ausgeglichen werden können. Der Spiegel 3 ist zu diesem Zweck gegenüber der Achse 8 verstellbar. Die negativen Impulse 21 werden durch einen Gleichrichter 22 weggeschnitten, so dass sich ein Signal gemäss Oszillographenbild 23 ergibt. Die Phasenlage der Impulse gemäss 23 hängt von der Lage des angepeilten Objekts in dem von dem Tastkopf erfassten Gesichtsfeld ab.
Vom Netz (-), welches auch den Synchronmotor 6 (Fig. 1) speist, werden über einen Transformator
24 mit Mittelanzapfung 25 zwei Tyratrons 26,27 gegenphasig gespeist. In den Oszillographenbildern 28,
29 ist der Verlauf der Anodenspannungen der beiden Tyratrons 26,27 dargestellt. Die Steuergitter der
Tyratrons 26,27 erhalten durch eine Stromquelle 30 eine negative Vorspannung, so dass die Tyratrons normalerweise gesperrt sind. Auf die Steuergitter werden nun über Widerstände 31,32 die positiven Im- pulse 23 gegeben.
Die Netzspannung 28,29 hat 50 Hz. Die Impulse kommen mit einer Frequenz von 100 Hz. Infolge- dessen erhalten die Tyratrons 26,27 in der Halbwelle einen Impuls 23. Der Impuls reicht aus, um das Tyratron 26,27 zu zünden, aber natürlich nur, wenn und solange die Anodenspannung 28, 29 positiv ist.
Da die Tyratrons 26,27 von dem Transformator 24 gegenphasig gespeist werden, zünden die Tyratrons immer abwechselnd. Der erste Impuls 23 zündet das Tyratron 26, welches so lange brennt, bis die Ano- denspannung 28 wieder durch Null geht (Oszillographenbild 33). Der zweite Impuls 23 zündet entsprechend das Tyratron 27 (vgl. Oszillographenbild 34). Tyratron 26 kann beim zweiten Impuls nicht zünden, weil in diesem Augenblick ja die Anodenspannung 28 negativ ist.
Je nach der Phasenlage der Impulse 23 in bezug auf die Netzspannung 28,29 brennen die Tyratrons 26,27 mehr oder weniger lange. Kommt der Zündimpuls sofort, sobald die Anodenspannungen positiv geworden sind, so brennen die Tyratrons praktisch während der ganzen Halbwelle, kommt der Impuls erst kurz bevor die Spannung wieder durch Null geht, so löscht das Tyratron sofort wieder, es brennt praktisch gar nicht. Die Anordnung stellt somit einen phasengesteuerten Zweiweggleichrichter dar. Die Messspannung U (Fig. 2) ist somit ein Mass für die Phasenlage der Impulse 23 und damit für die Lage des angepeilten Objekts in dem Gesichtsfeld des Tastkopfes.
Statt zweier gegenphasig gespeister Tyratrons können auch zwei antiparallelgeschaltete Tyratrons vorgesehen werden.
In Fig. 3 ist beispielsweise eine Schaltanordnung für die Geschwindigkeitsregelung dargestellt. Mit 44 (Fig. 3) ist ein von den Messimpulsen gesteuerter phasenempfindlicher Gleichrichter bezeichnet, wie er in Fig. 2 ausführlicher dargestellt ist. Das Bezugszeichen 45 bezeichnet einen Gleichrichter, der von der gleichen Wechselspannung ("') gespeist wird wie der phasenempfindliche Gleichrichter 44 und der eine Bezugsspannung Uo liefert. Die Bezugsspannung Uo entspricht einem Sollwert der durch den Gleichrichter 44 gelieferten Messspannung U.
ImrechtenTeil von Fig. 3 ist eine übliche Geschwindigkeitsregelung mittels eines Leonard-Aggregates
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dargestellt. Durch ein Potentiometer 46 wird die Erregung 47 eines Generators 48 geregelt. Dieser speist einen Motor 49, der die Fördervorrichtung treibt.
Mit dem Motor 43 ist eine. Tachometermaschine 50 gekoppelt, deren Spannung eine stabilisierte Spannung, die an einem Spannungsteiler 51 abgegriffen wird, eingeschaltet ist. Von der Spannungsdifferenz wird ein Stellmotor 5 ? gespeist, der den Abgriff des Potentiometers 46 verstellt, sobald die Geschwindigkeit des Motors 49 von dem Sollwert und damit die Spannung der Tachometermaschine von der am Potentiometer 51 eingestellten Spannung abweicht.
Durch die Spannungsdifferenz U - Uo der Gleichrichter kann nun beispielsweise ein Stellmotor 53 gesteuert werden, der das Potentiometer 51 verstellt.