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Anordnung zur Durchhangregelung für durch eine Durchlaufgrube laufendes
Bandmaterial Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung zur Durchhangregelung
für durch eine Durchhanggrube laufendes Bandmaterial, wobei die Bestimmung des Durchhangs
durch Ausmessung der Laufzeit des gegen das durchhängende Material ausgesandten
und an diesem reflektierten Schalles erfolgt. Die Einschaltung von Stellen, an denen
Bandmaterial im Zuge seiner Bearbeitung durchhängt, und die Regelung dieses Durchhanges
ist insbesondere aus der Walztechnik bekannt. Bei den dort verwendeten bekannten
Verfahren zur Durchhangregelung geschieht die Messung des Durchhanges in analoger
Weise. Sie erfolgt, indem eine mit einem nicht geschlossenen stabförmigen Eisenkern
versehene zylindrische Spule mit ihrer Achse quer zur Laufrichtung des Bandmaterials
unterhalb des durchhängenden Bandmaterials angebracht ist. Die Stromaufnahme der
Spule ändert sich mit dem Durchhang, d. h. mit dem Abstand des Bandmaterials von
der Spule. Handelt es sich um ferromagnetisches Bandmaterial, so ist die Änderung
in erster Linie eine Folge des sich ändernden magnetischen Widerstandes des magnetischen
Kreises der Spule. Handelt es sich um ein nicht ferromagnetisches, jedoch elektrisch
leitendes Bandmaterial, so ist die erhöhte Stromaufnahme eine Folge des durch Wirbelstrombildung
entstehenden Energieentzuges aus dem magnetischen Feld der Spule. Diese bekannte
Methode zur Messung des Durchhanges ist jedoch nur geeignet, wenn der Abstand zwischen
der Spule und dem durchhängenden Bandmaterial verhältnismäßig klein ist. Ferner
ist diese bekannte Methode an die Voraussetzung gebunden, daß das Bandmaterial magnetische
oder elektrisch leitende Eigenschaften besitzt.
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Weiterhin ist bereits eine Einrichtung bekannt, bei der die Größe
der Schlaufe eines Bandes durch Messung der Kapazität eines Kondensators bestimmt
werden kann. Die Entfernung des Bandmaterials von den Kondensatorplatten beeinflußt
die Kapazität des Kondensators. Einer bestimmten Entfernung des Bandmaterials von
den Kondensatorplatten entspricht ein bestimmter Kapazitätswert. Diese Einrichtung
ist jedoch nur verwendbar, wenn das Band ein metallisch leitender Körper ist und
wenn der Durchhang nur wenig schwankt und dadurch der Plattenabstand verhältnismäßig
kleine Werte nicht überschreitet.
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Nun treten aber auch Fälle auf, in denen die Tiefe der Durchhanggrube
10 bis 20 m beträgt, so daß der Abstand des durchhängenden Materials vom Boden der
Grube großen Schwankungen unterworfen sein kann. Solche tiefen Durchhanggruben sind
beispielsweise erforderlich, wenn das Bandmaterial zus einer Behandlung durch ein
Bad gezogen wird (Beizbad) und der Weg durch dieses Band eine gewisse Länge haben
muß.
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Es ist hierbei auch bekannt, die Messung der Schlaufengröße mittels
Lichtquellen und Fotozellen durchzuführen. Hierfür ist eine Vielzahl, in verschiedenen
Entfernungen vom Boden der Durchhanggrube einander gegenüberliegender Lichtquellen
und Fotozellen angeordnet. Jede dieser Fotozellen liefert eine Aussage darüber,
ob der Lichtstrahl durch das Bandmaterial unterbrochen ist oder nicht. Abgesehen
von dem großen Aufwand für eine solche Einrichtung versagt diese jedoch in den Fällen,
in denen die Durchhanggrube stauberfüllt oder mit einer Flüssigkeit gefüllt ist.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung anzugeben,
bei der die geschilderten Nachteile der bekannten Einrichtungen nicht auf-, treten.
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Es sind bereits Vorrichtungen zur Längen- bzw. Entfernungsmessung
nach dem Echolotprinzip bekannt. Die Erfindung bezieht sich jedoch auf eine Anordnung
zur Durchhangregelung für durch eine Durchhanggrube laufendes Bandmaterial, wobei
die Bestimmung des Durchhangs durch Ausmessung der Laufzeit des gegen das durchhängende
Material ausgesandten und an diesem reflektierten Schalles erfolgt, die dadurch
gekennzeichnet ist, daß am Boden der Durchhanggrube eine gegen die Mitte des durchhängenden
Materials gerichtete, periodisch steilflankige Schallimpulse aussendende Schallquelle
und ein den reflektierten Schall aufnehmender Echoempfänger vorgesehen sind, daß
der mit der Schallaussendung und der mit dem Echoempfang verbundene
Impuls
nach geeigneter Umformung in einem Impulsformer die Steuerung des Tores eines an
sich bekannten, mit Quarzgenerator und voreinstellbarem Zähler digital arbeitenden
Soll-Istwert-Vergleichsgliedes besorgt, dessen analoge Ausgangsgröße zur Verstellung
der Laufgeschwindigkeit des Bandmaterials auf einer Seite der Durchhanggrube dient.
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Eine weitere erfindungsgemäße Anordnung ergibt sich dadurch, daß die
mit der Schallaussendung und dem Echoempfang verbundenen Impulse von einem Impulsformer
in einen in seiner Länge der Schallaufzeit proportionalen Impuls umgeformt werden
und dieser durch analoge Mittelwertbildung über die ganze Schallimpulsaussendungsperiode
direkt in einen dem Durchhangskomplement proportionalen analogen Wert übergeführt
wird, der nach Differenzbildung mit einem analogen Sollwert zur Verstellung der
Laufgeschwindigkeit des Bandmaterials auf einer Seite der Durchhanggrube dient.
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In der Figur ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt.
Darin ist das Bandmaterial mit 1 bezeichnet. Es erscheint in der Zeichnung nur in
seinem Schnitt; man muß es sich in die Zeichenebene hinein als Band von einer gewissen
Breite vorstellen. Die Durchhanggrube ist mit Z bezeichnet. Über zwei Laufrollen
3 und 4. hängt das Bandmaterial in die Grube hinein und wird durch diese hindurchgezogen.
Am Boden der Grube befindet sich eine Schallquelle 5. Diese wird von einem Impulsgenerator
7 in periodischer Folge mit steilflankigen Impulsen gespeist, so daß von der Schallquelle
entsprechend steilflankige Schallimpulse (Knall) ausgestrahlt werden. Diese Schallwellen
sind gegen die Mitte des durchhängenden Materials gerichtet. Von hier werden sie
reflektiert und von einem Echoempfänger 6 aufgefangen. Der von dem Impulsgenerator
7 erzeugte Impuls wird gleichzeitig einem Impulsformer 8 zugeführt. Diesem Impulsformer
8 wird ebenfalls der vom Echoempfänger ausgelöste Impuls zugeführt. Der Impulsformer
8 formt und verstärkt die beiden Impulse in einer Weise, die sie zur Steuerung des
Tores 9 b des digital arbeitenden Soll-Istwert-Vergleichsgliedes 9 geeignet machen.
Das vom Impulsformer geformte Torsteuersignal kann beispielsweise aus einem Rechteckimpuls
bestehen, dessen Anfang mit dem Anfang des vom Impulsgenerator 7 erzeugten Impulses
zeitlich zusammenfällt und dessen Ende mit dem Anfang des vom Echoempfänger 6 erzeugten
Impulses zeitlich zusammenfällt. Das Steuersignal kann jedoch auch aus zwei Nadelimpulsen
bestehen, die in den eben beschriebenen Zeitpunkten auftreten. In beiden Fällen
wird das Tor 9 b während der Zeitspanne durchlässig gesteuert, während der der Schall
die Strecke von der Schallquelle 5 zum Bandmaterial und zurück zum Echoempfänger
6 durchläuft. Das digital arbeitende Soll-Istwert-Vergleichsglied 9 stellt ein in
der Digitaltechnik bekanntes Bauelement dar. Es besteht im wesentlichen aus einem
vorzugsweise als Quarzgenerator aufgebauten Frequenzgenerator 9 a, dessen Impulse
für die Zeitdauer des durchlässig gesteuerten Tores 9 b auf einen Zähler 9 c gelangen.
Am Zähler 9 c wird durch Voreinstellung über den Eingang 9 e der Sollwert des Durchhanges
eingestellt. Am Ausgang des Digital-Analog-Wandlers 9 d erscheint ein der Regelabweichung
proportionaler und vorzeichengetreuer analoger Ausgangswert. Dieser wird in geeigneter
Weise auf das Antriebsaggregat 10 der das Bandmaterial auf der einen Seite der Durchhanggrube
antreibenden Treibrollen 11 zur Einwirkung gebracht. Dies kann beispielsweise in
der Art geschehen, daß der Gleichstrommotor eines Leonard-Antriebs, der die Treibrolle
11 treibt, mit einer Boostermaschine in. Reihe geschaltet ist, deren Erregerwicklung
von dem Ausgangswert des digital arbeitenden Soll-Istwert-Vergleichsgliedes 9 gespeist
wird. Der Antrieb des Bandmaterials auf der anderen Seite der Durchhanggrube erfolgt
durch einen Antriebsmotor, der von dem gleichen Leonard-Generator wie der Antriebsmotor
auf der erstgenannten Seite der Durchhanb grube gespeist wird. Durch die Boostermaschine
wird die Drehzahl entsprechend der Regelabweichung auf der einen Seite der Durchhanggrube
vorübergehend geändert und auf diese Weise der Durchhang verstellt.
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Bei der beschriebenen Regelanordnung nach der Erfindung ist es erwünscht,
daß zwischen der voreinzustellenden Zahl am Zähler 9 c (Sollwert) und dem entsprechenden
Abstand des durchhängenden Materials vom Boden der Durchhanggrube a (Durchhangskomplement)
ein ganzzahliger Zusammenhang besteht. Dies kann man durch Wahl der Frequenz des
Frequenzgenerators 9 a erreichen. Da sich die Schallgeschwindigkeit mit dem die
Durchhanggrube ausfüllenden Medium ändert, ist eine dem verwendeten Medium angepaßte
Frequenz des Frequenzgenerators 9 a zu wählen.
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Die beschriebene Durchhangsmessung wiederholt sich in periodischer
Folge. Dabei wird diese Periodendauer zur Erzielung möglichst vieler Messungen pro
Zeiteinheit nach Möglichkeit klein gewählt. Der kleinstmögliche Wert ist die Zeit,
die der Schall zum Hin- und Rücklauf durch die gesamte Durchhanggrube benötigt.
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Bei der oben beschriebenen Anordnung zur Durchführung des Verfahrens
nach der Erfindung wurde die Laufzeit des gegen das durchhängende Material ausgesandten
und an diesem reflektierten Schalles digital ausgemessen. Das digital arbeitende
Soll-Istwert-Vergleichsglied 9 kann jedoch auch durch eine analog arbeitende Anordnung
ersetzt werden. Man braucht hierzu nur den auf die Schallimpulsaussendeperiode bezogenen
Mittelwert des vom Impulsformer 8 geformten in seiner Länge der Schallaufzeit proportionalen
Rechteckimpulses in analoger Weise zu bilden. Der so gewonnene Mittelwert ist dem
Durchhangskomplement a direkt proportional. Er wird mit einem analogen Sollwert
verglichen, und die Differenz beider Werte dient wieder zur Verstellung der Laufgeschwindigkeit
des Bandmaterials auf einer Seite der Durchhanggrube.
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Häufig soll das Bandmaterial in der Durchhanggrube ein der Materialbehandlung
dienendes Medium durchlaufen (z. B. Beizflüssigkeit). Es wird in solchen Fällen
gefordert, daß jeder Punkt des Bandmaterials für eine ganz bestimmte Zeit in dem
behandelnden Medium verbleibt. Sofern die stationäre Geschwindigkeit des Bandmaterials
konstant ist, wird diese Aufgabe bereits durch Einregelung eines bestimmten Durchhanges
gelöst. Ändert sich dagegen die stationäre Bandgeschwindigkeit, so muß zur Erzielung
gleicher Durchlaufzeiten der Durchhang entsprechend der stationären Geschwindigkeit
vergrößert oder verkleinert werden. Dies kann bei der Erfindung dadurch erreicht
werden, daß der durch Voreinstellung eingegebene Sollwert umgekehrt proportional
mit
der stationären Geschwindigkeit verändert (geführt) wird. Es versteht sich von selbst,
daß die Schallquelle S und der Echoempfänger 6, statt am Boden der Durchhanggrube
angeordnet zu sein, auch an der Öffnung der Durchhanggrube angeordnet sein können
und somit der Schall von oben auf das durchhängende Material ausgestrahlt wird.