DE2240766A1

DE2240766A1 - Vorrichtung zum messen einer beliebigen groesse mit abtriftberichtigung

Info

Publication number: DE2240766A1
Application number: DE2240766A
Authority: DE
Inventors: Earl Robert Berkey; Everett Lee Keener
Original assignee: USS Engineers and Consultants Inc
Current assignee: USS Engineers and Consultants Inc
Priority date: 1971-08-20
Filing date: 1972-08-18
Publication date: 1973-02-22
Also published as: NL7211354A; US3714806A; BE787685A; JPS4830475A; NO137664C; FR2151321A5; GB1407455A; CA951136A; ES405980A1; NO137664B; IT969542B; SE386088B; BR7205608D0

Description

Patentanwälte Dipl.-1 ng, A. Grünecker

Dr.-lng. H. Kinkeldey . · ^ „ _{ß ß}

Dr. -//J₅. l/K Stockmair 11 H U / D Q

β München 22. Maximilianstr 43

P 5010 18. August 1972

USS ENGIEEEES AND CONSULTANTS, INC. 600 Grant Street, ' ..

Pittsburgh, State of Pennsylvania

USA.

Vorrichtung zum Messen einer beliebigen Größe mit Abtriftberichtigung

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Messen einer beliebigen Größe mit einer Einrichtung zum Erzeugen eines Spannungssignals, das eine zu der Größe proportionale Komponente und eine zur Abtrift proportionale Komponente hat.

Besondere Anwendung findet die Erfindung zur Berichtigung der Abtrift bei einem Widerstands~Dehnungsmesser zum Messen der Walzenabhebekräfte in einem Metallwalzwerk.· Walzwerke werden ^benutzt, um Stahlbarren o.dgl. zu Plattinen, Platten, Bändern oder anderen Formen auszuwalzen. In einem Plattinen« walzwerk wird der Barren zu einer Tafel der gewünschten Breite und Mcke abgeflacht. Dies geschieht gewöhnlich, indem man den Barren in mehreren Durchgängen durch ein WaIz-

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werk laufen läßt. Je geringer die Anzahl der Durchgänge iat, desto größer ist die Produktion. Die Abflachung pro Durchgang wird Jedoch durch die Konstruktion des' Walzwerks und die leistung des Antriebsmotors beschränkt. Man will daher #aa Walzwerk auf eine maximale Abflachung pro Durchgang ohne Überschreitung der zulässigen Walzenabhebekraft einstellen_e Deshalb ist es wichtig, die Walzenabhebekraft während des Walzvorganges zu kennen. Zu diesem Zweck werden.verschiedene Arten von Wandlern, wie beispielsweise Dehnungsmesser, Meßdosen und Druckduktoren, verwendet. Die Anwendung von Dehnungsmessern wird durch die übermäßige Abtrift eingeschränkt und die Verwendung von Meßdosen und Druckduktoren ist begrenzt, da diese teuer und schwierig in der Installation und Wartung sind. Die hierin erwähnte Abtrift bezieht sich auf Änderungen in dem Kraftsignal aufgrund äußerer Faktoren. In Walzwerken kommt es dazu hauptsächlich infolge von Temperaturänderungen in dem Walzgerüst. Das Auftreten der Abtrift ist ein bekanntes Phänomen und es sind bereits viele Versuche unternommen worden, die Abtrift zu kompensieren. Hierzu wird auf die folgenden Patentschriften verwiesen:

US-PS Ausgabedatum Erfinder

2 152 556 28.März 1939 Messinger

2 180 176 H.November 1939 Stone

2 276 817 17.März 1942 Bagno

2 322 418 22.Juni 1943 Crawford

2 323 267 29.Juni 1943 Wittkuhns u.a.

2 332 288 19.Oktober 1943 Zeitlin

2 336 371 7.Dezember 1943 Shayne u.a.

2 342 374 22.Februar 1944 Shayne u.a.

2 659 154 17.November 1953 Rendel

Alle diese Einrichtungen haben jedoch zahlreiche Mähgel. Sie können teuer, unzuverlässig, schwer zu warten und/oder ungenau sein.

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Die Erfindung will einen Abtriftberichtiger für Dehnungsmesser ο.dgl. schaffen, der preisgünstig, genau, wartungsfreundlieh und leicht einstellbar ist«

TJm dies zu erreichen, sieht die Erfindung bei einer Vorrichtung der oben genannten Art einen Verstärker vor, dessen erster Eingang an dem Ausgang der das Spannungssignal erzeugenden Einrichtung liegt und der noch einen zweiten Eingang und einen Ausgang hat, zwischen denen ein erster Kreis liegt, der ein das Vorzeichen der Spannung umkehrendes Schaltungsglied sowie einen dazu in Reihe geschalteten Integrat.or enthält, dessen Eingang mit dem Ausgang des Verstärkers verbunden ist und dessen Ausgang an dem zweiten Eingang des Verstärkers liegt und der auch noch einen Steueranschluß hat, wobei ein zweiter Kreis zwischen dem ersten Kreis an der Eingangsseite des Integrators und dem Steueranschluß vorgesehen ist, in dem ein Schaltungsteil liegt, der, wenn keine zu der zu messenden Größe proportionale Spannungskomponente erzeugt wird, ein Signal an den Steueranschluß liefert, das den Integrator in seinen Betriebszustand versetzt, dagegen wenn ein solches Spannungssignal erzeugt wird," ein Signal an den Steueranschluß durchgibt, das den Integrator in den Haltezustand versetzt, so daß der Ausgang des Verstärkers ausschließlich der zu messenden Größe proportional ist, wenn die zu dieser Größe proportionale Spannungskomponente vorhanden istο

Weitere Merkmale, Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels anhand der einzigen Zeichnungen, die eine schemati~ sehe Darstellung der erfindungsgemäßen Vorrichtung in Ver~. bindung mit einem Walzwerk zeigt.

In der Figur ist ein Walzenständer 2 ,dargestellt, in dem Arbeitswalzen 4 drehbar gelag-ert sind, wobei eine Einstellschraube 6 das Walzkaliber und damit den Vialzdruck auf ein

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durchlaufendes Werkstück W einzustellen gestattet. Diese bis hierher beschriebenen Teile sind üblich und nicht Bestandteil der Erfindung.

Gemäß der Erfindung ist an einem Bein des V/alzenständers 2 eine Dehnungsmeßbrücke 8 installiert. Eine Spannungsquelle 10 legt an die Brücke 8 die Spannung an. über der Spannungsquelle 10 liegt eine Abgleichsteuerung 12. Das Anlegen der Spannung an die Brücke wird von einem Schalter 14 gesteuert.' Eine Beanspruchung des Walzenständers 2 infolge einer Abhebekraft an den Walzen 4 während des Walzvorgangs führt zu einer Dehnung des V/alzenständers. Diese Dehnung des Walzenständers bewirkt, daß sich der Widerstand der Dehnungsmeßbrücke 8 proportional zur Dehnung ändert. Diese Widerstandsänderung in der Brücke 8 ergibt eine Änderung der Brückenausgangsspannung proportional zu der Walzenabhebekraft. Die Abgleichsteuerung 12 dient dazu, den Brückenausgang auf Null einzustellen, wenn keine Belastung vorhanden ist. Eine Dehnung im Walzenständer 2 aufgrund der Temperatur bewirkt ebenfalls eine Änderung der Brückenausgangsspannung. Diese Änderung der Ausgangsspannung ist die oben erwähnte Abtrift. An den Ausgang der Brücke 8 ist ein Differentialverstärker 16 gelegt. Dieser ist vorzugsweise ein Verstärker der Electronic Associates, Inc. (EAl) Type 6.0777 mit einem Verstärkungsgrad von 1000. Der Ausgang des Verstärkers 16 ist mit einem Verstärker 18 verbunden, der vorzugsweise ein EAI Type 6.0864 ist. Der Ausgang 20 dieses. Verstärkers 18 liegt an einem Kraftmesser 22 und/oder an einem Kraftaufzeichner 24. Außerdem ist der Ausgang 20 noch mit einem Verstärker 26 verbunden, der dazu dient, die Polarität umzudrehen und vorzugsweise einen Verstärkungsgrad von Eins hat. Der Ausgang des Verstärkers 26 liegt über ein Potentiometer 28 an einem Integrator oder Verstärker 30, der vorzugsweise eine EAI Type 12.1780 ist. Weiter ist der Ausgang 20 auch noch mit Komparatoren 32 und 34 verbunden, die vorzugsweise die EAI Type 0.40.0729 sind. An die Komparatoren 32 und

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34 ist über Potentiometer 36 bzw«. 38 eine Eingangs spannung angelegt."Die Komparatoren 32 und 34 sind mit den Eingängen einer logischen FAND-Schaltung 40 verbunden, die vorzugsweise eine Texas Instrument Type SN-7410ÜT ist. Der Komparator 34 ist nicht unbedingt notwendig und wenn er weggelassen wird, fällt auch die Schaltung 40 weg. Der Ausgang der Schaltung 40 oder, falls diese und der Komparator 34 fehlen, der Ausgang des Komparators 32 liegt über eine Leitung 42 an einem Steuereingang zum Integrator 30. Der Ausgang des Integrators 30 ist über eine Leitung 44 als Eingang an den Verstärker 18 gelegt. Ein normalerweise offener Schalter 46 liegt parallel zum Potentiometer 28 und ein normalerweise geschlossener Schalter 48, der gleichzeitig betätigt wird, liegt in der Leitung 42. Der Schalter 48 ist mit einer Speisespannung 50 verbindbar, die vorzugsweise 5 V hat.

Die Vorrichtung arbeitet folgendermaßen: Vor Inbetriebnahme wird das Potentiometer 28 so eingestellt, daß man die gewünschte Änderungsgeschwindigkeit der Abtriftkompensation erhält. .Normalerweise wird, wenn sich die Abtrift verhältnismäßig langsam ändert, auch die Einstellung für die Abtrift verhältnismäßig langsam justiert, und wenn sich die Abtrift ziemlich schnell ändert, stellt man die Einstellung auf ziemlich schnell ein. Selbstverständlich kann das Potentiometer 28 auch weggelassen werden, wenn nicht der Wunsch besteht, die Geschwindigkeit der Abtriftkompensation zu variieren. Angenommen, der Komparator 34 und die Schaltung 40 fehlen, dann wird das Potentiometer 36 so eingestellt, daß der Komparator 32 eine Spannung erhält, die über dem normalen Fremdgeräuschpegel liegt und unter dem niedrigsten zu erwartenden Kraftsignalpegel. Bei einem speziellen Beispiel ist dies normalerweise 1 Volt. Wenn der Schalter 14 geschlossen ist,.ist die Meßvorrichtung betriebsbereit.

Befindet sich kein Werkstück in dem Walzwerk, ist jedoch

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etwas Wärme in dem Walzenständer vorhanden, so entsteht ein Spannungsausgang an der Brücke 8, der proportional zur Abtriftkraft ist. In diesem Zeitpunkt ist der Ausgang von der Brücke 8 und der Ausgang vom Verstärker T8 entweder positiv,,, oder negativ und der Ausgang vom Integrator 30 ist null. Wenn die Spannung positiv ist, ist sie gewöhnlich kleiner als die Spannung vom Potentiometer 36 und ein Signal vom Komparator 32 wird durch den normalerweise geschlossenen Schalter 48 zum Integrator 30 geschickt und setzt diesen in Betrieb. Die Spannung an 44 nimmt dann allmählich zu, bis sie gleich und entgegengesetzt der Spannung vom Verstärker 16 ist, so daß der Ausgang vom Verstärker 22 null wird. Der Verstärker 30 bleibt jedoch weiter in Betrieb, wenn .die Spannung auf der Leitung 44 entgegengesetzt gleich der Spannung vom Verstärker 16 ist. Die Spannung auf der Leitung 44 stellt also die Höhe der Abtrift dar. Manchmal kann aufgrund ungewöhnlicher Umstände das Signal vom Verstärker 18 größer sein als die Spannung des Potentiometers 36. Dies stellt sich am Kraftmesser 22 und am Aufzeichner 24 dar und um das System schnell abzugleichen, wird der Schalter 46 geschlossen und der Schalter 48 so umgeschaltet, daß er die Leitung 42 öffnet und den Integrator 30 mit der Speisespannung 50 verbindet. Wenn das System abgeglichen ist, werden die Schalter 46 und 48 in ihre Ausgangsstellung zurückgebracht. Wenn nun ein Werkstück W in das Walzwerk einläuft, ist die von der Brücke 8 erzeugte Spannung proportional zu der kombinierten Dehnung infolge der Abtrift und des Walzendruckes und der Ausgang des Verstärkers 18 wechselt nach positiv. Dies bewirkt, daß das Signal vom Kompara*- tor 32 den Integrator 30 in den Haltezustand versetzt, so daß das Signal auf der Leitung 44 konstant und entgegengesetzt gleich der Abtriftkraft bleibt. Folglich erscheint das Signal vom Verstärker 18 am Kraftmesser 22"und am Aufzeichner 24 als' ein Maß für die Walzkraft, da die zur Abtrift proportionale Spannung von der Gesamtspannung abgezogen wird. Wenn das

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Werkstück W das Walzwerk verläßt, kehrt das Signal vom Komparator 32 sein Vorzeichen um und bewirkt, daß der Integrator 30 in seinen Betriebszustand zurückkehrte Wenn nun während des Walzvorganges eine Änderung der Abtrift stattgefunden hat, etwa infolge einer Temperaturerhöhung im Walzenständer, ändert sich die Spannung auf der Leitung 44, bis sie den Ausgang" des Verstärkers 16 ausgleicht._Jedesmal, wenn ein Werkstück das Walzwerk betritt, wird eine richtige Kraftmessung, wie vorstehend beschrieben, durchgeführt.

Der Komparator 34 und die Schaltung 40 werden nur verwendet, wenn negative !Fremdsignale vorhanden sind, die einen Fehler in dem aufgezeichneten Kraftsignal verursachen könnten. In einem solchen Fall wird das Potentiometer 38 so justiert, daß es eine negative Spannung liefert, die größer ist als jede negative Spannung von einem Fremdsignal. Wenn sich kein Werkstück zwischen den Walzen befindet, arbeitet die Vorrichtung wie bei dem ersten Beispiel mit der Ausnahme, daß der Integrator 30 sich im Betriebszustand befindet, wenn der Ausgang des Verstärkers 18 kleiner ist als die eingestellte Schwellenhöhe am Potentiometer. 36 oder 38» In jedem Fall bewirkt dies, daß die Ausgangsspannung der Schaltung 4o positiv wird, und damit den Integrator 30 in den Betriebszustand bringtο

In der vorstehenden Beschreibung wurde die erfindungsgemäße Vorrichtung in ihrer Anwendung auf eine spezielle Installation geschildert. Sie kann jedoch für eine Art von Meßinstrumenten verwendet werden, die ein Gleichstromsignal haben, das eine zu der zu messenden Größe proportionale Spannung plus einer zu der aus irgendeinem Grund stattfindenden Abtrift proportionalen Spannung umfaßt. Die Vorrichtung, eignet sich besonders dort, wo die Dauer des Signals der zu messenden Größe kurz ist im Vergleich zur Dauer des Abtriftsignals; Der Verstärker 16 kann weggelassen werden, wenn die erzeugte

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Spannung ausreichend hoch ist, um die Schaltung zu betreiben. Die Polarität der verschiedenen Spannungen kann gegenüber
der beschriebenen vertauscht sein. Notwendig ist jedoch, daß das erzeugte Spannungssignal für den Verstärker 18 das entgegengesetzte Vorzeichen hat zu der Spannung vom Integrator 30. Der einzige Zweck des Verstärkers 26 ist, als ein Spannungsumkehrmittel zu wirken, und er kann irgendwo in der
Schaltung zwischen dem Ausgang und dem Eingang des Verstärkere 18 angeordnet sein. Die Komparatoren 32 und 34 arbeiten als Schalter, um den Integrator 30 ein- und auszuschalten

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Claims

Ansprüche

Vorrichtung zum Messen einer beliebigen Größe mit einer L^Einrichtung zum Erzeugen eines Spannungssignals, das eine zu der Größe proportionale Komponente und eine zur Abtrift proportionale Komponente hat, gekennzeichnet durch einen Verstärker (18) mit einem ersten Eingang, der an den Ausgang der das Spannungssignal erzeugenden Einrichtung (8) angeschlossen ist, und zwischen dessen zweitem Eingang und Ausgang ein erster Kreis mit einem das Vorzeichen der Spannung umkehrenden Schaltungsglied (26), sowie einem dazu in Reihe geschalteten Integrator (30) liegt, dessen Eingang mit dem Ausgang des Verstärkers (18) verbunden ist und dessen Ausgang an dem zweiten Eingang des Verstärkers (18) liegt und der auch noch einen Steueranschluß hat, wobei ein zweiter Kreis zwischen dem ersten Kreis an der Eingangsseite des Integrators (30) und dem Steueranschluß vorgesehen ist, in dem ein Schaltungsteil (32, 34, 40) liegt, der, wenn keine zu der zu messenden Größe proportionale Spannungskomponente erzeugt wird, ein Signal an den Steueranschluß liefert, das den Integrator in seinen Betriebszustand versetzt, und wenn ein solches Spannungssignal erzeugt wird, ein Signal an den Steueranschluß durchgibt, das den Integrator in den Haltezustand versetzt, so daß der Ausgang des Verstärkers einzig zu der zu messenden Größe proportional ist, wenn die zu dieser Größe proportionale Spannungskomponente vorhanden ist«.

2c. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der die zu messende Größe die Walzenabhebekraft ist, die von einem zwischen den in einem Walzenständer montierten Arbeitswalzen durchlaufenden Werkstück erzeugt· wird, und die Einrichtung zum Erzeugen des Spannungssignals eine Dehnungsmeßbrücke ist, die an dem Walzenständer befestigt ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Schaltungsteil (32,24,40) ·

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derart arbeitet, daß er, wenn kein Werkstück in dem Walzwerk vorhanden ist, das Betriebssignal liefert, und wenn ein Werkstück durch das Walzwerk läuft, das Haltesignal.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch ein Potentiometer (28) in dem ersten Kreis, das mit dem Eingang des -Integrators (30) verbunden ist und an dem die Geschwindigkeit der Abtriftkompensation einstellbar ist.

4β Vorrichtung nach Anspruch 3» gekennzeichnet durch einen Nebenschluß zum Potentiometer, der einen normalerweise offenen Schalter (46) enthält, während ein normalerweise geschlossener Schalter (48) in dem zweiten Kreis liegt, über den, wenn er geöffnet wird, eine Spannung (50) an den Steueranschluß anlegbar ist.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4» dadurch gekennzeichnet, daß der Schaltungsteil einen Komparator (32) enthält, an den eine gewünschte Spannung (36) anlegbar ist.

6e Vorrichtung nach Anspruch 5» dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Kreis einen zweiten Komparator (34) enthält, der zu dem ersterwähnten Komparator (32) parallel liegt und ebenfalls mit einer Spannungsquelle (38) für eine gewünschte Spannung verbunden ist, die die entgegengesetzte Polarität zu der an den ersten Komparator angelegten Spannung hat, und daß an die Ausgänge der beiden Komparatoren eine Gatterschaltung (40) angeschlossen ist»

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