DE2357225A1

DE2357225A1 - Einrichtung zur kontaktlosen ueberwachung der bewegung eines gluehenden koerpers

Info

Publication number: DE2357225A1
Application number: DE2357225A
Authority: DE
Inventors: Edouard Runte
Original assignee: BBC Brown Boveri France SA
Current assignee: BBC Brown Boveri France SA
Priority date: 1973-10-02
Filing date: 1973-11-16
Publication date: 1975-04-03
Also published as: FI285574A; IT1022441B; CH564780A5; NO743535L; DK514574A; BE820591A

Description

108/73 Me.

BBC Aktiengesellschaft Brown, Boveri & Cie., Baden (Schweiz)

Einrichtung zur kontaktlosen· Ueberwachung der Bewegung .eines glühenden Körpers.

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung sur kontaktlosen Ueberwaehung der axialen Translationsbewegung eines elektromagnetische thermische Strahlung emittierenden₉ im wesentlichen stangenartig langgestreckten und zwecks Kompensation von strahlungsbedingten Wärmeverlusten annähernd koaxial zu seiner Achse angeordnete Erwärmungs-Induk-rtionsspulen durchlaufenden metallischen Körpers, welcher Körper an seiner Oberfläche infolge der Erwärmung eine in ihrer Dicke und Struktur von Punkt su Punkt stark und unregelmässig veränderliche und den Strahlungsfaktor erheblich beeinflus-

5Q98U/06S1

108/73

sende Oxydationsschicht aufweist.

Bei der induktiven Zwischenerwärmung von Walzgut in Knüppelform wird die durch Strahlung verlorene Wärme mittels Erwärmung in Induktionsspulen wider kompensiert. Es ist dabei sehr wichtig, dass neben dem Vorhandensein eines Knüppels in den Spulen auch seine Vorwärtsbewegungen überwacht werden. Beim Stillstehen eines in den Induktionsspulen eingefahrenen Knüppels, z.B. infolge Rutschen am Eingang eines folgenden Walzstandes, kann es bei eingeschalteter Leistung rasch zum Schmelzen des Knüppels kommen, was sehr unangenehme Folgeschäden nach sich zieht. Deshalb muss in einem solchen Fall die Leistung augenblicklich entweder ganz ausgeschaltet oder zumindest stark herabgesetzt werden.

Herkömmliche üeberwachungsmethoden für die Walzknüppel-Fortbewegung machen von Tastrollen in Verbindung mit Tachodynamos Gebrauch. Es bedarf jedoch keines Hinweises, dass solche Lösungen konstruktiv aufwendig und wegen der Hitze und Vibrationen störungsanfällig sind.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Nachteile der bekannten Lösungen zu vermeiden und die Fortbewegung von Walzknüppeln in den Induktionsspulen ohne Verwendung me-

•ν

509814/0661

108/73

chanischer Messelemente kontaktlos zu erfassen. Dies wird erfindungsgemäss dadurch erzielt, dass ein im wesentlichen trägheitsfreier Strahlungsdetektor vorgesehen ist, der in einem vorgegebenen mittleren Abstand von der Oberfläche des bewegten Körpers unbeweglich angeordnet ist und der die bei der Portbewegung detektierte, infolge der starken Streuung der Oxydschichtdicke und -beschaffenheit zwischen benachbarten Oberflächenelementen in ihrer Intensität rasch und erheblich variierende Strahlung fortlaufend in ein elektrisches Signal umwandelt, dass der Ausgang des Strahlungsdetektors "über einen Verstärker mit dem Eingang eines die Gleichstrom-? komponente des Signals aussiebenden Hochpassfilters verbun» den ist, dessen Ausgang an einen Gleichrichter angeschlossen ist₉ und dass der ein nur von der bewegungsbedingten Wechselstromkomponente des Strahlungsdetektor-Ausgangssignals abhängiges Gleichstrom-Steuersignal liefernde Gleichrichter-Ausgang mit dem Steuereingang einer Schalteinrichtung verbunden ist, derart, dass bei Stillstand des metallischen Körpers und demzufolge Verschwinden des Steuersignals am Gleichrichterausgang die Schalteinrichtung eine erhebliche, die Möglichkeit der völligen Abschaltung implizierende Reduktion des durch die Erwärmungs-Induktionsspulen fliessenden Stromes und somit der induktiven Erwärmung des nun-» mehr unbewegten metallischen Körpers bewirkt«

50 98U/068 1

« ή" - 108/73

Der Strahlungsdetektor ist vornehmlich eine Fotozelle vom Emissionstyp, es kommen aber auch Elektronenvervielfacher, Halbleiterfotoelemente wie Fotodioden und Fototransistoren und andere Arten von Halbleiter-Fotowiderständen in Betracht .

Die Erfindung sei jetzt anhand der Figur . näher erläutert. Der Walzknüppel K durchläuft die beiden Induktionsspulen SpI und SpII. Die Walzrichtung WR ist rechts mit einem Pfeil angegeben. Der Knüppel, der zuvor im Ofen auf eine Temperatur von ca. 1000-1100⁰C erhitzt wurde, hat auf dem Transportweg zum Walzstand durch Strahlung Wärme verloren, so dass die Temperatur vor Eintritt des Knüppels in die Induktionsspule SpI auf ca. 8-9OO°C gefallen ist. Durch induktive Einwirkung der von einer nicht gezeigten Wechselstromquelle gespeisten Spulen SpI und SpII, welche im Knüppelmetall Wirbelströme induzieren, wird die verlorene Wärme kompensiert, so dass der Knüppel nach Durchlaufen der Induktionsspulen wieder die zum Walzen erforderliche Temperatur von etwa 1000-1100⁰C aufweist.

Nun ist die Oberfläche des heissen Knüppels in allen praktischen Fällen mehr oder weniger stark verzundert. Diese schon innerhalb keiner Oberflächenabschnitte im Hinblick

509814/0661

108/73

auf Dicke und Beschaffenheit grossen Schwankungen unterworfene, unregelmässige Zunderschicht beeinflusst den Strahlungsemmissionsfaktor der Knüppeloberfläche entscheidend, so dass die optische Strahlungsintensität längs des Knüppels um einen Mittelwert herum vielfach variiert.

Daher wird die an einem festen Punkt « z.B. zwischen den beiden Spulen - in einiger Entfernung von der Knüppeloberfläche empfangene Strahlung des durchlaufenden Knüppels ausser einer konstanten, dem Strahlungsmittelwert entsprechenden Komponente auch noch eine infolge der Bewegung relativ rasch und unregelmässig variable Strahlungskomponente aufweisen. Dieses Phänomen wird erfindungsgemäss für eine Ueberwachung der Knüppelbewegung ausgewertet.

Dazu tastet ein Strahlungsdetektor SD, der entweder - wie dargestellt - zwischen den Induktionsspulen oder vor ihnen fest artgeordnet ist, dauernd die Oberfläche des heissen Knüppels ab„ Der Strahlungsdetektor (der|Wie gesagt, eine lichtelektrische Emissionszelle, aber auch ein Fotowiderstand beliebiger Art sein kann) wandelt die an seinem Ort empfangene Strahlungsenergie praktisch trägheitelos in ein elektrisches Signal um. Dieses besteht ebenso wie die Strahlung aus einem konstanten Signalwert mit überlagertem

509Β14/Ό661

108/73

Wechselsignal. Das Signal tritt natürlich je nachdem, ob ein Fotoelement vom Emissionstyp oder vom Widerstandstyp verwendet wird, als Spannung oder Strom in Erscheinung.

Das Wechselsignal am Ausgang von SD wird im Verstärker V verstärkt, dann wird im Hochpassfilter HP die Gleichstromkomponente ausgesiebt, die normalerweise verbleibende Wechselstromkomponente wird gleichgerichtet; am Ausgang des Gleichrichters GR steht also bei normaler Portbewegung des Knüppels K ein Gleichstromsignal an. Dieses Signal dient nun erfindungsgemäss zur Anzeige und Ueberwachung der ununterbrochenen Portbewegung der die Induktionsspulen durchlaufenden Walzknüppel sowie zur sofortigen drastischen Reduzierung bzw. völligen Abschaltung der Induktorleistung bei unerwünschtem Stillstand eines der induktiven Erwärmung gerade ausgesetzten Knüppels.

Bei einem solchen Stillstand, der, wie erwähnt, bei eingeschalteter Leistung ein Schmelzen des Knüppels mit sehr . unangenehmen Folgeerscheinungen nach sich ziehen kann, verschwindet die besagte Wechselkomponente am Ausgang des Strahlungsdetektors SD, weil der Strahlungsdetektor eine quasi-stationäre Strahlung erfasst. Damit verschwindet auch das Oleichstromsignal am Ausgang des Gleichrichters GR.

6098.14/Ό661

108/73 - 7 -

Diesem Gleichrichterausgang ist eine elektronische Schalteinrichtung St nachgeschaltet (nicht gezeichnet), die bei Verschwinden des von GR abgegebenen Steuersignals betätigt wird und die Induktorleistung ausschaltet oder auf einen beliebig tiefen Wert herabregelt (um gerade noch die abgestrahlte Leistung des Knüppels zu kompensieren). Benötigt

die Schalteinrichtung St zum Abschalten ein nicht verschwindendes Steuersignal, so kann naturgemäss zwischen dem Ausgang von GR und der Schalteinrichtung eine Umkehrstufe vorgesehen werden.

Es ist ferner auch möglich, an demselben Strahlungsdetektor SD einen zweiten Messkanal anzugliedern (in der Figur gestrichelt gezeichnet), der die Wechselstromkomponente weitgehend unterdrückt (Scheitelwertbildner SB) und die Intensitätsspitzen der Strahlung, d.h. die echte Knüppeltemperatur misst (Anzeigeinstrument TM). Somit können mit der erfindungsgemäss vorgeschlagenen Einrichtung zwei unabhängige Funktionen realisiert werden.

Natürlich ist auch eine Fernmessung bzw. -Überwachung leicht durchzuführen. Das Steuersignal am Ausgang von GR kann zu einem entfernten Ort übertragen werden, wo auch das Anzeigeinstrument TM angeordnet werden kann. Das Verschwin-

509814/0661

- 8; - 108/73

den des Steuersignals kann dort einen Alarm auslösen, womit ein unerwünschter Knüppelstillstand angezeigt wird; die gleichzeitige Beobachtung des Anzeigeinstruments TM und somit der Knüppeltemperatur ermöglicht eine Kontrolle darüber, dass die Abschaltung bzw. drastische Reduzierung der Induktorleistung tatsächlich erfolgt ist. Es können dann Massnahmen zur Behebung des Fehlers und Wiederaufnahme des Walzvorganges getroffen werden. Zur exakten Erfassung des Temperatürrückganges ist es dabei zweckmässig, die Fotozelle nicht zwischen zwei Spulen anzuordnen (wie in der Figur gezeigt), sondern diese Zelle den Knüppel durch eine kleine Oeffnung in einer Spule anvisieren zu lassen.

509814/0661

Claims

_ g ._ 108/73

P. .a .t .a λ .t .a .n .s. .p. r. .ü .α h. e

1/ Einrichtung zur kontaktlosen Ueberwachung der axialen Translationsbewegung eines elektromagnetische thermische Strahlung" emittierenden, im wesentlichen stangenartig langgestreckten und zwecks Kompensation von strahlungsbedingten Wärmeverlusten annähernd koaxial zu seiner Achse angeordnete Erwärmungs-Induktionsspulen durchlaufenden metallischen Körpers, welcher Körper an seiner Oberfläche infolge der Erwärmung eine in ihrer Dicke und Struktur von Punkt zu Punkt stark und unregelmässig veränderliche und den Strahlungsemissionsfaktor erheblich beeinflussende Oxydationssa.cht aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass ein im wesentlichen trägheitsfreier Strahlungsdetektor (SD) vorgesehen ist, der in einem vorgegebenen mittleren Abstand von der Oberfläche des bewegten Körpers (K) unbeweglich angeordnet ist und der die bei der Fortbewegung detektierte, infolge der starken Streuung der Oxydschichtdicke und -beschaffenheit zwischen benachbarten Oberflächenelementen in ihrer Intensität rasch und erheblich variierende Strahlung fortlaufend in ein elektrisches Signal umwandelt, dass der Ausgang des Strahlungsdetektors (SD) über einen Verstärker (V) mit dem Eingang eines die Gleichstromkomponente des Signals aussiebenden Hochpassfilters (HP) verbunden ist, dessen Ausgang an

6098U/-0661 '

- 10 - 108/71

einen Gleichrichter (GR) angeschlossen ist, und dass der . ein nur von der bewegungsbedingten Wechselstromkomponente des Strahlungsdetektor-Ausgangssignals abhängiges Gleichstrom-Steuersignal liefernde Gleichrichter-Ausgang mit dem Steuereingang einer Schalteinrichtung (St) verbunden ist, derart, dass bei Stillstand des metallischen Körpers (K) und demzufolge Verschwinden des Steuersignals am Gleichrichterausgang die Schalteinrichtung (St) eine erhebliche, die Möglichkeit der völligen Abschaltung implizierende Reduktion des durch die Erwärmungs-Induktionsspulen (Sp) fliessenden Stromes und somit der induktiven Erwärm^ung des nunmehr unbewegten metallischen Körpers (K) bewirkt.
2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet₉ dass zwecks gleichzeitiger Messung der Intensitätsspitzen der Strahlung und somit der echten Temperatur des metallischen Körpers (K) am Ausgang des Verstärkers (V) noch ein zweiter Messkanal vorgesehen ist mit einem Scheitelwertbildner (SB), an dessen Ausgang ein Anzeigeinstrument (TM) angeschlossen ist.
3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass zwecks Fernmessung bzw. -überwachung der Ausgang des Gleichrichters GR ausser mit der Schalteinrichtung (St) auch mit dem Auslöseeingang einer am entfernten Ort befindlichen Alarm-

5098U/0661

- 11 - ID 8/7.3

vorrichtung verbunden ist, an welchem Ort auch das Anzeigeinstrument (TM) angeordnet ist.
4. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet j dass der Strahlungsdetektor (SD) eine lichtelektrische Emissionszelle ist.
5. Einrichtung nach einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet» dass der Strahlungsdetektor (SD) ein lichtempfindliches Halbleiter-Widerstandselement ist.

BBC Aktiengesellschaft Brown, Boveri & Cie.

509814/0661

L e e r s e i t