DE4027260C2 - Vorrichtung für die Verarbeitung mehrfacher sowie wiederholt anstehender Meßwerte von Kraftgebern, insbesondere bei der Spannungsverteilung über die Breite biegsamer Bänder beim Kaltwalzen - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung für die Ver­ arbeitung mehrfacher sowie wiederholt anstehender Meßwerte von Kraftmeßgebern insbesondere bei der Spannungsverteilung über die Breite biegsamer Bänder beim Kaltwalzen gemäß der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 näher beschriebenen Art.

Derartige Vorrichtungen sind beispielsweise nach der DE 26 30 410 C2 bekannt. Die Kraftmeßgeber sind dabei bevorzugt Piezo-Kristalle, die bei Belastung Ladungen aufweisen. Um diese La­ dungen der Verarbeitung zugänglich zu machen, bedürfen sie der Verstärkung durch Ladungsverstärker in Gleichspannungen. Aus diesem Grunde sind innerhalb der Umlenkmeßrolle Spezialladungsverstärker angeordnet, deren Spannungsversorgung über das Drehübertragungs­ system, und zwar bevorzugt über einen Abgriffdrehgeber, wie nach beispielsweise der DE 34 45 045 A1, vorgenommen wird. Diese Spannungsversorgung führt zur Belegung von Übertragungskanälen des Drehübertragungssystems, die somit für die Meßwertübertragung aus­ scheiden. Da andererseits die Anzahl der Übertragungskanäle im Drehübertragungssystem, und zwar insbesondere im Abgriffdrehgeber, aus elektrischen und konstruktiven Gründen begrenzt ist, und eine Kanalzahl von 12 kaum überschritten werden kann, bedeutet die Belegung von 4 Kanälen alleine für die Versorgungsspannung eine be­ trächtliche Einschränkung. Von daher kommt es zu einer Begrenzung der Übertragungskanäle für die Meßwerte, was zu einer ent­ sprechenden Begrenzung in der Anzahl der Kraftmeßgeber und damit in der Auflösung der Meßergebnisse führt.

Eine weitere Schwierigkeit besteht angesichts der Überlagerung von Störsignalen aus der Versorgungsspannung auf die Meßsignale, und zwar im wesentlichen durch die beengten Platzverhältnisse bedingt. Die Störsignale führen zu einem Rauschen, dessen Stärke diejenige der Meßsignale erreicht und letztere somit in ihrer Aussage­ fähigkeit reduziert. Andererseits sind den baulichen Ausmaßen Grenzen gesetzt, weil die Meßrollen oft bei bereits bestehenden Walzwerken einzusetzen sind, um dort die Sensoren von Regelkreisen zu bilden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die einleitend benannte Vorrichtung derart auszuführen, daß die Aussagegenauigkeit der Messung sowohl auf der Grundlage einer erhöhten Anzahl von Kraft - meßgebern als auch auf der Grundlage von verbesserten Meßsignalen vergrößert ist, wobei der elektrische und der konstruktive Aufwand geringer sein sollen.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabenstellung durch die Vorschläge der Patentansprüche gelöst.

Die Anordnung des bzw. der Ladungsverstärker erst hinter dem Dreh­ übertragungssystem erlaubt es, die Meßrolle selbst unabhängig von den Ausmaßen und den Zugänglichkeiten der Ladungsverstärker auszu­ führen. Vor allem gestattet dies eine Herabsetzung der Einbaubreite von Meßrollen und damit eine Verbesserung der Einbaumöglichkeiten derselben, insbesondere bei bestehenden Walzanlagen. Weiterhin bedarf der Ladungsverstärker keiner Spezialausführung mehr, sondern es kann ein marktgängiges Erzeugnis verwendet werden. Sehr wesent­ lich ist die Freisetzung von Übertragungskanälen für die Meßsig­ nale, da die Spannungsversorgung der Ladungsverstärker in der Rolle entfällt. Bei Abgriffdrehgebern mit 12 Übertragungskanälen können dank der Erfindung sämtliche und damit 50% mehr Kanäle für die Meßsignale zur Verfügung gestellt werden. Dies erlaubt einen vermehrten Einsatz von Kraftmeßgebern mit zusätzlichen Meßzonen, so daß die Aussagegenauigkeit erhöht ist. Gleichfalls entfallen die Störungen aus der Versorgungsspannung, so daß die Nutzung der Meß­ signale verbessert ist. Für die Wartung und Reparatur sind die Vor­ aussetzungen wesentlich verbessert, da die Ladungsverstärker an frei zugänglicher Stelle liegen.

Eine besonders interessante Verbesserung wird dadurch erreicht, daß ein Verstärker für mehrere Meßsignalanschlüsse verwendet werden kann. Zwar ließ sich auch nach dem Stand der Technik bereits ein Kraftmeßgeber mehreren Meßsignalen zuordnen, und zwar für den Sonderfall, daß dieselben gruppenweise parallel geschaltet wurden. Die Lage des Ladungsverstärkers innerhalb der Meßrolle gestattet es aber nicht, über einen größeren räumlichen Abstand eine Zuordnung zu einer anderen Gruppe von Meßwerten vorzunehmen. Demgegenüber kann erfindungsgemäß insbesondere ein Ladungsverstärker auch für mehr als eine Umlenkmeßrolle eingesetzt werden.

Die erfindungsgemäß vorgesehenen Abgriffdrehgeber müssen hohen elektrischen und konstruktiven Ansprüchen Rechnung tragen. So bedarf der Isolationswiderstand zwischen den Übertragungskanälen und Masse mindestens 10¹² Ohm. Weiterhin sind Einzelabschirmungen für die Meßleitungen sowie auch erhöhte Isolierwiderstände der­ selben notwendig. Die mit den Quecksilber enthaltenden Übertrager­ zellen in Berührung gekommenen Gegenstände stellen an die Werk­ stoffe in Bezug auf Isolationsvermögen und Abdichtungsfähigkeit erhöhte Anforderungen, denen moderne, hochfeste Kunststoffe Rechnung zu tragen vermögen.

Für den bereits erörterten Anwendungsfall, wonach die Vorrichtung mehrere Umlenkmeßrollen aufweist, ist bei nur einem Ladungsver­ stärker vorteilhaft eine Umschaltung derart vorgesehen, daß die Meßwerte zeitlich alternierend verstärkt werden. Dabei wird davon ausgegangen, daß in den jeweiligen Nullzeiten die Darstellung des Meßsignals entbehrlich ist. Mit einer derartigen Ausführung läßt sich zweckmäßig verbinden, daß der Umschalter die jeweils nicht ak­ tivierte Meßrolle auf Masse schaltet. Damit wird das Bezugs­ potential bei jedem Umschaltvorgang neu fixiert. Die Meßwerte können daher keinerlei Verfälschung durch Driften unterliegen.

Besonders zweckmäßig wird der Ladungsverstärker durch Impulsgeber getriggert, die bei jeder Rollenumdrehung eine Rückstellung auf ein negatives Potential auslösen. Dies führt zu einer verbesserten Aus­ nützung des Arbeitsbereiches des Verstärkers.

Der erwähnte Arbeitsbereich des Ladungsverstärkers wird nach einem weiteren Vorschlag der Erfindung in wenigstens fünf Abschnitte auf­ geteilt, so daß die Aufschaltung der Meßsignale jeweils in dem Bereich vollzogen werden kann, der die optimale Verstärkung zuläßt.

Zur weiteren Veranschaulichung der Erfindung wird auf die Zeichnungen Bezug genommen. Darin zeigen:

Fig. 1 das Blockschaltbild einer erfindungsgemäß aus­ geführten Vorrichtung mit zwei Umlenkmeß­ rollen,

Fig. 2 die Einstellbarkeit des Arbeitsbereiches des Ladungsverstärkers durch Rückstellungen, und

Fig. 3 die Umschaltmöglichkeiten des Ladungsver­ stärkers.

Fig. 1 zeigt in symmetrischer Anordnung schematisch die Umlenkmeß­ rolle 5 und 5', bei denen jede Scheibe mit durch Punkte bzw. Kreise gekennzeichneten Kraftmeßgebern in Form von Piezo-Kristallen belegt ist. Mit den Umlenkmeßrollen laufen Positionsgeber 8 um. Von den Piezo-Kristallen führen die Meßsignale über die Meßsignalanschlüsse 2, 2' zu den Parallelschaltboxen 6, 6', als deren Ausgänge Meß­ signalfolgen 7, 7' bestehen. Die Zuordnung der jeweiligen Meßwerte zu den Meßstellen wird mit Hilfe der Positionsgeber 8, 8' gewähr­ leistet, die je Umdrehung der Meßrolle eine Folge digitaler Impulse erzeugen, welche über einen Sonderkanal auf den Umschalter 3 ge­ schaltet sind, der ebenfalls die von den Drehübertragern 4, 4' ab­ geleiteten Meßsignalfolgen als Eingänge aufweist. Dem Umschalter 3 fällt die Aufgabe zu, mit einem ersten Ausgang 9 alternativ die Um­ lenkmeßrolle 5 oder die Umlenkmeßrolle 5' auf den Rechner 10 zu schalten. Weiterhin übernimmt der Umschalter 3 die Zuschaltung der Meßsignalimpulse, und zwar nach Maßgabe der Impulse des Positions­ gebers 8, auf den Rechner 10 über den Ausgang 11. Der Rechner 10 führt über seinen Ausgang 12 zum Ladungsverstärker 1, dessen Ein­ gang 13 mit dem jeweils zu verstärkenden Meßsignal verbunden ist.

Wie beschrieben, führt der Ladungsverstärker die Umwandlung der Meßsignale in Gleichspannungen aus, die über den Ausgang 14 auf den Rechner 10 geschaltet sind. Der Rechner 10 legt schließlich noch über seinen Ausgang 12 für den Ladungsverstärker 1 fest, welcher seiner Meßbereiche zur Verstärkung einzusetzen ist. Für diesen Zweck ist ein besonderer Umschalter 15 vorgesehen, der den jeweils bestmöglichen Arbeitsbereich Kapazitäten zu bzw. abschaltet.

Weitere Ausgänge des Rechners sind nicht dargestellt. Jedoch sind wenigstens Ausgänge für einen Regler und für einen Monitor vor­ handen.

Die in Fig. 2 dargestellte Verbesserung der Verstärkerleistung geht zunächst in Teilbild A vom Nullpunkt des Verstärkers aus, wo­ bei die Meßsignale etwa parabelförmig zur Verarbeitung gelangen. Die Abszisse ist jeweils in Abständen einer Rollenumdrehung 16 unterteilt, wohingegen die Ordinate insbesondere die Grenzspannung 8 V zeigt, die für den Verstärker zulässig ist. Man sieht, daß diese Grenzspannung wegen einer unkontrollierten Verstärkerrück­ stellung schon vor Erreichen der zweiten Umdrehung von den Meßsig­ nalen erreicht wird, so daß das Ergebnis schließlich unbrauchbar wird. Die Erfindung führt zur selbsttätigen Rückstellung gemäß Teilbild B, so daß die Meßung nach jeder Umdrehung erneut mit 0 be­ ginnt. In diesem Falle kommt es nicht zu einem Meßwertverlust wegen erreichen der zulässigen Grenzspannung.

Schließlich zeigt das Teilbild C eine verbesserte Ausnutzungs­ möglichkeit des Ladungsverstärkers, indem nach jeder Rollenum­ drehung eine Rückstellung auf ein negatives Potenzial von - 8 V vorgenommen wird. Es steht also ein mehrfaches an Verstärkungs­ volumen zur Verfügung, als dies bei der normalen Verstärkung gemäß Teilbild A erreicht werden kann.

Die Optimierung der Verstärkung durch Aufteilung der einzelnen Ar­ beitsbereiche des Ladungsverstärkers 1 veranschaulicht Fig. 3. Im linken Teil erkennt man die parallel geschalteten Piezo-Kristalle F_R, von denen sechs Stück zu einer Gruppe zusammengefaßt sind. Letztere steht mit dem Abgriffdrehgeber 4 in Verbindung, von welchen ausgehend die Verstärkung erfolgt. Die unterschiedlichen Verstärkungsbereiche werden durch den Mehrfachumschalter 15 einge­ schaltet, wie dies mit Bezug auf Fig. 1 bereits beschrieben wurde. Somit lassen sich optimale Verstärkungswerte erreichen, die im Ver­ hältnis von 1 zu 500 schwanken können, ohne dabei an relativer Ge­ nauigkeit zu verlieren.

Claims (8)

1. Vorrichtung für die Verarbeitung mehrfacher sowie wie­ derholt anstehender Meßwerte von Kraftmeßgebern, ins­ besondere bei der Ermittlung der Spannungsverteilung über die Breite biegsamer Bänder beim Kaltwalzen mit­ tels wenigstens einer, axial und peripher voneinander beabstandete Piezo-Kristalle aufweisenden und die Bän­ der umlenkenden Umlenkmeßrolle, wobei die Meßwerte eine Verstärkung erfahren und über mindestens einen Drehübertrager ortsfest zur Weiterverarbeitung abge­ leitet werden, dadurch gekennzeichnet, daß für die Umwandlung der als Ladungen anstehenden Meßsignale in Gleichspannungen im Schaltkreis hinter dem jeweiligen Drehübertrager (4, 4') ein oder mehrere Ladungsverstär­ ker (1) vorgesehen sind, und daß die Meßsignalan­ schlüsse (2, 2') wahlweise mit einem oder mehreren Umschaltern (3) an den oder die Ladungsverstärker (1) anschließbar sind.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der oder die Ladungsverstärker (1) in einer gerin­ geren Anzahl als die vom jeweiligen Drehübertrager (4, 4') abgeleiteten Meßsignalanschlüsse vorgesehen sind.

3. Vorrichtung nach einem der Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der wenigstens eine Drehübertrager (4, 4') ein Abgriffdrehgeber ist, bei welchem der Widerstand zwischen seinen Übertragungskanälen und Masse mindestens 1012 Ohm beträgt.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßleitungen des Abgriffdrehgebers Einzelab­ schirmungen sowie erhöhte Isolierwiderstände aufwei­ sen.

5. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß beim Betrieb mehrerer Umlenkmeß­ rollen (5, 5') mit nur einem einfach vorgesehenen Ladungsverstärker (1) ein Umschalter (3) derart ange­ ordnet ist, daß die Meßwerte zeitlich alternierend verstärkt werden.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der oder die Umschalter (3) die jeweils nicht aktivierte Meßrolle (5, 5') auf Masse schalten.

7. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß für die Triggerung des jeweiligen Ladungsverstärkers (1) ein Impulsgeber vorgesehen ist, der bei jeder Rollenumdrehung eine Rückstellung auf ein negatives Potential auslöst.

8. Vorrichtung nach den Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Arbeitsbereich des oder der Ladungsverstärker (1) bis zum 5-fachen aufgeteilt und dif­ ferenziert auf das Meßsignal schaltbar ist.