DE4332180A1 - Vorrichtung zur Messung des Durchhanges eines mit einer Isolierschicht ummantelten Leiters in einem Vulkanisierrohr - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Messung des Durchhanges eines mit einer Isolierschicht ummantelten Leiters in einem Vulkanisierrohr, mit einer Wechselstromquelle, die mit Hilfe eines im Vulkanisierrohr angeordneten, den Leiter umgebenden ringförmigen Transformatorkerns in den Leiter einen Wechselstrom induktiv einprägt, mindestens zwei Magnetfeld-Meßfühlern, die im Abstand zum Transformatorkern, in radialem Abstand zum Leiter und mit Abstand zueinander im Vulkanisierrohr angeordnet sind, und einer Signalverarbeitungs- und Signalauswerteschaltung für die von den Magnetfeld-Meßfühlern abgegebenen, dem Durchhang des Leiters entsprechenden Lagesignale.

Eine derartige Vorrichtung ist aus der DE-PS 25 21 278 bekannt. Bei dieser Vorrichtung wird der Wechselstrom mit Hilfe des im Vulkanisierrohr untergebrachten Transformatorkerns induktiv in den Leiter eingeprägt, wobei von der Erkenntnis ausgegangen wird, daß der zu ummantelnde Strang ein Leiter ist, der sowohl über den blanken Draht vor der Extrudiervorrichtung als auch über dem Isoliermantel gebildete Kapazitäten geerdet ist. Letzteres ist in dem Augenblick der Fall, in dem der ummantelte Strang in das Kühlwasser im Vulkanisierrohr eintritt.

Durch den Einsatz von mindestens zwei Magnetfeld-Meßfühlern in radialem Abstand zum Leiter und mit Abstand zueinander ist es möglich, nicht nur die Größe des Durchhangs, sondern auch die Richtung der Abweichung zu ermitteln.

Die Signalverarbeitung und/oder Signalauswertung erfolgt bei der bekannten Vorrichtung auf analoge Weise, wobei die Ausgangssignale der Magnetfeld-Meßfühler über ein Subtrahierglied, einen phasengesteuerten Gleichrichter und einen Verstärker einer Anzeigevorrichtung zugeführt werden. Mit Hilfe dieser Vorrichtung wird jede Abweichung des Kabels von der gewünschten Soll-Lage durch ein von Null abweichendes Ausgangssignal des Substrahiergliedes angezeigt, das gleichgerichtet und verstärkt das Anzeigegerät steuert und eine von Null abweichende Lage anzeigt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs beschriebenen Art zu schaffen, mit der eine besonders genaue Messung des Durchhanges des Leiters, insbesondere bei einem direkt beheizten Vulkanisierrohr, möglich ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Signalverarbeitungs- und Signalauswerteschaltung eine Sample/Hold-Schaltung zur Gewinnung von fixen Signalen, einen A/D-Wandler, einen Speicher, eine Zentraleinheit, die aus einer Zahl von fixen Signalen eine Mittelwertbildung und mit dem gewonnenen Mittelwert eine Frequenzganganalyse durchführt, und ein Summierglied zur Addition des Signalausgangswertes der Zentraleinheit des einen Magnetfeld-Meßfühlers mit dem des anderen Magnetfeld-Meßfühlers aufweist.

Die Erfindung wendet sich somit von der bekannten analogen Signalverarbeitung bzw. Signalauswertung ab, wie sie in der DE-PS 25 21 278 vorgeschlagen wird, und schlägt statt dessen eine digitale Signalverarbeitung bzw. Signalauswertung vor. Über die vorgesehene Sample/Hold-Schaltung werden fixe Signale gewonnen, die digitalisiert und in einem Speicher abgelegt werden. Eine vorgesehene Zentraleinheit (CPU) ruft eine entsprechende Zahl von fixen Signalen aus dem Speicher ab und gewinnt hieraus einen Mittelwert. Mit dem gewonnenen Wert wird eine Frequenzganganalyse durchgeführt. Der gewonnene Endwert wird dann in einem Summierglied mit dem in der gleichen Weise verarbeiteten Signal des anderen Magnetfeld-Meßfühlers addiert. Da beide Signale unterschiedliche Vorzeichen haben, zeigt das gewonnene Summensignal die Abweichung des Leiters von der gewünschten Null-Lage sowie aufgrund des Vorzeichens die Richtung der Abweichung an. Das entsprechende Endsignal kann einer Anzeigevorrichtung zugeführt und/oder als Stellgrößensignal an eine Stellvorrichtung gelegt werden, die den Durchhang des Leiters entsprechend korrigiert.

Mit der erfindungsgemäß ausgebildeten Signalverarbeitungs- und Signalauswerteschaltung gelingt es weitgehend, die in den von den Magnetfeld-Meßfühlern abgegebenen Signalen enthaltenen Störeinflüsse zu beseitigen. Solche Störeinflüsse werden insbesondere durch Heizungen des Vulkanisierrohres bzw. sonstige Maschineneinkopplungen verursacht. Besonders nachteilig wirken sich hierbei Direktheizungen des Vulkanisierrohres aus, die zu stark verrauschten Signalen führen.

Die Zentraleinheit führt erfindungsgemäß eine Frequenzganganalyse auf Basis einer Fast-Fourier-Transformation durch. Es handelt sich hierbei um ein numerisches Nährungsverfahren, mit dem es gelingt, entsprechende Störeinflüsse von verrauschten Signalen zu beseitigen. Bei dem erfindungsgemäß vorgesehenen Speicher handelt es sich vorzugsweise um einen Transientenspeicher, d. h. dynamischen Speicher, so daß die jeweils aktuellen Signalwerte abgerufen und zur Mittelwertbildung herangezogen werden können. Auf diese Weise läßt sich fortlaufend der jeweilige aktuelle Durchhang des Leiters berechnen.

Die Basis für die durchzuführende Mittelwertbildung und Frequenzganganalyse bildet die vorgesehene Sample/Hold-Schaltung, mit der es gelingt, fixe Signale zu erzeugen, die für die nachfolgenden Verarbeitungsvorgänge verwendet werden.

Vorzugsweise wird das Ausgangssignal des Summiergliedes über einen Gleichrichter und einen Verstärker einem Steuerausgang zugeführt, der ein entsprechendes Stellgrößensignal zur Verfügung stellt. Die von den Magnet-Meßfühlern abgegebenen Signale werden vorzugsweise über einen Bandpaß und über einen Verstärker der Sample/Hold-Schaltung zugeführt.

Das Ausgangssignal der Signalverarbeitungs- und Signalauswerteschaltung wird zweckmäßigerweise auf den Sender rückgekoppelt, um immer gleiche Signalamplituden zu erhalten.

Erfindungsgemäß wird vorzugsweise mit einem Signal einer Sendefrequenz von 127 kHz gearbeitet.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnungen im einzelnen erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 schematisch einen Schnitt durch ein Vulkanisierrohr mit Teilen der erfindungsgemäßen Meßvorrichtung;

Fig. 2 schematisch ein Schaltbild der erfindungsgemäßen Vorrichtung; und

Fig. 3 ein Blockschaltbild der elektronischen Signalverarbeitung- und Signalauswerteschaltung der erfindungsgemäß ausgebildeten Vorrichtung.

Wie man Fig. 1 entnehmen kann, wird ein blanker Leiterdraht 10 auf nicht gezeigte Weise einer Extrudervorrichtung 11 zugeführt, in der er mit vulkanisierbarem Material beschichtet wird. Der so mit einer Isolierschicht ummantelte Leiter 10 tritt isoliert aus der Vorrichtung 11 in ein Vulkanisierrohr 12, in dem eine Temperatur von 200-250°C und ein Druck von 10-30 bar herrscht. Die Wärme wird durch zugeführten heißen Wasserdampf erzeugt, der im unteren Bereich des geneigt angeordneten Vulkanisierrohres 12 kondensiert und damit den Beginn einer Kühlzone 13 bildet. In der eigentlichen Vulkanisierzone des Vulkanisierrohres 12 ist die Isolierschicht noch verhältnismäßig weich, so daß nach Möglichkeit jede mechanische Berührung mit dieser zu vermeiden ist, um eine Beeinträchtigung, die die Qualität der Isolierschicht verschlechtert, zu vermeiden. Außerdem muß Sorge dafür getragen werden, daß der Strang 14 nach Möglichkeit zentriert im Vulkanisierrohr 12 geführt wird, um eine gleichmäßige Beschichtung zu erhalten. Es ist daher erforderlich, an einer oder mehreren Stellen die Lage des Stranges 14 in bezug auf die Wände des Vulkanisierrohres zu messen, um möglicherweise Korrekturen einzuleiten.

In Fig. 1 ist eine Meßstelle 15 dargestellt, in der der Durchhang des Stranges 14 gemessen wird. Zu diesem Zweck weist das Vulkanisierrohr 12 einen Abschnitt 16 von erweitertem Durchmesser auf, wobei an zwei diametral gegenüberliegenden Stellen Magnetfeld-Meßfühler 17, 18 in Form von Luftspulen angeordnet sind. Im Abstand zur Meßstelle 15, beispielsweise in einer Entfernung von a=2m, weist das Vulkanisierrohr 12 einen weiteren Abschnitt 19 vergrößerten Durchmessers auf, in dem ein Transformatorkern 20 angeordnet ist, dessen Innendurchmesser der lichten Weite des Vulkanisierrohres 12 entspricht. Der ringförmige Transformatorkern 20 ist beispielsweise aus Spezial-Transformatorenblech gebildet.

In Fig. 2 ist ein Schaltbild des Stranges 14 sowie ein Blockschaltbild einer Meßvorrichtung zur Bestimmung des Durchhangs des Stranges 14 im Vulkanisierrohr 12 dargestellt. Der Strang ist am linken Ende über den blanken Leiter 10 mit Erde verbunden. Am rechten Ende in Fig. 2 besteht eine Verbindung mit der Erde über die Kapazität der Isolierschicht, angedeutet durch einen Kondensator 21, und die Kapazität der Wasserstrecke zwischen Isolierschichtoberfläche und Vulkanisierrohr 12, angedeutet durch einen Kondensator 22, wobei davon ausgegangen werden kann, daß das Vulkanisierrohr 12 an Erde liegt.

Der Transformatorkern 20 trägt mindestens eine Windung einer Wicklung 23, die am Ausgang einer Wechselstromquelle 24 liegt. Diese erzeugt einen nieder- oder hochfrequenten Signalpegel, beispielsweise mit einer effektiven Spannung von 20 V. Das dadurch hervorgerufene ringförmige magnetische Wechselfeld erzeugt im Leiter des Stranges 14 einen Strom, beispielsweise von 12 mA. Hierbei wird eine Gesamtkapazität der Kondensatoren 21 und 22 von 300 pF/m zugrundegelegt. Der Strom hat seinerseits ein ringförmiges Magnetfeld zur Folge, das in den Luftspulen 17 und 18 eine Wechselspannung induziert. Befindet sich der Strang 14 in der Mitte zwischen den Luftspulen 18 und 17, wird in diesen die gleiche Spannung induziert. Eine Verschiebung in Richtung zur einen oder zur anderen Luftspule führt zu einer entsprechenden Differenz in der induzierten Spannung.

Die Luftspulen 17 und 18 sind mit einem Pol miteinander verbunden und mit dem anderen Pol über je eine Leitung 25, 26 an eine elektronische Signalverarbeitungs- und Signalauswerteschaltung 30 angeschlossen. In dieser Signalverarbeitungs- und Signalauswerteschaltung 30, die im einzelnen in Verbindung mit Fig. 3 beschrieben wird, wird ein Stellgrößensignal erzeugt und über eine Leitung 41 einem Stellorgan zugeführt. Dieses Stellgrößensignal wird als Ist-Signal dazu benutzt, ein Stellglied zur Veränderung des Durchhangs des Leiters zu steuern. Es versteht sich, daß die elektronische Signalverarbeitungs- und Signalauswerteschaltung 30 auch andere Meßwert-verarbeitende Geräte bzw. Anzeigegeräte ansteuern kann.

Nachfolgend wird die Verarbeitung und Auswertung der von den beiden Luftspulen 17, 18 über die Leitungen 25, 26 der Schaltung 30 zugeführten Signale beschrieben. In Fig. 3 ist nur die Verarbeitung und die Auswertung eines Signal es gezeigt, und zwar das über die Leitung 25 zugeführte Signal. Das über die Leitungen 26 zugeführte andere Signal wird entsprechend verarbeitet und ausgewertet. In dem bei 38 gezeigten Summierglied wird das Summensignal aus beiden Signalen erzeugt, das über einen Gleichrichter 39 und einen Verstärker 40 geführt und dann als Stellgrößensignal 41 zur Verfügung gestellt wird.

Wie bereits erwähnt, zeichnet sich die erfindungsgemäße Vorrichtung dadurch aus, daß hiermit eine sehr genaue Signalauswertung möglich ist. Es geht insbesondere darum, Störeinflüsse, d. h. entsprechende Rauschanteile der Signale, zu beseitigen. Wie eingangs erwähnt, werden derartige Störeinflüsse auf die gemessenen Signale insbesondere durch entsprechende Heizungen des Vulkanisierrohres, insbesondere direkte Heizungen, aber auch sonstige Maschineneinkopplungen verursacht. Um dies zu erreichen, wird das von der Luftspule 18 über die Leitung 25 zugeführte Signal einem Bandpaß 31 zugeführt und entsprechend vorgefiltert. Das gefilterte Signal gelangt dann zu einem Verstärker 32 und von dort zu einer Sample/Hold-Schaltung 33, mit der fixe Signale erzeugt werden, die dann entsprechend weiterverarbeitet werden. Mit Hilfe eines A/D-Wandlers 34 werden die erhaltenen fixen Signale dann digitalisiert und in einen Speicher 35 abgelegt. Es handelt sich hierbei um einen RAM, d. h. einen Transientenspeicher, der es ermöglicht, auf dynamische Weise mit Hilfe eines Fensters immer die entsprechend aktuellen Signale zur Verfügung zu stellen. Diese Signale werden von einer CPU 36 abgegriffen, die eine entsprechende Mittelwertbildung vornimmt. Es folgt bei 37 eine Frequenzganganalyse über eine Fast-Fourier-Transformation. Bei 38 wird das entsprechende Summensignal durch Zuführung des in entsprechender Weise verarbeiteten und über die Leitung 26 eingeführten Signales der Luftspule 17 erzeugt. Die nachfolgenden Bauteile 39, 40 wurden bereits vorstehend erläutert.

Über die Leitung 28 erfolgt eine Rückkopplung des Signales vom Verstärker 40 zur Senderseite, d. h. Wechselstromquelle 24.

Claims (6)

1. Vorrichtung zur Messung des Durchhanges eines mit einer Isolierschicht ummantelten Leiters in einem Vulkanisierrohr, mit einer Wechselstromquelle, die mit Hilfe eines im Vulkanisierrohr angeordneten, den Leiter umgebenden ringförmigen Transformatorkerns in den Leiter einen Wechselstrom induktiv einprägt, mindestens zwei Magnetfeld-Meßfühlern, die im Abstand zum Transformatorkern, in radialem Abstand zum Leiter und mit Abstand zueinander im Vulkanisierrohr angeordnet sind, und einer Signalverarbeitungs- und Signalauswerteschaltung für die von den Magenetfeld-Meßfühlern abgegebenen, dem Durchhang des Leiter entsprechenden Lagesignale, dadurch gekennzeichnet, daß die Signalverarbeitungs- und Signalauswerteschaltung (30) eine Sample/Hold-Schaltung (33) zur Gewinnung von fixen Signalen, einen A/D-Wandler (34), einen Speicher (35), eine Zentraleinheit (36), die aus einer Zahl von fixen Signalen eine Mittelwertbildung und mit dem gewonnenen Mittelwert eine Frequenzganganalyse durchführt, und ein Summierglied (38) zur Addition des Signalausgangswertes der Zentraleinheit des einen Magnetfeld-Meßfühlers (17) mit dem des anderen Magnetfeld-Meßfühlers (18) aufweist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Ausgangssignal des Summiergliedes (38) über einen Gleichrichter (39) und einen Verstärker (40) einem Steuerausgang zugeführt wird.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Signalverarbeitungs- und Signalauswerteschaltung (33) einen Bandpaß (31) und einen Verstärker (32) aufweist, denen die von den Magnetfeld-Meßfühlern (17, 18) abgegebenen Signale zugeführt werden.

4. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Speicher (35) als Transientenspeicher ausgebildet ist.

5. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Zentraleinheit (36) die Frequenzganganalyse auf Basis einer Fast-Fourier-Transformation durchführt.

6. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Endsignal der Signalverarbeitungs- und Signalauswerteschaltung (30) auf den Sender rückgekoppelt wird.