DE675484C - Steuereinrichtung zur Feststellung und Regelung der Winkelstellung einer umlaufenden Welle - Google Patents

Description

Es ist in vielen Fällen erwünscht, die Stellung eines rotierenden Apparates in einem bestimmten Augenblick festzustellen. Diese Aufgabe wird z. B. bei rotierenden Scheren ■ .5 gestellt, deren Messer dauernd umlaufen. Die Steuerung derartiger Scheren erfolgt in Abhängigkeit vom Eintreffen des Walzstabes an einer bestimmten Stelle, z. B. an einem als Ausstoßschalter ausgebildeten Schaltapparat. Sobald der Stab diese Stelle erreicht hat, läuft die Schere eine bestimmte Anzahl Umdrehungen weiter und wird dann zum Schnitt gebracht. Da nun die Scherenmesser natürlich beim Eintreffen des. Stabes an dem Schaltapparat in einer beliebigen Stellung stehen können, kann die Zahl der Umdrehungen, die die Schere nach Eintreffen des Stabes machen muß, nicht genau festgelegt werden. Sie schwankt zwischen ti und ti -j- 0,99 Umdrehungen. Der .ZaM der Scherenumdrehungen entspricht aber die Länge des geschnittenen Stabes, da Stabgeschwindigkeit und Umfangsgeschwindigkeit der. Scherenmesser gleichgehalten werden. Will man die Stablänge beim ersten Schnitt genau gleichhalten, so muß man entweder den Stab so steuern, daß er bei einer bestimmten Scherenstellung an den -Schaltapparat kommt, oder aber, da dies nicht möglich ist, die Drehzahl der Schere korrrigieren. Man kann zu diesem Zweck beispielsweise den Scherenmotor mit der Schere durch ein Differential kuppeln, das durch einen zweiten Motor so weit verstellt wird, daß die Schere so arbeitet, als ob sie beim Eintreffen des Stabes an der gewünschten Stelle gestanden hätte. Läuft der Scherenmotor und der Stab, was in einfacher Weise erzwungen werden kann, mit gleicher Geschwindigkeit und eilte das Scherenmesser beim Eintreffen des Stabes der gewünschten Stellung um 90⁰ voraus,. so muß es mit Hilfe des Differentials um diesen Winkel gegenüber dem durchlaufenden Scherenmotor zurückgedreht werden. Man kann diese Verschiebung natürlich auch in anderer Weise, z. B. durch Beeinflussung des Scherenmotors, erreichen. Vorbedingung dazu ist aber, daß man die Stellung kennt, in der das Scherenmesser im Augenblick des Eintreffens des Walzstabes an dem Schaltapparat gestanden hat.

Es ist nun bereits eine Anordnung bekannt, durch die die Stellung des Scherenmessers beim Eintreffen des Walzstabes an dem Schaltapparat festgestellt wird. Bei dieser bekannten Anordnung werden über von einer Kontaktvorrichtung auf der Welle der umlaufenden Schere eingeschaltete und von dem

*j Von dem Patentsucher ist als der Erfinder angegeben worden:

. .. Dipl.-Ing. Wilhelm Helias in Berlin.

Walzgut beeinflußte lichtelektrische Zellen Schütze gesteuert, die je nach der Stellung der Schere beim Eintreffen 'des Walzgutes an einer lichtelektrischen Zelle die Geschwind digkeit des Antriebsmotors des der Schere vorgeordneten RolIgangSs durch Vorschalten' von Feldwiderständen verändern. Wenn diese Anordnung hinreichend genau arbeiten soll, ist eine feine iVbstufung der Widerstände und ίο damit eine große Anzahl von Photozellen erforderlich. Andererseits ist man aber bestrebt, möglichst wenig Photozellen in der Nähe des glühenden Walzgutes vorzusehen, da der Walzwerksbetrieb außerordentlich rauh und idas Bedienungspersonal im allgemeinen nicht an den Umgang mit derart empfindlichen Apparaten gewöhnt ist. Die Photozellen müssen gekühlt werden, da sie der Hitze des Walzgutes ausgesetzt sind. Dadurch werden wieder umständliche Apparaturen erforderlich.

Die Erfindung sieht eine Einrichtung zur Feststellung und Regelung der Winkelstellung einer umlaufenden Welle, insbesondere zur Regelung der Stellung einer umlaufenden Schere zur Erzielung bestimmter Anfangs- und Schnittlängen vor, die die Nachteile der bekannten Anordnung vermeidet. Unter Verwendung von auf der umlaufenden Welle angeordneten Kontaktscheiben mit über den Umfang gleichmäßig verteilten Kontakten oder Bürstenarmen und von in Abhän-•gigkeit von der Stellung der Kontaktscheiben eingeschalteten Schaltorganen wird dies erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß als Schaltorgan jedem Kontakt des Kontaktsatzes, der von dem mit der Welle umlaufenden Büistenarm bestrichen wird, je ein nach seiner Einschaltung durch einen Stromimpuls sich selbst erregt haltendes gittergesteuertes Glühkathodengefäß zugeordnet ist und alle Glühkathodengefäße so geschaltet sind, daß stets nur das Gefäß ansprechen kann, dessen Kontakt in einem gegebenen Augenblick oder als erster nach dem gegebenen Augenblick von dem Bürstenarm überfahren wird, während die übrigen Gefäße durch das Einschalten des ersten Gefäßes gesperrt werden.

Außer der Vermeidung der obenerwähnten Nachteile der bekannten Einrichtung bringt die Erfindung durch Verwendung gittergesteuerter Röhren deshalb ganz besondere Vorteile, weil Röhren eine bedeutend größere Ansprechgeschwindigkeit als Schütze besitzen. Nur mit gittergesteuerten Röhren ist es bei größerer Walzgeschwindigkeit möglich, die Stellung der Welle bzw. des Walzgutes genau festzulegen. Bei Walzgeschwindigkeiten von 12m pro Sekunde werden Schnittgenauigkeiten von etwa 1S cm verlangt.

Die Ansprechgeschwindigkeit eines Schützes beträgt aber nur etwa 0,03 Sek., d. h. während das Schütz anspricht, bewegt sich der bereits um 36 cm, also um ein Mehr- ; der gewünschten Steuergenauigkeit

,;^|ter. ■

■v..: Ein weiterer Vorteil der Verwendung von Glühkathodenröhren besteht in der Möglichkeit der gegenseitigen Sperrung. Sobald eine der Röhren anspricht, wird durch den Spannungsabfall in einem allen Glühkathoden gleichmäßig vorgeschalteten Widerstand das Kathodenpotential gehoben, und zwar über das durch Einschalten des Kontaktes erzielbare Gitterpotential hinaus. Das heißt selbst wenn der Kontakt ein Steuergitter beeinflußt, ist dieses Steuergitter immer noch negativ gegenüber der Glühkathode. Das Glühkathodenrohr ist deshalb gesperrt. Nur das Rohr, das bereits Strom führt, wird durch diese Maßnahme nicht berührt, da eine Sperrung eines von Gleichstrom durchflossenen Glühkathodenrohres mit Gasfüllung bekanntlich nicht möglich ist. Bei Verwendung von Schützen wäre die Sperrung der übrigen Schütze beim Einschalten eines Schützes sehr kompliziert und unsicher; man wäre auf eine große Zahl von Hilfskontakten angewiesen, die erfahrungsgemäß das Arbeiten von Steuerungen erschweren.

In der Zeichnung sind drei Ausführungsbcispiele der Erfindung dargestellt; in den verschiedenen Abbildungen sind entsprechende Teile mit den gleichen Bezugszeichen versehen.

Es sei zunächst das Ausführungsbeispiel nach Abb. 1 beschrieben. Mit der Scherenwelle ist ein umlaufender Kontaktarm 20 verbunden, der nacheinander die auf den Umfang gleichmäßig verteilten Bürsten I bis VIII berührt. Solange der Schalter 9 offen ist, fließt durch die -Röhren kein Strom, da alle Röhren durch ihre Gitter gesperrt sind. Die Gitter liegen über die Widerstände 31 bis 38 am Nullpotential des gezeichneten Gleichstromnetzes, die Kathoden dagegen an der Abzweigung -\-10 des Spannungsteilers 29 (über einen Vorschaltwiderstand3o), sind also positiv gegenüber dem Gitter. Wird jetzt der Schalter 9 geschlossen und kommt der Kontaktzeiger an die nächste Bürste, z. B. I, so verbindet er das Gitter der Röhre 1 mit dem Punkte-{-20 des Spannungsteilers. Das Gitter der Röhre 1 wird also positiv gegenüber der Kathode. Ein Strom fließt durch die Röhre und den Ohmschen Widerstand 21, der der Schützspule 11 parallel geschaltet ist. Durch den Spannungsabfall im Vorschaltwiderstand 30 steigt dabei das Potential der Kathoden sämtlicher Röhren erheblich über den Wert -f-20, den die Gitter

höchstens annehmen können., d. h. also, selbst wenn der weiterlaufende Kontaktarm 20 die Gitter der übrigen Röhren 2 bis 8 nacheinander mit dem Punkte -j- 20 des Spannungsteilers verbindet, fließt durch diese Röhren kein Strom, da ihre Gitter immer noch negativ gegenüber der Kathode sind. Die Röhre 1 schaltet das Relais 11 ein, das zeigt, daß der Kontaktarm 20 beim Einschalten des Schalters 9 zwischen den Bürsten VIII und I oder auf der Bürste I gestanden hat.

Der Schalter 19 ist ein Endschalter, durch den die Steuerung stromlos gemacht wird, wenn ein Arbeitsspiel vollendet ist. Er kann

z. B. durch das Ende des Walzstabes geöffnet werden.

Die Verwendung von Glühkathodenröhren zur praktischen Ausführung dieser Schaltung ist erforderlich, sobald die Drehzahl des Kontaktarmes 20 hoch ist, die Ansprechzeiten von Schützen in diesem Falle zu groß werden, die Schütze oder Relais also auf die kurze Kontaktgabe beim Vorbeistreichen des Kontaktarmes 20 an einem Kontakt nicht reagieren wurden. Die Reaktionsgeschwindigkeit von gittergesteuerten Glühkathodengefäßen ist eine wesentlich höhere, sie gestattet bei Verwendung einer !entsprechenden Anzahl derartiger Röhren eine beliebige Meßgenauigkeit.

Es ist natürlich erwünscht, die Zahl der Rähren nicht zu weit zu steigern. Man kann nun mit wenigen Röhren und Relais auskommen, wenn mit dem ersten Kontaktarm über ein Vorgelege ein zweiter, schneller laufender Kontaktarm verbunden wird, der bei einem Übersetzungsverhältnis 1 :it ö-Bürsten besitzt. Dabei ist η die Zahl der Bürsten der ersten Kontaktvorrichtung. Eine Umdrehung des zweiten Kontaktarmes entspricht dabei ijn Umdrehung des ersten. Der Weg von einer Bürste des zweiten Kontaktarmes zur nächsten ist also -;-— Umdrehung des ersten

Kontaktarmes. Abb. 2 zeigt eine derartige Anordnung. Beim Schließen des Druckknopfes 50 soll eine Lampe aufleuchten, die der Stellung des Zeigers 51 einer umlaufenden Welle in diesem Moment entspricht. Steht in diesem Moment der Zeiger in der gezeichneten Lage und ist der Schalter 19 geschlossen, so wird durch den Kontaktarm 20 und Bürste I die Röhre 1 und durch Kontaktarm 41 über Bürste IV die Röhre 4 eingeschaltet. Diese Röhren schalten die Schütze 11 und 14 ein. Dadurch wird eine Lampe 54 eingeschaltet, die am gleichen Punkte steht wie der Zeiger 51 im Einschaltmoment. Wäre die Einschaltung etwas später erfolgt, so

°5o daß Kontaktarm 41 die Bürste IV schon verlassen hat, so zündet keine Röhre, bevor der Kontaktarm 41 zur Bürste V gekommen ist. In diesem Moment zündet die Röhre 5. Das Potential der Kathode hebt sich, dadurch auch das Gitterpotential der Röhre 1, die über den Kontaktarm 20 und die Bürste I mit dieser Kathode verbunden ist. Die Röhre I zündet; dadurch wird das Kathodenpotential der Röhre 1 bis 3 über das der Röhren 4 bis 6 gehoben und damit bei den folgenden Bürsten die Gitter stets negativ gegenüber den Kathoden der Röhren 1 bis 3 gehalten. Erreicht wird dies durch verschiedene Aufteilung der Widerstände vor und hinter der Röhre. In der Zeichnung ist angenommen, daß der Widerstand 39-J-40 gleich Widerstand 30 ist und alle Schütze mit ihren parallelen Widerständen gleiche Widerstandswerte haben. Daraus ergibt sich ohne weiteres, daß bei Einschalten eines Schützes im Widerstand 30 ein größerer Spannungsabfall vorhanden ist als im Widerstand 39. Diese Sperrung hat folgenden Wert:

Ist der Kontaktarm 41 an der Bürste VI, so ist der Kontaktarm 20 noch gerade mit der Bürste I verbunden. Geht der Arm 41 nach Bürste IV weiter, so muß der Arm 20 die Bürste I verlassen und die Bürste II berührt haben. Hat Kontaktarm 41 die Bürste VI verlassen und ist Kontaktarm 20 noch mit der Bürste I verbunden, so würde ohne Sperrung sofort die Röhre I ansprechen, darauf Röhre 4, wenn der Arm 41 Kontakt IV berührt. Es würde also Lampe 54 aufleuchten. Das wäre aber falsch, denn die Welle ist V₃ Umdrehung über die gezeichnete Stellung hinausgegangen. Mit Sperrung gibt es folgende Möglichkeiten:

a) Der Impuls kommt, solange der Arm 41 noch die Bürste VI berührt, dann spricht Röhre 6 und--darauf Röhre 1 an. Lampe 56 wird eingeschaltet.

bj Der Impuls kommt erst, nachdem Arm 41 Bürste VI verlassen hat. Dann kann Röhre 1 nicht ansprechen, da ihr Gitterpotential niedriger ist als ihr Kathodenpotential. Die Schaltung wird ausgeführt, sobald Arm 41 Bürste IV berührt und Lampe 64 wird eingeschaltet.

Macht-man den Belag des Kontaktarmes 41 so groß, daß er die Bürste VI erst verläßt, wenn der Kontaktarm 20 die Bürste 1 verlassen hat, so tritt ebenfalls eine Fehlschaltung ein, wenn eine Sperrung nicht vorhanden ist. Es brennt, wie leicht ersiehtlieh ist, die Lampe 66 statt 64. Bei dieser Ausführung müßte die umgekehrte Sperrung vorgesehen werden. Richtig würde die ungesperrte Anordnung nur arbeiten, wenn die Bürsten der Kontakte I bis II stets gleichzei- 12c tig mit der Bürste VI von den Kontaktarmen verlassen würden.

Es ist ohne weiteres klar, daß man durch zusätzliche Kontaktapparate mit weiteren Zusatzvorgelegen die Genauigkeit weiter steigern kann. Bei dieser Steuerung würde allerdings die Zahl der erforderlichen Schützkontakte ebenfalls steigen. In vielen Fällen will man weniger die Stellung der Welle festlegen, um eine Korrektur auszuführen, man will vielmehr, daß ein Schaltvorgang eingeleitet wird, wenn die Welle von einem bestimmten Augenblick an einen bestimmten Winkel zurückgelegt hat. Als Beispiel für eine derartige Steuerung kommt wieder eine rotierende Schere zum Schneiden von laufendem Walzgut in Betracht; die Schere wird in diesem Falle zu jedem Schnitt neu angelassen. Der Vorgang ist dabei folgender:

Das Walzgut stößt gegen einen Schalter. Eine bestimmte Anzahl Walzumdrehungen später soll die rotierende Schere'eingeschaltet werden. Man kuppelt zu diesem Zweck mittels einer Magnetkupplung einen Wakenschalter über ein Vorgelege mit der Walzenstraße. Das Vorgelege ist derart ausgelegt, daß der Schalter bei der gewünschten Umdrehungszahl der Walze gerade eine Umdrehung ausführt. Durch Veränderung des Vorgeleges zwischen Walzenstraße und Kontaktwalze kann die Länge des geschnittenen Stabes bzw. der Walzumdrehungen eingestellt werden. Diese Kupplung hat denNach-" teil, daß 'die _ Zeit, die vom Einschaltmoment bis zur effektiven Kupplung vergeht, variiert. Sie richtet sich nach den Reibungsverhiäitnissen und nach dem jeweiligen Hub der Magnetkupplung. Aber selbst wenn sie stets gleichbleibt, ist die Genauigkeit gering, da die Walzgeschwindigkeit verändert wird. Damit ändert sich natürlich auch der während des Kupplungsvorganges vom Walzgut zurückgelegte Weg. Man kann nun die Erfindung natürlich auch dazu verwenden, zunächst die Lage der Welle festzustellen, und dann nach Zurücklegen eines bestimmten Winkels einen Schaltvorgang vornehmen. Die weiteren S ehalt vorgänge erfolgen dann stets nach ' einer vollen Umdrehung der Steuerwelle.

In Abb. 3 ist eine derartige Anordnung dargestellt, bei der der Kontaktarm 20, der vier Börsten überfährt, über ein Vorgelege mit dem Übersetzungsverhältnis von 1:4 mit einem Kontaktarm 41 gekuppelt ist, der ebenfalls vier über seinen Umfang gleichmäßig verteilte Bürsten überfährt, so daß also die Stellung der Ursprungswelle mit der Genauigkeit Via festgelegt wird. Würde der Schalter 9 in der gezeichneten Stellung anspringen, so würde beispielsweise die Röhre 1 und 5 ansprechen; das bedeutet: Der Kontaktarm 20 befand sich im Einschaltmoment mit der Spitze seines Kontaktbelages V₁₀ Umdrehung vor oder genau in Stellung I. Wäre der Kontaktarm 41 nach Stellung VI gelau-, fen, so würde dieses bedeuten, daß im Einschaltmoment der Kontaktarm 20 sich zwischen der Stellung I und Y₁₆ Umdrehung nach dieser Stellung befinden würde usw., d. h. die Kombination der brennenden Röhren zeigt mit der Genauigkeit V₁₆ die Stellung der Welle im Einschaltaugenblick an. Wählt man drei derartige Kontaktvorrichtungen, so kann man mit der Genauigkeit V₆₄, bei vier Wellen mit Y₂so die Stellung der Ursprungswelle messen. Eine derartige Genauigkeit von ¹Ii⁰Ja dürfte für die meisten Fälle genügen. Durch einen ähnlichen Schaltapparat kann man jefzt den eigentlichen Einschaltvorgang nach Ablauf ernes bestimmten Winkels vornehmen. In der Zeichnung ist ein Winkel von ungefähr 360° angegeben.

Im Augenblick, in dem der Kontaktarm 41 den Kontakt V passiert, hat der Kontaktarm 44 den Kontakt V_a bereits verlassen. Nach ungefähr einer Umdrehung des Kontaktarmes 20 bzw. 43 schließt sich der Kontakt I„ und V_n- Dadurch wird folgender Stromkreis geschlossen:

Spannungsteileranschluß-j-20, Kontakt des Schützes 11, Bürste I₀, Kontakt des Schützes 15, Bürste V„, Gitter der Röhre 46.

Die Röhre 46 spricht an, da ihre Kathode am Netzpurikt -j-10 liegt. Eine gittergesteuerte Röhre ist hier wieder verwendet, da die Schaltzeit beim Vorübergehen des Kontaktes 44 so kurz sein dürfte, daß ein Schütz im allgemeinen nicht anspricht. Der Vorteil der Schaltung ist 'der, daß man mit 20 Röhren bereits eine Genauigkeit von Vi% erreicht. Vorbedingung ist dabei, daß bei einer Ge-

nauigkeit

n-b

der .Kontaktbügel des Kontaktarmes 20 bzw. 4^5 eine Länge von — -_r

besitzt, die Bürste demnach eine Breite von

höchstens

n-b

besitzt. Durch die mechanische Ausführung der Bürsten wird die Genauigkeit beschränkt. Sie ist natürlich auch von der Drehzahl abhängig, da man bei grö- no ßerem Durchmesser des Kontaktarmes auch eine größere Genauigkeit erzielen kann.

Die den Schützspulen parallel geschalteten Widerstände haben folgenden Sinn. In Schützspulen bildet sich der Strom infolge der Selbstinduktion nur langsam aus. Der Strom ist aber zur Sperrung der folgenden Röhre unbedingt erforderlich. Den Schützspulen sind daher induktionsfreie Widerstände parallel geschaltet. Sollte dies nicht genügen, so müssen noch Kondensatoren mit vorgeschalteten Widerständen in Parallel-

Claims (4)

1. Schaltung vorgesehen werden. Es ist klar, daß für Röhrengruppen mit parallel geschalteten Kathoden auch Quecksilbergleich richter mit entsprechender Anodenzahl gonommen werden können.

   Die beschriebenen Anordnungen können auch dazu verwendet werden, um die Stellung einer Welle in einem gegebenen Moment (Betätigung des Schalters durch eine Uhr) ίο oder bei gegebenen Betriebsverhältnissen (Betätigung durch Manometer, Amperemeter oder ähnliche Einrichtungen) festzulegen.

   Ρλ ϊ ε ν ϊ λ ν s v u ü cue:

   ι. Steuereinrichtung zur Feststellung und Regelung der Winkelstellung einer umlaufenden Welle, insbesondere zur Regelung der Stellung einer umlaufenden Schere zur Erzielung bestimmter Anfangsund Schnittiiängen, unter Verwendung von auf der umlaufenden Welle angeordneten Kontaktscheiben mit über den Umfang gleichmäßig verteilten Kontakten oder Bürstenarmen und von sich selbst erregt haltenden ferngesteuerten Schaltorganen, die in Abhängigkeit von der Stellung der Kontaktscheiben eingeschaltet werden, dadurch gekennzeichnet, daß als Schaltorgan jedem Kontakt des Kontaktsatzes, der von dem mit der Welle umlaufenden Bürstenarm bestrichen wird, je ein nach seiner Einschaltung durch einen Stromimpuls sich selbst erregt haltendes gittergesteuertes Glühkathodengefäß zugeordnet ist und alle Glühkathodengefäße so geschal· tet sind, daß stets nur das Gefäß ansprechen kann, dessen Kontakt in einem gegebenen Augenblick oder als erster nach dem gegebenen Augenblick von dem Bürstenarm überfahren wird, während die übrigen Gefäße durch das Einschalten des ersten Gefäßes gesperrt werden.
2. 2. Einrichtung nach Anspruch 1,' dadurch gekermzeichnet, daß mit dem ersten Kontaktarm, der über η Bürsten streift, über ein Vorgelege mit dem Übersetzungsverhältnis ι :ti ein entsprechend schneller laufender zweiter Kontaktarm gekuppelt ist, der über b Bürsten streift.
3. 3. Einrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß außer dem mit den Kontaktarmen (20, 41) versehenen Kontaktapparat, der die für den Schaltvorgang notwendigen Schaltkombinationen herbeiführt, ein weiterer Kontaktapparat (43, 44) vorgesehen ist, der den Schaltvorgang nach Zurücklegung eines bestimmten Winkels vom Einschaltmoment an gerechnet ausführt (Abb. 3).
4. 4. Einrichtung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Gefäßgruppen, die zu verschiedenen Kontaktarmen gehären, so gegeneinander verriegelt sind, daß ein Ansprechen in einer bestimmten Reihenfolge erzwungen wird.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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