DE1815359B2 - Verfahren und Anordnung zur Regelung des Vorschubs von Abschmelzelektroden in Lichtbogenofen - Google Patents

Description

5. Anordnung nach Anspruch 3 oder 4, da- noch gewisse Mangel inne, die sie für eine breite Andurch gekennzeichnet, daß die die Impulsdurch- 45 wendung bei Lichtbogenofen für das Schmelzen vor gäbe bevorzugenden Filternetzwerke (12/13 bzw. Metallen aller Art nicht in jedem Falle geeignet er- 14/15) als KC-Glieder ausgebildet sind. scheinen lassen. Es wurde nämlich festgestellt, daC

nicht immer ein aus Impulsen gewonnenes Regelsignal eine eindeutige Funktion des Abstandes dei

= 50 Abschmelzelektrode vom Schmelzsee darstellt. Die«

trifft vorwiegend dann zu, wenn der Lichtbogen instabil ist und Impulssignale unabhängig von der rela-

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Regelung tiven Elektrodenlage auftreten. Außerdem ist dit des Vorschubs von Abschmelzelektroden in Licht- Größe des Impulssignals vom jeweils vorhandener bogenöfen, vorzugsweise Vakuum-Lichtbogenöfen, 55 Schmelzstrom abhängig, was die Zuverlässigkeit sol bei dem die während des Schmelzprozesses anliegende eher Signale nicht erhöht. Solche unregelmäßig auf-Lichtbogenspannung einschließlich der ihr über- tretenden Impulse, deren Frequenz, Amplitude unc lagerten impulsförmigen Schwankungen erfaßt und Vorzeichen keine Funktion der relativen Elektrodenmit einer Sollspannung zur Bildung einer Differenz- lage darstellen, seien nachfolgend als Störimpulse bespannung verglichen wird, in der die impulsförmigen ^6o zeichnet.

Schwankungen enthalten sind, und bei dem die Span- Es hat sich nun überraschend f ezeigt, daß sich

nungssignale durch Integrationsglieder in kontinuier- Störimpulse, wenn man sie hinsichtlich ihres Vor

liehe Signale umgewandelt werden, die einer Regel- zeichens miteinander vergleicht, gegenseitig aufheben

anordnung zur Veränderung der Vorschubgeschwin- Impulse hingegen, die aus Änderungen der relativer

digkeit zugeführt werden. ⁶5 Elektrodenlage resultieren, zeigen, je nachdem, ot

Auf Grund der Unmöglichkeit, die Länge des der Abstand der Elektrode vom Schmelzsee zu kun

Lichtbogens auf direktem Wege zu bestimmen, ist oder zu lang ist, eine deutlich überwiegende Tenden;

man gezwungen, den Abstand der Abschmelzelek- zu negativem bzw. positivem Anteil. Der Erfindunj

ieat daher die Aufgabe zugrunde, ein Regelverfahren daß impulsartige Änderungen der Spannungsdifferenz tu schafft», bei dem »wischen Störimpulsen und Ab- sofort an den ScbaUgliedern anliegen, langzemge itondsünpuisen unterschieden wird und bei dem nur Änderungen jedoch erst nach Überschreiten eines olßhe Impulse für eine Regelung benutzt werden, die bestimmten Schwellenwertes, Die ÄC-Glieder haben Sne Funktion des Elektrodenabstandes darstellen. 5 somit die Rolle von Erapöndlicbkeitsadapteni. Hierdurch soll eine ansonsten eintretende ungenaue Ausführungsbeispiele für Anordnungen zur DurchRegelung, der Uchtbogenlänge vermieden werden, führung des erfindungsgemäßen Verfahrens seien Die Lösung der gestellten Aufgabe erfolgt, aus- nachfolgend an Hand der Fig. 1 bis 3 näher begehend von dem eingangs genannten Verfahren, er- schrieben.

fradungsßemSß dadurch, daß die positiven und nega- »p In Fig. X ist ein Scbaltplan einer meß- und regeiriven Anteile der Differenzspannung unter Beibehal- technischen Einrichtung zur Erfassung der Licnttune der Dauer und der Polarität in Impulse konstan- bogenspannung einschließlich der ihr überlagerten ter Höhe umgewandelt werden, daß diese Impulse Spannungsimpulse und zur Umsetzung in Regelvorzeichengerecht integriert werden und daß das ge- signale dargestellt. Die Bogenspannung des Licbthfldete Signal der Regelanordnung zur Veränderung 15 bogenofens liegt an den Klemmen 1 und 2 an und der Elektrodenvorschubgeschwindigkeit zugeführt wird über ein Füter 3 geleitet, welches unerwünschte wird. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren sind die Frequenzen, wie z. B. die Oberwellen des Gleicnncn-Vorteile verbunden, daß die Störimpulse vor ihrer ters, ausfiltert. Zwischen den Ausgangsklemmen des Tteeinflufsung des Regelvorgangs eliminiert werden Filters liegt der ohmsche Widerstand 4. An den Klemunddaß der Regelvorgang ausschließlich von solchen ao men 5 und 6 ist eine Gegenspannung angeschlossen, Tmoulsen beeinflußt wird, die eindeutige Rückschlüsse die mittels des Potentiometers 7 auf einen solchen auf die Bogenlänge zulassen. Durch die angegebene Wert eingestellt wird, der der ,linieren Spannung am Differenzenbildung der integrierten Spannungen wird Widerstand 4 entspricht. Diese Spannung ist die boiierreicht daß der für eine Regelhandlung benutzte spannung des Lichtbogens. Durch die Dioden » una s» Meßwert weit über den Pegel der Störsignale ange- _a5 und die mit ihnen in Reihe liegenden Widerstände hoben wird IC und 11 fließt nun so lange kein Strom, wie am

Als Mittel für die Umwandlung der Impulsanteile Widerstand 4 und am Potentiometer 7 Spannungsin Impulse konstanter Höhe kommen Schaltglieder gleichheit besteht, d. h., daß die Istspannung des wie Relais oder elektronische Schaltelemente in Frage, Lichtbogens mit seiner Sollspannung übereinstimmt, die als nichtlineare Schaltverstärker mit hohem Ver- 30 Auftretende Abweichungen der Lichtbogenspanstärkuneserad wirken. Solche Schaltverstärker haben nung, d. h. sowohl langzeitige Abweichungen als praktisch immer einen gewissen Schwellenwert, unter- auch Impulse, erzeugen jedoch einen Stromfluß über SaS welchem sie auf Eingangssignale nicht reagieren. die Dioden und Widerstände. Ρ°«™ Α^Ληη»» Damit ist es möglich, impulsförmige Abweichungen der Lichtbogenspannung können bedingt durch die Serer Amplitude von impulsförmigen Abwei- 35 Diode 8, nur einen Strom über den Widerstand 11 Sen größerer Amplitude zu trennen. fließen lassen, während negative Abweichungen der

Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung wird Lichtbogenspannung infolge der Diode 9 nur einen voSSagen, die Differenzspannungsanteile vor der Stromfluß über den Widerstand 10 erzeugen können UmWung in Impulse konstanter Höhe über Dif- Die infolge der Spannungsabweichvngen in den

fcreSrglieder zu führen, die beispielsweise als 40 Zweigen 9/10 und 8/11 fließenden Strome mit posi- ^C Sr ausgeführt sind. Hierdurch werden die tivem oder negativem Vorzeichen werden nunmehr Irnpuissignale klar von einer geringfügigen und ge- getrennt erfaßt und den KC-Ghedern 12/13 und

ÄÄSr^{itigen AbWdChUng der} "K¹SfK gesagt, auch .angzeitige

K g

rSSi^^eA « chungen der Uchgyjgj-^.*« JJ £ Verfahrens besonders vorteilhafte Anordnung, wobei Kreisen 9/10 oder 8/11 fließen lassen sina aie nx, to SSbOwannung U_L eine Sollspannung U₃ Glieder 12/13 und 14/15 so ausgdegt daß Impulse

5 6

und die übrigen Voraussetzungen für einen Durch- Fig. 2b zeigt nun, wie der Spannungsverlauf am gang durch das ÄC-Glied erfüllt sind. Analog fließt Ausgang nach Verlassen der ÄC-Glieder 12/13 und im Stromkreis mit dem Kontakt 19 und dem ohm- 14/15 aussieht. In allen Fällen ist die langzeitig ansehen Widerstand21 nur dann ein Strom, wenn die stehende Spannungsdifferenz +AU auf Grund der Abweichung der Lichtbogenspannung positiv ist; mit 5 Auslegung der ÄC-Glieder eleminiert worden und hat anderen Worten: Die getrennte Erfassung positiver infolgedessen keinen Einfluß mehr auf die nachfol- und negativer Abweichungen der Lichtbogenspan- genden Schaltglieder 16/17. Die positive Spannung, nung bleibt auch hinter den Schaltgliedern 16 und 17 dargestellt durch den über der Abszisse liegenden Teil erhalten. des Kurvenzuges, liegt am Schaltglied 17 an, während

Ist einer der Kontakte 18 und 19 geschlossen, so 10 die negative Spannung, dargestellt durch den unterliegt an dein ihm zugeordneten Widerstand 20 oder halb der Abszisse liegenden Teil des Kurvenzuges, 21 die Spannung der Stromquelle 28/29 an. Diese am Schaltglied 16 anliegt.

Spannung wird abgegriffen und liegt an den Inte- Fig. 2c zeigt den Spannungsverlauf in den beiden griergliedertt 22/23 oder 24/25 an, durch die sie stark Stromkreisen 18/20 bzw. 19/21. Infolge des Anliezeitverzögert an den Klemmen 26 und 27 erscheint. 15 gens einer konstanten Spannung an den Klemmen 28 Die Zeitverzögerung durch die Integrierglieder ist so und 29 werden in Abhängigkeit von der Schließungsausgelegt, daß sie groß ist im Verhältnis zur erwar- dauer der beiden Kontakte 18 und 19 Rechteckteten Impulsfolge. Ein Schließen und öffnen der impulse konstanter Höhe erzeugt, die je nach Polari-Kontakte 18 und 19 ruft infolge der konstanten Span- tat an den Widerständen 20 und 21 abgegriffen wernung an den Klemmen 28 und 29 an den Widerstän- ao den können. Diese Rechteckimpulse werden den Inden 20 bzw. 21 Rechteckimpulse hervor, deren Höhe tegriergliedem 22/23 bzw. 24/25 aufgeschaltet, die stets gleich ist und deren Länge der Dauer der Ein- eine Summation unter Berücksichtigung der Vorzeigangsimpulse entspricht. Nach der Verzögerung durch chen vornehmen. Bei zu kurzem Elektrodenabstand die Kondensatoren bzw. Widerstände 22, 23, 24 und (linker Kurvenzug in Fig. 2) überwiegen die negati- 25 entsteht eine kontinuierliche Signalspannung an »5 ven In'Jmlse, so daß sich an den Ausgangsklemmen den Kondensatoren 23 bzw. 25, deren Höhe von der 26 und 27 eine negative Spannung einstellt, die auf Anzahl und Dauer der Eingangsimpulse der jeweili- ein Stellglied im Sinne einer Vergrößerung des Elekgen Polarität abhängig ist. Infolge der Gegeneinan- trodenabstandes einwirkt. Bei korrektem Elektrodenderschaltung der Kondensatoren 23 und 25 wird an abstand (mittlerer Kurvenzug in Fig. 2) hält sich die den Klemmen 26 und 27 die Differenz der beiden 30 Dauer von positiven und negativen Impulsen die Signalspannungen abgenommen. Naturgemäß kann Waage. An den Ausgangsklemmen 26 und 27 ereine Differenz nur dann auftreten, wenn zwischen scheint in diesem Falle keine Spannung. Dies entAnzahl und Dauer von positiven Impulsen und der spricht den Erfordernissen der Regeleinrichtung, da Anzahl und Dauer von negativen Impulsen ein Un- eine Regelhandlung überflüssig ist. Anders ist dies terschied besteht. Das Ausgangssignal wird von den 35 hingegen beim Überwiegen der positiven Impulse Klemmen 26 und 27 in an sich bekannter Weise einer (rechter Kurvenzug in Fig. 2) bei einem zu großen Stellvorrichtung für die Bewegung der Abschmelz- Elektrodenabstand. In diesem Fall liegt an den Klemelektrode zugeführt. Die Stellvorrichtung kann ein men 26 und 27 infolge des zuständigen Integrierglie-P-Verhalten besitzen; bei Verwendung eines Stell- des eine positive Spannung an, die eine Regelhandmotors für die Elektrode besitzt sie zwangläufig ein 40 lung im Sinne einer Verkürzung des Elektroden-I- oder Pl-Verhalten. abstandes herbeiführt.

Die Wirkungsweise der Anordnung gemäß F i g. 1 · · t
sei an Hand von Fig. 2 näher beschrieben. In Beispiel
F i g. 2 a sind die Kurvenläufe der Lichtbogenspan- Bei einem Vakuum-Lichtbogenofen, der mit einer nung U_L für drei verschiedene Betriebszustände eines 45 mittleren Lichtbogenspannung U_Lm = 25 Volt betrie-Lichtbogenofens grafisch dargestellt. Sie sind in Be- ben wurde, betrug die Amplitude der Impu'se bis zu zug gesetzt zur sogenannten Sollspannung U_s, die am ±5 Volt. Es wurden etwa 40 Impulse pro Minute gePotentiometer 7 (Fi g. 1) abgegriffen wird. Die linke zählt. Die beiden JRC-Glieder 12/13 und 14/15 hatten Kurvendarstellung charakterisiert den Verlauf der folgende Auslegungsdaten: R_mttx = 25 000 Ohm, Lichtbogenspannung, wie er bei einem zu kurzen 50 C = 100 μ¥. Die verwendeten Relais besaßen eine Elektrodenabstand auftritt. Abgesehen davon, daß Ansprechspannung von 0,5 Volt. Die beiden Intedie negativen Impulse überwiegen, ist auch eine über grierglieder 22/23 und 24/25 weisen folgende Auslängere Zeit anstehende negative Spannungsabwei- legungsdaten auf: 8,9 kQ, 275 nF und besaßen inchung —AU vorhanden. Die mittlere Kurve zeigt folgedessen eine Zeitkonstante von 2,45 Sekunden,
einen Lichtbogenspannungsverlauf, wie er für den 55 Fig. 3 zeigt als Ausführungsbeispiel eine Variante Betriebszustand bei richtiger Bogenlänge charakte- der Anordnung gemäß Fig. 1 mit kontaktlosen ristisch ist Obwohl in einem solchen Fall keine Regel- Schaltelementen. Die Lichtbogenspannung ist an die handlungen erforderlich sind, würde infolge der Im- Klemmen 1 und 2 angeschlossen und wird mittels des pulse bei deren Auszählung oder Integration ohne Filters 3 von unerwünschten Oberwellen befreit Die Rücksicht auf das Vorzeichen gemäß den bekannten 60 Ausgangsklemmen des Filters sind durch den Wider-Verfahren eine Regelhandlung herbeigeführt, die stand 4 überbrückt. An den Klemmen 5 und 6 liegt nicht nur unnütz, sondern sogar unsinnig wäre. Die eine Gegenspannung an, die mittels des Potentiorechte Kurve zeigt den Verlauf der Lichtbogenspan- meters 7 regelbar ist. Der Abgriff am Potentiometer 7 nung, wie er für das Betriebsverhalten bei zu großer entspricht der Sollspannung i/„ die der Lichtbogen-Bogenlänge kennzeichnend ist. Neben dem Über- 65 spannung entgegengeschaltet ist. Solange Soll- und wiegen der positiven Impulse in bezug auf Häufigkeit Lichtbogenspannung einander gleich sind, fließt kein und Amplitude ist eine langzeitig anstehende Ab- Strom. Treten jetzt in der Lichtbogenspannung bzw. weichung der Lichtbogenspannung +AU vorhanden. am Widerstand4 Impulse auf, so werden diese durch

den Kondensator 30 kurzgeschlossen und können infolgedessen am Potentiometer 31 ihrer Richtung entsprechend abgegriffen werden. Langzeitige Spannungsänderungen dagegen führen zu einer Aufladung des Kondensators 30 und können am Potentiometer 3£ abgegriffen werden. Das Potentiometer 32 ist wesentlich hochohmiger als das Potentiometer 31. Durch Einstellen des Potentiometers 32 können Spannungsgrenzwerte eingestellt weroen, bei denen die nachgeschalteten elektronischen Schaltelemente ansprechen sollen. Mit dem Potentiometer 33 können die Impulse durch Ableitung über den Kondensator 34 in ihrer Wirkung abgeschwächt werden. Werden die Potentiometer 32 und 33 auf eine gemeinsame Achse gesetzt, dann ist es besonders einfach, jedes beliebige Verhältnis zwischen der Stärke des Impulses und der Stärke langzeitiger Spannungsänderungen einzustellen.

Die Ausgangsspannung des Potentiometers 31; welches zur Einstellung der Ansprechempfindlichkeit dient, wird auf zwei elektronische Schaltelemente geleitet. Die elektronischen Schaltelemente in Form von Transistoren 35 bis 40 sind mit den Widerständen 41

bis 46 derart zu zwei dreistufigen Verstärkern zusammengeschaltet, daß bei einer bestimmten Spannung am Eingang praktisch schlagartig die volle Spannung an den Ausgangswiderständen 45 bzw. 46 auftritt. S Es schaltet zur gleichen Zeit immer nur eine Seite, nämlich die, an der die Basis des ersten Transistors positiv ist. Mit den Integriergliedern 47/49 bzw. 48/50 wird das Ausgangssignal so weit verzögert, daß ein kontinuierliches Signal entsteht. Eine Rückführung

ίο mit den V/iderständen 51 und 52 vergrößert die benötigte Schaltspannung, wenn ein relativ großes Ausgangssignal erscheint. Die Differenz der integrierten Spannungen erscheint an den Ausgangsklemmen 53 und 54 und kann von hler aus auf ein Stellglied füi

t5 die Abschmelzelektrode geschaltet werden. Die Widerstände 55 und 56 dienen als Spannungsteiler füi die Rückkopplung der Rückführungswiderstände 51 und 52. Als zusätzliche Maßnahmen sind noch die Möglichkeit der Anordnung eines Verstärkers zwi-

v> sehen dem Ausgang des Potentiometers 31 und dem Eingang der elektronischen Schaltelemente sowie die Anordnung eines Verstärkers zwischen den Ausgangsklemmen 53/54 und dem Stellglied zu nennen

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

409548η

Claims (4)

trode vom Scbmelz8.ee Buf indirektem Wege zu er- Patentansprüche· !mitteln. Zu diesem Zwecke wendet man bereite seil ^ einiger Zeit die Messung der Ljchtbogenspannunf

1. Verfahren zu Regelung des Vorschubs von und ihre Umsetzung in Regelsignale an. Dabei hai Abscbmeizelektrode&fo Lichtbogenofen, vorzugs- 5 sich gezeigt, daß der Licbtbogen^nung gewisse, VJise Vakuum-Ucbtbogenöfen, bei dem die wan- im allgemeinen unregelmäßig auftre ende SpannungsrenddesSchraelzprozesses anliegende Lichtbogen- impulse überlagert sind, deren Ampbtude, Haufigkeri snannung einschließlich der ihr überlagerten im- und Vorzeichen gewisse Ruck&chlusse auf die Bogenpulsförmigen Schwankungen erfaßt und mit einer länge zulassen.

Sollspannung zur Bildung einer Differenzspan- io So ist beispielsweise durch die DT-AS 1169 604 Dung verglichen wird, in der die impulsförmigen ein Verfahren zur Regelung des Vorschubs einer AbSchwankungen enthalten sind, und bei dem die schmelzelektrode in einem Vakuumlichtbogenofen Spannungssignale durch Integrationsglieder in bekannt, bei dem nur die während des Schmelzkontinuierliche Signale umgewandelt werden, die prozesses auftretenden Impedanzimpulse herangezoeiner Regelanordnung zur Veränderung der Vor- 15 gen werden. Amplitude und/oder Häufigkeit der Imschubgeschwindigkeit zugeführt werden, da- pulse wird bzw. werden zur Erzeugung eines Regeldurchgekennzeichnet.daßdie positiven signals auf elektrischem Wege ausgewertet Diesem und negativen Anteile der Differenzspannung un- Verfahren lag die Erkenntnis zugrunde, daß sowohl ter Beibehaltung der Dauer und der Polarität die Frequenz der Impulse als auch ihre Häufigkeil in Impulse konstanter Höhe umgewandelt wer- ao mit kleiner werdender Bogenlänge zunehmen, und den, daß Jiese Impulse vorzeichengerecht inte- umgekehrt.

griert werden und daß das gebildete Signal der Durch die DT-AS 1212 651 ist es ferner bekannt,

Regelanordnung zur Veränderung der Elektroden- neben einer Regelung durch Auswertung der Impulse

Vorschubgeschwindigkeit zugeführt wird. auch eine Regelung durch Erfassung der reinen Licht-

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch ge- *5 bogenspannung vorzusehen, falls keine Impulse, beikennzeichnet, daß die Differenzspannungsanteile spielsweise wegen eines zu großen Elektrodenabstanvor der Umwandlung in Impulse konstanter Höhe des, mehr auftreten. Durch diese Schrift ist es ferner über Differenzierglieder geführt werden. vorbekannt, die Impulsbreite zu erfassen und als

3. Anordnung zur Durchführung des Verfah- Regelgröße zu verwenden. Dies bedeutet, daß die Imrens nach Anspruch 2, wobei der Lichtbogen- 3° pulshöhe außer Betracht bleibt, so daß die Auswirspannung U_L eine Sollspannung U_s entgegen- kung im Prinzip der Auswertung von Impulsen kongeschaltet ist, die der mittleren Lichtbogenspan- stanter Höhe entspricht. Allerdings enthält diese Vornung entspricht, dadurch gekennzeichnet, daß zur Veröffentlichung keine Angaben über eine vorzeichengetrennten Verarbeitung de positiven und nega- gerechte Verarbeitung der Impulse.

tiven Anteile der Spannungsdifferenz je ein die 35 Bei den bekannten Regelverfahren können außei

Impulsdurchgabe bevorzugendes Filternetzwerk der Impulsbreite auch Häufigkeit und/oder Amplitude

(12/13 bzw. 14/15) und ein Schaltglied (16 bzw. der Spannungsimpulse durch nachfolgende Integrier-

17) hintereinandergeschaltet sind. glieder erfaßt bzw. gezählt werden. Die Ausgangs-

4. Anordnung nach Anspruch 3, dadurch ge- signale der IntegriergHeder können schließlich al< kennzeichnet, daß jedem Schaltglied (16, 17) ein 40 Eingangssignal für eine Verstellvorrichtung dei besonderes Integrierglied (22/23 bzw. 24/25) Elektrodenstange verwendet werden,
nachgeschaltet ist und daß die Ausgänge der In- Obwohl sich die bekannten Regelverfahren auch tegrierglieder gegeneinandergeschaltet sind. in der Praxis durchaus bewährt haben, wohnen ihner