DE3242934A1

DE3242934A1 - Regeleinrichtung fuer die hoehenverstellung der elektrode eines lichtbogenofens

Info

Publication number: DE3242934A1
Application number: DE19823242934
Authority: DE
Inventors: Theo Dipl.-Ing. FH Hein; Götz 8770 Lohr Holtfreter
Original assignee: Mannesmann Rexroth AG
Current assignee: Bosch Rexroth AG
Priority date: 1982-11-20
Filing date: 1982-11-20
Publication date: 1984-05-24
Also published as: US4586187A; DE3242934C2

Description

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Regeleinrichtung für die Höhenverstellung der Elektrode eines Lichtbogenofens

Die Erfindung betrifft eine Regeleinrichtung für die Höhenverstellung der Elektrode eines Lichtbogenofens mit den im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmalen.

Bei der Elektrodenregelung nach dem Stand der Technik wird der Lichtbogenstrom der entsprechend den jeweiligen Betriebsanforderungen manuell oder von einer Automatik eingestellt wird, möglichst genau eingehalten. Die in einer Vergleichsstufe aus dem Sollwert und Istwert des Lichtbogenstroms ermittelte Regelgröße steuert ein Servo-

an
ventil/, das den Druckraum des hydraulischen Zylinders

mit einer Druckmittelquelle bzw. Tank verbindet, wodurch die Elektrode gehoben und gesenkt wird, um den Licht-

bogenstrom konstant zu halten.

Der Lichtbogen kann erst gezündet werden, wenn die Elektrode auf leitendes, zu schmelzendes Material aufsetzt. Da zum Absenken der Elektrode der Druckraum des Zylinders mit Tank verbunden ist, strömt auch beim Aufsetzen der Elektrode Hydraulikflüssigkeit aus dem Druckraum über das Ventil in den Tank ab. Dann ist die Elektrode nicht mehr hydraulisch abgestützt. Dies ist ein erheblicher Nachteil, weil die Elektrode nachsinken kann, also eine

unkontrollierte Bewegung ausführt. Die Folge davon ist die Gefahr von überstrom, Kurzschluß oder Bruch der Elektrode.

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Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht deshalb darin, die Genauigkeit der Elektrodenregelung zu verbessern und die Betriebssicherheit zu erhöhen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Druck im Druckraum des hydraulischen Zylinders gemessen und zusätzlich zur stromabhängigen Regelgröße dem Regelkreis als Rückführungsgröße eingegeben wird.

Der Regelvorgang ist erfindungsgemäß nicht mehr allein stromabhängig, sondern zusätzlich abhängig vom hydraulischen Druck in dem Zylinder» Abhängig von dem im Druckraum des Zylinders gemessenen Druck ist also bereits eine Regelung der Elektrodenverstellung möglich, bevor der Lichtbogen überhaupt gezündet hat. Damit ist gewährleistet, daß die Elektrode stets hydraulisch abgestützt ist, da über die druckabhängige Rückführgröße eine Druckentlastung im Druckraum vermieden wird, wenn beispielsweise die Elektrode auf das Schmelzgut aufsetzt« Infolge der hydraulischen Abstützung, die unter allen Betriebsbedingungen aufrechterhalten wird, kann die Elektrode auch nicht nachsacken und ist damit ein zu hoher Lichtbogenstrom vermieden,der zum Unterbrechen des Lichtbogens oder Abschalten der Anlage führen kann.

In einer weiteren erfindungsgemäßen Ausbildung wird zusätzlich von der Regeleinrichtung ein vom jeweiligen,z.B. durch den Abbrand bedingten Gewicht der Elektrode abhängiger Grundwert gebildet. Dabei wird vor Einsetzen des Regel-Vorgangs der statische Druck im Druckraum des Zylinders gemessen, der erforderlich ist,um die Elektrode in einer vorgegebenen Höhe zu halten. Die dem statischen Druck entsprechende Meßspannung wird um einen bestimmten Konstantbetrag entsprechend einer bestimmten Senkgeschwindigkeit vermindert.Das sich ergebende Signal ist der Grundwert, der dem Regelkreis aufgeschaltet wird und

eine Senkbewegung der Elektrode mit einer bestimmten Geschwindigkeit hervorruft. Dieser konstante Grundwert, der in einem Eichvorgang vor Einsetzen des Regeins ermittelt wird, bleibt während des Regelvorgangs dem Regelkreis aufgeschaltet. Während des Regelgangs ist der Schaltkreis für die Ermittlung des Grundwertes abgeschaltet, da der Grundwert nur den zum Festhalten der Elektrode erforderlichen statischen Druck berücksichtigen soll. Durch diese Maßnahme wird der Vorteil erzielt, daß vor dem Zünden des Lichtbogens das Absenken der Elektrode mit einer automatisch einstellbaren und auf das Elektrodengewicht abgestimmten Geschwindigkeit erfolgt. ,Damit wird die Bruchgefahr der Elektrode beim Absenken und Aufsetzen auf das Schmelzgut wesentlich verringert.

Außerdem wird durch den der stromabhängigen Regelgröße überlagerten Grundwert die Konstantstromregelung für den Lichtbogen wesentlich verfeinert.

Schließlich ist erfindungsgemäß im Kurzschlußfall der Regelkreis so ausgebildet, daß der vorgehend geschilderte Druckregelkreis unterlaufen wird und die Elektrode sofort mit maximaler Geschwindigkeit hochgefahren wird, bis die Störung beseitigt ist und der Regelvorgang wieder einsetzen kann.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist nachstehend anhand der einzigen Figur der Zeichnung näher erläutert, in der der prinzipielle Aufbau der Elektrodenregelung dargestellt ist.

Die Elektrode 10 mit Stromzuführung 11 taucht in einen Lichtbogenofen 12, in dem das zu schmelzende Material mit 13 bezeichnet ist. Die Höhenverstellung der Elektrode 10 erfolgt über einen hydraulischen Zylinder 14, dessen Kolben 15 fest angeordnet ist, wie dies bei 16 angedeutet ist. Der Zylinder 14 ist mit der Elektrode 10 ver-

bunden. Der Druckraum des Zylinders ist mit 16 bezeichnet.

Der Druckraum 16 ist über eine Verbindungsleitung 17 mit einem Druckservoventil 18 verbunden. In der Mittellage des Servoventils sind die Anschlüsse A und B geschlossen. Beim Auslenken in die eine oder andere Richtung wird der Anschluß A entweder mit der Druckmittelquelle P oder mit Tank T verbunden, wobei der Anschluß B durch einen Schieber 19 abgesperrt bleibt. Durch Ansteuern des Druck-IQ servoventils 18 wird somit die Hub- bzw. Senkgeschwindigkeit der Elektrode 10 verändert. Die maximale Senkgeschwindigkeit- wird durch ein fest eingestelltes Mengenventil 20 begrenzt. In der Verbindungsleitung 17 ist noch ein hydraulisch entsperrbares Rückschlagventil 24 vorgesehen.

Der Regelkreis besteht aus einer Treiberstufe 25 für

wirkende Drexwegeservoventil 18,

das als Druckservoventil/einem Summierer 26, einem Druckregler 27, der als Proportional-Integralregler ausgeführt i^st und einem weiteren Summierer 28, der mit zwei Eingangsleitungen 29 und 30 verbunden ist.

Der der Elektrode 10 über die Leitung 11 zugeführte Strom wird in einem Stromwandler 31 gemessen und in 32 in ein Spannungssignal umgesetzt. Über den Verstärker 33 gelangt das Spannungssignal in einen Regler 34, in dem es mit einem anhand des Potentiometers 35 vorgegebenen Sollwert des Lichtbogenstroms verglichen wird. Das Ausgangssignal des Reglers 34 ist also eine Regelgröße, die über die Leitung 29 an den Summierer 28 geführt wird.

An der zweiten Eingangsleitung 30 des Summierers 28 steht ein Grundwertsignal als Konstantwert an, dessen Größe vor Beginn des Regelvorgangs bei statischem Druck im Druckraum, also abhängig vom Elektrodengewicht ermittelt wird. Dabei ist das Rückschlagventil 24 geschlossen und die Elektrode im hochgefahrenen Zustand. Der Druck im Druckraum 16 wird von einer Druckmeßdose 38

gemessen und über einen Anpaßverstärker 39 einem Positionsregler 40 zugeführt. Das Ausgangssignal des Positionsreglers 40 gelangt über einen Schalter 41 und einen Umsetzer 4 2 an einen Motor 43, der über ein Getriebe 44 ein Potentiometer 45 verstellt. Die am Potentiometer 45 eingestellte Spannung gelangt über eine Leitung 46 an den zweiten Eingang des Positionsreglers, der einen Vergleich der an der Druckmeßdose 38 gemessenen Spannung mit der auf der Leitung 46 anstehenden Spannung durchführt, wobei die Potentiometerspannung auf der Leitung 46 so eingestellt wird, daß das Ausgangssignal des Positionsreglers 40 Null wird. Die Leitung 46 ist an einen Summierer 50 angeschlossen, in dem ein am Potentiometer 51 eingestellter Korrekturwert abgezogen wird. Die Spannung auf der Leitung 46 entspricht somit dem im Druckraum herrschenden statischen Druck, der erforderlich ist, um die Elektrode zu halten. Der Korrekturwert, der am Potentiometer 51 eingestellt wird, ist so groß, daß nach öffnen des Rückschlagventils 24 eine vorbestimmte Senkbewegung der Elektrode 10 stattfindet, wenn das Servoventil 18 die Leitung 17 mit Tank T verbindet. Auf der Leitung 30 steht somit ein Grundwertsig-

vorbestimmte Senkbewegung bewirkt, nal an, das abhängig vom Elektrodengewicht eine / Die maximale Absenkgeschwindigkeit der Elektrode wird im übrigen durch das fest eingestellte Mengenventil 20 begrenzt.

Soll der Regelvorgang der Elektrode beginnen, so wird der Schalter 41 geöffnet, so daß eine weitere Verstellung des Potentiometers 45 nicht mehr stattfindet und der einmal ermittelte Grundwert dauernd an dem Summierer 28 ansteht. Das Rückschlagventil 24 wird geöffnet. Im Summierer 28 wird nun der stromabhängigen Regelgröße aus dem Regler 34 der eine vorgegebene Senkgeschwindigkeit abbildende Grundwert überlagert. Das Ausgangssignal des Summierers 28 gelangt in den Druckregler 27, dem über die Leitung

eine druckabhängige Rückführgröße zugeführt wird. Hierzu wird der Druck in einer Druckmeßdose 53 gemessen, die an die Leitung 17 angeschlossen ist. Bei geöffnetem Rückschlagventil 24, also während des Regelvorgangs der Elektrode wird so der Druck im Druckraum 16 bzw. der Leitung 17 gemessen und über einen Anpaßverstärker 54 dem Druckregler 27 zugeführt. Das Ausgangssignal des Druckreglers 27 gelangt über einen Summierer 26 zur Treiberstufe 25 des Druckservoventils 18, das somit abhängig ^q vom Lichtbogenstrom,vom Grundwert und vom jeweiligen Druck im Druckraum 16 des Zylinders verstellt wird.

Durch diesen Regelkreis wird vermieden, daß die Elektrode zu rasch abgesenkt wird, wodurch beim Aufsetzen auf das

IQ zu schmelzende Material die Gefahr eines Elektrodenbruchs besteht. Ferner wird vermieden, daß beim Herunterfahren und Aufsetzen der Elektrode der Druck im Druckraum 16 durch Abströmen des Druckmittels über das Ventil 18 zum Tank entlastet wird, so daß die Abstützung der Elektrode nicht mehr durch den hydraulischen Druck im Zylinder erfolgt? dabei besteht die Gefahr, daß die Elektrode plötzlich nachsacken kann und dann der Lichtbogenstrom zu hoch wird. Es ergibt sich schließlich noch der Vorteil, daß abhängig vom Gewicht der Elektrode die Stromregelung in feineren Grenzen erfolgt, da die Konstantstromregelung am Summierer 28 von dem Grundwert überlagert ist.

Parallel zur Stromregelung des Reglers 34 wird am Verstärker 60 der Istwert des Stroms mit einem am Potentiometer 61 einstellbaren Schwellwert verglichen. Bei Überschreiten des eingestellten Schwellwertes gelangt das Ausgangssignal des Verstärkers 60 an einen Verstärker 72 mit differenzierendem Verhalten, wobei die Abklingzeit des vom Verstärker 62 gelieferten Signals an einem Potentiometer 63 einstellbar ist. Das Ausgangssignal des

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Verstärkers 62 gelangt an den Summierer 26. Im Kurzschlußfall wird somit der stromabhängige und druckabhängige Regelkreis 27 unterlaufen und über den Summierer 26 die Treiberstufe 25 direkt so angesteuert, daß die Elektrode mit maximaler Geschwindigkeit hochgefahren wird. Ist der Kurzschluß unterbrochen, so klingt das vom Verstärker 62 gelieferte Signal allmählich ab, bis die strom-, und druckabhängige Regelung über den Summierer 28 und den Verstärker 27 wieder einsetzt.

Claims

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PATENTANSPRÜCHE

ο Regeleinrichtung für die Höhenverstellung der Elektrode eines Lichtbogenofens, mit einem zur Verstellung der Elektrode dienenden hydraulischen Zylinder, einem den Druckraum des Zylinders mit einer Druckmittelquelle bzw. Tank verbindenden Ventil und einem elektronischen Regelkreis zur Ansteuerung des Ventils mit einer Regelgröße, die durch einen Sollwert-Istwertvergleich ^O des Lichtbogenstroms gebildet wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Druck im Druckraum (16) des hydraulischen Zylinders (14) gemessen und zusätzlich zur stromabhängigen -Regelgröße dem Regelkreis (26,27,28,29) als Rückführungsgröße eingegeben wird.

2„ Regeleinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß vor Einsetzen des Regelvorgangs ein vom Gewicht der Elektrode abhängiger Grundwert gebildet wird, wobei der statische Druck im Druckraum (16) des Zylinders gemessen und um einen vorbestimmten Korrekturwert vermindert wird, und daß der Grundwert zu Beginn des Regelvorgangs in den Regelkreis (26,27,28,30) eingegeben wird.

3o Regeleinrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der gewichtabhängige Grundwert und die stromabhängige Regelgröße einem Summierer (28) zugeführt werden und das Ausgangssignal "des Summmierers sowie die druckabhängige Rückführungsgröße einem Druckregler (27) zugeführt wird.

4. Regeleinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zur Ermittlung des gewichtsabhängigen Grundwertes die Anschlußleitung (17) des hydraulischen Zylinders an die Druckmittelquelle absperrbar ist und die Druckmeßdose (38) zwischen Druckraum (16) und Absperrorgan (24) anschließbar ist.

5. Regeleinrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckmeßdose (35) mit einer Vergleichsstufe (40) verbunden ist, deren Ausgangssignal demAntrieb (43) eines Potentiometers (45) zugeführt wird, wobei die Potentiometerspannung dem zweiten Eingang der Vergleichsstufe und einem Summierer (50) zugeführt wird, in dessen zweiten Eingang der Korrekturwert eingegeben wird und dessen Ausgangssignal den Grundwert bildet.

6. Regeleinrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet/ daß zu Beginn des Regelvorgangs das in der Anschlußleitung (17) des Druckraums (16) angeordnete Absperrorgan (24) geöffnet und die Einrichtung zur Messung des statischen Druckes im Druckraum des Zylinders inaktiviert wird, wobei der Grundwert als Konstantsignal am Summierer (28) des Regelkreises ansteht.

7. Regeleinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Druckregler (27) und der Treiberstufe (25) für das Ventil (18) ein weiterer Summierer (26) vorgesehen ist, dessen zweiter Eingang mit einem Überstromschaltkreis (60,72) verbunden ist, der beim Auftreten eines LichtbogenüberStroms ein Signal erzeugt, das ein Hochfahren der Elektrode mit größtmöglicher Geschwindigkeit bewirkt.

8.Regeleinrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Überstromschaltkreis aus einer Vergleichsstufe (60) und einem differenzierenden Verstärker (72) besteht, wobei der Vergleichsstufe der Istwert des Lichtbogenstroms und ein Bezugswert zugeführt sind und wobei die Abklingzeit des von den differenzierenden Verstärker erzeugten Ausgangssignals einstellbar ist.

9. Regeleinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventil (18) ein Druckservoventil ist und in der Verbindungsleitung (17) zwischen dem als Druckservoventil wirkenden Dreiwegeservoventil (18) und dem Druckraum (16) des Zylinders ein hydraulisch entsperrbares Rückschlagventil (24) angeordnet ist»