EP0656071B1

EP0656071B1 - Verfahren und vorrichtung zur regelung der heizleistung in einer durchlauf-glühanlage für metallisches stranggut

Info

Publication number: EP0656071B1
Application number: EP93919106A
Authority: EP
Inventors: Günther PHILLIP
Original assignee: Maschinenfabrik Niehoff GmbH and Co KG
Current assignee: Maschinenfabrik Niehoff GmbH and Co KG
Priority date: 1992-08-21
Filing date: 1993-08-19
Publication date: 1997-06-11
Anticipated expiration: 2013-08-19
Also published as: ATE154398T1; FI950762A0; WO1994004708A1; FI101313B; FI101313B1; DE4227812A1; DE4227812C2; JPH08503258A; EP0656071A1; US5700335A; FI950762A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Regelung der Heizleistung einer Widerstands-Glühanlage.
Eine Durchlauf-Widerstands-Glühanlage wird verwendet, um metallisches Stranggut einer Wärmebehandlung zu unterwerfen, wobei unter dem Begriff "metallisches Stranggut" hier Draht aus Eisen- und Nichteisen-Metallen, insbesondere aus Kupfer, aber auch Bündel von parallelen, verdrillten oder verseilten Drähten aus diesen Materialien, verstanden werden soll. Zur Vereinfachung wird im folgenden generell der Ausdruck "Draht" verwendet, um diese Produkte zu kennzeichnen.
In einer Durchlauf-Glühanlage wird der Draht über mindestens zwei Kontaktelemente geführt, die ein unterschiedliches Spannungspotential aufweisen, so daß durch den Draht ein Strom fließt, der zu seiner Erwärmung führt. Als Kontaktelemente werden vorzugsweise rotierende Rollen verwendet, deren Umfangsgeschwindigkeit im wesentlichen gleich der Durchlaufgeschwindigkeit des Drahtes ist; es können aber auch Elektrolytbäder und Metallbäder sowie feststehende Kontaktelemente Verwendung finden. Die Probleme der Regelung der Heizleistung in einer solchen Durchlauf-Glühanlage und die erfindungsgemäße Lösung werden im folgenden am Beispiel einer Drehstrom-Glühanlage für dünne Kupferdrähte erläutert. Die Verwendung dieses Beispiels soll jedoch in keiner Weise als Einschränkung für die Anwendbarkeit der vorliegenden Erfindung auf Widerstands-Glühanlagen im allgemeinen verstanden werden, vielmehr ist die Erfindung auch bei anderen Durchlaufglühanlagen, wie z.B. auf Gleichstromglühanlagen anwendbar.
Wie allgemein bekannt ist, weisen flexible elektrische Leitungen in der Regel Kupferlitzen auf, die aus Einzeldrähten mit einem Durchmesser von z.B. 0,2 mm gefertigt werden. Bricht einer oder mehrere dieser Einzeldrähte der Litze während des Gebrauches, wird nicht nur die elektrische Leitfähigkeit beeinträchtigt, sondern es besteht insbesondere die Gefahr, daß einzelne Drähte die elektrische Isolierung durchdringen, was eine erhebliche Unfallgefahr bedeutet.
An die mechanische Qualität solcher Litzen, insbesondere an die Biegewechselfestigkeit, werden deshalb hohe Anforderungen gestellt, die z.B. in der Bundesrepublik Deutschland durch den VDE festgelegt sind.
Wenn der für die Herstellung der Litzen verwendete Kupferdraht in einer Drahtziehmaschine auf seinen endgültigen Durchmesser gezogen wird, ändert sich die Struktur des Metallgefüges, wodurch der Draht hart und spröde wird und nur eine geringe Biegewechselfestigkeit aufweist. Um dem Draht die gewünschten mechanischen Eigenschaften zu verleihen, wird er nachfolgend in einer Durchlauf-Glühanlage einer Wärmebehandlung unterzogen. Dabei muß die erzielte Glühtemperatur des Drahtes, um die gewünschte Qualität sicherzustellen, innerhalb eines genau definierten Temperaturbereiches liegen, dessen Unter- oder Überschreitung zu einer Qualitätsminderung und damit zu Ausschuß führt.
Um das Erreichen des gewünschten Temperaturbereiches sicherzustellen, wäre es von Vorteil, wenn die Temperatur des durchlaufenden Drahtes exakt gemessen werden könnte. Dies stößt jedoch auf Schwierigkeiten, da der Draht einerseits mit hoher Geschwindigkeit (z.B. 10-30 m/s) durch die Draht-Glühanlage läuft und da andererseits die Drahtoberfläche, bedingt durch den kleinen Durchmesser, sehr gering ist, so daß die bekannten Methoden zur Messung der Oberflächentemperatur hier nicht zum Erfolg führen.
Die Regelung derartiger Durchlauf-Glühanlagen erfolgt deshalb, wie es in der DE 40 10 309 C1 beschrieben ist, über die Regelung der Heizleistung nach der Beziehung $U_{e} = G . \sqrt{v},$
wobei U_e der Effektivwert der Heizspannung, v die Geschwindigkeit, mit der der Draht die Durchlauf-Glühanlage durchläuft und G der sogenannte Glühfaktor, der produkt- und anlagenspezifisch ist. Die Leistungsregelung erfolgt üblicherweise mittels gegenparallel geschalteter Thyristoren, deren Zündwinkel entsprechend gesteuert wird.
Obwohl dieses bekannte Regelungsverfahren und diese bekannte Regelungsvorrichtung in vielen Anwendungsfällen zufriedenstellend arbeitet, hat es sich doch gezeigt, daß eine weitere Steigerung der Qualität des erzielten Endproduktes, insbesondere beim Glühen von dünnen Drähten, nicht möglich ist. Um eine solche Qualitätssteigerung zu erreichen, ist es erforderlich, daß die Erwärmung des Drahtes in der Glühanlage nach einem genau vorgegebenen Temperaturprofil erfolgt und daß insbesondere die Abweichungen der erreichten Maximaltemperatur vom gewünschten Sollwert nur gering sind. Dabei ist, zur Erzielung einer gleichbleibenden Qualität, weiterhin von Bedeutung, daß dieses Temperaturprofil während der gesamten Einsatzdauer der jeweiligen Kontaktelemente, wie z.B. der Kontaktrollen, erzielt wird.
Der vorliegenden Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Verfahren und eine verbesserte Vorrichtung zur Regelung der Heizleistung in einer Durchlauf-Glühanlage für metallisches Stranggut zu schaffen, bei welchem ein exakt reproduzierbarer Temperaturverlauf erzielt wird, der weitgehend unabhängig von äußeren Einflüssen, wie z.B. dem Verschleiß der Kontaktrollen oder der Bürsten ist.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren gemäß Anspruch 1 gelöst.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist Gegenstand des Anspruches 4.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren wird die Möglichkeit geschaffen, die dem Draht zugeführte Glühleistung sehr exakt und unabhängig vom eventuellen Verschleiß der Oberflächen der Kontaktelemente oder Kontaktrollen zu messen. Beim erfindungsgemäßen Verfahren wird, wie beim Stand der Technik, die Drahtgeschwindigkeit gemessen, wodurch sich die pro Zeiteinheit die Glühanlage durchlaufende Drahtmenge ergibt. Aus der Drahtgeschwindigkeit wird durch eine entsprechend programmierte Steuereinrichtung berechnet, welche Glühleistung dem Draht zuzuführen ist, damit die gewünschte Drahttemperatur erreicht wird. Weist die Glühanlage mehrere einzelne Glühstrecken auf, so kann die Vorgabe der Glühleistung für jede einzelne Glühstrecke getrennt erfolgen. Aus der Glühleistung wird dann zunächst ein Vorgabewert für die Einstellung des Effektivwertes der Glühspannung mittels der Phasenanschnittsteuerung abgeleitet. Damit ist also insgesamt ein Sollzustand gegeben, der sich vom Ist-Zustand jedoch erheblich unterscheiden kann, z.B. in Abhängigkeit von den Übergangswiderständen zwischen den Bürsten und den rotierenden Kontaktrollen, von den Übergangswiderständen zwischen den Kontaktrollen oder den Kontaktelementen und dem Draht usw.
Um diese Abweichungen zu minimieren, wird die den Kontaktelementen zugeführte Glühspannung gemessen und in einem Analog/Digital-Konverter digitalisiert. Weiterhin wird der in dem Draht fließende Strom gemessen. Auch dieser Wert wird digitalisiert. Aus den digitalisierten Werten von Strom und Spannung werden die Effektivwerte und die gesamte dem Draht zugeführte Glühleistung berechnet und mit dem Istwert verglichen. Bei Abweichungen des Istwertes wird die Regelung der Spannung entsprechend verändert.
Das erfindungsgemäße Verfahren hat erhebliche Vorteile gegenüber den im Stand der Technik bekannten Verfahren. Bei den herkömmlichen Verfahren wird der Effektivwert der Glühspannung gebildet, indem das Spannungssignal in einem elektronischen Baustein quadriert wird. Dieser Wert ist jedoch mit einem sich mehr oder weniger stark auswirkenden Fehler behaftet, da der Effektwertbilder nur für eine bestimmte Kurvenform, z.B. nur für einen sinusförmigen Verlauf, einen exakt richtigen Wert bildet. Durch die Digitalisierung der Werte und die aus den digitalisierten Werten erfolgende Berechnung des Effektivwertes wird die Genauigkeit der Steuerung erheblich verbessert.
Ferner erlaubt die Erfassung des in dem durchlaufenden Draht fließenden Stromes eine weitere Erhöhung der Genauigkeit der Glühleistungsregelung. Die an den Kontaktelementen anliegende Gesamtspannung ist nur dann die auch an dem jeweiligen Drahtabschnitt anliegende Spannung, wenn zwischen der Zuleitung der Spannung zu dem Kontaktelement und dem Draht selbst keine Übergangswiderstände auftreten. Ein durch Verschleiß oder Verschmutzung entstehender Übergangswiderstand beispielsweise zwischen einer Bürste und einer rotierenden Kontaktrolle, bzw. zwischen der Kontaktrolle und dem Draht, bewirkt eine Erhöhung des Gesamtwiderstandes und damit eine Verminderung des durch den Draht fließenden Stromes. Die Übergangswiderstände vermindern also bei einer herkömmlichen Anlage die erzielte Temperatur, ohne daß dies durch die Regelung erfaßt werden könnte.
Durch die Erfassung der Spannung und des durch den Draht fließenden Stromes ist es auch möglich, Verschleißschäden der Kontaktelemente zu erkennen. Wenn sich während des Betriebes bei gleicher anliegender effektiver Spannung der durch den Draht fließende Strom vermindert, zeigt dies zumeist eine Erhöhung der Übergangswiderstände und damit in der Regel einen Verschleiß an. Durch eine genaue Überwachung der Übergangswiderstände kann somit der optimale Zeitpunkt für das Auswechseln bzw. Überarbeiten der Kontaktelemente festgestellt werden.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Regelung der Glühleistung weist Einrichtungen auf, um den jeweiligen Momentanwert der an der Glühstrecke anliegenden Spannung und des Stromes zu erfassen. Die Messung der Spannung erfolgt auf konventionelle Weise. Die Messung des Stromes kann in den Zuleitungen vorgenommen werden, bevorzugt ist aber, insbesondere bei Verwendung einer Glühanlage mit mehreren nacheinander angeordneten Glühstrecken, die Verwendung einer Strommeßeinrichtung, die unmittelbar den im Draht fließenden Strom erfassen kann. Zur Erfassung dieses Stromes wird erfindungsgemäß vorzugsweise ein geschlitzter Eisenring verwendet, durch welchen der Draht berührungslos läuft, und in dem der durch den im Draht fließenden Strom induzierte magnetische Fluß durch eine Hall-Sonde erfaßt wird.
Die Erfassung des im Draht fließenden Stromes hat den Vorteil, daß damit der Einfluß von Kriechströmen eliminiert wird. Solche Kriechströme treten beispielsweise bei der Verschmutzung der Kontaktrollen oder bei verschmutztem Elektrolyten auf.
Wird eine Glühanlage mit mehreren Glühstrecken, also z.B. eine Drehstrom-Glühanlage, verwendet, so kann die Strommessung in jeder Glühstrecke vorgenommen werden. Falls der apparative Aufwand verringert werden soll, ist es aber auch möglich, den Strom nur in der letzten oder in der ersten und der letzten Glühstrecke zu erfassen.
Weitere Vorteile, Merkmale und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit der Zeichnung. Darin zeigen:

Fig. 1: ein Funktionsschema eines Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Vorrichtung;
Fig. 2: eine dimensionslose Darstellung des Verlaufes der Glühspannung bei einem Versuch;
Fig. 3: das Amplitudenspektrum des Kurvenverlaufes gemäß Fig. 2;
Fig. 4: der gemessene Verlauf des Glühstromes über der Zeit bei einem Versuch;
Fig. 5: der aus dem Stromverlauf gemäß Fig. 4 abgeleitete Effektivwert des Stromes;
Fig. 6: ein Diagramm, welches die bei einem Versuch aufgenommenen Werte von Spannung, Strom und die daraus berechnete Leistung in dimensionslosen Einheiten über der Zeit zeigt;
Fig. 7: eine perspektivische Ansicht eines Meßwertaufnehmers zur Messung des Stromes.

Das Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 zeigt die Anwendung der vorliegenden Erfindung bei einer Drehstrom-Glühvorrichtung, welche von einem Kupferdraht mit einem Durchmesser von 0,63 mm durchlaufen wird. Die Geschwindigkeit des Drahtes liegt bei ö 10 m/s.
Die Drehstrom-Glühvorrichtung weist vier Kontaktrollen 1, 2, 3 und 4 auf, die in der schematischen Darstellung gemäß Fig. 1 in einer Ebene dargestellt sind. Der Draht D bewegt sich mit der Geschwindigkeit v in Richtung des Pfeiles 5 durch die Draht-Glühvorrichtung, wobei die Geschwindigkeit mittels eines Tachogenerators 7 erfaßt wird.
Die Kontaktrollen 1 bis 4 werden über ein Drehstromnetz 9 versorgt, welches drei Phasen R, S, T aufweist, die, wie bekannt, um 120° zueinander phasenverschoben sind. Die Phasen des Drehstromes sind mit drei Wechselstromstellern 10, 11, 12 verbunden, die jeweils aus zwei gegenparallel geschalteten Thyristoren 15, 16 und aus zwei Widerständen 17, 18 bestehen.
Die Wechselstromsteller 10, 11, 12 sind jeweils mit der Primärseite eines der drei Transformatoren 21, 22 und 23 verbunden, die primärseitig im Dreieck geschaltet sind. Sekundärseitig sind die drei Transformatoren 21, 22, 23 im Stern geschaltet. Dabei führt der Ausgang des Transformators 21 zur Kontaktrolle 1 und 4, der Ausgang des Transformators 22 zur Kontaktrolle 2 und der Ausgang des Transformators 23 zur Kontaktrolle 3. Da Kontaktrolle 1 und Kontaktrolle 4 das gleiche Spannungspotential aufweisen, ist die Glühvorrichtung nach außen insgesamt elektrisch neutral.
Die an den Glühstrecken I, II, III anliegende Glühspannungen U₁, U₂, U₃ werden über Meßeinrichtungen 30, 31, 32 erfaBt und in den Wandlereinrichtungen 35, 36, 37 in einen digitalen Spannungswert umgewandelt. Jede Wandlereinrichtung 35, 36, 37 weist einen Isolations-Trennverstärker auf, dem ein Tiefpaßfilter mit einer Grenzfrequenz von 1000 Hz nachgeschaltet ist. Das Ausgangssignal des Filters wird einem Analog/Digital-Wandler zugeführt und digitalisiert. Die Abtastung erfolgt in einem zeitlichen Abstand von 500 µs, die Auflösung ist 12 Bit.
Der durch den Draht in den Glühstrecken I, II, III fließende Strom wird mittels Sensoren 40, 41 und 42 erfaßt, wobei der Sensor noch in bezug auf die Fig. 7 im einzelnen erläutert wird. Die erfaßten Meßgrößen werden in den Wandlereinrichtungen 45, 46, 47 digitalisiert. Die Wandlereinrichtungen 45, 46, 47 für die Stromwerte bestehen in gleicher Weise wie die Wandlereinrichtungen 35, 36, 37 für die Spannungswerte aus einem Tiefpaßfilter mit einer Grenzfrequenz von 1000 Hz, dem ein Analog/Digital-Wandler nachgeschaltet ist. Abtastrate und Auflösung sind gleich wie bei den Wandlereinrichtungen 35 bis 37.
Auch die Ausgangsspannung des Tachogenerators wird in einer Wandlereinrichtung 48 digitalisiert.
Die digitalisierten Werte werden einer Prozessoreinrichtung 50 zugeführt, vorzugsweise einer Mikroprozessoreinrichtung, in der aus den digitalisierten Werten die Effektivwerte für die Spannung und den Strom gewonnen und die effektive Glühleistung in den einzelnen Glühstrecken ermittelt wird, wie dies nachfolgend noch erläutert wird.
Zur Steuerung der Wechselstromsteller gibt die Prozessoreinrichtung 50 Steuersignale aus, die in Signalerzeugungseinrichtungen 53, 54, 55 in zur Ansteuerung der Wechselstromsteller geeignete Steuersignale umgewandelt werden.
Die Sensoren 40, 41 und 42 zur Erfassung des in den Glühstrecken fließenden Stromes bestehen, wie Fig. 7 zeigt, aus einem Eisenring 70, welcher durch einen Spalt 71 unterbrochen ist. In den Spalt 71 ist eine Hall-Sonde 73 mit Zuleitungen 74, 75 eingeklebt.
Der in den Glühstrecken fließende Strom induziert einen magnetischen Fluß im Eisenring 70, welcher im Spalt 71 durch die Hall-Sonde 73 gemessen wird. Die an den Zuleitungen 74, 75 anliegende Hall-Spannung kann unmittelbar in den durch die Glühstrecke fließenden Strom umgerechnet werden.
Die Verwendung einer solchen Meßeinrichtung zur Messung des Stromes in einer Draht-Glühvorrichtung hat besondere Vorteile. Zum einen erfolgt die Messung berührungslos, so daß weder der Draht noch der Meßaufnehmer einem Verschleiß unterworfen sind. Weiterhin ist die Meßeinrichtung im wesentlichen unempfindlich gegenüber Verschmutzungen. Da die Hall-Sonde praktisch trägheitslos arbeitet, kann der Strom sehr präzise und mit exaktem zeitlichen Verlauf erfaßt werden.
Der in Fig. 7 dargestellte Meßaufnehmer ist im wesentlichen einstückig ausgebildet, d.h., daß der Draht durch die Öffnung im Ring 70 durchgefädelt werden muß. Statt dieser Gestaltung kann auch ein teilbarer Ring verwendet werden, in den der Draht lediglich eingelegt werden muß.
Statt einer Teilung des Ringes kann auch vorgesehen werden, die Hall-Sonde selbst entnehmbar zu gestalten, so daß der Draht durch den für die Hall-Sonde vorgesehenen Spalt in den Ring eingelegt werden kann.
Die Funktion dieser Vorrichtung wird nun in bezug auf die Fig. 2 bis 6 erläutert:
Die Fig. 2 zeigt in dimensionsloser Darstellung den zeitlichen Verlauf der Glühspannung während einer Zeitdauer von 25 ms, wobei die Drahtdurchlaufgeschwindigkeit hier 10 m/s betrug. Der Drahtdurchmesser war, wie erwähnt, und wie auch für die weiteren Figuren gültig, 0,63 mm. Das Meßergebnis bezieht sich, wie auch die der anderen Figuren, auf die letzte Glühstrecke III.
Auf der Ordinate 80 ist ein dimensionsloser Kennwert der Spannung, auf der Abszisse 81 die Zeit abgetragen. Der Glühspannungsverlauf ist mit 82 bezeichnet.
Wie sich aus der Darstellung gemäß Fig. 2 ergibt, weicht der Verlauf der Spannung deutlich von einem sinusförmigen Verlauf ab. Eine Effektivwertbildung, bei welcher ein mathematisch exakter sinusförmiger Verlauf zugrundegelegt wird, führt deshalb bei derartigen Spannungsverläufen zu erheblichen Fehlern.
Die Fig. 3 zeigt das Amplitudenspektrum des Kurvenlaufes der Glühspannung gemäß Fig. 2.
Auf der Ordinate 83 ist ein dimensionsloser Kennwert der Amplitude, auf der Abszisse 84 die Frequenz in kHz abgetragen. Der Verlauf der Amplitude über der Frequenz ist mit 85 bezeichnet.
Die Fig. 4 zeigt den zeitlichen Verlauf des Stroms 92 in der Glühstrecke III für ein vorgegebenes Zeitintervall. Dabei ist auf der Ordinate 90 ein dimensionsloser Kennwert des Glühstroms und auf der Abszisse 91 die Zeit abgetragen.
Die Fig. 5 zeigt (für ein größeres Zeitintervall als Fig. 4) den Effektivwert 97 des Stromes, wobei hier ebenfalls ein dimensionsloser Kennwert des Stromes auf der Ordinate 95 und die Zeit auf der Abszisse 96 abgetragen ist. Es ist interessant zu sehen, daß trotz gleichbleibender DrahtDurchlaufgeschwindigkeit der Strom größeren Schwankungen unterworfen ist.
Aus den gemessenen Werten der Spannung und des Stromes für jede der drei Glühstrecken ermittelt die Prozessoreinrichtung 50 durch Multiplikation der jeweiligen Effektivwerte von Spannung und Strom die Glühleistung in den einzelnen Glühstrecken.
Die Fig. 6 zeigt in einem Diagramm übereinander angeordnet die Glühspannung, den Glühstrom und die Glühleistung in der Glühstrecke III. Dabei ist im obersten Diagramm 110 auf der Ordinate 111 ein dimensionsloser Kennwert der Spannung und auf der Zeitachse 112 die Zeit abgetragen. Der Kurvenverlauf 113 bezeichnet den dimensionslosen Kennwert der Spannung.
Im Diagramm 120 ist auf der Ordinate 121 ein dimensionsloser Kennwert des Stromes abgetragen und auf der Abszisse 122 die Zeit, in den gleichen Einheiten wie im Diagramm 110. Der Kurvenverlauf 123 gibt den Verlauf eines dimensionslosen Kennwertes des Glühstromes über der Zeit wieder.
Im dritten Diagramm 130 ist auf der Ordinate 131 ein dimensionsloser Kennwert für die elektrische Leistung abgetragen, und auf der Abszisse 132 die Zeit in gleichen Einheiten und zum gleichen Zeitpunkt wie bei den Diagrammen 110 und 120. Der Kurvenverlauf 133 gibt die momentane, von der Prozessoreinrichtung 50 berechnete Glühleistung wieder.
Die Prozessoreinrichtung 50 vergleicht nun für jede der Glühstrecken I, II und III die momentan zugeführte Leistung mit der Glühleistung, welche für die jeweilige Geschwindigkeit erforderlich ist. Dies kann durch eine Auswertung der vorstehend wiedergegebenen Formel erfolgen. Stattdessen ist es aber auch möglich, in einem Speicher der Steuereinrichtung 50 ein entsprechendes Kennfeld für die gewünschten Glühleistungswerte einzuspeichern, aus dem dann, gegebenenfalls mit einer Interpolation, die jeweils erforderliche Glühleistung für die Glühstrecken I, II und III ermittelt wird.
Tritt zwischen dieser Soll-Glühleistung und den ermittelten Glühleistungen eine Differenz auf, so werden die Signalerzeugungseinrichtungen 53, 54, 55 in entsprechender Weise beeinflußt, um die Glühspannung in den einzelnen Glühstrecken so zu verändern, daß die Abweichung minimiert wird. Dadurch wird eine sehr schnelle und präzise Regelung der Glühleistung erreicht, was sich sehr positiv auf die Qualität des erzeugten Drahtes auswirkt.
Neben dieser Aufgabe der Regelung hat die Prozessoreinrichtung weiterhin die Aufgabe, die gemessenen Größen zu überwachen, um einen unregelmäßigen Betrieb der Anlage, insbesondere den Verschleiß von Bürsten und/oder Kontaktrollen festzustellen.
Da der Widerstand des Drahtes in den einzelnen Glühstrekken bekannt ist, kann ermittelt werden, ob ein größerer, nicht erwünschter Spannungsabfall in der Stromübertragung von Bürste zu Kontaktrolle bzw. von Kontaktrolle zum Draht auftritt. Wird festgestellt, daß die zur Erzeugung eines bestimmten Glühstromes notwendige Spannung höher ist, als ein vorgegebener Grenzwert, wird ein Signal ausgegeben, um die Fehlfunktion der Glühanlage anzuzeigen.
Statt einer Berechnung des Spannungsabfalles können auch Vergleichswerte in Form einer Tabelle gespeichert werden, in der niedergelegt ist, welche Glühspannung bei korrektem Betrieb erforderlich ist, um einen bestimmten Glühstrom hervorzurufen. Übersteigen die gemessenen Effektivwerte der Spannung diese gespeicherten Werte um einen bestimmten Betrag, zeigt dies einen unerwünscht hohen Übergangswiderstand an.
Weiterhin überwacht die Prozessoreinrichtung 50 auch die zeitlichen Schwankungen von Glühstrom und Glühleistung. Wenn der Glühstrom stärkeren zeitlichen Schwankungen unterworfen ist, ist dies ein deutliches Zeichen dafür, daß die Stromübertragung ungleichmäßig erfolgt. Dies ist ein Hinweis für den Verschleiß der Kontaktrollen. Zur Beurteilung der Schwankung wird der Effektivwert des Glühstromes und die Glühleistung in bezug auf die Schwankung der Amplitude und auf die Häufigkeit der Schwankungen untersucht. Dazu werden die bereits in digitaler Form vorliegenden Werte des Glühstroms und der Glühleistung numerischen statischen Verfahren zur Kurvenbeurteilung unterworfen, wie sie im Stand der Technik bekannt sind.
Durch die vorbeschriebene Vorrichtung und das vorbeschriebene Verfahren ist es möglich, die Glühleistung sehr exakt zu erfassen und zu regeln, und damit den Draht genau mit dem gewünschten Temperaturprofil zu erwärmen. Im Unterschied zu den Vorrichtungen des Standes der Technik können Abweichungen der Glühleistung, insbesondere durch Übergangswiderstände erfaßt und durch die Regelung ausgeglichen werden.
Beim gezeigten Ausführungsbeispiel wird jede der Glühstrecken I, II und III individuell auf den vorgegebenen Glühleistungswert geregelt. Um den Aufbau zu vereinfachen, ist es aber auch möglich, statt der Regelung aller drei Glühstrecken nur eine oder nur zwei Glühstrecken zu regeln. Falls nur eine Glühstrecke geregelt wird, wird man vorzugsweise die Glühstrecke III regeln, falls zwei Glühstrecken geregelt werden, wird vorzugsweise die Glühstrecke I und die Glühstrecke III geregelt.
Es ist ferner möglich, die Regelung der Glühstrecke I und II in einer Regelung zusammenzufassen.
Wenn zumindest zwei Glühstrecken nach dem vorbeschriebenen Verfahren geregelt werden, ist es auch möglich, einen Stillstand der Anlage und die damit verbundene Abkühlung des Drahtes innerhalb der Glühvorrichtung auszugleichen. Dazu wird, wie in der DE 40 10 309 C1 beschrieben, die der letzten Glühstrecke III zugeführte Glühleistung während einer vorbestimmten Zeitdauer so weit erhöht, daß die in der Glühvorrichtung eingetretene Abkühlung ausgeglichen wird. Da bei einem Zeitabstand von 500 µs zwischen den einzelnen Abtastungen bei einer Drahtgeschwindigkeit von 10 m/s die einzelnen Meßpunkte bezogen auf den Draht einen Abstand von 5 mm aufweisen, kann die Regelung besonders exakt vorgenommen werden.

Claims

Verfahren zur Regelung der Glühleistung in zumindest einer Glühstrecke einer Durchlauf-Widerstands-Glühanlage für metallisches Stranggut, bei welchem
mittels einer ersten Meßeinrichtung (7) die Durchlaufgeschwindigkeit des die Durchlauf-Glühvorrichtung durchlaufenden Stranggutes (D) erfaßt und ein für diese repräsentatives elektrisches Signal ausgegeben wird,

mittels einer zweiten Meßeinrichtung (30, 31, 32) die an der Glühstrecke anliegende momentane Spannung erfaßt und ein dafür repräsentatives Signal ausgegeben wird,

der erfaßte momentane Werte der Spannung in einen Effektivwert (U_e) umgewandelt wird, und

mittels einer Steuereinrichtung (50), aus dem ermittelten Effektivwert der Spannung ein Steuersignal gebildet wird, durch welche die der Glühstrecke zugeführte Spannung verändert wird, um einen von der gemessenen Geschwindigkeit abhängigen, vorbestimmten Wert der Glühleistung zu erreichen,
dadurch gekennzeichnet,
daß der in der zumindest einen Glühstrecke fließende Strom mittels einer dritten Meßeinrichtung (40, 41, 42) erfaßt wird,

daß der oder die gemessenen Momentanwerte der Glühspannung digitalisiert und integriert werden, um jeweils für eine vorgegebene kurze Zeitdauer den Effektivwert der Spannung zu ermitteln,

daß der gemessene Momentanwert des Glühstroms digitalisiert und integriert wird, um jeweils für die gleiche vorgegebene kurze Zeitdauer, wie bei der Glühspannung, den entsprechenden Effektivwert zu ermitteln, und

daß die Steuereinrichtung als Prozessoreinrichtung ausgebildet ist, in welcher die berechneten Effektivwerte von Glühspannung und Glühstrom multipliziert werden, um die der jeweiligen Glühstrecke tatsächlich zugeführte Glühleistung zu berechnen, und mit der vorgegebenen Glühleistung zu vergleichen.
Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der in der zumindest einen Glühstrecke fließende Strom berührungslos am in der Glühstrecke befindlichen Draht gemessen wird.
Verfahren gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Prozessoreinrichtung aus den gemessenen Effektivwerten der Glühspannung und aus den gemessenen Effektivwerten des Glühstromes den elektrischen Widerstand ermittelt und ein Alarmsignal ausgibt, wenn dieser Widerstand über einem vorgegebenen Wert liegt.
Vorrichtung zur Regelung der Glühleistung in zumindest einer Glühstrecke einer Durchlauf-Widerstands-Glühanlage für metallisches Stranggut, mit
einer ersten Meßeinrichtung (7), welche die Durchlaufgeschwindigkeit des die Durchlauf-Glühvorrichtung durchlaufenden Stranggutes (D) erfaßt, und ein für diese repräsentatives elektrisches Signal ausgibt;

einer zweiten Meßeinrichtung (30, 31, 32), welche ein Signal ausgibt, das für die an der Glühstrecke anliegende momentane Spannung repräsentativ ist;

einer Einrichtung, die aus dem erfaßten momentanen Wert der Spannung an der Glühstrecke einen Effektivwert (U_e) bildet, und

einer Steuereinrichtung (50), welche aus dem ermittelten Effektivwert der Spannung ein Steuersignal bildet, durch welche die der Glühstrecke zugeführte Spannung verändert wird, um einen von der gemessenen Geschwindigkeit abhängigen, vorbestimmten Wert der Glühleistung zu erreichen,
dadurch gekennzeichnet,
daß eine dritte Meßeinrichtung (40, 41, 42) vorgesehen ist, welche ein Meßsignal ausgibt, das für den in der zumindest einen Glühstrecke fließenden Strom repräsentativ ist,

daß eine zweite Einrichtung vorgesehen ist, durch welche der gemessene momentane Wert des Glühstroms in einen Effektivwert gewandelt wird,

daß diese erste und zweite Einrichtung jeweils eine erste (35, 36, 37) und eine zweite (45, 46, 47) Wandlereinrichtung mit einer Digitalisierstufe beinhaltet, in welcher die gemessenen Momentanwerte von Spannung und Strom digitalisiert werden, und daß jeder Wandlereinrichtung eine Integriereinrichtung nachgeschaltet ist, in welcher aus diesen digitalisierten Wert jeweils für eine vorgegebene kurze Zeitdauer der entsprechende Effektivwert ermittelt wird, und

daß die Steuereinrichtung als Prozessoreinrichtung ausgebildet ist und eine Multiplikationseinrichtung aufweist, in welcher aus den berechneten Effektivwerten die der jeweiligen Glühstrecke tatsächlich zugeführte Glühleistung berechnet wird.
Vorrichtung gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß diese dritte Meßeinrichtung (40, 41, 42) als Induktionsmeßeinrichtung vorgesehen ist, welche den in der Glühstrecke fließenden Strom berührungslos erfaßt.
Vorrichtung gemäß Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die dritte Meßeinrichtung (40, 41, 42) als Eisenring (70) ausgebildet ist, welche durch einen Spalt (71) unterbrochen ist, in dem eine Hall-Sonde (73) zur Messung des magnetischen Flusses im Eisenring angeordnet ist.
Vorrichtung gemäß Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Eisenring teilbar ausgeführt ist, um das Einlegen des Drahtes zu erleichtern.
Vorrichtung gemäß mindestens einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß jede Wandlereinrichtung (35, 36, 37; 45, 46, 47) einen Tiefpaßfilter aufweist, dem ein Analog/Digital-Wandler nachgeschaltet ist.
Vorrichtung gemäß mindestens einem der Ansprüche 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der zeitliche Abstand, mit welchem die einzelnen Meßwerte aufgenommen und digitalisiert werden, kleiner als 5 ms, besonders 9bevorzugt kleiner als 1 ms, ist.