DE1908134A1

DE1908134A1 - Lichtelektrischer Messwertaufnehmer mit Regeleinrichtung

Info

Publication number: DE1908134A1
Application number: DE19691908134
Authority: DE
Inventors: Franz Kieferle
Original assignee: Lonza AG
Current assignee: Lonza AG
Priority date: 1969-01-24
Filing date: 1969-02-19
Publication date: 1970-08-06
Also published as: US3628025A; FR2029074A1; SU376972A3; NL7000966A; BE744713A; CH487459A; GB1296962A

Description

Pafentanwäfte

Dr. W. Schalk, Dipl.-Ing. P. Wirth

Dipl.-Ing. G. Dannenberg

Dr. V. Schmied-Kowarzik

Dr. P. Weinhold, Dr. D. Gudel

6 Frankfurr/M,, Gr. Eschenheimer Str. 39

Lonza-Werke GmbH. Weil a/Rhein

LICHTELEKTRISCHER MESSViERTAUFNEHMER MIT REGELEINRICHTUNG

Die Erfindung betrifft einen lichtelektrischen Messwertaufnehmer mit nachgeschalteter Regeleinrichtung zur Regelung der Lage der Grenze einer Dunkelzone, deren beide Grenzen zwischen den Grenzen des Regelbereiches liegen.

Es sind lichtelektrische Regeleinrichtungen, z.B. zur Niveausteuerung, bekannt, bei denen eine lichtelektrische Abtastvorrichtung (Lichtschranke) einer Grenze einer Dunkelzone nachläuft, deren andere Grenze ausserhalb des Regelbereiches liegt.

Bekannte Messwertaufnehmer dieser Art haben einen Nachläufer, der den Lichtstrahl einer Lichtschranke den Bewegungen der einen Grenze der Dunkelzone nachführt. Venn die andere Grenze der Dunkelzone innerhalb des Regelbereiches liegt, ist das bekannte Nachläuferprinzip nicht anwendbar, weil dann die Nachlaufrichtung unbestimmt ist, wenn die Lichtschranke sich ausserhalb der Dunkelzone befindet .

Der Erfindung litgt di· Aufgab· zugrund·, einen Messwertaufnehmer mit Regeleinrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen.

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Erfindungsgemäss sind lichtelektrische Organe in einer Reihe längs des Messbereiches in einem solchen gegenseitigen Abstand angeordnet, dass jeweils mindestens eines dieser Organe in der Dunkelzone liegt, und jedem dieser lichtelektrischen Organe ist ein auf dessen Verdunkelung sgrenzwert ansprechender Trigger zugeordnet, deren Ausgangsströme nach Ueberschreiten des Grenzwertes einen von der Lichtintensität unabhängigen Wert aufweisen und gemeinsam die Mess- bzw. Regelgrösse darstellen und deren jeder, mit Ausnahme des Triggers des lichtelektrischen Organs an einem Ende der Reihe, eine Sperrschaltung steuert, die beim Ansprechen des sie steuernden Triggers den Trigger des lichtelektrischen Organs, das in Richtung auf dieses Ende der Reihe dem lichtelektrischen Organ des steuernden Triggers benachbart ist, ebenso beeinflusst wie eine Verdunklung seines lichtelektrischen Organs, so dass jeweils auch die Trigger aller auf ein verdunkeltes lichtelektrisches Organ in der genannten Richtung folgender lichtelektrischer Organe anstechen.

Diese Regeleinrichtung kann z.B. als Zweipurikt- oder Mehrpunktregler oder als stetiger Regler zur Festwertregelung oder zur Programmregelung ausgeführt sein.

Eine vorzugsweise Verwendung der Regeleinrichtung ist die Regelung des Sohlauchdurchmessers durch Einwirkung auf di· Blasluftzufuhr und/oder -ableitung bei einer Einrichtung zum Blasen von Schlauchfolien_? insbesondere aus

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thermoplastischem Kunststoff.

Dabei sind erfindungsgemäss die Reihe lichtelektrischer Organe und eine auf diese gerichtete Beleuchtungsvorrichtung derart angeordnet, dass der aufgeblasene Folienschlauch in das von der Beleuchtungsvorrichtung auf die Reihe lichtelektrischer Organe gestrahlte, divergierende Lichtbündel hineinragt, und ein von der Regeleinrichtung betätigter Stellmotor verstellt ein Regelventil in der Zu- und/oder Abluftleitung des Folienschlauches.

Die Lichtabsorption des in der Regel glasklaren, äusserst dünnwandigen Folienschlauches ist so gering, dass alle Lichtstrahlen, welche den Folienschlauch längs Sehnen des Folienschlauchquerschnitts passieren, also zweimal quer durch die Folie hindurchgehen, wenig geschwächt werden. Es entsteht nur eine sehr schmale Verdunkelung szone in dem Bereich, in welchem die Lichtstrahlen unmittelbar neben einer Tangente des Folienschlauches eine Totalreflexion in der Folie erfahren. Auf die bei Durchmesseränderungen des Folienschlauches auftretenden Lageänderungen der dem genannten Ende der Reihe lichtelektrischer Organe abgewandten Grenze dieser schmalen Dunkelzone, deren beide Grenzen zwischen den Enden der Reihe lichtelektrischer Organe liegen, spricht die lichtelektrische Mess- und Regeleinrichtung bei dieser Verwendung an, um den Stellmotor des Regelventils in der Zu- und/oder

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Abluftleitung des Folienschlauches zur Konstanthaltung des Schlauchdurchmessers zu verstellen.

Anhand der beiliegenden Zeichnung werden im folgenden ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemässen Regeleinrichtung im Zusammenhang mit dessen erfindungsgemässer Verwendung näher beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 ein teilweises Schema einer lichtelektrischen Einrichtung zum Regeln des Schlauchdurchmessers durch Einwirkung auf die Blasluftzufuhr und Ableitung beispielsweise durch den Blaskopf bei einer Einrichtung zürn Blasen von Schlauchfolien.

Fig. 2 Einzelheiten des elektrischen Teils der Mess- und Regeleinrichtung nach Fig. 1.

Die in Fig. 1 zusammen mit der Mess- und Regeleinrichtung dargestellte Einrichtung zum Blasen von Schlauchfolien hat ein Zuluftgebläse 1, welches Frischluft in eine Zuleitung 2 fördert, die ein Regelventil 3 enthält, durch ein in Ruhelage geschlossenes Ventil 4 mit der Aussenluft in Verbindung gebracht werden kann und durch den gestrichelt angedeuteten Blaskopf 5 hindurch ins Innere des (in einem Querschnitt dargestellten) Folienschlauches 6 mündet, um diesen aufzublasen. Die Einrichtung zum Blasen von Schlauchfolien hat ausserdem •in Absauf gebläse 7, da· Luft aus einer Abluft leitung 8 sauft, die am Blaskopf 5 aus dem Hohlraum des Schlauches her»uι fuhrt, um die la Innern des Sehlauehe· auftretende»

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Dämpfe (z.B. Weichmacher und Gleitmittel) abzuführen. Die Abluftleitung 8 enthält eine von Hand einstellbare Abluftdrossel 9 und kann durch ein in Ruhelage geschlossenes Ventil 10 mit der Aussenluft verbunden werden. Zum Verstellen des Regelventils 3 dient ein Stellmotor 11, der im folgenden näher beschriebenen lichtelektrischen Regeleinrichtung.

Die lichtelektrische Regeleinrichtung hat im Beispiel sechzehn Photo-Dioden 12a bis 12p, die in einer (dem Regelbereich entsprechenden) Reihe« in einer Querschnittsebene des Folienschlauches 6 gegenüber einer Beleuchtungsvorrichtung 13 angeordnet sind, die ein divergierendes Lichtbündel 14 auf die Photodioden strahlt. Wie ersichtlich sind die Photo-Dioden 12a bis 12p und die Beleuchtungsvorrichtung 13 so angeordnet, dass der aufgeblasene Folienschlauch 6 in das Lichtbündel 14 hineinragt.

Ein nennenswerter Lichtverlust durch den Schlauch 6 tritt nur bei den Strahlen auf, die unmittelbar neben einer Tangente des Schlauchquerschnits in die Folie eintreten. Es wird nur ein entsprechend schmaler (spitzwinkliger) Teil des Lichtbündels 14 nennenswert geschwächt.

Die Photo-Dioden 12a bis 12p sind in einem solchen gegenseitigen Abstand angeordnet, dass jeweils mindestens eine in der dem geschwächten Teil des Lichtbündel 3 entsprechenden Dunkelzone liegt. Dies wird trotz des in Bereich der Schlauchtangente sehr schmalen stärker geschwächten Teiles des Lichtbündele ermöglicht, weil das Lichtbündel 14 divergiert, io dass die Dunkelsone im

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Bereich der Reihe der Photo-Dioden 12a bis 12p breiter ist als im Bereich des Schlauches 6.

Die Beleuchtungsvorrichtung 13 besteht aus einer Punktlichtlampe 15, vor welcher eine von einem Synchronmotor 16 angetriebene Scheibe 17 mit einem Lochkranz rotiert, um intermittierendes Licht mit einer Frequenz von 400 Hertz zu erzeugen, das die Verwendung von Wechselstromverstärkern für die Photoströme der Photo-Dioden 12a bis 12p ermöglicht, und wobei auch der Einfluss fremden Lichtes ausgeschlossen werden kann. Jede Photo-Diode 12a bis 12p ist mit einer Zylinderblende 18 in Form einer Hülse versehen, die auf die Punktlichtlampe 15 gerichtet ist. Dadurch wird erreicht, dass jede Photodiode 12a bis 12p nur auf im wesentlichen geradlinig von der Punktlichtlampe 15 kommendes Licht anspricht, und es werden Störungen vermieden, die auftreten könnten, wenn am Folienschlauch 6 reflektiertes Licht auf eine oder mehrere der Photodioden 12a bis 12p fallen würde.

An jede der Photo-Iioden 12a bis 12p ist ein Wechselstromverstärker 19a bis 19p für 400 Hertz angeschlossen, dessen Ausgang einen Trigger 20a bis 20p speist und ausserdem an einen der Pole eines sechzehnpoligen Umschalters 21 angeschlossen ist, der mittels eines Voltmeters 22 eine Kontrolle der jeweils beleuchteten und nicht beleuchteten, d.h. in der Dunkelzone liegenden Photo-Di ο dt η mit zugehörigen Verstärkern ermöglicht. In Figur 2

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sind nur die Verstärker 19a, 19b, 19c, 19p und Trigger 20a, 20b, 20c, 20p der ersten, zweiten, dritten und sechzehnten Photo-Diode 12a, 12b, 12c und 12p dargestellt.

Jeder Trigger, z.B. 20c, spricht auf Verdunklung der ihm zugeordneten Photo-Diode 12c an, d.h. er liefert beim Unterschreiten der Lichtintensitätsschwelle einen konstanten Ausgangsstrom. Die Summe dieser Ausgangsströme der Trigger 20a bis 20p stellt die Regelgrösse dar, die wie welter unten beschrieben, zur Erzeugung der Stellgrösse dient.

Jeder Trigger, z.B. 20b, 20c, mit Ausnahme des Triggers 20a, welcher der ersten Photo-Diode 12a zugeordnet ist, steuert eine Sperrschaltung 23b bzw. 23c, die beim Ansprechen dieses Triggers den Trigger 20a bzw. 20b, der Photo-Diode 12a bzw. 12b, die in Richtung zum Anfang (12a) der Reihe der Photo-Dioden der steuernden Triggerschaltung 20b bzw. 20c, benachbart ist, ebenso beeinflusst, wie eine Verdunklung seiner Photo-Diode 12a bzw. 12b. Dadurch wird errächt, dass bei Verdunklung einer Photo-Diode, z.B. 12c, nicht nur deren Trigger 20c, sondern ausserdem auch die Trigger 20a und 20b aller zwischen dieser Photo-Diode 12c und dem Anfang der Reihe angeordneten Photo-Dioden 12a und 12b ansprechen. Die Wirkung 1st also derart, als ob die Dunkelzone lieh bis zum Anfang der Reihe oder darüber hinauf erstrecken würde.

Jeder Trigger besteht, vie Figur 2 am Beispiel 009832/1ISt - β -

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des Triggers 20b zeigt, aus einem, monostabilen Multivibrator mit zwei Transistoren 24b und 25b und ist von einem vom Ausgang 26b des zugeordneten Verstärkers 19b gespeisten (in Fig. 1 nicht dargestellten) Vollweggleichrichter 27b gesteuert. Jede Sperrschaltung hat, wie KLg. 2 am Beispiel der Sperrschaltungen 23b und 23c zeigt, eine Verstärkerstufe mit einem Transistor 28b bzw. 28c und enthält im Eingang 29b bzw. 29c und im Ausgang 30b bzw. 30c je eine Zenerdiode 31b, 32b bzw. 31c, 32c. Der Eingang 29b der Sperrschaltung 23b ist an den Ausgang 33b des Triggers 20b und der Eingang 29c der Sperrschaltung 23c ist an den Ausgang dee Triggers 20c angeschlossen. Dieser zusätzliche Eingang 34b führt an die Basis des zweiten Transistors 25b des monostabilen Multivibrators des Triggers 20b und führt in Sperrfunktion diesen Transistor in den leitenden Zustand über, was der verdunkelten Photo-Diode entspricht. Der Ausgang 30b der Sperrschaltung 23b f ist an einen dem zusätzlichen Eingang 34b entsprechenden Eingang des Triggers 20a (Fig. 1) angeschlossen.

Wie Figur 1 zeigt, sind die Ausgänge aller Trigger 20a bis 20p gemeinsam an eine Vergleichsschaltung 35 angeschlossen, in der die Summe der Ausgangsströme der Trigger, welche elektrisch die Regelgrösse darstellt, mit einer auf den Soll-Wert der Regelgrösse einstellbaren elektrischen Grosse verglichen und eine Ausgangsspannung erzeugt wird, deren Betrag und Vorzeichen der Regelab-

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weichung entspricht. Diese Regelabweichung ist an einem Messinstrument 36 ablesbar und einem PI-Regler 37 zugeführt, der eine Stellgrösse liefert, die teilweise der Regelabweichung proportional und teilweise dem Zeitintegral der Begelabweichung proportional ist.

Mittels eines Umschalters 38 ist die Ausgangsspannung des PI-Reglers 37, welche die Stellgrösse darstellt, oder eine an einem zur manuellen Regelung dienenden, von einer Gleichstromquelle 39 gespeisten Potentiometer abgegriffene Spannung einem Steuerteil 41 zugeführt, der den Stellmotor 11 zum Verstellen des Regelventils 3 entsprechend der Stellgrösse steuert.

Um einen stossfreien Uebergang von der selbsttätigen Regelung zur Handregelung zu ermöglichen, ist ein Spannungsmesser 42 mit einem Umschalter 43 vorgesehen, mit dem wahlweise die Ausgangsspannung des PI-Reglers 37 (Stellgrösse) oder die Ausgangsspannung des Handreglers (Potentiometer) gemessen werden kann, um die letztere der ersteren allmählich von Hand anzupassen, bevor mittels des Umschalters 38 von der selbsttätigen Regelung zur Handregelung oder umgekehrt umgeschaltet wird.

Die Erregerwicklung des Ventils 4 ist an den Ausgang des (nicht dargestellten) Triggers der vierzehnten Photo-Diode 12n angeschlossen. Wenn der Durchmesser des Folienschlauches 6 aus irgendwelchen Gründen so stark

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zunimmt, dass eine oder mehrere der Photo-Dioden 12n, 12o und 12p verdunkelt werden, spricht der Trigger der Photo-Diode 12n an und öffnet zusätzlich zur Beeinflussung der Stellgrösse das Ventil 4, so dass die Blasluft des Zuluftgebläses 1 im wesentlichen ins Freie entweicht, und im wesentlichen nur noch Luft mittels des Absauggebläses 7 aus dem Schlauch 6 herausgesaugt wird, der Schlauchdurchmesser rasch abnimmt,-und ein Platzen des Schlauches zuverlässig verhindert wird.

Die Erregerwicklung des Ventils 10 ist über einen nicht dargestellten Negator an den Ausgang des Triggers,20c der dritten Photo-Diode 12c angeschlossen. Wenn der Schlauchdurchmesser z.B. wegen eines Loches im Schlauch so stark abnimmt, dass der Schlauch keine der Photo-Dioden 12c bis 12p verdunkelt, liefert der Trigger 20c keine Ausgangsspannung und es wird zusätzlich zur entsprechenden Beeinflussung der Stellgrösse das Schliessventil 10 geöffnet. Das Gebläse 7 saugt dann im wesentlichen nur noch Luft durch das geöffnete Ventil 10 und praktisch kein· Luft mehr aus dem Schlauch 6 heraus, während das Zuluftgebläse 1 weiterhin Luft in den Schlauch 5 hineinbläst, so dass dieser nun wesentlich schneller aufgeblasen und am Zusammenfallen verhindert wird.

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Claims

Patentansprüche

1. Lichtelektrische Mess- und Regeleinrichtung zur Messung und Regelung der Lage einer Grenze einer Dunkelzone, deren beide Grenzen zwischen den Grenzen des Regelbereiches liegen» dadurch gekennzeichnet, dass lichtelektrische Organe (12a bis 12p) in einer Reihe längs des Regelbereiches in einem solchen gegenseitigen Abstand angeordnet sind, dass jeweils mindestens eines dieser Organe in der Dunkelzone liegt, und dass jedem (z.B. 12c) dieser lichtelektrischen Organe ein auf dessen Verdunklung ansprechender Trigger (2Oc) zugeordnet ist, deren einzelne Ausgangsströme nach Unterschreiten einer einstellbaren Lichtintensität einen konstanten Wert annehmen und gemeinsam die Messgrösse darstellen und deren jeder (z.B. 20c), mit Ausnahme des Triggers (20a) des lichtelektrischen Organs (12a) an einem. Ende der Reihe, eine Sperrschaltung (23c) steuert, die beim Ansprechen des sie steuernden Triggers (20c) den Trigger (20b) des lichtelektrischen Organs (12b), das in Richtung auf dieses Ende der Reihe dem lichtelektrischen Organ (12c) des steuernden Triggers (20c) benachbart ist, ebenso beeinflusst wie eine Verdunklung seines lichtelektrischen Organs (12b), so dass jeweils auch die Trigger (20b, 20a) aller auf ein verdunkeltes lichtelektrisches Organ (12c) in der genannten Richtung folgenden lichtelektrischer Organe (12a, 12b) ansprechen.

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2. Verwendung der Regeleinrichtung nach Anspruch zur Regelung des Schlauchdurchmessers durch Einwirkung auf die Blasluftzufuhr und/oder -ableitung bei einer Einrichtung zum Blasen von Schlauchfolien, dadurch gekennzeichnet, dass die Reihe lichtelektrischer Organe (12a bis 12p) und eine auf diese gerichtete Beleuchtungsvorrichtung (13) derart angeordnet sind, dass der aufgeblasene Folienschlauch (6) in das von der Beleuchtungsvorrichtung (13) auf die Reihe lichtelektrischer Organe (12a bis 12p) gestrahlte, divergierende Lichtbündel hineinragt, und dass ein von der Regeleinrichtung betätigter Stellmotor (11) ein Regelventil (3 und/oder 9) in der Zu- und/oder Abluftleitung (2 und/oder 8) des Blasschlauches (5) verstellt.

3. Verwendung nach Anspruch 2 dadurch gekennzeichnet, dass von ausgewählten Triggern zusätzliche Schaltsignale zur Steuerung von Hilfsfunktionen abgenommen werden können, um z.B. die Zu- oder Abluftmenge sehr rasch verändern zu können.

4. Verwendung nach Anspruch 2 oder 3 dadurch ge kennzeichnet, dass die Ausgangssignale der Trigger zur direkten Ansteuerung von digitalen Mess- und Regeleinrichtungen benutzt werden.

Der Patentanwalt:

K/eb - 3718
28. 1. 1969

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