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Title:
CONTROL DEVICE FOR A MELT ELECTRODE
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/1987/003772
Kind Code:
A1
Abstract:
A device for controlling the gap between a melt electrode (62) and the surface of the molten mass (61) in a vacuum arc furnace. The device is based on the fact that the short-circuits generated between the melt electrode (62) and the surface of the molten mass (61) by the droplets of molten material give an indication about the electrode gap. The average drop frequency is approximately a linear function of the length of the arc, i.e. the drop rate is in hyperbolic relationship with the length of the arc. In order to obtain in these conditions a speedy control, a drop frequency controller (84) receives a signal which corresponds to the difference betweent he reciprocal value of a drop rate signal formed by a mean value generator (80) and a drop frequency set value.

Inventors:
STENZEL OTTO (DE)
THOMAS FRIEDRICH-WERNER (DE)
Application Number:
PCT/DE1986/000487
Publication Date:
June 18, 1987
Filing Date:
November 29, 1986
Export Citation:
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Assignee:
LEYBOLD HERAEUS GMBH & CO KG (DE)
International Classes:
H05B7/148; F27D11/10; H05B7/152; (IPC1-7): H05B7/152
Foreign References:
DE1169604B1964-05-06
US3143587A1964-08-04
DE3020336A11982-02-04
US3872231A1975-03-18
DE3000996A11981-07-23
DE1815359A11970-07-02
Other References:
See also references of EP 0248829A1
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Claims:
1. 03 Patεntεnsprüchε Einrichtung zum Rεgεln des Abstands einer Schmelzelektrode zur Ober¬ fläche des Schmelzguts in einem Vakuumlichtbogenofen, wobei die durch Tropfen entstεhεnden Kurzschlüsse zwischen der Schmelzelektrode und der Oberfläche des Schmelzguts als Regelkriterium herangezogen werden und wobei die innerhalb eines vorgegεbεnεn Zeitraums auftretenden Kurzschlüs¬ se, die sogenannte Tropfenrate, ermittelt und einem Mittelwertbildner zu¬ geführt werdεn, dεr mit einem Rεglεr verbunden ist, welcher einen elek¬ trischen Antrieb für die Schmelzelektrode steuεrt, dadurch gekennzeichnet, daß der Regler (64) mit einem Signal beaufschlagt wird, das der Differenz zwischen dem Kehrwεrt des vom* Mittelwεrtbildπer (80) gebildeten Tropfen¬ ratensignals und einer Sollzeit entspricht, die gleich der angestrebten mittlerεn Zεit zwischen zwei aufeinanderfolgεnden Tropfenkurzschi üsseπ ist Einrichtung nach Anspruch I , dadurch gekennzeichnet, daß dem Mittel wεrtbildnεr (60) ein N'ormImpulsbildner (79) vorgeschaltet ist, der von einεm Trigger (76) angesteuert wird, welcher die Tropfenkurzschlußsi¬ gnale erfaßt.
2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der erwähn te Regler (84) über einen Schalter (77) mit einer Geschwindigkeitsregel εinrichtung (70) verbindbar ist, und daß diese Geschwindigkeitsregelein¬ richtung (70) gleichzeitig über einen weiteren Schalter (76) mit einem Spannungsregler (75) für die Lichtbogenspannung verbindbar ist.
3. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Geschwin digkεitsrεgεlεinrichtung (70) einen Motor (68) steuert, der ein Getriebe (67) antreibt, wεlchεs mit εiner Halterung (63) der Elektrode (62) verbun¬ den ist.
4. Einrichtung nach Anspruch 2, üaαurch gekennzεichnεt, daß als Normim¬ pulsbildner (79) ein moπostebile Kippstufe (39,39') vorgesehen ist.
5. Einrichtung nach Anspruch 1, αadurch gekennzeichnet, daß als Mittel¬ wertbildner ein PT, Glied vorgεsεhεn ist.
6. Einrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß als Mittel wertbildner εin Ringzähler vorgεsεhεn ist, dεr den Mittelwert über alle 'in der Ringzeit erfaßtεn Kurzschlüssε εrmittelt.
7. Einrichtung nach Anspruch l, dadurch gekennzeichnet, daß der Mittel wεrtbildnεr (80), dεr Kεhrwεrtbildnεr (81), die Sollwertvorgabe (83) und , der εrwähnte Regler (64) digital arbεiten und die Ausgangsgrößen an schiiεßεnd in εinεm DigitalAnalogWandlεr in eine analoge Größe für die Ansteuerung des Vorschubmotors gewandelt wird.
8. Einrichtung nach Anspruch 1 und 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Si gnalverarbeitung hybrid, d. h. teils digital, teils analog, erfolgt.
9. Einrichtung nach Anspruch 6 und 9, dadurch gekennzeichnet, daß vor dem Mittelwertbildner (80) ein Vorspeichεr (90) gesetzt ist, der alle Impul¬ se währεnα εinεr Zykluszeit (z. B. 100 ms) dεs digitalen Auswertegerätes aufsummiert und seinεn Spεichεrinhalt an dεn Mittεlwertbildner (80) am jewεiligεn Endε dεr Zykluszeit ausliest.
Description:
Einrichtung zum Regeln einer Schmelzelektrode

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zum Regeln des Abstands einer Schmelzelektrode zur Oberfläche des Schmelzguts in einem Vakuumlicht- bogenofen.

Für die Erzeugung hochwertiger Metalle und Metallegierungen, die mög¬ lichst wenig Fremdkörpereinschlüsse aufweisen und in ihrer Struktur homo¬ gen sind, sind verschiedene Verfahren bekannt. Eines der bekanntesten Verfahren ist das Lichtbogenschmelzen, bei dem sich eine Elektrode zu einem Tiegel erstreckt und durch Anlegen einer elektrischen Spannung zwischen Elektrode und Tiegel die Elektrode an ihrer Spitze abschmilzt und als flüssiges Material in den Tiegel fällt. In der Regel wird die söge- ' nannte Schmelzelektrode an den einen Pol einer Gleichspannung und der Tiegel an den anderen Pol dieser Gleichspannung gelegt. Es sind jedoch auch Überlagerungen mit Wechselspannungeri möglich, um bestimmte Ef- fekte zu erzielen.

Ein Hauptproblem beim Betrieb von Lichtbogenschmelzöfen der vorstehend genannten Art besteht darin, die Lichtbogenlänge zu regeln, d. h. den Ab¬ stand zwischen dem unteren Ende der Elektrode und cer Oberfläche des

bereits in dem Tiegel befindlichen Schmelzguts. Ist der Lichtbogen zu lang, so können die Elektrode und/oder das Schmelzgut falsch aufgeheizt werden, so daß die Qualität des Schmelzguts stark vermindert wird. Da sich einerseits der Pegel des Schmelzguts in dem Tiegel fortwährend er- höht und andererseits der Abstand zwischen dem Ende αer Elektrode und der Oberfläche des Tiegels während des Betriebs nicht unmittelbar be¬ obachtet werden kann, müssen besondere Maßnahmen getroffen werden, um diesen Abstand zu regeln.

Bei Lichtbogenschmelzöfen, die bei Atmosphärendruck oder nur geringfü¬ gig darunter arbeiten, wird die Lichtbogenlänge dadurch geregelt, daß man eine vorgegebene Lichtbogenspannung aufrechterhält. Bei Atmosphä¬ rendruck ist der Plasmabogen dadurch gekennzeichnet, daß er einen be¬ stimmten Spannungsgradienten aufweist, z. B. 20 Volt pro 2,5 cm. Die Spannungsabfälle an der Katode und an der Anodenoberfläche machen zu¬ sammen zusätzliche 20 Volt aus, so daß man dann, wenn man eine Licht¬ bogenlänge von z. B. 1,25 cm aufrechterhalten will, die Elektrode in eine solche Position bringt, daß die Bogenspannung bei 30 V liegt. Dies kann leicht mittels herkömmlicher Einrichtungen realisiert werden, welche die Bogenspannung messen unα regeln.

Bei Lichtbogenschmelzöfen, die im Vakuum arbeiten, kann das vorstehend beschriebene Verfahren indessen nicht immer angewendet werden. Derar¬ tige Lichtbogenschmelzöfen werden insbesondere zum Schmelzen der soge- nannten refraktorischen aktiven Metalle wie Titan oder Zirkon sowie für die Herstellung rostfreier Stähle und Hochtemperaturlegierungen verwen¬ det. Wenn der Gasdruck, der den Lichtbogen umgibt, abnimmt, nimmt auch der Spannungsςradient des Bogenplasmas ab, und bei sehr niedrigen Drücken kann der Spannungsgradient des Bogenplasmas beispielsweise nur noch ein Volt pro 2,5 cm betragen. Da die Anoden- und Katodenspan¬ nungsabfälle z. B. bei Stahl bei ungefähr 20 Volt liegen, ist der Spannungs¬ abfall am Lichtbogen, verglichen mit den übrigen Spannungsabfällen, sehr klein. Änderungen im Gasgehalt und der Legierungszusammensetzung beein- flußen den Anoden- und Kathodenspannungsabfall in der Größenordnung des

Spannungsabfalls in der "Lichtbogensäule--. Demzufolge ist das Verfahren, den Lichtbogen durch Konstanthalten der Lichtbogenspannung zu regeln, vor allem bei Stählen, mit großen Fehlern behaftet; d. h. die tatsächliche Länge des Lichtbogens wird in der Regel stark von der gewünschten Län- ςe abweichen.

Es ist indessen bereits ein Lichtbogenschmelzofen bekannt, der zur Rege¬ lung des Abstands zwischen Elektrode und Schmelzgutoberfläche von der Erkenntnis Gebrauch macht, daß die Spannung sogar bei ordnungsgemäßem Betrieb in bestimmten Zeitabständen kurzfristig zusammenbricht (US-PS 2 942 045). Dieser Effekt wird durch Kurzschlüsse verursacht, die durch flüssige Metalltropfen entstehen, die von der Elektrode in den Tiegel tropfen und kurzzeitig die Elektrode mit dem Schmelzgut im Tiegel elek¬ trisch leitend verbinden. Solange die Dauer und die Frequenz dieser Kurz- Schlüsse nicht sehr groß sind, arbeitet der Lichtbogen mit nahezu voller Leistung, so daß keine wesentliche Beeinflußung der Schmelzgut-Aufhei¬ zung stattfindet. Wird der Lichtbogen kürzer, so nimmt die Häufigkeit der Bogenkurzschlüsse zu.

Gemäß dem bekannten Lichtbogenschmelzofen wird der Elektrodenabstand in der Weise geregelt, daß die Häufigkeit der Bogenkurzschlüsse innerhalb eines bestimmten Bereichs gehalten wird. Hierbei wird beispielsweise ein Voltmeter beobachtet, unα es werden mit einer Stoppuhr die Zeitabstände zwischen den einzelnen Spannungseinbrüchen gemessen, damit die Span- nungseinbrüche pro Zeiteinheit ermittelt werden können.

Eine andere bekannte Einrichtung zur Regelung des Elektrodenabstands in einem Lichtbogenschmelzofen geht von der Erkenntnis aus, daß der Licht- bogenspannunς Spannungsschwankungen in Form von positiv ansteigenden Impulsen überlagert sind, von denen jeder während einer kurzen Zeitspan¬ ne von beispielsweise 40 Millisekunden mit einer Frequenz von 30 Hz auf¬ tritt (DE-PS 1 212 651). Diese Spannungsimpulse, über deren Ursache nichts ausgesagt ist, werαen dazu benutzt, den Elektrodenabstand zu re¬ geln, wobei der Spannungsverlauf in eine Grundkomponente und eine zwei-

te Komponente aufgespalten wird. Die in der zweiten Komponenten als Spannungs-, Strom- oαer Impedanzschwankungen auftretenden impulsför- migen Schwankungen werden hierbei nachgewiesen, und der Elektrodenab¬ stand wird in Abhängigkeit von der Folgefrequenz dieser Schwankungen geregelt. Es wird also ein Impulszählung der Überspannungen pro Zeit¬ einheit vorgenommen und bei zu geringer Impulszahl die Elektrode abge¬ senkt.

Bei einer anderen bekannten Vorrichtung zum Bogenschmelzen wird von oszilloskopischen oder -graphischen Beobachtungen ausgegangen, die zei¬ gen, daß während des Schmelzens von Metallen im Vakuum kurzzeitige Kurzschlüsse von 0,1 bis 0,3 Sekunden zwischen der Elektrode und der geschmolzenen Metalloberfläche des Tiegels auftreten. Zusätzlich wird be¬ rücksichtigt, daß Änderungen in der Lichtbogenspannung auftreten, die sich durch Verunreinigungen ergeben, welche ihrerseits auf Änderungen in der Zusammensetzung oder im Druck einer inaktiven Gasatmosphäre be¬ ruhen oder durch das Ausschlagen eines Lichtbogens von der Elektrode zur Tiegel εno bedingt sind, wobei diese letztgenannten Spannungsän¬ derungen kleiner sind als die Spannungsänderungen, die auftreten, wenn Tropfen vom geschmolzenem Metall die Elektrode mit dem geschmolzenen Metailband verbinden (US-PS 2 915 572). Diese bekannte Vorrichtung weist eine Einrichtung auf, mit welcher die Elektrode in Richtung auf die Ober¬ fläche des im Tiegel befindlichen Metalls um einen Betrag bewegt wird, der mindestens gleich der Differenz zwischen der Schmelzrate der Elek- trode und der Anstiegsrate der Metalloberfläche ist. Die Vorrichtung weist außerdem Einrichtungen auf, die aufgrund geschmolzener Tropfen zwischen der Elektrode und der Metalloberfläche in einer vorgegebenen Position der Elektrode in Bezug zu der Metalloberfläche aktiviert werden, um die Elektrode von der Metalloberfläche weg in eine bestimmte Entfernung zu bewegen. Die Spannungskurzschlüsse werden hierbei durch ein Relais er¬ faßt, das ein Zeitmeßgerät steuert.

Weiterhin ist eine Vorrichtung für die Regelung des Elektrodenabstands be¬ kannt, bei welcher die Tropfenkurzschlüsse zwischen der Elektrode und der

flüssigen Metalloberfläche des Tiegels als Regelkriterium herangezogen wird (US-PS 45 78 795). Die Tropfenkurzschlüsse und die " zugeordneten Spannungsreduktionen erscheinen hierbei als sich wiederholende Impulse, die eng mit dem Elektrodenabstand korrelierεn. Die Zahl der Tropfenkurz- Schlüsse wird aufsummiert und jedesmal dann, wenn die Zahl der Kurz¬ schlüsse einen vorgegebenen Wert erreicht hat, werden die mittlere Periode zwischen den Kurzschlüssen, und zwar ausgehend von diesem vor¬ gegebenen Wert, sowie die Zeit, in welcher dieser Wert erreicht wird, er¬ rechnet. Für diese Berechnung und für die Anzeige der Dauer jedes Kurz- Schlusses wird ein Mikroprozessor verwendet. Es wird hierbei unmittelbar nach der Irnpulsformung der natürlichen Tropfen-Kurzschlüsse digital mit einem Rechner gearbeitet. Die normierten Impulse werden einem Ereig¬ nis-Register zugeführt, wobei die einzuzählende Impulsmenge vorher über ein Rechner-Bedienpult eingegeben und fallweise geändert werden kann. Unterschreitet der Inhalt des Ereignis-Registers die festgelegte Impuls- zahl, was durch Koinzidenz festgestellt wird, so erfolgt ein Befehl an ein Zeitmeßgerät, und die abgelaufene Zeit zwischen den jeweiligen Koinziden¬ zen wird ausgelesen. Dieser Wert dient als Maßstab für den Abstand zwi¬ schen Elektrode und flüssiger Metalloberfläche. Der Meßwert wird jeweils nach Erreichen der vorgegebenen Anzahl von Tropfenkurzschlüssen (ca. 100 Kurzschlüsse) erneuert. Eine solche Vorrichtung beeinhaltet zwei Nach¬ teile, nämlich daß der Meßwert erst nach relativ langen Zeitabschnitten aufgefrischt wird, also nicht aktuell ist, und daß dann, wenn wenig oder gar keine Tropfen auftreten, die Zeit bis zu einem Regeleingriff sehr lang wird. Bei hoher Tropfenzahl ist der Regeleingriff dagegen sehr schnell. Die Ermittlungszeiten für die Tropfenzahl stellen eine Totzeit dar. Diese Totzeit ist für unterschiedliche Betriebszustände unterschiedlich lang. Das Zeitverhalten des Meßglieds ist nicht-linear. Die Phasendrehung des Signals ist somit von dem augenblicklichem Betriebszustand abhängig. Die Größe des Regeleingriffs bei einer Abweichung vom Sollwert muß stark einge¬ schränkt werden, um ein Schwingen zu vermeiden. Es muß also eine kleine Kreisverstärkung gewählt werden. Dies bedingt eine träge Störgrößen-Rege¬ lung mit großen Abweichungen vom Sollwert.

Schließlich sind noch ein weiteres Verfahren und eine Vorrichtung zum Steuern der Elektrodenantriebsgeschwindigkeit in einem Lichtbogenofen bekannt, bei denen die Zeit zwischen zwei aufeinanderfolgenden Tropfen¬ kurzschlüssen gemessen und die mittlere Zeit zwischen einer vorgegebenen Anzahl der zurückliegenden Kurzschlüsse errechnet wird (US-PS 4 303 797). Beispielsweise wird das Zeitintervall zwischen den zehn letzten Kurzschlüs¬ sen berechnet und als Istwert einem Regler zugeführt. Das Übergangs¬ verhalten dieser Einrichtung bei Signaländerungen ist jedoch nachteilig.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung zu schaffen, mit der es möglich ist, eine verbesserte Elektrodenregelung zu erreichen.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß der Regler mit einem Signal be- aufschlagt wird, das der Differenz zwischen dem Kehrwert des vom Mit- telwertbildner gebildeten Tropfenratensignals und einer Sollzeit entspricht, die gleich der angestrebten mittleren Zeit zwischen zwei aufeinanderfol¬ genden Tropfenkurzschlüssen ist.

Der mit der Erfindung erzielte Vorteil besteht insbesondere darin, daß der Elektroden-Regler nicht nur sehr scharf eingestellt werden kann, son¬ dern daß es auch möglich ist, eine sehr schnelle Regelung mit nur gerin¬ gen Abweichungen vom Sollwert zu erzielen. Die Erfindung optimiert auf diese Weise den geschlossenen Regelkreis, der gegenüber einem offenen Regelkreis den Nachteil aufweist, daß erst eine Regelabweichung auftreten muß, bis αer Regler über eine Stellgröße überhaupt eine Korrektur vor¬ nehmen kann. In der allgemeinen Regeltechnik wird dieser Nachteil meistens durch eine sogenannte Regelung mit Störgrößenaufschlag zu be¬ seitigen versucht. Hierbei wird eine Störgröße gemessen und über einen Hilfsregler dem Stellglied zugeführt. Bei Auftreten einer Störgröße wird sofort ein Korrektursignal erzeugt, ohne daß erst eine Regelabweichung abzuwarten ist. Dieser Zweig stellt, von der Störgröße her gesehen, eine offene Kette, also eine Steuerung dar mit all deren Nachteile. Unter einer Tropfεnrate wird die Zahl der Tropfenkurzschlüsse innerhalb

einer gewissen Zeit verstanden, während die Tropfenfolge die Zeit zwi¬ schen zwei Tropfenkurzschlüssen gemeint ist. Obwohl die Tropfenrate und die Tropfenfolge Kehrwerte zueinander sind, ist es im vorliegenden Fall nicht gleichgültig, ob zuerst eine Mittelwertbildung und dann eine Kehr- wertbildung vorgenommen wird oder umgekehrt, denn die Mittelwertbildung ist ein Aαditionsvorgang, während die Kehrwertbildung ein Multiplikations¬ vorgang ist. Folglich ist αer arithmetische Mittelwert einer Summe von Zeiten nicht gleich dem Kehrwert eines arithmetischen Mittelwerts einer Summe von Raten, d. h. Summe der Kehrwerte der Zeiten. Dieser Unter- schied wirkt sich regelungstechnisch insofern aus, als das Übergangsver¬ halten bei Signaländerungen, d. h. das sogenannte transiente Verhalten, bei der erfindungsgemäßen Lösung entscheidend verbessert wird. Die Totzeit ist bei der Einrichtung nach der Erfindung stets gleich lang.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. Es zeigen:

Fig. I den Spannungsverlauf bzw. den Stromverlauf bei einem typischen

Tropfenkurzschluß;

Fig. 2 eine bekannte Regelschaltung für den Vorschub einer Elektrode in einem Schmeiztieςel;

Fig. 3 ' eine erfindungsgemäße Schaltungsanordnung für die Tropfenkurz- Schlußregelung in einer Schmelzelektroden-Verbindung in Anaiog- technik;

Fig. 4 eine erfindungsgεmäße Schaltungsanordnung entsprechend Fig. 4, jedoch in Digitaltechnik; .. -

Fig. 5a eine grafische Darstellung, welche die funktionelle Abhängigkeit zwischen Spaltbrεite und Tropfenfolge zeigt;

Fig. 5b eine grafische Darstellung, welche die funktionelle Abhängigkeit

zwischen Spaltbreite und Tropfenhäufigkeit zeigt.

In der Fig. I ist dargestellt, in welcher Weise sich Strom und Spannung verändern, die zwischen einer Schmelz-Elektrode und einem Tiegel anste- hen bzw. diese Strecke durchfließen. Man erkennt hierbei, daß bei einem Gleichstrom, dem ein Wechselstrom mit geringer Amplitude überlagert ist, die Spannung U im allgemeinen konstant bleibt und nur in den Punk¬ ten A,B ein Minimum bzw. in den Punkten C,D ein Maximum hat. Wenn die Spannung U ein Minimum hat, dann besitzt der Strom ein Maximum, vergl. die Punkte E und F.

Die Spannungseinbrüchε in den Punkten A und B deuten jeweils einen Kurzschluß an, der durch einεn Tropfεn flüssigen Metalls hervorgerufen wird, der die Elektroαe mit αεr Obεrflächε des geschmolzenen Metalls im Tiegel kurzzeitig verbindet.

In der Fig. 2 ist eine bekannte Schaltungsaπordnung dargestellt, die für die Tropfen-Kurzschlußrεgelung gεεignεt ist. Anhand dieser bekannten Schaltungsanoronung lassen sich die Unterschiede und Vorteilε der Erfin¬ dung besser verständlich machen. Die eigεntlichε Tropfεn-Kurzschlußrege- " lung (=Drop-short-Regelung) ist hierbei mit der Bezugszahl 20 bezeichnet. Sie enthält mehrere Bauelementε und arbeitet wie folgt: Nach der gal¬ vanischen Trennung der Lichtbogenspannung U. durch einen Trennwandler 21 wεrdεn übεr εin Differenzierglied 22 die Spannungseinbrüche aufgrund der Tropfen-Kurzschlüsse ausgεfiltert. Die Grenzfrequenz des Differenzier- glieds 22 ist dabei so ausgelegt, daß die Kurzschlüsse einwandfrei erfaßt werden können. In der nachfolgenden Triggerschaltung 23 werden die aus¬ gefilterten Impulse formiert und in einer nachfolgenden monostabilen Kippstufe 24 in Normimpulse, d. h. in Impulse konstanter Amplitude und Breite, umgewεndelt.

Ein Integrator, genauer ein PT . -Glied 25 mit fester Integrationszeit, bil¬ det den Impulsmittelwert aus den anfallenden normierten Impulsen. Die Ausgangsgröße dieses Integrators 25 stellt den Kurzschlußhäufigkeits-Ist- wert U . dar, der mit εinεm an εinem Potentiometer 27 abgegriffenen

Kurzschlußhäufigkeits-Sollwεrt U verglichen und als Differenz dem Kurz- schlußhäufigkeitsregler 26 zugeführt wird. Das entsprechende digitale Ana- logon hierzu wäre das Einzählen von Impulsen in einen digitalen Zähler mit fester Zeitbasis und das Auswerten des jeweils innerhalb eines festen Zeitintεrvails anfallendεn Impulszählεrstands. Es wird also die Anzahl der anfallenden Tropfen-Kurzschlüsse innerhalb eines festgelegten Zeit ge¬ zählt. Als Mittelwεrtbildnεr käme also ein Ringzähler in Frage, der den Mittelwert über alle in oer Ringzeit erfaßten Kurzschlüsse ermittelt. Die übrigen Schaltungsteile dar Fig. 2 haben mit der eigentlichen Kurz- schlußhäufickeitsrεgelung nichts zu tun, obgleich sie für die Gesamtrege¬ lung erforderlich sind. Sie berücksichtigen anderε Einflußgrößεn auf die Regelung, denn die Tropfen-Kurzschlüsse sind nur eines von mehreren möglichen Regelkriterien, was αurch das Summationsglied 28 zum Aus¬ drück kommt. Nebεn einer konstanten Spannung U . kann beispiels- wεisε diε Ausgangsgröße des Kurzschlußhäufigkeitsregiers 26 über εinen Schalter 29 zugeschaltet werden. Fernεr kann das Summationsglied 28 zu¬ sätzlich über einen Schalter 30 mit der Ausgangsgröße einεs allgemeinen Lichtbogenspannungsreglers 31 beaufschlagt werden. Diesem Lichtbogen¬ spannungsregler 31 wird die Differεnz zwischen dem Lichtbogenspannungs- istwert U. . und einεm Lichtbogεnspannungssollwert U. ~, der von einem Potentiomεtεr 32 abgegriffen wird, über ein Verknüpfungselement 33 zu¬ geführt. Die Ausgangsgröbε üiεsεs Summationsglieds 28 ist über einen steuerbaren Schalter 34 mit Motorreglern verbunden. Der Schalter 34 kann hierbei über ein Relais 35 gesteuert werden, das durch eine Span- nung ausgelöst wird, diε durch einεn Gas-Detektor 36 erzeugt wird. Die erwähnten Motorregler steuεrn zwεi Motorεn M 1 bzw. M 2, die für das Differεnzialgεtriebe der Elektrode vorgesehεn sind. Diese Motorregler sind vom selbεn Typ und wεisεn jεweils einen P-Regler 37 bzw. 37', einen I- Regler 36 bzw. 36', εin Impuls-Gerät 39,39'- einen Gleichrichter 40,40' , und einen Widerstand auf, wobei der Ausgang des Widerstands 41,41 ' auf ein Verknüpfungselemεnt 42,42' rückgeführt ist, das zwischen dem P-Reg¬ ler 37,37' und dem I-Reqler 38,38 liεgt. Fεfner ist die Ausgangsgröße eines Tachodynamos TD . bzw. TD ? auf ein Verknüpfungselement 43 bzw. 43' rückgeführt, wobei das Verknüpfungselement 43 zwischen den Abgriff

eines Potentiometers 44 und den P-Regler 37 angeschlossen ist, während das Verknüpf ungsεiεment 43' zwischen den Ausgang eines Umkehrverstär¬ kers 45, der ebεnfalls am Abgriff des Potentiometers 44 liegt, und dem P-Regler 37' angeschlossen ist. Ein weiterer Motor M 3 des Differential- getriebes dεr Elektroder ist über Schalter 46,47,48 zuschaltbar, wobei der Schalter 48 von einem Relais 49 gesteuert wird, das seinerseits von einer Kurzschlußauflöseschaltung 50 angesteuεrt wird.

In dεr Fig. 3 ist εinε erfindungsgemäße Schaltungsanordnung dargestellt, die in einigen Einzelheiten üer Anordnung nach Fig. 2 entspricht. Die ei¬ gentliche Tropfenrεgelung geschieht jetzt jedoch auf andere Weise. Zur Vεranschaulichung ist außer der εrwähntεn Schaltungsanordnung auch der Schmelztiegei 60 gezeigt, in dem sich das Schmelzgut 61, z. B. geschmol¬ zenes Metall bzw. einε gεschmolzene Metallegierung , befindet. Über die- sem Schmelzgut 61 ist eine Schrnelzεlektrode 62 angeordnet, die an einer Haltestangε 63 befεstigt ist, welchε durch eine Öffnung in den Schmelz¬ tiegel ragt und dort mittels eines Flansches 64 arretiert ist. Der aus dem Tiegel 60 herausragende Teil αer Haltestange 63 ist mit einem Ge- winαε 65 versehen, das durch eine Antriebsmuttεr 66 geführt ist. Diesε Antriεbsmuttεr 66 stεht mit einem Getriεbe 67 in Verbindung, das seiner¬ seits mit einem Motor 66 gekoppelt ist, der einεn Tachogεnεrator 69 an¬ treibt. Eine Geschwinαigkeits-Regeleinrichtung 70 beaufschlagt den Motor 68 und wird ihrersεits von Signalεn dεs Tachogenerators 69 beaufschlagt. An dem Schmelztiegεi 60 bεfindεt sich εin Vakkum-Pumpensystem 71 , welchεs das Innere des Schmelztiεgels 60 auf einεm vorgεgebenen gerin¬ gen Druck hält. Zwischen dem Boden des Schmelztiεgeis 60 und der Hal¬ testangε 63 der Elektrode 62 ist eine Stromversorgung 72 angeschlossen, welchε zwischεn dεm Endε der Elεktrodε und der Oberfläche des Schmεlzguts 61 εinε Spannung anlegt, . die sogεnannte Lichtbogenspannung. Der Istwεrt dεr Lichtbogenspannung wird auf einεn Gleichstrom transfor- mator 73 gegεbεn, dεssεn Ausgangssignal U, . einem Verknüpfungselement 74 zugeführt ist, welches auch den Lichtbogensollwert U. ς erhält, der von einεm Potentiometεr 75 abgegriffen wird.

Diε Diffεrεnz zwischen dem Ist- und dem Sollwert der Lichtbogenspan¬ nung wird einem Spanπungsreclεr 75 zugeführt, der über einen Schalter 76 ein Regelsignal auf die Geschwindigkeitsregelung 70 gibt. Die eigent¬ liche Tropfenfolgerεgεlung wird übεr εinen anderen Schalter 77 auf die Geschwindiςkeitsregεlung 70 geschaltet. Sie enthält einen Trigger 78, der mit dem Gleichstromformator 73 vεrbunden ist und der die von dort kommendεn Tropfεn-Kurzschlußimpulsε triggert. Die von dem Trigger 78 abgegεbεnεn Impulse können sich noch in Amplitude und/oder Impulsbrei¬ te unterscheiden und werden deshalb einεm Normimpulsbildner 79 zuge- führt, der aus ihnen Impulse von einheitlicher Form bildet. Das wesent¬ liche Charakteristikum der vom Normimpulsbildner kommenden Impulse ist somit nur noch ihr zeitlicher Abstand, d. h. die Impulsfolge. In einem nεchgeschaltεtεn Mittεlwertbildnεr 80 wird sodann dεr Mittεlwert aller Impulse innerhalb εinεs vorgegebεnεn Zεitintervalls gebildet. Der ent- scheidenαε Schritt αer vorliegenden Erfindung besteht nun darin, daß ein Kehrwεrtbildner 61 vorgesehen ist, der den Kehrwεrt aus dεm Ausgangs¬ signal des Mittelwertbildners B0 bildεt. Hat dεr Mittelwertbildnεr 80 bei- spiεlswεisε innerhalb von T Sεkundεn insgεsamt X Tropfεn-Kurzschlu߬ impulsε εrmittelt, so beträgt die Impulsrate für diεsεπ Zeitraum X/T. Im Kehrwertbildner 61 wirc dieser Wert betragsgεmäß umgεkehrt, d. h. es wird 1/X pro T errechnet. Diesεr Kεhrwεrt wird sodann als Istwεrt einem Vεrknüpfunςselemεnt 62 zugeführt, dem glεichzεitig ein Sollwert, wεlcher an einεm Potεntiomεter 63 abgegriffεn wird, zugεführt wird. Die Diffεrεnz ' zwischεn Ist- unα Sollwεrt gelangt hierauf auf einεn Tropf en- folgeregier 64, der über den berεits εrwähntεn Schaltεr 77 mit der Ge- schwindigkεitsrεgεluπc 7G in Verbindung steht.

Wiε εine Gegenüberstellung αer Figuren 2 und 3 zeigt, ergibt sich bei der Anordnung nach Fi . 2 eine nicht-linearε Krεisvεrstärkung. Durchgeführte Messuncεn (vεrgl. z. B. diε Meßkurven gemäß der oben bereits erwähnten US-PS 45 76 795 ) zeigen, daß die mittlerε Tropfεnfrequenz, d. h. dεr mittlεrε Zεitεbstend zwischen zwei Tropfεn, in εtwa εinε linεare Funk¬ tion der Lichtbogenlänge ist. Da αεr Kεhrwεrt dεr Tropfenrate die Trop¬ fenfolge ist, hat die Tropfenrate somit einen hyperbolischen Zusammen-

hang mit der Lichtbogenlängε (vεrgl. Fig. 5b). Wird nun εin Rεgler verwεn- det, oεr als Regelgröße αie Tropfenhäufigkeit (Rate) - wie Fig. 2 zeigt - verwεndεt, εrgibt sich untεr Einbεziεhung dεr Strεcke ein Regelkreis mit nicht-konstanter Kreisvεrstärkung. Um εin Schwingen zu vermeiden, muß die Größe dεs Regeleingriffes bei einer Abweichung vom Sollwert stark eingεschränkt wεrdεn. Es muß also eine kleine Kreisverstärkung gewählt werdεn. Dies bεdεutet εinε träge Störgrößen-Regelung mit großen Abwei- chungεn vom Sollwεrt.

Wird dagεgεπ, wiε bei der Anordnung nach Fig. 3, vom Ausgangssignal des Mittelwertbildnεrs 80 dεr Kεhrwεrt gεbildεt, so ist das Abweichungssig¬ nal proportional zur Streckenabweichung. Die Zeitkonstante und die Kreis¬ verstärkung sind konstant, d. h. der Regler kann optimal eingεstellt wer¬ den.

In der Fig. 4 ist eine digitale Version der in. der Fig. 3 gezeigten Anord¬ nung gezεigt, wobεi dεr obere Berεich wεggεlassen ist. Man erkennt hier¬ bei, daß leαiςlich ein Vorspeicher 90 zwischen Normimpulsgeber 79 und Mittelwεrtbildnεr 80 sowiε ein Digital-Analog-Wandler 11 an dεn Ausgang dεs Tropfenfolgenreglers 64 geschaltεt sind. Dεr Vorspeicher 90 summiert alle Impulse auf, die während einer Zykluszeit des digitalen Auswertege¬ räts auflaufen. Seinεn Spεichεriπhalt liεst εr an den •Mitteiwertbildner 80 am jεweiligen Endε cεr Zykluszεit aus.