DE3632333C2 - Vorrichtung zum Überwachen der Schwingungen einer Stranggießkokille - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Überwachen der Schwingungen einer in Gießrichtung schwingend antreibbaren Stranggießkokille mit einem an eine Auswerte­ schaltung anschließbaren Schwingungsaufnehmer in Form eines an der Stranggießkokille befestigbaren Beschleunigungsgebers.

Da die Schwingungen einer Stranggießkokille einen umittelbaren Einfluß auf die Gießleistung und die Oberflächenqualität des Gießstranges haben, ist es bekannt (BE-PS 8 99 219), diese Schwingungen der beispielsweise über Exzentertriebe in Gießrichtung angetriebenen Stranggießkokillen zu überwachen. Zu diesem Zweck werden einzelnen Übertragungsgliedern des Schwingungsantriebes Schwingungsaufnehmer zugeordnet, die die Bewegung dieser Übertragungsglieder in ihrer Hauptbewegungsrichtung erfassen. In einer Auswerteschaltung wird der zeitliche Verlauf der erfaßten Schwingbewegungen mit einem Sollverlauf verglichen und die Soll-Istwertdifferenz angezeigt. Nachteilig bei dieser bekannten Überwachung der Schwingungen einer Stranggießkokille ist vor allem, daß aus dem Vergleich des zeitlichen Schwingungsverlaufes einzelner Übertragungsglieder des Schwingungsantriebes mit einem Sollverlauf kein unmittelbarer Rückschluß auf die Ursache eines gegebenenfalls auftretenden, sich störend auf die Gießleistung und die Oberflächenqualität des Gießstranges auswirkenden Schwingungsverhaltens gewonnen werden kann. In den meisten Fällen liegt die Ursache einer fehlerhaften, zu einer größeren Ausbruchswahrscheinlichkeit führenden Schwingungserregung der Stranggießkokille in einem Verschleiß oder einer schlechten Einstellung der Gelenke und Führungen des Schwingungsantriebes.

Um die Reibung zwischen den Wänden einer Kokille und der Strangoberfläche erfassen zu können, ist es schließlich bekannt (EP 0 044 291 A1), die in Gießrichtung schwingend angetriebene Kokille auf einer Kraftmeßeinrichtung abzustützen und mit einem Beschleunigungsaufnehmer zu versehen, mit dessen Hilfe die in Schwingungsrichtung auftretenden Beschleunigungskräfte gemessen werden können. Da sich die von der Kraftmeßeinrichtung erfaßten Belastungen aus dem Eigengewicht der Kokille, den Beschleunigungskräften der Kokille und den sich zwischen der Kokille und dem Strang ergebenden Reibungskräften zusammensetzen, können aufgrund des bekannten Kokillengewichtes und der aus der gemessenen Beschleunigung ermittelten Beschleunigungskräfte die wirksamen Reibungskräfte zwischen Kokille und Strang ermittelt werden. Ein Überwachung des Schwingverhaltens der Kokille ist mit Hilfe dieser bekannten Einrichtung zur Überwachung der Reibungskräfte zwischen Kokille und Strangoberfläche jedoch nicht möglich.

Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, diese Mängel zu vermeiden und eine Vorrichtung zum Überwachen der Schwingungen einer Stranggießkokille der eingangs geschilderten Art mit einfachen Mitteln so zu verbessern, daß ein unmittelbarer Rückschlag auf die Ursache eines allfällig auftretenden, fehlerhaften Schwingungsverhaltens möglich wird.

Die Erfindung löst die gestellte Aufgabe dadurch, daß der Schwingungsaufnehmer aus einem Dreikomponenten-Beschleunigungsgeber besteht, der über einen Doppelintegrator an einen nach einem frei wählbaren Programm auslesbaren Meßwertspeicher für die einzelnen Komponenten angeschlossen ist.

Durch das Vorsehen eines Dreikomponenten-Beschleunigungsgebers an der Stranggießkokille kann das räumliche Schwingungsverhalten der Stranggießkokille erfaßt werden, was unmittelbare Rückschlüsse auf Führungsfehler zuläßt, auch wenn die Ursachen hierfür in Querbewegungen zu der Hauptbewegungsrichtung der einzelnen Übertragungsglieder des Schwingungsantriebes liegen. Diese Führungsfehler werden ja bei der bekannten Schwingungsüberwachung unterdrückt. Es wird außerdem nicht der zeitliche Verlauf der Kokillenschwingungen, sondern der Schwingungsweg erfaßt, und zwar durch eine zweifache Integration der Beschleunigungssignale. Dies erlaubt eine besonders einfache Auswertung der vorgenommenen Messungen. Die gewonnenen Wegsignale werden in einen Meßwertspeicher eingelesen und können nach einem beliebigen Programm über einen Rechner ausgelesen werden, um auf einem Bildschirm oder mit Hilfe eines Druckers grafisch dargestellt zu werden. Es kann daher der Schwingungsweg der Stranggießkokille in bevorzugten Ebenen aufgezeichnet werden, wobei sich besonders vorteilhafte Verhältnisse ergeben, wenn die eine Meßachse des Dreikomponenten-Beschleunigungsgebers in Gießrichtung, also in der angestrebten Schwingungsrichtung der Stranggießkokille liegt, so daß in den beiden durch diese Meßachse und jeweils eine der beiden anderen Meßachsen auf­ gespannten, zueinander senkrecht stehenden Ebenen die Quer­ schwingungen der Gießkokille erkannt werden können und aufgrund der Form dieser Querschwingungen die Fehlerursache rückschließbar ist. Die Abspeicherung der gewonnen Wegsi­ gnale in einem Meßwertspeicher erlaubt aber nicht nur eine vorteilhafte Verknüpfung der erfaßten Meßwerte, sondern macht auch die grafische Darstellung der Meßwerte von der Schreibgeschwindigkeit eines Schreibers od. dgl. unabhängig.

Um einfache Konstruktionsverhältnisse zu schaffen, können die Ausgänge des Dreikomponenten-Beschleunigungsge­ bers über je eine Doppelintegratorstufe und einen Tastspei­ cherverstärker an eine Mehrfachübertragungseinrichtung an­ geschlossen werden, die über einen Analog-Digitalwandler mit dem Meßwertspeicher in Verbindung steht. Die in den einzel­ nen Doppelintegratorstufen in wegabhängige Signale umge­ wandelten Ausgangssignale des Beschleunigungsgebers werden in den zugehörigen Tastspeicherverstärkern solange festge­ halten, bis sie nacheinander abgerufen werden, um sie über die Mehrfachübertragungseinrichtung in den Meßwertspeicher nach einer Analog-Digitalumwandlung einlesen zu können. Sind die Tastspeicherverstärker ausgelesen, so wird der jeweils anstehende neue Meßwert bis zur Weitergabe an die Mehrfach­ übertragungseinrichtung abgespeichert.

Da im allgemeinen nicht mit einer sprunghaften Ände­ rung des Schwingungsverhaltens der Stranggießkokillen zu rechnen ist, genügt eine periodische Überprüfung. Aus die­ sem Grunde braucht der Beschleunigungsgeber lediglich im Meßfall auf die jeweilige Stranggießkokille aufgesetzt zu werden, wobei die Messung des Schwingungsverhaltens sowohl während des Gießens als auch bei einem Leerlauf der Kokille durchgeführt werden kann. Mit nur im Bedarfsfall auf die Stranggießkokillen aufsetzbaren Schwingungsaufnehmern kann eine Beschädigungsgefahr für diese Schwingungsaufnehmer durch Ausbrüche auf ein Minimum verringert werden.

Die periodische Messung des Schwingungsverhaltens der Stranggießkokillen erlaubt den Einsatz eines tragbaren Meß­ gerätes, das zur besseren Handhabung möglichst klein sein soll. Zu diesem Zweck kann der Meßwertspeicher lösbar in einem Meßgehäuse eingesetzt sein, das lediglich die für das Einlesen der Meßwerte in den Meßwertspeicher vorgesehenen Schaltungselemente aufnimmt und an das der Beschleunigungs­ geber über ein Übertragungskabel angeschlossen ist. Durch den lösbaren Meßwertspeicher wird die einfache Voraussetzung geschaffen, die Meßwertauswertung über einen gesonderten Rechner vornehmen zu können.

In der Zeichnung ist der Erfindungsgegenstand bei­ spielsweise dargestellt. Es zeigt

Fig. 1 eine in ihrem Schwingungsverhalten zu überwachende Stranggießkokille in einem schematischen Schaubild,

Fig. 2 eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Überwachung der Schwingungen einer Stranggießkokille in einem verein­ fachten Blockschaltbild und die

Fig. 3 bis 6 verschiedene Schwingungsformen einer Kokille in einer grafischen Darstellung des Schwingungsweges in einer ausgewählten Meßebene.

Die in Fig. 1 dargestellte Stranggießkokille 1 wird in üblicher Weise durch einen aus Übersichtlichkeitsgründen nicht dargestellten Schwingungsantrieb in Gießrichtung hin- und herschwingend angetrieben, wie dies durch den Doppel­ pfeil 2 angedeutet wird. Der flüssige Stahl wird dabei von einer Gießpfanne über einen Verteiler 3 in die Stranggieß­ kokille gefördert und verläßt die Kokille 1 als Gießstrang 4. Um das Schwingungsverhalten einer solchen Stranggieß­ kokille 1 überwachen zu können, werden die Schwingungswege in drei Meßachsen X, Y und Z erfaßt, wobei die Z-Achse mit der Gießrichtung und der angestrebten Schwingungsrichtung übereinstimmt, während die X- und Y-Achse mit der Z -Achse ein rechtwinkeliges Meßachsensystem bilden.

Damit die einzelnen Schwingungswege in den Meß­ achsen einfach erfaßt werden können, wird auf die Strang­ gießkokille 1 ein Schwingungsaufnehmer 5 aufgesetzt, der als Dreikomponenten-Beschleunigungsgeber 6 ausgebildet ist. Die drei den drei Meßachsen zugeordneten Ausgänge x, y und z des Beschleunigungsgebers 6 sind gemäß Fig. 2 mit je einer Doppelintegratorstufe 7 eines Doppelintegrators 8 verbun­ den, in dem die über eine seismische Masse im Beschleuni­ gungsgeber 6 erfaßten Beschleunigungswerte in wegabhängige Signale umgewandelt werden. Diese wegabhängigen Signale werden in einen Meßwertspeicher 9 für die drei Komponenten abgespeichert, der für die Auswertung der Meßergebnisse nach einem frei wählbaren Programm ausgelesen werden kann. Zur Übertragung der einzelnen Meßwerte ist eine Mehrfachübertra­ gungseinrichtung 10 in Form eines Multiplexers vorgesehen, dem für jeden Ausgang x, y und z des Beschleunigungsgebers 6 ein Tastspeicherverstärker 11 vorgeschaltet ist. Diese Tast­ speicherverstärker 11 halten den eingespeicherten Meßwert bis zur Abfrage fest, um nach dem Auslesen eines Meßwertes einen neuen am Eingang anstehenden Meßwert abzuspeichern. Für das aufeinanderfolgende Auslesen der Tastspeicherver­ stärker 11 ist eine Steuerlogik 12 vorgesehen, über die die einzelnen Tastspeicherverstärker 11 nacheinander angesteuert werden, so daß über die Mehrfachübertragungseinrichtung 10 die einzelnen Signale nacheinander an einen Analog-Digital­ wandler 13 weitergegeben werden können, über den die Meß­ werte in digitaler Form in den Meßwertspeicher 9 eingelesen werden.

Da jedem Meßwert eine Speicheradresse zugewiesen werden muß, ist ein über eine Leitung 14 setzbarer Adres­ senzähler 15 vorgesehen, der ebenfalls über die Steuerlogik 12 angesteuert wird und die Adressenzahl nach dem Einlesen der einzelnen Meßwerte in den Meßwertspeicher 9 jeweils um eine Stufe erhöht. Die Zuordnung der Adressen zu den Meß­ werten erfolgt über eine Steuerleitung 16, die nach der Be­ endigung der über die Steuerleitung 17 gestarteten Meßwert­ umwandlung im Analog-Digitalwandler 13 den Befehl zum Ein­ schreiben der neuen Adresse in den Meßwertspeicher 9 gibt.

Um die Schwingungsamplitude der Kokillenschwingungen in Richtung der Z-Achse erfassen zu können, wird der Ausgang z des Beschleunigungsgebers 6 nach dem Doppelintegrator 8 mit einer Meßeinrichtung 18 für die Schwingungsamplitude verbunden, wobei der Meßwert in einer Anzeige 19 ablesbar ist.

Damit Verfälschungen des Meßergebnisses durch Ein­ schwingvorgänge vermieden werden können, ist eine Ver­ gleichsschaltung 20 vorgesehen, in der die einander entge­ gengerichteten Schwingungsamplituden der Stranggießkokille 1 in Richtung der Z-Achse miteinander verglichen werden. Stimmt die Größe dieser Amplituden überein, so ist offen­ sichtlich der Einschwingvorgang beendet und es kann die Meß­ bereitschaft angezeigt werden. Der Ausgang der Vergleichs­ schaltung 20 ist daher einerseits mit einer Anzeige 21 und andererseits mit der Steuerlogik 12 verbunden.

Der Nulldurchgang der Schwingungen der Stranggießko­ kille 1 in Richtung der Z-Achse wird der Steuerlogik 12 über eine Vergleicherstufe 22 mitgeteilt. Die daraus ableitbare Schwingungsfrequenz kann über einen Frequenz-Spannungswand­ ler 23 in einer Anzeige 24 angezeigt und über die Mehrfach­ übertragungseinrichtung 10 zusätzlich im Meßwertspeicher 9 abgespeichert werden.

Zur Auswertung der abgespeicherten Meßdaten wird der Meßwertspeicher 9 an einen Rechner angeschlossen, über den der Meßwertspeicher nach einem bestimmten Programm ausgele­ sen wird, so daß die auf die einzelnen Meßachsen X, Y und Z bezogenen Meßdaten einander in einer übersichtlichen Weise zugeordnet und grafisch dargestellt werden können, wie dies beispielsweise in den Fig. 3 bis 6 angedeutet wird. In diesen Fig. ist der Schwingungsweg der Stranggießkokille 1 in der durch die Z- und X-Achse bestimmten Meßebene darge­ stellt. Dabei werden je nach der Schwingungsfrequenz bei­ spielsweise 200 bis 500 Meßdaten ausgewertet. In analoger Weise können aber auch die Schwingungsbahnen in der Y-Z- Ebene oder in der X-Y-Ebene dargestellt werden.

Die Schwingungsbahn in Fig. 3 zeigt lediglich eine Bewegung in Richtung der Z -Achse, wie dies für einen ord­ nungsgemäßen Schwingungsantrieb kennzeichnend ist. Von dieser Schwingungsform weicht die Schwingungsbahn nach Fig. 4 im Bereich des unteren Totpunktes der Kokillenschwingung ab. Dies bedeutet, daß im unteren Totpunkt der Kokillenfüh­ rung ein entsprechendes Spiel vorhanden sein muß. Gemäß Fig. 5 wird eine gekrümmte Schwingungsbahn angezeigt, die eine nicht geradlinige Kokillenführung andeutet. Die Taumelbewe­ gung der Stranggießkokille 1 entsprechend der Fig. 6 läßt Spiele sowohl im unteren als auch im oberen Totpunkt der Kokillenführung erkennen. Es können somit entsprechende Ge­ genmaßnahmen zur Behebung der aufgezeigten Fehler getroffen werden.

Claims (3)

1. Vorrichtung zum Überwachen der Schwingungen einer in Gießrichtung schwingend antreibbaren Stranggießkokille mit einem an eine Auswerteschaltung anschließbaren Schwingungs­ aufnehmer in Form eines an der Stranggießkokille befestigbaren Beschleunigungsgebers, dadurch gekennzeichnet, daß der Schwingungsaufnehmer (5) aus einem Dreikomponenten-Beschleunigungsgeber (6) besteht, der über einen Doppelintegrator (8) an einen nach einem frei wählbaren Programm auslesbaren Meßwertspeicher (9) für die einzelnen Komponenten angeschlossen ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgänge (x, y, z) des Dreikomponenten-Beschleuni­ gungsgebers (6) über je eine Doppelintegratorstufe (7) und einen Tastspeicherverstärker (11) an eine Mehrfachübertra­ gungseinrichtung (10) angeschlossen sind, die über einen Analog-Digitalwandler (13) mit dem Meßwertspeicher (9) in Verbindung steht.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Meßwertspeicher (9) lösbar in einem Meßgehäuse eingesetzt ist, das die für das Einlesen der Meßwerte in den Meßwertspeicher (9) vorgesehenen Schaltungselemente aufnimmt und an das der Beschleunigungsgeber (6 ) über ein Übertragungskabel angeschlossen ist.