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WO2013045520A1 - Elektromechanischer stopfenantrieb - Google Patents

Elektromechanischer stopfenantrieb Download PDF

Info

Publication number
WO2013045520A1
WO2013045520A1 PCT/EP2012/069015 EP2012069015W WO2013045520A1 WO 2013045520 A1 WO2013045520 A1 WO 2013045520A1 EP 2012069015 W EP2012069015 W EP 2012069015W WO 2013045520 A1 WO2013045520 A1 WO 2013045520A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
drive
plug
linear drive
lifting rod
stopper
Prior art date
Application number
PCT/EP2012/069015
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Markus Mairhofer
Christian Froehlich
Johannes Kehrer
Karl Geiselhofer
Alfred Kontriner
Friedrich Derflinger
Josef Guttenbrunner
Johann Penn
Helmut Sulzner
Alfred Trauner
Original Assignee
Siemens Vai Metals Technologies Gmbh
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Siemens Vai Metals Technologies Gmbh filed Critical Siemens Vai Metals Technologies Gmbh
Publication of WO2013045520A1 publication Critical patent/WO2013045520A1/de

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D41/00—Casting melt-holding vessels, e.g. ladles, tundishes, cups or the like
    • B22D41/14—Closures
    • B22D41/16—Closures stopper-rod type, i.e. a stopper-rod being positioned downwardly through the vessel and the metal therein, for selective registry with the pouring opening
    • B22D41/20—Stopper-rod operating equipment

Definitions

  • the present invention relates to an electromechanical plug drive, a method for balancing elasticities and mechanical play in the automated control of the plug drive and the use of the plug drive.
  • the invention relates to a plug drive for
  • a lift rod for raising and lowering a boom, wherein the boom is cantilevered to the lift rod and the plug can be attached to the boom;
  • a stationary housing which at least partially surrounds a longitudinal section of the lifting rod and the housing can be connected to the metallurgical vessel via a pan holder;
  • an electromechanical linear drive for displacing the lifting rod relative to the housing, wherein the longitudinal axes of the linear drive and the lifting rod are aligned coaxially.
  • Stopper drives for lifting and lowering a typically elongated closure member, the so-called plug, whereby the outflow can be changed from a melt vessel the skilled in the art from different fields
  • the invention relates to a method for compensating elasticities and mechanical games in the
  • EP 1 426 126 B1 of S.E.R.T. is a plug drive with a lifting rod, a stationary housing and an electromechanical linear drive for raising and lowering the lifting rod known, the linear drive of a
  • the electric motor including the control electrics can remain on the distributor car so that the electric motor can be reconnected to a gearbox of a plug drive associated with the new distributor. Due to the structural separation of engine and
  • Length can often not be used in continuous casting for long products.
  • mass moment of inertia is increased by the physical separation and the mandatory coupling between the electric motor and the transmission.
  • the drive torque and therefore the size of the motor must be increased, which in turn, however, has a negative effect on the compactness of the plug drive.
  • Lifting rod must be removed so that each manifold must be carried out with a complete plug drive including electric motor, whereby the acquisition cost is substantially increased.
  • the object of the invention is to overcome the disadvantages of the prior art and a low-cost
  • the compactness should make it possible to use the plug drive both for continuous casters for long (e.g., billet, pre-profile or bloom) and flat products (e.g., slab plants). Due to the high dynamics is a good controllability of
  • Stopper drive can be achieved so that the plug drive can quickly approach a desired position or set a desired flow from the metallurgical vessel. Finally, the plug drive should be inexpensive to display.
  • the linear drive is designed as a structural unit comprising an electric motor, preferably a hollow shaft servomotor with a DC, AC or three-phase supply, a transmission, preferably a ball screw or a spindle nut, and a thrust spindle, wherein the transmission for implementing the Rotary movement of the electric motor is formed in a translational movement of the thrust spindle; and -
  • the plug drive preferably the linear drive, a force measuring device for determining a lifting force and a path measuring device for determining a stroke. Due to the vertical displacement of the plug, the
  • the linear drive comprising the
  • Electric motor, the gear and the thrust spindle is designed as an integrated structural unit, resulting in a particularly compact liner drive with a small overall length and a small moment of inertia; Furthermore, the linear drive can be easily assembled and disassembled. Since the electric motor in a distributor change not from
  • the plug drive preferably the
  • Encoder is formed, wherein the encoder
  • rotary encoder can output two phase-shifted output signals for determining the speed and the direction of rotation of the rotor.
  • Such rotary encoders are also known to the person skilled in the art under the term "resolver.”
  • the resolver can be completely integrated in the structural unit of the compact design
  • Liner drive can be integrated without increasing its overall length.
  • the force measuring device is designed as a current measuring device.
  • Current measuring device measures either in the electric motor itself or preferably in a power electronics, which is assigned to the electric motor, at least one motor current. From the motor current can be deduced on the torque of the motor, wherein the torque on the
  • Power electronics are integrated without the length of the linear actuator is increased.
  • the lifting rod having a force measuring device for determining the lifting force.
  • the assembly and disassembly of the linear drive is easily possible, it is advantageous if either the housing of the linear drive or an electrical connector that can connect a power electronics with the linear drive, at least two switches (eg push button) for retracting and extending the thrust spindle exhibit.
  • the stroke of the linear drive can be quickly adapted to different positions of the lifting rod.
  • the plug is releasably attached to one end of the boom.
  • Direction displaceable lifting rod it is advantageous to provide at least one, preferably at least two, guide elements between the housing and the lifting rod.
  • Suitable guide elements are, for example, linear ball bearings, guide rings, plain bearings, spring-loaded or prestressed guide rollers or balls in question.
  • this mechanism has a power ratio i of 3 -S i -S 10, preferably 5 -S i -S 8, so that the operator with less
  • the hand lever is removable, and preferably by at least 180 ° pivotally formed. This allows the operator to differentiate during manual operation
  • the housing has a visual height indication, e.g. in the form of a ruler, for the position of the lifting rod.
  • Perforated stone the metallurgical vessel originates, only be transferred via guide elements or the linear drive itself to the housing. In the first case it is i.A.
  • the plug drive has a friction-locked and / or a form-fitting torque support.
  • the positive torque support takes place via a parallel to the longitudinal axis of the lifting rod aligned Guide pin, which is connected to the housing, and a guide portion (eg, a guide groove or a
  • Support bolt that supports the boom relative to the housing.
  • the support bolt preferably by a
  • Compression spring pressed against the boom, so defined by the friction between the support pin or a flange plate, which is connected to the support bolt, and the support pin, the rotatability of the boom with respect to the housing frictionally.
  • the linear drive can be made very low-power and compact, if the boom with a
  • Weight compensation device for balancing the weight of at least a portion of the moving masses of the
  • Weight compensation device supported on the housing. As a result, at least a part of the weight of the moving masses of the plug drive, ie the lifting rod, the boom and the plug, compensated. It is advantageous if the weight compensation device has a mechanical, pneumatic or hydraulic compression spring, in particular a prestressable one. The weight compensation is particularly efficient if the longitudinal axis of the compression spring is aligned parallel to the direction of the lifting rod, ie vertically.
  • the position of the compression spring is determined by a spring cup and a spring holder, wherein preferably the spring cup with the
  • Support bolt and the spring holder is connected to the housing.
  • the spring holder guides the compression spring on its inner circumferential surface; the spring cup guides the torsion spring on its outer lateral surface.
  • a longitudinal section of the cantilever and / or the linear drive is at least partially enclosed by a radiation protection plate.
  • the thrust spindle by means of a mechanical connecting element is pluggable connected to the lifting rod.
  • the plug-in mechanical fastener e.g., a stud threadedly connected to the push spindle engaging, for example, a transverse groove in the lift rod
  • the drive can also be on the
  • the object of the invention is also by a method for balancing elasticities and mechanical games be solved the automated control of a plug drive, comprising the following steps:
  • Linear actuator is shortened; Similarly, extending or opening the linear drive, the extension of the
  • the nominal force F Nen n is understood to mean a contact pressure of the plug on the perforated brick, which the linear drive can apply without the plug, the perforated brick or the linear drive itself being damaged.
  • the position So of the linear drive is important because in So the plug outflow from the
  • the linear drive is retracted until the plug with the nominal force F Nen n is pressed against the hole stone.
  • F Nen n By holding the linear drive at the nominal force F Nen n for a holding time t Ha iten causes a "setting" of the plug in the hole stone.
  • the holding time s ⁇ t hold ⁇ 60 s, preferably 5s ⁇ t Hold '20s, is the second
  • mechanical games and elasticities in the control are compensated, so that the control accuracy of the plug drive is increased.
  • FIG. 3 and 4 are each a perspective view of a
  • FIG. 7 shows a representation of a plug drive for
  • FIG. 9 is an illustration of the detail Y of Fig. 8
  • Fig. 10 is an illustration of the detail Z of Fig. 8
  • Fig. 11 is a sectional view of Fig. 9
  • Fig. 12 is a plan view of a plug drive
  • Fig. 13 is an illustration of the connection between the
  • FIGS. 1 and 2 show a casting distributor of a six-strand continuous casting plant for long products. To increase the clarity, only two plug drives 1 were shown. Each plug drive 1 is used to adjust the outflow of liquid metal, specifically liquid steel, from the distributor 3.
  • liquid metal specifically liquid steel
  • Each plug drive 1 consists essentially of a liftable and lowerable lifting rod 4, which is connected to a boom 5.
  • the boom 5 can be connected to a plug 2, so that a lifting and
  • Boom 5 is transferred to the plug 2.
  • the lifting rod 4 can be moved either by the linear drive 10 or 16 by means of the hand lever.
  • the outflow from the distributor can be automated,
  • FIGS. 3 and 4 show a distributor of a continuous casting plant for flat products, specifically for slabs.
  • the distributor 3 of Figures 3 and 4 has a much greater height.
  • the plug drive 1 is shown in more detail.
  • the lifting rod 4, not shown, is at least partially surrounded by a housing 6, wherein the housing can be attached via the tub supports 8 to the manifold.
  • FIG. 6 also shows a visual height indicator 23 in the form of a ruler, so that an operator is given manual operation of the ruler
  • an indication of its location is available.
  • the operator is also provided with a digital indication of the plug opening.
  • FIG. 7 an operator is at the casting platform level, which manually sets the outflow from a distributor 3.
  • the operator moves by means of the hand lever 16, the lifting rod 4, wherein the dimensions of the lever lengths of the hand lever
  • the linear drive comprises an AC hollow shaft servo motor 12, a resolver 24, as
  • Ball screw as a push spindle 14.
  • the rotational movement of the rotor of the electric motor 12 is by the transmission 13 in a translational movement of the thrust spindle 14th
  • the mechanical connecting element 15 is connected to the lifting rod 4.
  • the hand lever 16 is via lever tabs 17 which extend over a rotatable ring 6 a on the housing. 6 support, connected to the lifting rod 4.
  • the ring 6a is axially secured on the housing, but rotatable by 180 °, so that an operator can take different positions relative to the plug drive.
  • the connecting element 15 is formed as a transverse pin, the form-fitting in one
  • Torque supports is secured against rotation.
  • the housing 6 is connected to a guide pin 18 oriented parallel to the longitudinal axis 11 of the lifting rod 4.
  • the guide pin 18 in conjunction with the guide portion 19 defines the allowable rotational movement of the boom 5 relative to the housing 6 positively, so that it is a form-fitting torque arm.
  • the guide portion 19 is formed as a groove, wherein the groove covers a segment of a concentric circle about the longitudinal axis 11.
  • Forming guide area as a circular bore.
  • the boom 5 is supported via the flange plate 28 and the support bolt 27 on the housing 6, wherein the
  • the Flange plate 28 is pressed against the cantilever 5 via the prestressable compression spring 21.
  • This torsional moments are frictionally supported so that it is a frictional torque arm.
  • the compression spring 21, whose position is determined on the one hand by a spring holder 25 and the other by a spring cup 26, not only serves to form a positive torque arm; Rather, the compression spring 21 also serves as
  • Weight balance device 21 which is the weight compensated for at least part of the plug drive 1.
  • FIG. 11 shows the anti-twist device of FIG. 9 in one
  • the weight compensation device 20 is designed as a prestressable compression spring 21, which is aligned parallel to the longitudinal axis 11. By the compression spring, the moving masses of the lifting rod 4, the boom 5 and the plug, not shown, partially compensated, so that the linear drive only a reduced force for
  • the compression spring 21 is held and guided on the underside by a spring holder 25 in the form of a threaded pin; on the top is the compression spring in a spring cup 26, so that a lateral deflection of the compression spring 21 is excluded.
  • FIG. 13 the connection between the linear drive 10 and the lifting rod 4 is shown enlarged.
  • the thrust spindle 14 via a mechanical connecting element 15, as a transverse to the longitudinal axis of the linear drive 10th
  • the cross pin engages in a flat transverse groove in the lifting rod 4, so that the thrust spindle 14 is pluggable connected to the lifting rod 4.
  • the power electronics -. a frequency converter - connects to the linear drive 10.
  • the connector has on the side facing away from the electric motor 12 two buttons, through which the thrust spindle 14 can be extended and retracted. This ensures that the linear drive 10 can be easily connected to the lifting rod 4.
  • FIG. 14 shows a schematic representation of the lifting forces F and stroke s of the linear drive 10 in the inventive control of the plug drive 1. Initially, the plug 2 is in the open position, wherein the vertical distance between the plug 2 and the hole stone s Ma x. Subsequently, the linear drive 10 is slower
  • the linear drive 10 presses the stopper 2, wherein at the time tg of the linear drive a position s > Reached so that the outflow from the distributor is opened.
  • Elasticities and mechanical games in the automated control of the plug drive is performed before casting, preferably before each casting, a continuous casting, wherein the effluent from the distributor passes as a metallurgical vessel via a dip tube in a mold.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Transmission Devices (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Stopfenantrieb (1), ein Verfahren zum Ausgleich von Elastizitäten bzw. Spielen bei der Ansteuerung des Stopfenantriebs (1) sowie die Verwendung des Stopfenantriebs (1). Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, einen preisgünstigen, kompakten, hochdynamischen Stopfenantrieb (1) mit guter Regelbarkeit als auch ein Verfahren zur Ansteuerung des Stopfenantriebs (1) darzustellen, mit dem gegebenenfalls vorhandene Elastizitäten oder mechanische Spiele im Stopfenantrieb (1) ausgeglichen werden können. Diese Aufgabe wird durch einen Stopfenantrieb (1) gelöst, bei dem der Linearantrieb (10) als eine bauliche Einheit ausgebildet ist, die einen Elektromotor (12), ein Getriebe (13) und eine Schubspindel (14) umfasst, wobei das Getriebe (13) zur Umsetzung einer Drehbewegung des Elektromotors (12) in eine translatorische Bewegung der Schubspindel (14) ausgebildet ist; und der Stopfenantrieb (1), vorzugsweise der Linearantrieb (10), eine Kraftmesseinrichtung zur Ermittlung einer Hubkraft und eine Wegemesseinrichtung (24) zur Ermittlung eines Hubwegs aufweist.

Description

Beschreibung
Elektromechanischer Stopfenantrieb Gebiet der Technik
Die vorliegende Erfindung betrifft einen elektromechanischen Stopfenantrieb, ein Verfahren zum Ausgleich von Elastizitäten und mechanischen Spielen bei der automatisierten Ansteuerung des Stopfenantriebs sowie die Verwendung des Stopfenantriebs.
Konkret betrifft die Erfindung einen Stopfenantrieb zum
Verschieben eines Stopfens, wodurch der Ausfluss aus einem metallurgischen Gefäß, beispielsweise eines Gießverteilers, verändert werden kann, aufweisend
eine Hubstange zum Heben und Senken eines Auslegers, wobei der Ausleger auskragend an der Hubstange befestigt ist und der Stopfen am Ausleger befestigt werden kann;
ein stationäres Gehäuse das einen Längsabschnitt der Hubstange zumindest teilweise umschließt und das Gehäuse über eine Wannenhalterung mit dem metallurgischen Gefäß verbunden werden kann; und
einen elektromechanischen Linearantrieb zum Verschieben der Hubstange gegenüber dem Gehäuse, wobei die Längsachsen des Linearantriebs und der Hubstange koaxial ausgerichtet sind .
Stopfenantriebe zum Heben und Senken eines typischerweise länglichen Verschlussorgans, dem sogenannten Stopfen, wodurch der Ausfluss aus einem Schmelzengefäß verändert werden kann, sind dem Fachmann aus unterschiedlichen Gebieten der
Sekundärmetallurgie und der Gießereitechnik bekannt,
insbesondere dem Stranggießen und dem Zweiwalzengießen. Weiters betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Ausgleich von Elastizitäten und mechanischen Spielen bei der
automatisierten Ansteuerung eines Stopfenantriebs. Schließlich betrifft die Erfindung die Verwendung des
erfindungsgemäßen Stopfenantriebs zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens . Stand der Technik
Aus der EP 1 426 126 Bl der S.E.R.T. ist ein Stopfenantrieb mit einer Hubstange, einem stationäres Gehäuse und einem elektromechanischen Linearantrieb zum Heben und Senken der Hubstange bekannt, wobei der Linearantrieb aus einem
Elektromotor und einem Getriebe zur Umsetzung der
rotatorischen Bewegung des Elektromotors in eine
translatorische Bewegung gebildet wird. Durch die sogenannte „in-line" Anordnung des Elektromotors und der Hubstange wird die Hubkraft des Linearantriebs optimiert in die Hubstange eingeleitet. Um die Investitionskosten pro Verteilerwagen niedrig zu halten, ist es möglich, vor einem Verteilerwechsel den Elektromotor mittels einer Kupplung, die als
Baj onettverschluss ausgeführt ist, vom Getriebe und der
Hubstange abzukoppeln. Somit kann der Elektromotor inkl. der Ansteuerelektrik auf dem Verteilerwagen verbleiben, sodass der Elektromotor mit einem Getriebe eines Stopfenantriebs, der dem neuen Verteiler zugeordnet ist, wieder verbunden werden kann. Durch die bauliche Trennung von Motor und
Getriebe werden die Herstellungskosten und die Baulänge des Linearantriebs erhöht, sodass diese Lösung aufgrund der
Baulänge oftmals nicht in Stranggießanlagen für Langprodukte eingesetzt werden kann. Außerdem wird durch die bauliche Trennung und die zwingend erforderliche Kupplung zwischen dem Elektromotor und dem Getriebe das Massenträgheitsmoment erhöht. Somit muss aber bei einer geforderten Mindestdynamik des Linearantriebs das Antriebsmoment und daher auch die Baugröße des Motors gesteigert werden, was sich allerdings wiederum negativ auf die Kompaktheit des Stopfenantriebs auswirkt.
Aus der EP 1 819 466 Bl der Danieli ist ebenfalls ein
Stopfenantrieb mit einer Hubstange, einem stationären Gehäuse und einem elektromechanischen Linearantrieb bekannt, wobei der Linearantrieb aus einem Elektromotor und einem Getriebe zur Umsetzung der rotatorischen Bewegung des Elektromotors in eine translatorische Bewegung gebildet wird. Bei dieser
Lösung kann allerdings der Linearantrieb nicht von der
Hubstange abgenommen werden, sodass jeder Verteiler mit einem kompletten Stopfenantrieb inklusive Elektromotor ausgeführt werden muss, wodurch die Anschaffungskosten wesentlich erhöht werden .
Zusammenfassung der Erfindung
Die Aufgabe der Erfindung ist es, die Nachteile des Stands der Technik zu überwinden und einen preisgünstigen,
kompakten, hochdynamischen Stopfenantrieb mit guter
Regelbarkeit als auch ein Verfahren zur Ansteuerung des
Stopfenantriebs darzustellen, mit dem gegebenenfalls
vorhandene Elastizitäten oder Lagerspiele im Stopfenantrieb ausgeglichen werden können. Durch die Kompaktheit soll es möglich sein, den Stopfenantrieb sowohl für Stranggießanlagen für Lang- (z.B. Knüppel-, Vorprofil- oder Vorblockanlagen) und Flachprodukte (z.B. Brammenanlagen) zu verwenden. Durch die hohe Dynamik soll eine gute Regelbarkeit des
Stopfenantriebs erreicht werden, sodass der Stopfenantrieb rasch eine Sollposition anfahren bzw. einen Solldurchfluss aus dem metallurgischen Gefäß einstellen kann. Schließlich soll der Stopfenantrieb kostengünstig darstellbar sein.
Diese Aufgabe wird durch einen Stopfenantrieb der eingangs genannten Art gelöst, bei dem
- der Linearantrieb als eine bauliche Einheit ausgebildet ist, die einen Elektromotor, vorzugsweise einen Hohlwellen- Servomotor mit einer Gleich-, Wechsel- oder Drehstromanspeisung, ein Getriebe, vorzugsweise eine Kugelumlaufspindel oder eine Spindelmutter, und eine Schubspindel umfasst, wobei das Getriebe zur Umsetzung der Drehbewegung des Elektromotors in eine translatorische Bewegung der Schubspindel ausgebildet ist; und - der Stopfenantrieb, vorzugsweise der Linearantrieb, eine Kraftmesseinrichtung zur Ermittlung einer Hubkraft und eine Wegemesseinrichtung zur Ermittlung eines Hubwegs aufweist. Durch die vertikale Verschiebung des Stopfens kann der
Durchfluss aus dem metallurgischen Gefäß entweder geschlossen (Null Durchfluss) , vollständig geöffnet (voller Durchfluss) bzw. auf jeden beliebigen Durchflusswert dazwischen
eingestellt werden. Der Linearantrieb, umfassend den
Elektromotor, das Getriebe und die Schubspindel, ist als eine integrierte bauliche Einheit ausgebildet, wodurch sich ein besonders kompakter Linerantrieb mit einer geringen Baulänge und einem kleinen Massenträgheitsmoment ergibt; weiters kann der Linearantrieb einfach montiert und demontiert werden. Da der Elektromotor bei einem Verteilerwechsel nicht vom
Getriebe getrennt wird, ist es i.A. nicht erforderlich, bei der Montage des Linearantriebs den schnelllaufenden Elektro¬ motor exakt mit der Getriebeeingangswelle auszurichten. Durch das geringe Massenträgheitsmoment des Linearantriebs wird die Gießspiegelregelung verbessert, wodurch die Qualität der stranggegossenen Produkte gesteigert werden kann. Damit die Anpresskraft des Stopfens an das metallurgische Gefäß und die Verschiebung des Stopfens bzw. der Hubstange ermittelt werden kann, weist der Stopfenantrieb, vorzugsweise der
Linearantrieb selbst, eine Kraftmesseinrichtung zur
Ermittlung der Hubkraft und eine Wegmesseinrichtung auf.
Es ist vorteilhaft, dass die Wegmesseinrichtung als ein
Drehgeber ausgebildet ist, wobei der Drehgeber
signaltechnisch mit einem Rotor des Elektromotors verbunden ist und der Drehgeber zwei phasenverschobene Ausgangssignale zur Ermittlung der Drehzahl und der Drehrichtung des Rotors ausgeben kann. Derartige Drehgeber sind dem Fachmann auch unter dem Begriff „Resolver" bekannt. Der Resolver kann auf kompakte Weise vollständig in die bauliche Einheit des
Linerantriebs integriert werden, ohne dass dessen Baulänge erhöht wird. Alternativ ist es natürlich ebenfalls möglich, z.B. die Schubspindel, die Hubstange, den Ausleger oder sogar den Stopfen selbst mit einer Wegmesseinrichtung zur
Bestimmung des Hubwegs auszubilden.
Es ist vorteilhaft, dass die Kraftmesseinrichtung als eine Strommesseinrichtung ausgebildet ist. Die
Strommesseinrichtung misst dabei entweder im Elektromotor selbst oder vorzugsweise in einer Leistungselektronik, die dem Elektromotor zugeordnet ist, zumindest einen Motorstrom. Aus dem Motorstrom kann auf das Drehmoment des Motors rückgeschlossen werden, wobei das Drehmoment über das
Getriebe die Hubkraft des Linearantriebs definiert. Auch bei dieser Ausführungsform kann die Kraftmesseinrichtung
vollständig in den Elektromotor bzw. dessen
Leistungselektronik integriert werden, ohne dass die Baulänge des Linearantriebs erhöht wird. Dazu alternativ könnte z.B. die Hubstange eine Kraftmesseinrichtung zur Ermittlung der Hubkraft aufweisen.
Damit die Montage bzw. Demontage des Linearantriebs einfach möglich ist, ist es vorteilhaft, wenn entweder das Gehäuse des Linearantriebs oder ein elektrischer Verbindungsstecker, der eine Leistungselektronik mit dem Linearantriebs verbinden kann, zumindest zwei Schalter (z.B. Tastschalter) zum Ein- und Ausfahren der Schubspindel aufweisen. Dadurch kann der Hub des Lineantriebs rasch an unterschiedliche Stellungen der Hubstange angepasst werden.
Damit ein Stopfenwechsel rasch durchgeführt werden kann, ist der Stopfen an einem Ende des Auslegers lösbar befestigt.
Um eine möglichst spielfreie Führung der in vertikaler
Richtung verschieblichen Hubstange zu ermöglichen, ist es vorteilhaft, zwischen dem Gehäuse und der Hubstange zumindest ein, bevorzugt mindestens zwei, Führungselemente vorzusehen. Als Führungselemente kommen beispielsweise Linearkugellager, Führungsringe, Gleitlager, federbelastete bzw. vorgespannte Führungsrollen bzw. -kugeln in Frage. Um ein manuelles Verschieben des Stopfens bzw. der Hubstange zu ermöglichen, greift ein Handhebel über eine Hebellasche, die am Gehäuse gelenkig abgestützt ist, in die Hubstange ein, sodass die Hubstange mittels des Handhebels manuell
verschoben werden kann. Vorzugsweise weist dieser Mechanismus eine Kraftübersetzung i von 3 -S i -S 10, bevorzugt 5 -S i -S 8, auf, sodass der Bediener den Stopfen mit geringer
Kraftanstrengung verschieben kann. Vorzugsweise ist der Handhebel abnehmbar, und bevorzugt um zumindest 180° schwenkbar, ausgebildet. Dadurch kann der Bediener bei der manuellen Bedienung unterschiedliche
Positionen zum metallurgischen Gefäß einnehmen. Damit das Bedienpersonal, insbesondere bei der manuellen
Bedienung der Hubstange, eine Indikation der Stopfenposition hat, weist das Gehäuse eine visuelle Höhenanzeige, z.B. in Form eines Lineals, für die Position der Hubstange auf. Nach dem Stand der Technik kann bei der oben genannten „inline" Anordnung des Linearantriebs und der Hubstange ein Torsionsmoment, das in Richtung der Längsachse der Hubstange wirkt und beispielsweise von einem exzentrischen Aufsetzen des Stopfens auf der Auslassöffnung, dem sogenannten
Lochstein, des metallurgischen Gefäßes herrührt, lediglich über Führungselemente bzw. den Linearantrieb selbst auf das Gehäuse übertragen werden. Im ersten Fall ist es i.A.
erforderlich, den Querschnitt der Hubstange eckig
auszuführen, damit ein Torsionsmoment von der Hubstange auf ein Führungselement übertragen werden kann. Im zweiten Fall muss der Linearantrieb stärker ausgeführt sein, was sich negativ auf dessen Kompaktheit auswirkt.
Erfindungsgemäß weist der Stopfenantrieb eine reibschlüssige und/oder eine formschlüssige Drehmomentenstütze auf.
Die formschlüssige Drehmomentenstütze erfolgt über einen parallel zur Längsachse der Hubstange ausgerichteten Führungsbolzen, der mit dem Gehäuse verbunden ist, und einen Führungsbereich (z.B. eine Führungsnut oder eine
Führungsbohrung) im Ausleger zur Führung des Führungsbolzens. Durch den Führungsbolzen und den Führungsbereich wird die Verdrehbarkeit des Auslegers gegenüber dem Gehäuse
formschlüssig definiert.
Die reibschlüssige Drehmomentenstütze erfolgt über einen parallel zur Längsachse der Hubstange ausgerichteten
Stützbolzen, der den Ausleger gegenüber dem Gehäuse abstützt. Dabei wird der Stützbolzen, vorzugsweise durch eine
Druckfeder, gegen den Ausleger gepresst, sodass über die Reibung zwischen dem Stützbolzen bzw. einer Flanschplatte, die mit dem Stützbolzen verbunden ist, und der Stützbolzen die Verdrehbarkeit des Auslegers gegenüber dem Gehäuse reibschlüssig definiert.
Durch diese Maßnahmen werden einfache Drehmomentenstützen für den Ausleger geschaffen; außerdem kann der Querschnitt der Hubstange beliebig - insbesondere auch rund - ausgeführt werden, sodass die Herstellkosten sinken und aufwändige
Führungsrollen bzw. -kugeln zwischen der Hubstange und dem Gehäuse entfallen können. Es ist möglich, die reibschlüssige und die formschlüssige Drehmomentenstütze jeweils einzeln oder in Kombination miteinander zu verwenden.
Der Linearantrieb kann besonders leistungsarm und kompakt ausgeführt werden, wenn der Ausleger mit einer
Gewichtsausgleichseinrichtung zum Ausgleich der Gewichtskraft zumindest eines Teiles der bewegten Massen des
Stopfenantriebs verbunden ist, und sich die
Gewichtsausgleichsvorrichtung am Gehäuse abstützt. Dadurch wird zumindest ein Teil der Gewichtskraft der bewegten Massen des Stopfenantriebs, d.h. der Hubstange, des Auslegers und des Stopfens, kompensiert. Es ist vorteilhaft, wenn die Gewichtsausgleichseinrichtung eine - insbesondere vorspannbare - mechanische, pneumatische oder hydraulische Druckfeder aufweist. Besonders effizient ist die Gewichtskompensation dann, wenn die Längsachse der Druckfeder parallel zur Richtung der Hubstange, d.h. vertikal, ausgerichtet ist.
Bei einer einfachen Ausführungsform, ist die Position der Druckfeder durch einen Federtopf und einen Federhalter festgelegt, wobei vorzugsweise der Federtopf mit dem
Stützbolzen und der Federhalter mit dem Gehäuse verbunden ist. Der Federhalter führt die Druckfeder an dessen innerer Mantelfläche; der Federtopf führt die Drehfeder an dessen äußerer Mantelfläche.
Um eine übermäßige Wärmebelastung des Auslegers bzw. des Linearantriebs zu verhindern, ist es vorteilhaft, wenn ein Längsabschnitt des Auslegers und/oder der Linearantrieb von einem Strahlungsschutzblech zumindest teilweise umschlossen ist .
Zur raschen Verbindung bzw. Trennung des Linearantriebs von der Hubstange ist es vorteilhaft, wenn die Schubspindel mittels eines mechanischen Verbindungselements steckbar mit der Hubstange verbindbar ist. Durch das steckbare mechanische Verbindungselement (z.B. einen Zapfen, der mittels Gewinde mit der Schubspindel verbunden ist, der z.B. in eine Quernut in der Hubstange eingreift) , kann der Linearantrieb einfach und rasch durch An- bzw. Abstecken montiert bzw. demontiert werden. Alternativ kann der Antrieb auch auf dem
Stopfenantrieb verbleiben, sodass nur der elektrische
Verbindungsstecker verbunden werden muss.
Die erfindungsgemäße Aufgabe wird auch durch ein Verfahren zum Ausgleich von Elastizitäten und mechanischen Spielen be der automatisierten Ansteuerung eines Stopfenantriebs gelöst, das folgende Verfahrensschritte aufweist:
- Einfahren des Linearantriebs bis der Stopfen auf einem Lochstein eines metallurgischen Gefäßes aufsetzt;
- Auslesen der Position des Linearantriebs So;
- Einfahren des Linearantriebs bis der Stopfen mit einer Nennkraft FNenn gegen den Lochstein gepresst wird;
- Halten des Linearantriebs bei der Nennkraft FNenn für eine Haltezeit tHaiten ;
- Entlasten des Linearantriebs, sodass der Stopfen mit einer Kraft 0.2 FNenn < F < 0.& FNem gegen den Lochstein gepresst wird;
- Füllen des metallurgischen Gefäßes, beispielsweise eines Verteilers, mit metallischer Schmelze;
- Ausfahren des Linearantriebs auf eine Soll-Position
SSoll > *o ·
Unter dem Einfahren bzw. Schließen des Linearantriebs wird das Verschieben der Schubspindel verstanden, wobei der
Linearantrieb verkürzt wird; analog wird unter dem Ausfahren bzw. Öffnen des Linearantriebs das Verlängern des
Linearantriebs verstanden. Unter der Nennkraft FNenn wird eine Anpresskraft des Stopfens an den Lochstein verstanden, die der Linearantrieb aufbringen kann, ohne dass der Stopfen, der Lochstein oder der Linearantrieb selbst Schaden erleidet.
Beispielsweise kann das Einfahren des Linearantriebs bis der Stopfen mit einer Nennkraft FNenn gegen den Lochstein gepresst wird, das Halten des Linearantriebs bei der Nennkraft FNenn, und das Entlasten des Linearantriebs, sodass der Stopfen mit einer Kraft 0.2 FNenn < F < 0.& FNem gegen den Lochstein gepresst wird, durch eine Kraftgrenzwertregelung oder durch eine der Positionsregelung überlagerte Kraftregelung realisiert werden . Durch das Einfahren des Linearantriebs bis der Stopfen auf dem Lochstein des metallurgischen Gefäßes aufsetzt und das Auslesen der Position des Linearantriebs So beim Aufsetzen wird über die Position des Linearantriebs So eine Referenz¬ position des Stopfens gegenüber dem metallurgischen Gefäß erfasst. Die Position So des Linearantriebs ist deshalb wichtig, weil bei So der Stopfen den Ausfluss aus dem
metallurgischen Gefäß freigibt.
Anschließend wird der Linearantrieb weiter eingefahren bis der Stopfen mit der Nennkraft FNenn gegen den Lochstein gepresst wird. Durch das Halten des Linearantriebs bei der Nennkraft FNenn für eine Haltezeit tHaiten wird ein „Setzen" des Stopfens im Lochstein bewirkt.
Durch das anschließende Entlasten des Linearantriebs, bei der der Stopfen mit einer Kraft 0.2 FNenn < F < 0.8 FNenn gegen den Lochstein gepresst wird, wird der Linearantrieb thermisch entlastet, wobei der Stopfen jedoch immer noch sicher den Lochstein abdichtet.
Das Füllen des metallurgischen Gefäßes, z.B. des Verteilers, kann entweder bereits während der Haltezeit tHaiten oder während des Entlastens beginnen.
Schließlich wird der Linearantrieb auf eine Soll-Position Ssoii > So ausgefahren, wobei der Ausfluss bei der Position s=So aus dem metallurgischen Gefäß geöffnet wird.
Durch das erfindungsgemäße Verfahren wird eine konstante Ausflussmenge aus dem metallurgischen Gefäß auch bei mehreren Angießvorgängen sichergestellt, wobei beim Öffnen des
Ausflusses aus dem metallurgischen Gefäß durch das Ausfahren des Linearantriebs auf eine Soll-Position sSon der
Linearantrieb relativ zu So um As geöffnet wird, d.h. sSoii = So + As. Soll zum Beispiel der Stopfen z.B. um 3 mm gegenüber dem Lochstein angehoben werden, so wird der Stopfen gegenüber So um 3mm angehoben. Mit anderen Worten wird der
Linearantrieb beim Ausfahren auf eine Position sSoii
ausgefahren, bei der der Abstand zwischen sSon und So auch bei mehreren Angießvorgängen konstant bleibt. Somit wird selbst bei anderen (z.B. ausgewechselten) metallurgischen Gefäßen bzw. anderen Stopfenantrieben eine konstant genaue Ausflussmenge aus dem sich ändernden metallurgischen Gefäßen sichergestellt .
Für typische Stopfenantriebe ist es zweckmäßig, dass die Haltezeit 2 s < tHalten < 60 s , bevorzugt 5s < tHalten < 20s , beträgt.
Dadurch wird sichergestellt, dass sich der Stopfen in dem Lochstein setzt, wodurch mechanische Rauhigkeiten zwischen dem Stopfen und dem Lochstein reduziert werden.
Um den Stopfenantrieb, den Stopfen und das metallurgische
Gefäß nicht zu überlasten ist es vorteilhaft, dass die
Nennkraft FNenn kleiner gleich dem Minimum
- der maximal zulässigen Anpresskraft des Stopfens an den
Lochstein; und
- der maximalen Schließkraft des Linerantriebs
ist . Es ist vorteilhaft, den Stopfenantrieb nach einem der
Ansprüche 1 bis 10 in einer Stranggießanlage zur Erzeugung von stranggegossenen Strängen aus Stahl zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 11 bis 12 zu verwenden. Dadurch werden mechanische Spiele und Elastizitäten bei der Ansteuerung kompensiert, sodass die Regelgenauigkeit des Stopfenantriebs erhöht wird.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen Weitere Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung nicht einschränkender Ausführungsbeispiele, wobei auf die folgenden Figuren Bezug genommen wird, die Folgendes zeigen:
Fig 1 und 2 je eine perspektivische Darstellung eines
Verteilers für eine sechssträngigen Stranggießmaschine für Langprodukte Fig 3 und 4 je eine perspektivische Darstellung eines
Verteilers für eine Stranggießmaschine für Flachprodukte
Fig 5, 6 und 8 je eine perspektivische Darstellung eines erfindungsgemäßen Stopfenantriebs
Fig 7 eine Darstellung eines Stopfenantriebs für
Flachprodukte, der von einem Bedienmann manuell bedient werden kann Fig 9 eine Darstellung des Details Y von Fig 8 Fig 10 eine Darstellung des Details Z von Fig 8 Fig 11 eine Schnittdarstellung zu Fig 9
Fig 12 eine Draufsicht auf einen Stopfenantrieb
Fig 13 eine Darstellung der Verbindung zwischen dem
Linearantrieb und der Hubstange
Fig 14 ein Diagramm für den Hubweg und die Hubkraft über der Zeit für das erfindungsgemäße Verfahren bei der Ansteuerung eines Stopfenantriebs In den Fig 1 und 2 ist ein Gießverteiler einer sechssträngigen Stranggießanlage für Langprodukte dargestellt. Um die Übersichtlichkeit zu erhöhen, wurden lediglich zwei Stopfenantriebe 1 abgebildet. Jeder Stopfenantrieb 1 dient dazu, den Ausfluss an flüssigem Metall, konkret flüssigem Stahl, aus dem Verteiler 3 einzustellen. Somit kann der
Durchfluss von flüssigem Stahl durch eine nicht dargestellte Öffnung im Verteilerboden vollständig geschlossen,
vollständig geöffnet, oder auf einen beliebigen Wert
dazwischen eingestellt werden. Jeder Stopfenantrieb 1 besteht im Wesentlichen aus einer heb- und senkbaren Hubstange 4, die mit einem Ausleger 5 verbunden ist. Der Ausleger 5 kann mit einem Stopfen 2 verbunden werden, sodass eine Heb- und
Senkbewegung der Hubstange 2 auf den Ausleger 5, und vom
Ausleger 5 auf den Stopfen 2 übertragen wird. Die Hubstange 4 kann entweder durch den Linearantrieb 10 oder mittels des Handhebels 16 verschoben werden. Durch den Linearantrieb 10 kann der Ausfluss aus dem Verteiler automatisiert,
beispielsweise durchflussgeregelt, eingestellt werden.
Hingegen wird durch den Handhebel 16 der Ausfluss aus dem Verteiler 3 manuell eingestellt. Hierzu ist sowohl der
Linearantrieb 10 als auch der Handhebel 16 mit der Hubstange 4 verbunden. Aus den Darstellungen der Fig 1 und 2 geht hervor, dass der Verteiler 3 einer Stranggießanlage für
Langprodukte relativ niedrig baut, sodass der Linearantrieb 10 - der im konkreten Fall „in-line" mit der Längsachse 11 der Hubstange 4 angeordnet ist - besonders kompakt ausgeführt sein muss .
Die Fig 3 und 4 zeigen einen Verteiler einer Stranggießanlage für Flachprodukte, konkret für Brammen. Im Gegensatz zum Verteiler der Fig 1 und 2, weist der Verteiler 3 der Fig 3 und 4 eine wesentlich größere Bauhöhe auf.
In den Fig 5, 6 und 8 ist der Stopfenantrieb 1 detaillierter dargestellt. Die nicht näher dargestellte Hubstange 4 ist zumindest abschnittweise von einem Gehäuse 6 umgeben, wobei das Gehäuse über die Wannenhalterungen 8 an dem Verteiler befestigt werden kann. Der Stopfen 2, der aus feuerfestem
Material (z.B. keramischem Material) besteht, ist über eine Schraubverbindung am äußeren Ende des Auslegers 5 befestigt. Zwischen dem Gehäuse 6 und der Hubstange 4 sind zwei Führungselemente integriert, sodass eine genaue, reibungsarme Führung der Hubstange gewährleistet ist. Um den Ausleger 5 bzw. den Linearantrieb 10 vor unzulässigen Temperaturen durch das flüssige Metall im Inneren des Verteilers, dem Tauchrohr oder dem Stahlbad der Kokille, zu schützen, sind
Strahlungsschutzbleche 22 vorgesehen, die diese Bauteile vor Strahlungswärme schützen. In der Fig 6 ist weiters eine visuelle Höhenanzeige 23 in Form eines Lineals dargestellt, sodass einem Bedienmann bei der manuellen Bedienung des
Stopfens 2, sowie auch im Automatikbetrieb, eine Indikation über dessen Lage zur Verfügung steht. Vorzugsweise wird dem Bedienpersonal auch eine digitale Anzeige der Stopfenöffnung zur Verfügung gestellt.
In der Fig 7 steht ein Bedienmann auf Gießbühnenniveau, der den Ausfluss aus einem Verteiler 3 manuell einstellt. Der Bediener verschiebt mittels des Handhebels 16 die Hubstange 4, wobei durch die Abmessungen der Hebellängen des Handhebels
16 und der Hebellaschen 17 eine Kraftverstärkung von ca. 8 erzielt wird. Weiters kann der Handhebel 17 einfach von der Hebellasche 16 abgenommen werden, sodass der Handhebel beim Abheben des Verteilers 3 mittels eines nicht dargestellten Krans keine Behinderung darstellt. Um die manuelle
Handhebelbedienung weiter zu vereinfachen, ist der Handhebel
17 um ±90° schwenkbar (siehe Fig 12) ausgebildet.
In den Fig 10 und 13 sind der Linearantrieb 10 und die
Anbindung des Linearantriebs 10 an die Hubstange 4 näher dargestellt. Der Linearantrieb umfasst einen Wechselstrom Hohlwellen-Servomotor 12, einen Resolver 24, ein als
Spindelmutter ausgeführtes Getriebe 13, und eine
Kugelrollspindel als Schubspindel 14. Die Drehbewegung des Rotors des Elektromotors 12 wird durch das Getriebe 13 in eine translatorische Bewegung der Schubspindel 14
umgewandelt, wobei die Schubspindel 14 mittels eines
mechanischen Verbindungselements 15 mit der Hubstange 4 verbunden ist. Der Handhebel 16 ist über Hebellaschen 17, die sich über einen drehbaren Ring 6a auf dem Gehäuse 6 abstützen, mit der Hubstange 4 verbunden. Der Ring 6a ist axial auf dem Gehäuse gesichert, jedoch um 180° drehbar, sodass ein Bediener unterschiedliche Positionen gegenüber dem Stopfenantrieb einnehmen kann. Das Verbindungselement 15 ist als Querstift ausgebildet, der formschlüssig in eine
ebenfalls quer zur Längsachse 11 ausgerichtete Nut in der Hubstange 4 eingreift. Nähere Details hierzu sind den Fig 10 und 13 zu entnehmen. In Fig 9 ist die Verdrehsicherung des Auslegers 5
dargestellt, wobei der Ausleger 5 mittels zweier
Drehmomentenstützen gegen Verdrehung gesichert wird. Zum Einen ist das Gehäuse 6 mit einem parallel zur Längsachse 11 der Hubstange 4 ausgerichteten Führungsbolzen 18 verbunden. Der Führungsbolzen 18 in Verbindung mit dem Führungsbereich 19 definiert die zulässige Drehbewegung des Auslegers 5 gegenüber dem Gehäuse 6 formschlüssig, sodass es sich dabei um eine formschlüssige Drehmomentenstütze handelt. Im
darggestellten Fall ist der Führungsbereich 19 als Nut ausgebildet, wobei die Nut ein Segment eines konzentrischen Kreises um die Längsachse 11 abdeckt. Durch diese Wahl des Führungsbereichs wird eine begrenzte Verdrehung des Auslegers gegenüber dem Gehäuse zugelassen, was vorzugsweise bei
Verteilern für Langprodukte verwendet wird (siehe auch Fig 12, wobei die verdrehten Positionen strichliert gezeichnet sind) . Alternativ wäre es ebenfalls möglich, den
Führungsbereich als eine kreisförmige Bohrung auszubilden. Zum Anderen stützt sich der Ausleger 5 über die Flanschplatte 28 und den Stützbolzen 27 am Gehäuse 6 ab, wobei die
Flanschplatte 28 über die vorspannbare Druckfeder 21 gegen den Ausleger 5 gepresst wird. Damit werden Torsionsmomente reibschlüssig abgestützt, sodass es sich dabei um eine reibschlüssige Drehmomentenstütze handelt. Die Druckfeder 21, deren Position einerseits durch einen Federhalter 25 und andererseits durch einen Federtopf 26 festgelegt ist, dient nicht nur dazu, eine formschlüssige Drehmomentenstütze auszubilden; vielmehr dient die Druckfeder 21 auch als
Gewichtsausgleichseinrichtung 21, welche die Gewichtskraft zumindest eines Teils des Stopfenantriebs 1 kompensiert.
Durch die Gewichtskompensation, kann der Linearantrieb kompakter und leistungsärmer ausgeführt werden. Fig 11 zeigt die Verdrehsicherung von Fig 9 in einer
Schnittdarstellung. Die Gewichtsausgleichvorrichtung 20 ist als vorspannbare Druckfeder 21 ausgebildet, die parallel zur Längsachse 11 ausgerichtet ist. Durch die Druckfeder werden die bewegten Massen der Hubstange 4, des Auslegers 5 und des nicht dargestellten Stopfens teilweise kompensiert, sodass der Linearantrieb lediglich eine reduzierte Kraft zur
Verschiebung aufbringen muss. Die Druckfeder 21 wird auf der Unterseite von einem Federhalter 25 in Form eines Zapfens mit Gewinde gehalten und geführt; auf der Oberseite befindet sich die Druckfeder in einem Federtopf 26, sodass ein seitliches Ausweichen der Druckfeder 21 ausgeschlossen wird.
In Fig 13 ist die Verbindung zwischen dem Linearantrieb 10 und der Hubstange 4 vergrößert dargestellt. Dabei ist die Schubspindel 14 über ein mechanisches Verbindungselement 15, das als ein quer zur Längsachse des Linearantriebs 10
liegender Querstift ausgebildet ist, mit der Hubstange 4 verbunden. Der Querstift greift in eine ebenenfalls quer liegende Nut in der Hubstange 4 ein, sodass die Schubspindel 14 steckbar mit der Hubstange 4 verbunden ist. Nicht näher dargestellt ist ein elektrischer Verbindungsstecker, der die Leistungselektronik - z.B. einen Frequenzumrichter - mit dem Linearantrieb 10 verbindet. Der Verbindungsstecker weist auf der dem Elektromotor 12 abgewandten Seite zwei Taster auf, durch die die Schubspindel 14 ein- und ausgefahren werden kann. Dadurch wird sichergestellt, dass der Linearantrieb 10 einfach mit der Hubstange 4 verbunden werden kann.
Fig 14 zeigt eine schematische Darstellung der Hubkräfte F und Hubwege s des Linearantriebs 10 bei der erfindungsgemäßen Ansteuerung des Stopfenantriebs 1. Anfangs befindet sich der Stopfen 2 in der geöffneten Stellung, wobei der vertikale Abstand zwischen dem Stopfen 2 und dem Lochstein sMax beträgt. Anschließend wird der Linearantrieb 10 mit langsamer
Geschwindigkeit eingefahren, wobei der Linearantrieb 10 die Abwärtsbewegung des Stopfens 2 abbremst. Beim Abbremsen des Stopfens nimmt der Linearantrieb 10 im Wesentlichen die
Gewichtskraft der bewegten Massen des Stopfenantriebs 1 und des Stopfens 2 auf, d.h. der Linerantrieb drückt auf die Hubstange. Zum Zeitpunkt to setzt der Stopfen 2 auf dem
Lochstein auf, wobei zu diesem Zeitpunkt die Position des Linearantriebs auf So=0 zurückgesetzt wird. Das weitere
Einfahren des Linearantriebs zwischen ti und t2 bewirkt, dass der Antrieb 10 entlastet wird, sodass die Kraft der bewegten Massen vom Lochstein aufgenommen wird; weiters werden in dieser Phase die ggf. im Stopfenantrieb vorhandenen
mechanischen Spiele überwunden. Zum Zeitpunkt t2 kehrt sich die Last am Linearantrieb 10 um, d.h. dass der Linearantrieb 10 den Stopfen 2 gegen den Lochstein anpresst. Durch das weitere Einfahren des Linearantriebs 10 steigt die Kraft F im Linearantrieb an, wobei das Schließen des Linearantriebs 10 bei Erreichen von F = FNenn zum Zeitpunkt t3 gestoppt wird. Das Anpressen mit FNenn wird für eine Zeitspanne tHaiten = 5 s aufrecht gehalten, sodass sich der Stopfen 2 im Lochstein „setzen" kann. Anschließend wird zum Zeitpunkt t4 die
Anpresskraft auf Fi = 0.6*FNenn reduziert, wobei der Stopfen 2 aber nach wie vor sicher den Lochstein abdichtet. Durch die Reduktion der Anpresskraft fährt der Linearantrieb von der Position Si auf die Position s2 auf. Durch diese
Kraftreduktion wird auch der Linearantrieb geringer thermisch belastet. Dieser Zustand mit Fi = 0.6*FNenn wird beim Füllen des Verteilers zwischen den Zeitpunkten ts und te
aufrechterhalten; es wäre jedoch auch möglich, mit dem Füllen des Verteilers während der Zeitspanne tHaiten zu beginnen. Kurz vor dem Gießbeginn wird der Stopfen 2 zum Zeitpunkt te durch den Linearantrieb 10 weiter ausgefahren. Zwischen den
Zeitpunkten t7 und ts werden die ggf. vorhandene mechanischen Spiele bzw. Elastizitäten im Stopfenantrieb 1 überwunden. Ab dem Zeitpunkt ts drückt der Linearantrieb 10 den Stopfen 2 auf, wobei zum Zeitpunkt tg der Linearantrieb eine Position s > So erreicht, sodass der Ausfluss aus dem Verteiler geöffnet wird .
Das erfindungsgemäße Verfahren zum Ausgleich der
Elastizitäten und mechanischen Spiele bei der automatisierten Ansteuerung des Stopfenantriebs wird vor dem Angießen, vorzugsweise vor jedem Angießen, einer Stranggießanlage durchgeführt, wobei der Ausfluss aus dem Verteiler als metallurgischem Gefäß über ein Tauchrohr in eine Kokille gelangt.
Bezugs zeichenliste
1 Stopfenantrieb
2 Stopfen
3 Verteiler
4 Hubstange
5 Ausleger
6 Gehäuse
6a Verdrehbarer Ring
8 annenhalterung
9 Führungselement
10 Linearantrieb
11 Längsachse
12 Elektromotor
13 Getriebe
14 Schubspindel
15 Verbindungselement
16 Handhebel
17 Hebellasche
18 Führungsbolzen
19 Führungsbereich
20 Gewichtsausgleichsvorrichtung
21 Druckfeder
22 Strahlungsschutzblech
23 Höhenanzeige
24 Resolver
25 Federhalter
26 Federtopf
27 Stützbolzen
28 Flanschplatte
F Hubkraft
s Hubweg
t Zeit

Claims

Ansprüche
1. Stopfenantrieb (1) zum Verschieben eines Stopfens (2), wodurch der Ausfluss aus einem metallurgischen Gefäß (3) verändert werden kann, aufweisend
- eine Hubstange (4) zum Heben und Senken eines Auslegers (5), wobei der Ausleger (5) auskragend an der Hubstange (4) befestigt ist und der Stopfen (2) am Ausleger (5) befestigt werden kann;
- ein stationäres Gehäuse (6) das einen Längsabschnitt der
Hubstange (4) zumindest teilweise umschließt, wobei das
Gehäuse (6) über eine Wannenhalterung (8) mit dem
metallurgischen Gefäß (3) verbunden werden kann;
- einen elektromechanischen Linearantrieb (10) zum
Verschieben der Hubstange (4) gegenüber dem Gehäuse (6), wobei die Längsachsen (11) des Linearantriebs (10) und der Hubstange (4) koaxial ausgerichtet sind; dadurch
gekennzeichnet,
dass der Linearantrieb (10) als eine bauliche Einheit ausgebildet ist, die einen Elektromotor (12), ein Getriebe (13) und eine Schubspindel (14) umfasst, wobei das Getriebe (13) zur Umsetzung einer Drehbewegung des Elektromotors (12) in eine translatorische Bewegung der Schubspindel (14) ausgebildet ist; und
dass der Stopfenantrieb (1), vorzugsweise der Linearantrieb (10), eine Kraftmesseinrichtung zur Ermittlung einer Hubkraft F und eine Wegemesseinrichtung (24) zur Ermittlung eines Hubwegs s umfasst.
2. Stopfenantrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Wegmesseinrichtung (24) als ein Drehgeber (24) ausgebildet ist, wobei der Drehgeber signaltechnisch mit einem Rotor des Elektromotors (12) verbunden ist und der Drehgeber (24) zwei phasenverschobene Ausgangssignale zur Ermittlung der Drehzahl und der Drehrichtung des Rotors ausgeben kann.
3. Stopfenantrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kraftmesseinrichtung als eine Strommesseinrichtung ausgebildet ist.
4. Stopfenantrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Handhebel (16) über eine Hebellasche (17), die am Gehäuse (6) gelenkig abgestützt ist, in die Hubstange (4) eingreift, sodass die Hubstange (4) mittels des Handhebels (16) manuell verschoben werden kann.
5. Stopfenantrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein parallel zur Längsachse (11) der Hubstange (4) ausgerichteter Führungsbolzen (18) mit dem Gehäuse (6) verbunden ist;
dass der Ausleger (5) einen Führungsbereich (19) zur Führung des Führungsbolzens (18) aufweist, wobei der Führungsbolzen (18) mit dem Führungsbereich (19) die Verdrehbarkeit des Auslegers (5) gegenüber dem Gehäuse (6) formschlüssig
definiert .
6. Stopfenantrieb nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein parallel zur Längsachse (11) der Hubstange (4) ausgerichteter Stützbolzen (27) mit dem Gehäuse (6) verbunden ist;
dass der Stützbolzen (27), vorzugsweise durch eine Druckfeder (21), gegen den Ausleger (5) gepresst wird, wobei der
Stützbolzen (27) die Verdrehbarkeit des Auslegers (5)
gegenüber dem Gehäuse (6) reibschlüssig definiert.
7. Stopfenantrieb nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckfeder (21) als eine mechanische, pneumatische oder hydraulische Druckfeder (21) ausgebildet ist.
8. Stopfenantrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Längsabschnitt des Auslegers (4) und/oder der
Linearantrieb (10) von einem Strahlungsschutzblech (22) zumindest teilweise umschlossen ist.
9. Stopfenantrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schubspindel (14) mittels eines mechanischen
Verbindungselements (15) steckbar mit der Hubstange (4) verbindbar ist.
10. Verfahren zum Ausgleich von Elastizitäten und
mechanischen Spielen bei der automatisierten Ansteuerung eines Stopfenantriebs (1), aufweisend folgende
Verfahrensschritte :
- Einfahren des Linearantriebs (10) bis der Stopfen (2) auf einem Lochstein eines metallurgischen Gefäßes (3) aufsetzt;
- Auslesen der Position des Linearantriebs (10) So;
- Einfahren des Linearantriebs (10) bis der Stopfen (2) mit einer Nennkraft FNenn gegen den Lochstein gepresst wird;
- Halten des Linearantriebs (10) bei der Nennkraft FNenn für eine Haltezeit tHaiten;
- Entlasten des Linearantriebs (10), sodass der Stopfen (2) mit einer Kraft 0.2 FNenn < F < 0.& FNem gegen den Lochstein gepresst wird;
- Füllen des metallurgischen Gefäßes (3) mit metallischer
Schmelze;
- Ausfahren des Linearantriebs (10) auf eine Soll-Position SSoll > *o ·
11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Haltezeit 2s < tHalten < 60s beträgt.
12. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Nennkraft FNenn kleiner gleich dem Minimum
- der maximal zulässigen Anpresskraft des Stopfens (2) an den Lochstein; und
- der maximalen Schließkraft des Linerantriebs (10)
ist .
13. Verwendung des Stopfenantriebs nach einem der Ansprüche 1 bis 9 zur Durchführung des Verfahrens nach einem der
Ansprüche 10 bis 12.
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