CH687959A5

CH687959A5 - Antriebseinrichtung fuer ein Verschlussorgan am Ausguss eines Metallschmelze enthaltenden Behaelters

Info

Publication number: CH687959A5
Application number: CH01104/93A
Authority: CH
Inventors: Urs Basler
Original assignee: Stopinc Ag
Priority date: 1993-04-13
Filing date: 1993-04-13
Publication date: 1997-04-15
Also published as: JP3002910U; CA2121008A1; TW266171B; EP0622139A2; EP0622139A3; CN1096575A; US5421559A

Description

1

CH 687 959 A5

2

Beschreibung

Die Erfindung betrifft eine Antriebseinrichtung für ein Verschlussorgan am Ausguss eines Metallschmelze enthaltenden Behälters, mit einer an letzteren befestigten, das Verschlussorgan über ein Gestänge regelbaren Kolben/Zylinder-Einheit und mit einem Ventilblock.

Bei einer bekannten Giessspiegelregelung für den Füllstand der Schmelze in Stranggiesskokillen nach der DE A1 3 135 048 wird ein Stopfen als Verschlussorgan mittels eines Stellzylinders geregelt. Der Stopfen wird dabei entweder über ein mit ihm verbundenes Servoventil geregelt oder aber von Hand durch Zwischenschaltung eines Kurz-schlussventiles bewegt. Dieses Servoventil und das Kurzschlussventil können dabei als Baueinheit mit dem als Differentialzylinder ausgebildeten Stellzylinder fest verbunden sein. Dieser Differentialzylinder weist zwar eine kurze Bauweise auf, dies spielt aber bei den Gegebenheiten, beispielsweise bei Verteilern mit Stopfen als Verschlussorgan eine untergeordnete Rolle, da die diesbezüglichen Platzverhältnisse für die Anordnung des Zylinders nicht problematisch sind. Nachteilig bei einem solchen Differentialzylinder ist jedoch, dass die beiden von dem Kolben getrennten Zylinderkammern in ihren Querschnittsflächen unterschiedlich gross sind und damit einerseits die Regelung des Stellzylinders komplizierter wird und zum andern beim Kurzschliessen von dessen Druckmittelleitungen ein Druckmit-telüberschüss von der einen zur andern Kammer entsteht, was eine Rückleitung des Mediums von der grösseren Kammer an den Druckmittel-Sammelbehälter notwendig macht. Das Servoventil und das Kurzschlussventil können - wie oben erwähnt - als Baueinheit mit dem Stellzylinder fest verbunden sein. Dies bewirkt jedoch eine unerwünschte Gewichtszunahme des Stellzylinders, der im Betrieb des öfteren von dem Metallschmelze enthaltenden Behälter weggenommen werden muss.

Ausgehend von dieser bekannten Antriebseinrichtung liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, die gattungsgemässe Antriebseinrichtung derart weiterzubilden, dass mit ihr eine optimale Regelung und ein optimales Verhalten beim Kurzschliessen für die Handbetätigung des Ver-schlussorganes erzielt wird und überdies deren Kolben/Zylinder-Einheit möglichst leicht gebaut sein soll.

Dies ist erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass die Kolben/Zylinder-Einheit als Gleichgangzylinder ausgebildet ist, deren Zylinder einen die Arbeitskammer für den darin gleitenden Kolben bildenden Zylinderteil und einen mit diesem verbundenen, den Ventilblock enthaltenden Zylinderteil aufweist. Dadurch, dass die Kolben/Zylinder-Einheit als Gleichgangzylinder ausgebildet ist, ergeben sich wesentliche Vorteile in bezug auf die Regelung und insbesondere auch beim Kurzschliessen der beiden vom Kolben getrennten Kammern, weil beim Verschieben des Kolbens deren Volumen gleich zu- resp. abnehmen.

Vorzugsweise weisen der den Ventilblock bildende und die darin angeordnete Kolbenstange einen

Hubwegmessgeber auf, während die dem Kolben gegenüberliegende Kolbenstange mit dem Gestänge zum Bewegen des Verschlussorganes gekoppelt ist. Damit ist eine äusserst kompakte Bauweise der Antriebseinrichtung geschaffen worden, die in der Praxis sehr einfach gehandhabt werden kann und eine genauere Regelung des Kokillen-Giessspiegels ermöglicht.

Die beiden Zylinderteile sind vorteilhaft aus Aluminium gefertigt. Es wird dadurch eine sehr leichte Bauweise der Kolben/Zylinder-Einheit insgesamt erreicht und die in der Stahlwerkspraxis sehr oft vom Behälter wegzunehmende Einheit übersteigt daher nicht das zugelassene von Hand noch zu hebende Maximalgewicht.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sowie weitere Vorteile derselben sind nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer erfin-dungsgemässen Antriebseinrichtung für ein als Stopfen ausgebildetes Verschlussorgan in einem Metallschmelze enthaltenden Behälter,

Fig. 2 einen Längsschnitt durch eine Kolben/Zylinder-Einheit mit integriertem Ventilblock,

Fig. 3 ein hydraulisches Schema der Ventilanordnung der Kolben/Zylinder-Einheit,

Fig. 4 ein hydraulisches Schema einer alternativen Ventilanordnung der Kolben/Zylinder-Einheit und

Fig. 5 eine schematische Darstellung der automatischen Regelung des Verschlussorganes.

Fig. 1 zeigt den Aufbau einer ansich konventionellen Abflussregelung von Metallschmelze 15 aus einem Behälter 10, welcher vorzugsweise als sogenanntes Verteilergefäss ausgebildet ist. Die Metallschmelze 15 fliesst dabei vom Ausguss 14 dieses Verteilergefässes in eine nicht näher gezeigte Stranggiesskokille, bei der im Betrieb eine konstante Badspiegelhöhe eingehalten werden muss. Dies wird mit dem im Behälter 10 angeordneten Stopfen 20 als die Abflussmenge der Schmelze regelbares Verschlussorgan bewerkstelligt. Dieser Stopfen 20 wird von einer am Behälter 10 abnehmbar befestigten Antriebseinrichtung 30 betätigt, die ein Gestänge 16 aufweist, das entweder von Hand über einen Hebel 12 oder aber über eine Kolben/Zylinder-Einheit 40 automatisiert auf- und abbewegbar ist. Zu diesem Zwecke ist eine mit dem Gestänge 16 verbundene Hubstange 32 in im Gehäuse 36 enthaltenden Lagern 34 höhenverstellbar geführt, wobei diese Hubstange 32 am unteren Ende mit dem für die Handbetätigung vorgesehenen Hebel 12 in Lenkverbindung steht und zudem über ein an ihm angreifendes Verbindungselement 35 mit der Kolbenstange 42 der Kolben/Zylinder-Einheit 40 gekoppelt ist. Letztere ist anderen Endes über ein nicht näher erläutertes Kupplungselement 44 am Gehäuse 36 der Antriebseinrichtung 30 lösbar befestigt.

Die erfindungsgemässe Kolben/Zylinder-Einheit 40 ist in Fig. 2 gezeigt. Sie setzt sich im wesentlichen aus einem zweiteiligen Zylinder, einem darin geführten Kolben 45 mit einer Kolbenstange 42, 42' einem Ventilblock 50 und aus einem Messgeber 60

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

2

3

CH 687 959 A5

4

zusammen. Der zweiteilige Zylinder besteht aus einem eigentlichen Zylinderteil 46, in dem der Kolben 45 sowie die Kolbenstange 42 längsgeführt ist und aus einem diesen verlängernden Zylinderteil 48, in den sich die Kolbenstange 42' erstreckt. Dieser Zylinderteil 48 bildet gleichfalls den Ventilblock und in ihm ist überdies der Messgeber 60 koaxial zu der genannten Kolbenstange 42' enthalten. Die Kolben/ Zylinder-Einheit 40 ist erfindungswesentlich als Gleichgangzylinder ausgebildet und deren Kolben 45 hat daher beidseitig je eine in ihrem Durchmesser gleiche Kolbenstange 42 resp. 42', die je in einer im Zylinderteil 46 vorgesehenen Führungsbüchse 46' abdichtend geführt sind und damit die beidseitig zum Kolben gebildeten Kammern bei dessen Längsverschiebung eine gleichgrosse Volumenänderung erfahren. Zusammen bilden diese eine Arbeitskammer 49 und darin ist der Kolben 45 annähernd spielfrei längsgeführt. Als weiteres Erfindungsmerkmal ist vorgesehen, dass sowohl der Zylinderteil 46 wie auch der mit ihm lösbar verbundene Zylinderteil 48 aus Aluminium bestehen und ersterer an seiner mit dem Kolben 45 in Berührung stehenden Innenfläche auf bekannte Weise gehärtet ist, damit der Zylinder nicht vorschnell abgenutzt wird. Die Arbeitskammer 49 ist durch den Kolben ansich in zwei Kammern unterteilt, wobei diesen Kammern endseitig je eine Leitung 51, 52 zugeordnet ist, welche in dem Zylinder integriert sind und sich bis in den Zylinderteil 48 erstrecken, von dort aus sie dann zu den Ventilen geführt sind. Ein ebenfalls in dem Zylinderteil 48 integrierter Hub-wegmessgeber 60 weist einen in die mit einer Bohrung versehene Kolbenstange 42' ragenden Messkolben 61 auf, der auf ansich bekannte Art die jeweilige Stellung der Kolbenstange 42' und damit des Kolbens 45 im Zylinder über eine elektronische Signalauswertung ermittelt. Der Zylinderteil 48 ist in seinem Querschnitt vorteilhaft quadratisch oder rechteckig ausgebildet. An die dadurch entstehenden ebenen Flächen können die Ventile dicht und ohne besondere Ausbildung ihrer Auflageflächen befestigt werden.

Die Ausgänge 51', 52' der mit der Kammer 49 in Verbindung stehenden Leitungen 51, 52 sind mit einem Regelventil 55 verbunden, das in einer angedeuteten Schutzhaube untergebracht ist und mittels dem die eigentliche Steuerung des Kolbens 45 erfolgt. Das Regelventil 55 ist dabei mit einem Wegmessgeber 56 verbunden, der zu jedem Zeitpunkt dessen Kolbenstellung angibt. Im weiteren sind von den Leitungen 51, 52 senkrecht zur Bildebene angeordnete Abgänge 57, 58 vorgesehen, die ebenfalls im Zylinderteil 48 integriert sind und zu Druckbegrenzungsventilen führen, mittels denen die Drük-ke in den Kammern begrenzbar sind. In dem Zylinderteil 48 sind zusätzliche mit den Leitungen 51, 52 verbundene Leitungsabgänge 66, 67 vorgesehen, welche über das Regelventil 55 in ein nicht näher verdeutlichtes Druckerzeugungsaggregat bzw. in ein Auffang-Sammelgefäss geführt sind. Dadurch, dass der Zylinderteil 48 aus Aluminium oder einem ähnlichen leichten Material gefertigt ist und die genannten Leitungen und damit der Ventilblock ganzheitlich in ihr integriert sind, ergibt sich gegenüber den bekannten Lösungen der erhebliche Vorteil, als diese Kolben/Zylinder-Einheit 40 insgesamt sehr leicht und überdies sehr kompakt und dadurch in ihren Abmessungen sehr klein wird. Der Zylinderteil 48 ist aber gleichfalls noch Bestandteil des Gleichgangzylinders und es sind damit mehrere Funktionen in einem gelöst.

In dem hydraulischen Schema gemäss der Fig. 3 ist die Funktionsweise der Ventile in Zusammenwirkung mit der Kolben/Zylinder-Einheit 40 veranschaulicht. Bei dem Regelventil 55 handelt es sich um ein 4/3-Wegeventil mit einem eingebauten Messgeber 56, mittels dem eine Lagerückführung 56' der jeweiligen Position des Regelventiles 55 und somit ein interner Lageregelkreis dieses Ventiles erzielt wird. Eingangs ist es einerseits an einen Druckbehälter und andererseits an einen Sammelbehälter mit einem dazwischengeschalteten Rückschlagventil 64 angeschlossen. Mit letzterem wird erreicht, dass in der gezeigten Kurzschlussstellung 55.1 des Regelventiles 55 das Medium nicht in den Sammelbehälter zurückfliessen kann, nur wenn ein bei diesem eingestellter Druck, bspw. 1 bar, überschritten wird, kann das Medium zurückfliessen. Der Ausgang dieses Regelventiles 55 kommuniziert über zwei getrennte Leitungen 51, 52 mit der Kammer 49 des Gleichgangzylinders. Mit den beiden Ventilen 63 werden Druckspitzen herrührend von dem als Stellglied ausgebildeten Stopfen 20 ausgeglichen, d.h., wenn dieser Stopfen in einem konkreten Fall schnell geschlossen werden muss, dann werden zu seiner Schonung mit den Ventilen 63 bei Auftreten eines einstellbaren Maximaldruckes die beiden Leitungen 51, 52 kurzgeschlossen und es wird dadurch die auf den Stopfen wirkende Kraft augenblicklich gemildert. Wird das Regelventil 55 in die Stellung 55.2 bzw. 55.4 verschoben, so bewegt sich der Kolben 45 nach rechts bzw. nach links, hingegen in der Position 55.3 dazwischen bleibt er in Ruhestellung. Seine momentane Lage wird von dem bereits erwähnten Messgeber 60 erfasst, der ein Rückführsignal 60' an den Regler liefert. Dies ist nachfolgend noch näher erläutert.

In Fig. 4 ist ein alternatives Ausführungsbeispiel mit einem Regelventil 70 dargestellt, bei dem nachfolgend einzig noch die gegenüber demjenigen nach der Fig. 3 unterschiedlichen Merkmale erörtert sind. Es handelt sich hierbei um ein 4/3-Wegeventil mit drei Stellungen 70.1, 70.2 und 70.3, bei dem die Kurzschlussstellung nicht enthalten ist. Dazu ist ein separates Absperrventil 77 vorgesehen, mit dem die Leitungen 51, 52 manuell und/oder gesteuert für die handbetätigte Verschiebung des Kolbens 45 kurzgeschlossen werden können.

Abschliessend ist in einem Blockschema nach der Fig. 5 die Regelung des Stopfens 20 verdeutlicht. Ausgehend von einem Regler 80 wird ein Steuersignal über einen Verstärker 59 an das Regelventil 55 geliefert. Mit einer nachfolgenden Lagerückführung 56' der Kolbenstellung des Regelventiles 55 wird erreicht, das letzteres sich stets in der angestrebten Stellung befindet. Dieses steuert dann die Kolben/Zylinder-Einheit 40 mit einem nicht näher erläuterten Schaltbild. Jedenfalls wird vom Hub-wegmessgeber 60 die jeweilige Kolbenstellung der

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

3

5

CH 687 959 A5

6

Einheit 40 in einem Rückführsignal 60' an den eigentlichen Regler 80 gemeldet, welcher dann in entsprechender Weise reagiert. Mit dieser dargelegten Regelung lässt sich insgesamt ein Badspiegel der Metallschmelze in einer Kokille mit einer Genauigkeit von einigen Millimetern erzielen.

In den vorerwähnten Ausführungsbeispielen wurde als Verschlussorgan ein Stopfen gezeigt. Es kann sich aber auch um ein Verschlussorgan handeln, wie es bspw. in der DE-A1 3 731 600 in verschiedenen Varianten gezeigt und umschrieben ist. Diese Antriebseinrichtung Hesse sich selbstverständlich noch auf andere ähnliche Stellglieder applizieren.

Claims

Patentansprüche

1. Antriebseinrichtung für ein Verschlussorgan am Ausguss eines Metallschmelze enthaltenden Behälters, mit einer an letzteren wegnehmbar befestigten, das Verschlussorgan über ein Gestänge regelnden Kolben/Zylinder-Einheit mit einem Ventilblock, dadurch gekennzeichnet, dass die Kolben/Zylinder-Einheit (40) als Gleichgangzylinder ausgebildet ist, deren Zylinder einen die Arbeitskammer (49) für den darin gleitenden Kolben (45) bildenden Zylinderteil (46) und einen mit diesem verbundenen, den Ventilblock enthaltenden Zylinderteil (48) aufweist.

2. Antriebseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der den Ventilblock bildende Zylinderteil (48) und die darin angeordnete Kolbenstange (42') einen Hubwegmessgeber (60) aufweisen, während die dem Kolben (45) gegenüberliegende Kolbenstange (42) mit dem Gestänge (16) zum Bewegen des Verschlussorganes (20) gekoppelt ist.

3. Antriebseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Zylinderteile (46, 48) der Kolben/Zylinder-Einheit (40) aus Aluminium gefertigt sind, wobei der eine Zylinderteil (46) an der mit dem Kolben (45) in Gleitkontakt stehenden Innenfläche mittels einer Oberflächenbehandlung gehärtet ist.

4. Antriebseinrichtung nahe einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Ventilblock ein als 4/3-Wegeventil ausgebildetes Regelventil (55) vorgesehen ist, in welchem ein Kurzschlussventil enthalten ist und es einen internen Lageregelkreis aufweist.

5. Antriebseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Zylinderteil (48) eine rechteckige Aussenform hat und in ihm Leitungen (51, 52, 51', 52', 66, 67) für die Verbindung des Regelventiles (55) mit der Arbeitskammer (49) enthalten sind.

6. Antriebseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die als Gleichgangzylinder ausgebildete Kolben/Zylinder-Einheit (40) derart dimensioniert ist, dass bei einer Verschiebung des Kolbens (45) eine gleich grosse Volumenänderung der beiden Kammern erfolgt, die von der vom Kolben (45) bewirkten Teilung der Arbeitskammer (49) gebildet sind.

7. Kolben/Zylinder-Einheit für eine Antriebseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass sie als Gleichgangzylinder ausgebildet ist, deren Zylinder einen die Arbeitskammer (49) für den darin gleitenden Kolben (45) bildenden Zylinderteil (46) und einen mit diesem verbundenen, den Ventilblock enthaltenden Zylinderteil (48) aufweist.

8. Kolben/Zylinder-Einheit nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der den Ventilblock bildende Zylinderteil (48) und die darin angeordnete Kolbenstange (42') einen Hubwegmessgeber (60) aufweisen.

9. Kolben/Zylinder-Einheit nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Zylinderteile (46, 48) der Kolben/Zylinder-Einheit (40) aus Aluminium gefertigt sind.

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

4