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Die
Erfindung betrifft eine Anordnung zur präziseren und/oder vereinfachten
Ermittlung der Konsistenz eines Gießstranges in einer Stranggießanlage
und/oder der Maulweite derselben.
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Maßnahmen
zur Steigerung von Produktivität
und Qualität
beim Stranggießen
wurde u. a. in den folgenden Fachartikeln beschrieben:
- – „New Sensor
improves Productivity and Quality" von Ingo Schubert in MPT International
5/2004,
- – „Benefits
of CyberLink Technology" from
Peter Müller,
Enno H. Hilgenhöner,
Edmund H. Becker und Ingo Schubert auf der AISE Annual Convention
2003 in Pittsburgh.
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Kernaussage
dieser Artikel ist, daß mit
den jeweils beschriebenen Anordnungen der Stranggießprozeß für den Anlagenbetreiber
erheblich transparenter und damit kontrollierbarer wird. Diese Transparenz
fußt dabei
nicht auf dem Einsatz von Rechenmodellen, die aufgrund der nur schwer
erfaßbaren Randbedingungen
teilweise erheblich fehlerbehaftet sind; die Transparenz bei Einsatz
der beschriebenen Anordnungen basiert auf Meßergebnissen, die unmittelbar
durch Strangkontakt erzeugt werden. Diese Meßergebnisse werden nicht beeinträchtigt durch
falsche oder unbekannte Randbedingungen wie das Verstopfen von Spritzdüsen oder
eine Fehlmessung der Überhitzungstemperatur
des Stahles.
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Die
durch die beschriebenen Anordnungen erzielten Meßergebnisse lassen sich vom
Stranggießanlagenbetreiber
nutzbringend einsetzen zur Erzielung einer höheren Produktivität und Qualität der Brammen.
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Es
wird unterschieden zwischen einer Anordnung nach den Ansprüchen 1 bis
5 mit dem zugehörigen 0 sowie einer Anordnung
nach den Ansprüchen
6 bis 21 mit den zugehörigen 1 bis 7. Die Anordnungen nach den Ansprüchen 6–21 stellen erfindungsgemäß eine Verbesserung
dar gegenüber den
Anordnungen, die im Patent mit Aktenzeichen 103 49 962.8-24 beschrieben
wurden.
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Allen
Anordnungen liegt zu Grunde, daß eine oder
mehrere Meßrollen
mit dem Gießstrang
in Kontakt bringbar sind und zur Erzielung eines optimalen Meßergebnisses
u. a. die Kraftmessung möglichst präzise sein
sollte. Die Kraftmessung erfolgte bisher direkt aus Kenngrößen des
Linearantriebes. Am Beispiel eines Hydraulikzylinders bedeutet dies,
daß die Kammerdrücke A und
B des Hydraulikzylinders mit Drucksensoren aufgenommen werden und
flächenbewertet
in die Berechnung der Kraft einfließen.
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Eine
solche Berechnung hat den Nachteil, daß die Reibkräfte bzw.
die Verlustarbeit innerhalb des Linearantriebes das Meßergebnis
verfälschen.
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Abhilfe
schaffen hierbei die erfindungsgemäßen Anordnungen, die eine oder
mehrere Kraftmeßeinrichtungen
unmittelbar im Kraftfluß des
Linearantriebes vorsehen. Dadurch ist sichergestellt, daß die gemessene
Kraft frei ist von Reibkräften
und Verlustarbeiten der Linearantriebe. Das Meßergebnis wird so erheblich
verbessert und die Kontrolle des Stranggießprozesses entsprechend präziser.
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Ein
weiterer Vorteil leitet sich daraus ab, daß die Hardware und Software
zur Auswertung der gemessenen Kraft erfindungsgemäß einfacher
aufgebaut ist. Wird beispielsweise als Linearantrieb ein Hydraulikzylinder
mit den bisher üblichen
Druckmeßumformern
in den Zylinderkammern A und B verwendet, so erlaubt es die erfindungsgemäße Kraftmessung über einen
Kraftmeßbolzen
die Anzahl der Sensoren zu halbieren. Die Auswertung gestaltet sich
ebenfalls einfacher, da die Flächenbewertung
der gemessenen Kammerdrücke
entfällt.
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Ausführungsbeispiele
der Erfindung sind in den Zeichnungen schematisch dargestellt.
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Es
zeigt
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0 schematisch
für die
Patentansprüche 1
bis 5 ein Rollensegment mit Ober- und Unterrahmen einschließlich Anordnungsbeispielen
für verschiedene
Kraftmeßeinrichtungen,
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1 schematisch
eine Draufsicht auf einen Oberrahmen mit einer erfindungsgemäßen Anordnung
gemäß den Ansprüchen 6 bis
21,
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2 einen
Schnitt II-II durch 1,
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3 eine
Darstellung, halb geschnitten, halb in Ansicht, wobei der Schnitt
durch die erste Ebene geführt
ist, und in 2 mit III-III bezeichnet ist,
und die Darstellung im vergrößerten Maßstab im Verhältnis zu 2 gezeichnet
ist
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4 eine
Darstellung ähnlich 3,
wobei jedoch der Schnitt durch die zweite Ebene geführt ist, und
in 2 mit IV-IV bezeichnet ist, und die Darstellung
im vergrößerten Maßstab im
Verhältnis
zu 2 gezeichnet ist.
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5 einen
Schnitt V-V gemäß 2,
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6 einen
Schnitt VI-VI gemäß 2 und
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7 eine
Prinzipdarstellung bezüglich
der Anordnung und Ausrichtung der Seilelemente.
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In 0 ist
eine Seitenansicht eines Rollensegmentes mit Ober- und Unterrahmen
dargestellt. Über
Linearantriebe ist der Oberrahmen 52 gegenüber dem
Unterrahmen 59 beweglich angeordnet. Die beispielhaft eingezeichneten
Kraftmeßeinrichtungen 54, 55, 57 und 60 befinden
sich im Kraftfluß.
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Aus 1 ist
eine Draufsicht eines Oberrahmens 1 für die Strangführung einer
Stranggießanlage ersichtlich.
Der Oberrahmen 1 weist mehrere parallel zueinander angeordnete
Traversen 2 auf, die an ihren seitlichen Enden über Holme
miteinander verbunden sind. Zwischen den beiden inneren Traversen 2 ist
eine Messrolleneinheit 4 aufgenommen, die in einer Ebene,
die senkrecht zur Blattebene steht, linear verstellbar zwischen
den inneren Traversen 2 angeordnet ist, d.h. in die Blattebene
hinein und aus dieser heraus bewegt werden kann.
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Nachfolgend
wird die Messrolleneinheit 4 näher anhand der Zeichnungsfiguren 2 bis 7 beschrieben.
Dabei stellt 2 einen Schnitt II-II von 1 dar.
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In 2 sind
schematisch die Stützrollen 3 eines
dem Oberrahmen 1 gegenüberliegenden
Unterrahmens dargestellt. Zwischen den die Traversen 2 seitlichen
verbindenden Holmen des Oberrahmens 1 ist die Messrolleneinheit 4 mittels
Gleitführungen 13 in
einer Ebene, die parallel zur Zeichenblattebene von 2 verläuft, linear
verstellbar geführt,
d.h., die Messerolleneinheit 4 kann auf die Stützrollen 3 zu bzw.
weg von diesen bewegt werden, um den auf den Stützrollen 3 aufliegenden
Gießstrang 5 zu
beaufschlagen.
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Die
Messrolleneinheit 4 umfasst die Messrolle 6, die
um die Drehachse 7, die in der Stellebene S angeordnet
ist, drehbar ist. Die Messrolle 6 ist um die Drehachse 7 an
einem ersten Führungselement 11, dass
insbesondere aus den 3 bis 6 ersichtlich
ist, über
Lager 10 gelagert. Vorzugsweise ist die Messrolle 6 antreibbar,
um die Außenkontur
der Messrolle 6 ist mit der den Stützrollen 3 abgewandten Oberfläche des
Gießstranges 5 in
Kontakt bringbar und zwar kraft und/oder weggesteuert. Hierzu ist
das erste Führungselement 11 in
einem diesen rahmenartig umschließenden zweiten Führungselement 12 in
der Stellebene S mittels zweier als Hydraulikzylinder gestalteter
Stelleinheiten 14 linear bewegbar. Diese Stelleinheiten 14 können über einen
nicht dargestellten hydraulischen Schaltkreis druck und/oder weggesteuert
beaufschlagt werden, so dass sich eine entsprechende Verstellung
der Messrolle 6 ergibt. Die Messrolle 6 ist im übrigen aus
zwei auf der Drehachse 7 zentrierten Teilrollen gebildet,
die sich seitlich an die Lager 10 anschließen. Die
Messrolle 6 bildet ein erstes Längsende 8 und zweites
Längsende 9.
Die beiden Stelleinheiten 14 sind darüber hinaus mit einer Schaltung
verbunden, die in bekannter Methode, z. B. elektrohydraulisch, gestaltet
werden kann.
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Die
beiden Stelleinheiten 14 stützen sich einerseits am ersten
Führungselement 11 und
andererseits an dem das erste Führungselement 11 umschließenden zweiten
Führungselement 12 ab.
Es ist insbesondere auf 2 erkennbar, dass die beiden Stelleinheiten 14 jeweils
zu einem Längsende 8 bzw. 9 hin
angeordnet sind. Hierdurch können
die Messsignale für
die beiden Stelleinheiten 14 getrennt aufgezeich net und
ausgewertet werden, so dass sich der Zustand des Gießstranges
im Bereich zu den beiden Längsenden 8, 9 hin
individuell erfassen lässt.
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Das
zweite Führungselement 12 ist
zwischen den beiden innenliegenden Traversen 2 und den
diesen verbindenden Holmen durch die Gleitführung 13 geführt. Ferner
kann die Messrolle 6, die auch durch einen nicht dargestellten
Drehantrieb um die Drehachse 7 drehend angetrieben sein
kann, aus der dargestellten Position gegenüber den Stützrollen 3 in eine
diesen weiter angenäherte
Stellung durch einen Stellantrieb 15 in Form eines Hydraulikzylinders
verstellt werden, wobei dieser einerseits am zweiten Führungselement 12 und
anderseits an den benachbarten Traversen 2, zwischen denen
das zweite Führungselement 12 linear
verstellbar angeordnet ist, abgestützt ist.
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Diese
Annäherung
ist beispielsweise gewünscht,
wenn die Zustellung auf einen Anfahrstrang beim Anfahren des Gießvorganges
erfolgen soll. Die beiden Stelleinheiten 14 sind lediglich
in ihrer linearen Bewegung so ausgelegt, dass die für die Messung
erforderliche kraft- bzw. weggesteuerte Bewegung größenmäßig ausgeführt werden
kann. Solche Bewegungen bewegen sich jedoch in einem Bereich von ± 0,2 mm
bis ± 5
mm.
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Die
Anordnung des ersten Führungselementes 11 im
Verhältnis
zum zweiten Führungselement 12,
von dem es umschlossen wird, ergibt sich insbesondere im Zusammenhang
mit den 3 bis 7, wobei
in diesen die Stelleinheiten 14 und der Stellantrieb 15 nicht
dargestellt sind. Im übrigen
kann für
den Fall, dass der Einsatz der erfindungsgemäßen Messrolleneinheit 4 bei
einer Stranggießanlage
erfolgen soll, bei der der Oberrahmen gegenüber dem Unterrahmen für das Anfahren
ausreichend verstellt werden kann, auf die Anordnung des Stellantriebes 15 verzichtet
werden. In diesem Fall kann das zweite Führungselement 12 Bestandteil
des Oberrahmens sein, beispielsweise durch Traversen desselben gebildet
sein. In diesem Fall wird das erste Führungselement gegenüber diesem,
die das zweite Führungselement 12 bilden,
so angeordnet, wie es nachfolgend im Zusammenhang mit den 2 bis 7, insbesondere
jedoch den 3 bis 7 beschrieben
ist.
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Die
beiden Stelleinheiten 14 gemäß 2 dienen
dazu, das in den 3 bis 6 dargestellte erste
Führungselement 11 gegenüber dem
zweiten Führungselement 12 in
der Stellebene S linear mittels der dort nicht dargestellten Stelleinheiten
zu verstellen. Das erste Führungselement 11 wird
gegenüber
dem zweiten Führungselement 12 wie
nachfolgend beschrieben anlagefrei gehalten, so dass praktisch eine
reibungsfreie Bewegung ermöglicht
wird.
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Es
sind insgesamt vier Seilelemente 16 vorgesehen, von denen
jeweils zwei Seilelemente in einer Ebene angeordnet sind. Die erste
Ebene E1 wird durch die Schnittebene entsprechend der Schnittlinie III-III
von 2 gebildet. Die zweite Ebene E2 wird durch die
Schnittebene gemäß Schnittlinie
IV von 2 gebildet und ist in 4 dargestellt.
Die Zeichenebene von 3 bildet also die erste Ebene
E1 und Zeichenebene von 4 die zweite Ebene E2. In 3 ist
jedes Seilelement 16 durch eine Bohrung im ersten Führungselement 12 geführt und
mittels eines ersten Befestigungselementes 17 am ersten Führungselement 11 festgelegt.
Jedes Seilelement 16 ist ferner mit einem zweiten Befestigungselement 18 am
zweiten Führungselement 12 festgelegt,
wobei die Länge
des Seilelementes 16 so bemessen ist, dass kein Kontakt
zwischen dem ersten Führungselement 11 und
dem zweiten Führungselement 12, das
das erste Führungselement 11 umgibt,
gegeben ist. Die Seilachse der Seilelemente 16 ist jeweils
mit 19 bezeichnet. Von den zwei in der Ebene E1 dargestellten
Seilelementen 16 ist das zweite nur mit der Seilachse 19 dargestellt.
Ferner befindet sich in der Ebene E1 eine Anordnung, die, wie aus 2 in
Verbindung mit 3 ersichtlich, noch eine Feder 20 umfasst,
die als Druckfeder gestaltet ist und deren Achse 21 in
der Ebenen E1 liegt. Die Feder 20 stützt sich über einen Deckel 22 am
zweiten Führungselement 12 ab
und sitzt dabei in einer Bohrung 27 des zweiten Führungselementes 12.
In dem ersten Führungselement 11 befindet
sich eine abgesetzte Durchgangsbohrung 25 in der ein Stütztopf 23 mit
einem Kragen 24 axial gehalten ist. An dem Boden 26 des
Stütztopfes 23 stützt sich
die Feder 20 mit ihrem anderen Ende ab. Dabei ist die Anordnung
so getroffen, dass die Feder 20 das Seilelement 16 auf
Zug beansprucht, wodurch das erste Führungselement 11 im
zweiten Führungselement 12 anlagefrei
gehalten wird. In der ersten Ebenen E1 befinden sich also insgesamt
zwei Seilelemente 16 und zwei Anordnungen mit Federn 20,
die symmetrisch zu einer Ebene E3, die senkrecht auf der Stellebene
S steht angeordnet sind. Die Federachse 21 verläuft rechtwinkelig zur
Stellebene S.
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Wie
aus 7 als Prinzipdarstellung ersichtlich, stehen die
beiden Seilachsen 19 unter einem Winkel, so dass beispielsweise
die Verlängerungen der
Seilachsen 19 im Schnittpunkt mit der gedachten Ebene E3
jeweils einen Momentanpol P1 bilden. Die beiden in der Ebene E1
befindlichen Seilelemente schneiden mit ihren Seilachsen 19 die
Ebene E3 entgegen der Gießrichtung
G zur Drehachse 7 der Messrolle 6 versetzt in
dem gemeinsamen Momentanpol P1.
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Eine ähnliche
Anordnung ist hinsichtlich der Seilelemente 16 und der
Feder 20 für
die zweite Ebene E2 gebildet, wobei jedoch insgesamt vier Federanordnungen
in dieser Ebene vorgesehen sind. Ansonsten sind zwei Seilelemente
mit Seilachsen 19 in dieser Ebene E2 angeordnet. Und zwar
entsprechend der Anordnung in der Ebene E1, wobei jedoch die beiden
Seilachsen 19 die gedachte Ebene E3 in einem gemeinsamen
Momentanpol P2 schneiden der zum Momentanpol P1 versetzt ist. Die
Momentanpole P1, P2, die Seilachsen 19 zugehörig sind,
die in unterschiedlichen Ebenen E1 und E2 liegen, liegen auf einer
Linie L, die in der Ebene E3 liegt und die Drehachse 7 der
Messrolle 6 rechtwinklig mit Abstand kreuzt. Durch diese
Anordnung wird erreicht, dass die Messrolleneinheit 4 seitlich
selbsttätig
(zentrisch) bei Kontakt mit dem Gießstrang 5 ausgerichtet wird,
wodurch ein einwandfreies Abwälzen
der Messrolle 6 auf dem Gießstrang 5 gegeben
ist.
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Die
Ausrichtung wird erreicht, wenn bei einer beliebigen Anzahl von
Seilelementanordnungen alle Momentanpole, auch in unterschiedlichen
Ebenen angeordneten Seilelementen, wenn auch höhenversetzt auf einer Linie
L, deren Verlauf oben beschrieben ist, konstruktiv festgelegt werden.
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Die
Ausbildung mit insgesamt vier Federanordnungen im Bereich der Ebene
E2 und zwei Federanordnungen im Bereich der Ebene E1 ist getroffen, um
beispielsweise Momente, die über
den Kontakt der Messrolle 6 mit dem Gießstrang 5 erzeugt
werden, abzufangen.
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Die
Anordnung der Seilelemente 16 und der Federn 20 ist
bei 4 in der zweiten Ebene E2 spiegelbildlich im Verhältnis zu
der Anordnung gemäß 3 in
der Ebene E3 getroffen. D.h. während
die Federn 20 in der ersten Ebene E1 das erste Führungselement 11 in
Gießrichtung
G beaufschlagen, erfolgt die Anordnung in der zweiten Ebene E2 so, dass
die Beaufschlagung durch die Federn 20 gegen die Gießrichtung
gegeben ist.
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- 1
- Oberrahmen
- 2
- Traverse
- 3
- Stützrollen
- 4
- Messrolleneinheit
- 5
- Gießstrang
- 6
- Messrolle
- 7
- Drehachse
- 8
- erstes
Längsende
- 9
- zweites
Längsende
- 10
- Lager
- 11
- erstes
Führungselement
- 12
- zweites
Führungselement
- 13
- Gleitführung
- 14
- Stelleinheit/Linearantrieb
- 15
- Stellantrieb
- 16
- Seilelement
- 17
- erstes
Befestigungselement
- 18
- zweites
Befestigungselement
- 19
- Seilachse
- 20
- Feder
- 21
- Achse
der Feder
- 22
- Deckel
- 23
- Stütztopf
- 24
- Kragen
- 25
- Bohrung
im ersten Führungselement
- 26
- Boden
- 27
- Bohrung
im zweiten Führungselement
- 28
- Kraftmeßbolzen
- 29
- Kraftmeßplatte/Kraftmeßdose
- 30
- Kraftmeßauge
- 31
- direkt
applizierter Dehnungsaufnehmer
- 51
- Meßrollen
- 52
- Führungselement
- 53
- Gießstrang
- 54
- Kraftmeßplatte/Kraftmeßdose
- 55
- Kraftmeßbolzen
- 56
- Linearantriebe
- 57
- Kraftmeßauge
- 58
- Drehachse
- 59
- Führungselement
- 60
- direkt
applizierter Dehnungsaufnehmer
- E1
- erste
Ebene ( = Schnittebene III-III)
- E2
- zweite
Ebene ( = Schnittebene IV-IV)
- E3
- gedachte
Ebene
- G
- Gießrichtung
- L
- Linie
- S
- Stellebene
- P1
- Momentanpol
- P2
- Momentanpol