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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Verschließen einer Abflussöffnung in einem metallurgischen Gefäß, wobei die Vorrichtung eine Hubstange und einen Ausleger aufweist, wobei der Ausleger an dem oberen Ende der Hubstange angebracht ist. Darüber hinaus umfasst die Vorrichtung eine Stopfenstange, welche mit ihrem oberen Ende an dem Ausleger befestigt ist und an ihrem unteren Ende einen Stopfen zum Verschließen der Abflussöffnung in dem metallurgischen Gefäß trägt. Darüber hinaus umfasst die Vorrichtung einen Linearantrieb zum linearen Verschieben der Hubstange mit dem Ausleger und der Stopfenstange relativ zu dem metallurgischen Gefäß. Die Erfindung betrifft weiterhin ein entsprechendes metallurgisches Gefäß.
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Derartige Vorrichtungen sind im Stand der Technik bekannt, z. B. aus den europäischen Patentschriften
EP 1 426 126 B1 und
EP 1 819 466 B1 sowie aus der internationalen Patentanmeldung
WO 2013/045520 A1 . Eine ähnliche Vorrichtung ist auch aus dem chinesischen Gebrauchsmuster
CN 201 558 951 U bekannt, wonach der Linearantrieb für die Hubstange z. B. in Form einer Handkurbel ausgebildet ist. Die deutsche Offenlegungsschrift
DE 21 09 261 A offenbart eine Regelvorrichtung für die Verschlussspindel an einer Gießpfanne, welche Hubmittel für die Verschlussspindel mit langem Hub und Mittel zum Wiederversenken der Verschlussspindel mit kürzerem Hub aufweist. Die deutsche Patentschrift
DE 39 13750 C1 offenbart einen Schiebeverschluss am Ausguss eines insbesondere Metallschmelze enthaltenden Gefäßes sowie zugehörige feuerfeste Verschlussteile. Die Verschlussteile sind mit Durchflussöffnungen ausgebildet, welche in das Gefäßinnere ragen und darin je zwei zueinander parallele annähernd ebene Gleitflächen aufweisen, an denen sie zum Öffnen oder Schließen der Durchflussöffnung relativ gegeneinander verschiebbar sind. Schließlich offenbart das US-Patent Hubmittel einen Antriebsmechanismus für einen Stopfen für ein metallurgisches Gefäß zur Aufnahme von geschmolzenem Metall. Dieses metallurgische Gefäß weist einen Abfluss auf, welcher mit einem Stopper bzw. Stopfen zu öffnen und zu verschließen ist. Der Stopfen ist mit einer Kolbenzylindereinheit des Antriebs verbunden, wobei die Kolbenzylindereinheit mit Hilfe einer hydraulischen Ansteuerung ansteuerbar ist, d. h. mit Hilfe der hydraulischen Ansteuerung kann der Stopfen in seine Öffnungs- oder seine Schließposition verfahren werden.
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Bei der oben genannten internationalen Patentanmeldung ist der Linearantrieb als eine bauliche Einheit ausgebildet, die einen Elektromotor, ein Getriebe und eine Schubspindel umfasst, wobei das Getriebe zur Umsetzung der Drehbewegung des Elektromotors in eine translatorische Bewegung der Hubstange ausgebildet ist.
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Eine derartige konstruktive Lösung des Linearantriebs ist mit zahlreichen Nachteilen behaftet. So beansprucht das Getriebe relativ viel Platz und es ist mit einem zusätzlichen Kostenaufwand verbunden. Außerdem ist die Dynamik der besagten Anordnung aus Elektromotor und Getriebe relativ träge.
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Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine bekannte Vorrichtung zum Verschließen einer Abflussöffnung in einem metallurgischen Gefäß sowie ein entsprechendes bekanntes metallurgisches Gefäß dahingehend weiterzubilden, dass die besagten Nachteile aus dem Stand der Technik überkommen werden.
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Diese Aufgabe wird im Hinblick auf die Vorrichtung durch den Gegenstand des Anspruchs 1 gelöst. Demnach ist die Vorrichtung dadurch gekennzeichnet, dass der Linearantrieb in Form eines elektrischen Linearmotors mit einem Stator und mit der Hubstange als Läufer ausgebildet ist.
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Der Begriff Linearantrieb ist im Sinne der vorliegenden Beschreibung als Linearmotor in Form einer elektrischen Antriebsmaschine zu verstehen. Anders als ein mit rotierendem Läufer arbeitender Elektromotor versetzt ein elektrischer Linearmotor die von ihm angetriebenen Objekte nicht in eine drehende Bewegung, sondern schiebt sie auf einer gradlinigen oder kurvigen Bahn; d. h. er versetzt diese Objekte in eine rein translatorische Bewegung. Der Begriff des Linearmotors wird auch für Antriebe verwendet, bei denen der Läufer sich dreht, aber nur zum Teil vom Stator umgeben ist; diese Variante ist im vorliegenden Fall ausdrücklich nicht gemeint. Wie beansprucht, ist im vorliegenden Fall die Hubstange als Läufer ausgebildet. Diese wird ausdrücklich nur in eine translatorische, insbesondere nur in eine gradlinige Bewegung versetzt; nicht jedoch in eine Drehbewegung.
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Die Begriffe „unten“ und „oben“ beziehen sich in der vorliegenden Beschreibung auf eine fiktive Ausgangssituation in welcher das metallurgische Gefäß mit seinem Boden auf einem horizontalen Untergrund steht, ähnlich wie in den Figuren gezeigt. Der Begriff „vertikal“ bedeutet senkrecht zu dem fiktiven horizontalen Untergrund beziehungsweise senkrecht zu einer Ebene in welcher sich der Boden des metallurgischen Gefäßes im Wesentlichen erstreckt.
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Der große Vorteil der beanspruchten Vorrichtung liegt in der deutlichen Steigerung der Regeldynamik und im Wegfall des Getriebes und der damit verbundenen Platzersparnis und Auslegungsersparnis bei der Motorleistung. Mit dem neuen Ansatz wird vermieden, eine rotierende Bewegung in eine gradlinige Bewegung umzuwandein. Für das translatorische Wirkprinzip der Stopfenmechanik bei einem metallurgischen Gefäß ist die beanspruchte Verwendung eines elektrischen Linearmotors bestens geeignet. Dadurch, dass die Hubstange direkt als Läufer des elektrischen Linearmotors verwendet und direkt in eine lineare Bewegung versetzt wird, verschlankt sich sowohl die Breite wie auch die Bauhöhe der kompletten Mechanik. Aus dem Grund der kompakten Bauweise eignet sich die erfindungsgemäße Vorrichtung auch zur Modernisierung von bestehenden Vorrichtungen, d. h. von Stopfen-Anlagen mit nur begrenzten Platzverhältnissen.
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Gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel weist die Vorrichtung eine Wegbegrenzungseinrichtung auf zum Begrenzen der Bewegung der Hubstange. Das Vorsehen einer solchen Wegbegrenzungseinrichtung ist deshalb sinnvoll, weil bei abgeschalteter Spannungsversorgung des Linearmotors und bei vertikaler Ausrichtung der Hubstange diese durch den Stator des Linearmotors ungebremst hindurchfallen würde. Die Hubstange hat zusammen mit dem Ausleger, der Stopfenstange und dem Stopfen selber eine Masse von beispielsweise ca. 400 kg, die von der Wegbegrenzungseinrichtung bei abgeschalteter elektrischer Spannung abgefangen werden muss. Dazu ist es vorteilhaft, wenn das Abfangen der Fallbewegung der Stopfenstange nicht abrupt, sondern weich bzw. kontinuierlich erfolgt, z. B. durch Vorsehen eines Dämpfungselementes, wie eines pneumatischen oder hydraulischen Zylinders oder einer Feder.
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Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel ist oberhalb oder unterhalb des Linearmotors an der Hubstange ein Handeingriff, vorzugsweise in Form einer Gießerstange befestigt. Diese ermöglicht vorteilhafterweise einen manuellen Betrieb der Stopfenmechanik, insbesondere ein Öffnen und Verschließen der Abflussöffnung in dem metallurgischen Gefäß auch bei Ausfall des elektrischen Linearmotors bzw. bei abgeschalteter elektrischer Versorgungsspannung.
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Die oben genannte Aufgabe wird weiterhin durch ein metallurgisches Gefäß gemäß Anspruch 6 gelöst. Dieses metallurgische Gefäß weist eine Abflussöffnung auf zum Abfließen von Schmelze aus dem Inneren des Gefäßes und die erfindungsgemäße, zuvor beschriebene Vorrichtung zum Verschließen der Abflussöffnung. Die Vorteile dieser Lösung entsprechen den oben mit Bezug auf die beanspruchte Vorrichtung genannten Vorteilen.
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Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Vorrichtung und des metallurgischen Gefäßes sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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Der Beschreibung sind zwei Figuren beigefügt, wobei
- 1 ein metallurgisches Gefäß mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Verschließen einer Abflussöffnung des metallurgischen Gefäßes; und
- 2 insbesondere ein Gehäuse für den Linearmotor an dem metallurgischen Gefäß zeigt.
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Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die genannten Figuren in Form von Ausführungsbeispielen detailliert beschrieben. In beiden Figuren sind gleiche technische Elemente mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet.
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1 zeigt ein metallurgisches Gefäß 200, z. B. einen Verteilerrinnenwagen, mit einer Abflussöffnung 210 in seinem Boden. Durch diese Abflussöffnung 210 kann z. B. metallische Schmelze aus dem Inneren des metallurgischen Gefäßes 200 abfließen.
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Zum Kontrollieren des Abflusses der Schmelze durch die Abflussöffnung 210 ist eine Stopfenmechanik vorgesehen, welche die Abflussöffnung 210 je nach Bedarf öffnet oder mit einem Stopfen 170 verschließt. Die Stopfenmechanik umfasst eine Stopfenstange 130, welche an ihrem unteren Ende den besagten Stopfen 170 trägt. An ihrem entgegengesetzten oberen Ende ist die Stopfenstange 130 mit einem Ausleger 120 verbunden, welcher das obere Ende der Stopfenstange 130 mit dem oberen Ende einer Hubstange 110 verbindet. Idealerweise sind die Stopfenstange 130 und die Hubstange 110 parallel ausgerichtet.
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Die Stopfenmechanik umfasst darüber hinaus einen Linearantrieb 140 zum linearen Verschieben der Hubstange 110 mit dem Ausleger 120 und der Stopfenstange 130 relativ zu dem metallurgischen Gefäß 200.
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Erfindungsgemäß ist der Linearantrieb 140 in Form eines elektrischen Linearmotors mit einem Stator und mit der Hubstange 110 als Läufer ausgebildet. Wie in 1 zu erkennen ist, ist der Linearmotor beispielsweise über eine Befestigungsplatte 190 an einer Außenseite des metallurgischen Gefäßes 200 angebracht. Als Läufer wird die Hubstange 110 außerhalb des metallurgischen Gefäßes 200 durch den Linearmotor vertikal bewegt. Der Ausleger 120 dient zum Übertragen dieser Vertikalbewegung auf die Stopfenstange 130 und auf den Stopfen 170 im Inneren des Gefäßes 200.
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Die Hubstange 110 ist vorzugsweise unterhalb und oberhalb des Linearmotors durch Führungshülsen 180, die vorzugsweise ebenfalls an der Außenwand des Gefäßes 200 befestigt sind, gelagert und in vertikaler Richtung frei beweglich geführt.
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Für den Fall eines Ausfalls oder des Abschaltens des Linearmotors muss sichergestellt sein, dass die Stopfenmechanik, d. h. die Hubstange 110, der Ausleger 120 und die Stopfenstange 130 mit dem Stopfen 170 nicht unkontrolliert auf die Wand des metallurgischen Gefäßes 200 herabfällt und dadurch beschädigt oder gar zerstört wird. Um dies zu verhindern ist eine Wegbegrenzungseinrichtung 150 vorgesehen, welche die Bewegung der Hubstange 110 - insbesondere bei abgeschaltetem oder ausgefallenem Linearmotor - nach unten begrenzt. Vorzugsweise wird in diesen Situationen die Fallbewegung der Hubstange 110 mit dem Ausleger 120 und der Stopfenstange 130 mit Hilfe der Wegbegrenzungseinrichtung 150 nicht nur begrenzt, sondern auch weich abgefangen durch Vorsehen eines Dämpfungselementes 152, beispielsweise in Form einer Feder oder eines pneumatischen oder hydraulischen Zylinders.
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Für den Fall, dass der Linearmotor ausfällt oder abgeschaltet ist, muss aus Sicherheitsgründen ebenfalls sichergestellt sein, dass die Stopfenmechanik trotzdem funktioniert. Zu diesem Zweck ist oberhalb oder unterhalb des Linearmotors ein Handgriff, z. B. in Form einer Gießerstange 160 an der Hubstange 110 angebracht, mit welcher die frei beweglichen Teile der Stopfenmechanik, d. h. die Hubstange 110, der Ausleger 120 und die Stopfenstange 130 mit dem Stopfen 170, manuell bewegt werden können. Auf diese Weise ist das Öffnen oder Schließen der Abflussöffnung 210 durch den Stopfen 170 jederzeit sichergestellt. Die Gießerstange 160 erstreckt sich beispielsweise rechtwinklig von der Hubstange 110, wie in 1 dargestellt.
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Ein manueller Eingriff mit Gießerstange 160 kann auch im Normalbetrieb als Alternative zum elektrischen Antrieb genutzt werden. Dabei wird der Linearmotor mittels Knopfdruck deaktiviert und der manuelle Eingriff mittels Gießerstange 160 kann erfolgen. Ein Umschalten von manuellem Betrieb auf Motorbetrieb ist jederzeit möglich.
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2 zeigt, ähnlich wie 1, das metallurgische Gefäß 200 mit der anmontierten Vorrichtung 100 zum Verschließen der Abflussöffnung 210. Ergänzend zu 1 zeigt 2 ein Gehäuse 195, in welchem der Linearmotor gekapselt untergebracht ist. Das Vorsehen des Gehäuses 195 ist sinnvoll, um den Linearmotor insbesondere vor Schmutz und Staub, wie sie auf einer Gießbühne typischerweise gegeben sind, zu schützen.
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Bezugszeichenliste
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- 100
- Vorrichtung
- 110
- Hubstange
- 120
- Ausleger
- 130
- Stopfenstange
- 140
- Linearantrieb
- 150
- Wegbegrenzungseinrichtung
- 152
- Dämpfungselement
- 160
- Handgriff, Gießerstange
- 170
- Stopfen
- 180
- Führungshülse
- 190
- Befestigungsplatte
- 195
- Gehäuse
- 200
- metallurgisches Gefäß
- 210
- Abflussöffnung
