-
Die Erfindung betrifft eine Oszillationseinrichtung für eine Stranggießkokille in einer Stranggießmaschine zur Erzeugung von Dickbrammen, Brammen, Dünnbrammen, Blöcken, Vorprofilen (Beamblank-Formaten und Rundprofilen) aus Kohlenstoffstählen, rostfreien Stählen oder Edelstählen. Darüber hinaus betrifft die Erfindung diverse Verfahren zum Prüfen der Oszillationseinrichtung, z. B. ein Verfahren zum Ermitteln von deren Oszillationskraft, ein Verfahren zum Ermitteln der Reibkraft zwischen dem Kolben und dem Zylindergehäuse bei der Oszillationseinrichtung, einem Verfahren zum Ermitteln der Reibkraft eines Gießstrangs in einer Stranggießkokille während die Stranggießkokille mit Hilfe der Oszillationseinrichtung oszilliert wird und ein Verfahren zum Prüfen der Federkraft einer Feder der Oszillationseinrichtung.
-
Oszillationseinrichtungen zum Versetzen von Stranggießkokillen in Stranggießmaschinen in Schwingungen sind im Stand der Technik grundsätzlich bekannt, z. B. aus der europäischen Patentschrift
EP 1 763 414 B1 ,
EP 1 358 955 B1 ,
WO 2006/002732 A1 und der
WO 2005/105342 A1 .
-
Besonders relevant für den Gegenstand der vorliegenden Erfindung erscheint die europäische Patentschrift
EP 0 992 302 B1 . Diese Patentschrift offenbart eine Oszillationseinrichtung für eine Stranggießkokille, wobei die Stranggießkokille auf einem Hubtisch angeordnet ist, welcher mit Hilfe der Oszillationseinrichtungen in Schwingungen versetzt wird. Die Oszillationseinrichtung umfasst vier eckständige, vorzugsweise doppelt wirkende Kolben-Zylinder-Einheiten mit jeweils einem Zylindergehäuse und einer in dem Zylindergehäuse geführten Kolbenstange zum Versetzen des Hubtisches bzw. der darauf montierten Stranggießkokille in Schwingungen. Die an den Kolben-Zylinder-Einheiten, genauer gesagt den Hydraulikzylindern, tatsächlich wirkende Oszillationskräfte werden in einer Gießpause, d. h. im Leerlauf, und/oder im Gießbetrieb messtechnisch erfasst und zur Diagnose der Gießmaschine und/oder des Gießprozesses verwendet. Konkret werden die bei der Oszillationsbeschleunigung wirkenden Kräfte sowie die Reibungskräfte zwischen Kokillenwänden und Strangschale ermittelt. Die Oszillationskraft der Oszillationseinrichtung wird beispielsweise indirekt durch Auswerten der Drücke in den Zylindereinheiten zu beiden Seiten des Kolbens errechnet.
-
Diese bekannte Vorgehensweise ist jedoch mit folgenden Nachteilen behaftet:
- 1. Es müssen zwei individuelle Drucksensoren vorgesehen werden; jeweils ein Drucksensor für jede Zylinderkammer zu beiden Seiten des Kolbens, um die aktuelle Kolbenkraft bzw. Oszillationskraft zu ermitteln. Damit sind Kosten für zwei Sensoren und deren jeweilige Wartung aufzubringen.
- 2. Die beschriebene Messung der Oszillationskraft auf Basis der Drücke in den Zylinderkammern ist eine indirekte Kraftmessung. Leckagen bewirken eine Steigerung der Ungenauigkeit der Messung über den Lebenszeitraum.
- 3. Die Genauigkeit über den Hubweg des Zylinders kann unterschiedlich sein. Anders ausgedrückt: Die Lage des Kolbens verändert die Druckverhältnisse (z. B. aufgrund der Gewichtskraft des Öls).
- 4. In der durch Auswertung der Drücke in den Zylinderkammern errechneten Oszillationskraft, ist die Reibkraft zwischen dem Kolben und dem Zylinder grundsätzlich automatisch mit enthalten; der ermittelte Messwert für die Oszillationskraft ist deswegen in der Regel verfälscht, insbesondere bei verschiedenen Kraftsituationen bei veränderlichen dynamischen Bewegungsabläufen.
- 5. Die besagte indirekte Ermittlung der Oszillationskräfte aus den gemessenen Drücken der Zylinderkammern ist auch deswegen ungenau, weil die Drücke in den Zylinderkammern aufgrund der Auf- und Abbewegung des Kolbens in dem Zylinder periodisch schwanken; insbesondere ist in den Zylinderkammern kein konstanter Druck vorhanden, der eine gesicherte Kraftwertermittlung ermöglichen würde.
-
Weil die Drucksensoren nicht mit absoluter Genauigkeit, sondern lediglich mit einer Genauigkeit im Bereich von 0,2 % bis 0,5 % FS (= Fullscale des Messbereichs) arbeiten und weil darüber hinaus die besagten Reibungskräfte zwischen Kolben und Zylinderwand gegeben sind, liegt die Genauigkeit der indirekten Oszillationskraftmessung, wie sie aus dem Stand der Technik bekannt ist, bei 0,4 % bis 1 % FS.
-
Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine bekannte Oszillationseinrichtung für Stranggießkokillen sowie diverse Prüfverfahren für die Oszillationseinrichtung dahingehend weiterzubilden, dass die Genauigkeit, mit welcher die Oszillationskraft der Oszillationseinrichtung ermittelt werden kann, vergrößert wird.
-
Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand des Patentanspruchs 1 gelöst. Demnach ist die Kraftmesseinrichtung zum Erfassen der Oszillationskräfte in der Kolben-Zylinder-Einheit in Form einer Kraftmessdose ausgebildet.
-
Im Unterschied zu der aus dem Stand der Technik bekannten indirekten Messung der Oszillationskraft durch Auswertung der Drücke in den Zylinderkammern, ermöglicht die Verwendung der Kraftmessdose eine direkte Kraftmessung. Die Nachteile, wie sie oben im Zusammenhang mit der indirekten Kraftmessung beschrieben wurden, entfallen vorteilhafterweise bei der direkten Kraftmessung. Insbesondere entstehen durch die direkte Kraftmessung weniger systembedingte Lastmessfehler. Die Gesamtgenauigkeit der mit Hilfe der Kraftmessdose direkt bestimmten Oszillationskräfte liegt im Bereich kleiner 0,05 % FS.
-
Zur Funktionsweise der Kraftmessdose:
Die Kraftmessdose weist einen Federkörper auf, welcher bei Krafteinwirkung elastisch verformt wird. Die Krafteinwirkung bzw. die Kraftaufnahme muss in einer vorgeschriebenen Richtung erfolgen. Die Verformung des Federkörpers, welcher typischerweise aus Metall gefertigt ist, wird über Dehnungsmessstreifen erfasst. Bei Krafteinwirkung ändert sich der elektrische Widerstand mit der Dehnung der Dehnungsmessstreifen. Bei Beaufschlagung des elektrischen Widerstandes mit einem konstanten Strom kann die Änderung des elektrischen Widerstandes und damit die Änderung der Dehnung in eine proportionale Änderung einer elektrischen Spannung über dem Widerstand umgewandelt werden. Über einen Messverstärker kann die Änderung der elektrischen Spannung und damit die Dehnungsänderung registriert werden. Die Änderung der Dehnung des Federkörpers kann bei lediglich elastischer Verformung des Federkörpers in einen proportionalen Messwert für die Oszillationskraft umgerechnet werden. Die Kraftmessdose, auch Kraftaufnehmer genannt, wird dazu vorzugsweise kalibriert.
-
Im Unterschied zum Stand der Technik, wo für die indirekte Kraftmessung zwei Drucksensoren erforderlich waren, ist gemäß dem Gegenstand der vorliegenden Erfindung lediglich ein Kraftmesssensor in Form der Kraftmessdose erforderlich. Aufgrund der Einzahl des notwendigen Kraftsensors sind dementsprechend geringere Wartungskosten und auch eine geringere Störanfälligkeit gegeben.
-
Gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel ist die Kraftmessdose in oder an der Kolbenstange angeordnet, so dass die von der Kolbenstange übertragene Oszillationskraft auf die Kraftmessdose wirkt. Insbesondere kann die Kraftmessdose zwischen einem Auge an einem Ende der Kolbenstange und der eigentlichen Kolbenstange angeordnet sein. Alternativ kann die Kraftmessdose zwischen dem Zylindergehäuse und einem Festland angeordnet sein, an welchem das Zylindergehäuse abgestützt ist, so dass die Oszillationskraft als Reaktio auf die Kraftmessdose wirkt. Die beiden genannten alternativen Einbauorte für die Kraftmessdose bieten den Vorteil, dass die Oszillationskräfte idealerweise zu 100 %, d. h. querkraftfrei auf die Kraftmessdose einwirken können. Um dies sicherzustellen ist es darüber hinaus vorteilhaft, wenn die Kraftmessdose bezüglich ihrer Ausführung, bzw. bezüglich des zulässigen Kraftmessbereiches und bezügliches ihres Durchmessers auf die jeweilige Verwendung bzw. den jeweiligen Einbauort abgestimmt ist. Insbesondere sollte der Durchmesser der Kraftmessdose im Wesentlichen mit dem Durchmesser der Kolbenstange übereinstimmen, wenn die Kraftmessdose zwischen dem Auge und der eigentlichen Kolbenstange angeordnet ist oder der Durchmesser der Kraftmessdose sollte dem Durchmesser des Zylindergehäuses entsprechen, wenn die Kraftmessdose beispielsweise zwischen dem Zylindergehäuse und dem Festland angeordnet ist.
-
Wenn die Oszillationseinrichtung ausgebildet ist, die Stranggießkokille während des Betriebs der Stranggießmaschine auch mit einer Beschleunigung größer 1 g zu beschleunigen, dann muss die Kraftmessdose ausgebildet sein, die zum Aufbringen dieser Beschleunigung notwendigen Oszillationskräfte zu erfassen. Insbesondere muss die Kraftmessdose geeignet dynamisch sein.
-
Die Oszillationseinrichtung ist vorzugsweise ausgebildet, Oszillationskräfte mit einer Schwingungsfrequenz f zu generieren, für welche gilt: 300 Hübe pro Minute < f < 1.000 Hübe pro Minute. Die Oszillationseinrichtung ist vorteilhafterweise ausgebildet, Amplituden der Oszillationskräfte, d. h. Kokillenhübe h zu erzeugen mit: +/–0,2 mm < h < +/–10 mm. Die von der Oszillationseinrichtung erzeugten Oszillationskraftverläufe können sinusförmig oder nichtsinusförmig (bzw. symmetrisch oder asymmetrisch) sein. Die Kraftdose ist auch geeignet, diese Oszillationskräfte zu erfassen.
-
Die oben genannte Aufgabe der Erfindung wird weiterhin durch verschiedene Prüfverfahren gelöst, welche nachfolgend beschrieben werden:
Die oben genannte Aufgabe wird zum einen durch ein Verfahren zum Ermitteln der Oszillationskraft in einer erfindungsgemäßen Oszillationseinrichtung gelöst. Dabei bietet die Verwendung der Kraftmessdose bei der erfindungsgemäßen Oszillationseinrichtung den Vorteil, dass die Oszillationskraft mit Hilfe der Kraftmessdose sehr viel präziser ermittelt werden kann, als dies durch die indirekte Kraftmessung, wie sie im Stand der Technik erfolgt, geschehen kann. Bei Verwendung der Kraftmessdose wird die von der Kraftmessdose ermittelte Kraft durch einen von der Kraftmessdose generiertes Kraftmesssignal repräsentiert.
-
Die oben genannte Aufgabe der Erfindung wird weiterhin gelöst durch ein Verfahren zum Ermitteln der Reibkraft zwischen dem Kolben und dem Zylindergehäuse bei der erfindungsgemäßen Oszillationseinrichtung. Das Verfahren umfasst die folgenden Schritte:
- – Betreiben der Oszillationseinrichtung im Leerlauf der Stranggießmaschine und Messen der Oszillationskraft während des Oszillationsbetriebes im Leerlauf mit Hilfe des Kraftmessdose;
- – Betreiben der Oszillationseinrichtung im Leerlauf der Stranggießmaschine und Berechnen der Oszillationskraft während des Oszillationsbetriebs im Leerlauf aus den gemessenen Drücken in den Zylinderräumen zu beiden Seiten des Kolbens der Kolben-Zylinder-Einheit; und
- – Berechnen der Reibkraft zwischen dem Kolben und dem Zylindergehäuse als Differenz zwischen der Oszillationskraft, wie sie von der Messdose gemessen wurde und der Oszillationskraft, wie sie aus den Drücken in den Zylinderräumen berechnet wurde. Die Ermittlung der Reibkraft kann deshalb, wie beschrieben, als Differenz zwischen den beiden ermittelten Oszillationskräften berechnet werden, weil diese Reibkraft in der Oszillationskraft, wie sie aus den Drücken in den Zylinderräumen berechnet wurde, automatisch mit enthalten ist, während sie bei der Oszillationskraft wie sie von der Kraftmessdose gemessen wird, nicht enthalten ist.
-
Der Begriff „Leerlauf“ der Stranggießmaschine meint einen Betrieb ohne Schmelze in der Kokille und ohne Gießstrang in der Strangführung.
-
Die oben genannte Aufgabe wird weiterhin durch ein Verfahren zum Ermitteln der Reibkraft eines Gießstrangs in der Stranggießkokille während des Betriebs der Stranggießanlage gelöst. Dieses Verfahren weist die folgenden Schritte auf:
- a) Messen der Oszillationskraft gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren, d. h. mit Hilfe der Kraftmessdose im Leerlauf der Stranggießmaschine;
- b) Messen der Oszillationskraft mit dem erfindungsgemäßen Verfahren, d. h. mit Hilfe der Kraftmessdose, während des Gießbetriebs der Stranggießmaschine; und
- c) Berechnen der Reibkraft der Oszillationseinrichtung als Differenz zwischen den in den Schritten a) und b) gemessenen Oszillationskräften.
Die Berechnung der Reibkraft des Gießstrangs in der Stranggießkokille ist mit dem beschriebenen Verfahren deswegen möglich, weil die Messung der Oszillationskraft während des Gießbetriebs die besagte Reibkraft implizit automatisch enthält, während die im Leerlauf der Stranggießmaschine gemessene Oszillationskraft die besagte Reibkraft nicht enthält.
-
Der Begriff „Gießbetrieb“ der Stranggießmaschine bedeutet insbesondere, dass die Stranggießmaschine (bzw. die Kokille) während des „Gießbetriebs“ mit Stahlschmelze bzw. mit einem Gießstrang befüllt ist.
-
Die oben genannte Aufgabe wird weiterhin durch ein Verfahren zum Prüfen der Federkraft einer Führungsfeder, nachfolgend auch Feder gekannt, der erfindungsgemäßen Oszillationseinrichtung gelöst. Bei der Führungsfeder (bzw. Federn) handelt es sich um ein Zentrierungs- und Unterstützungsglied (der Oszillationseinrichtung) zwischen der in Schwingung zu versetzenden Stranggießkokille und einem Festland. Die Federn stützen die Kokille in einer Richtung quer zur Oszillationsrichtung. Das Verfahren weist die folgenden Schritte auf:
- – Fahren der Oszillationseinrichtung im Leerlauf der Stranggießmaschine in einen vorbestimmten Belastungszustand und Messen einer ersten Oszillationskraft mit der Kraftmessdose in dem vorbestimmten Belastungszustand zu einem ersten Zeitpunkt;
- – Fahren der Oszillationseinrichtung im Leerlauf der Stranggießmaschine in denselben vorbestimmten Belastungszustand und Messen einer zweiten Oszillationskraft mit der Kraftmessdose zu einem zweiten Zeitpunkt, welcher später liegt als der erste Zeitpunkt; und
- – Beurteilen des Qualitätszustandes der Führungsfeder (Führungsfedern) als noch ausreichend, wenn die Differenz zwischen der ersten und der zweiten gemessenen Oszillationskraft kleiner als ein vorgegebener Federkraft-Schwellenwert ist.
-
Der vorbestimmte Belastungszustand der Oszillationseinrichtung ist typischerweise definiert durch einen bestimmten vorgegebenen Oszillationshub oder durch eine vorgegebene Oszillationskraft und eine jeweils gleichzeitig vorgegebene Schwingungsfrequenz.
-
Gemäß einem Ausführungsbeispiel für das zuletzt beschriebene Verfahren ist die Feder zu dem ersten Zeitpunkt noch zumindest weitgehend unbenutzt und ist die Feder zu dem zweiten Zeitpunkt zumindest einige Stunden während des Gießbetriebs der Stranggießanlage in Betrieb gewesen. Unter der zuletzt genannten Restriktion kann vorteilhafterweise auf die Abnutzung bzw. den Verschleiß der Feder zwischen den beiden Zeitpunkten und damit auch auf den aktuellen Qualitätszustand der Feder geschlossen werden.
-
Der Beschreibung des Erfindungsgegenstandes sind drei Figuren beigefügt, wobei
-
1: die erfindungsgemäße Oszillationseinrichtung in einer Anordnung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel;
-
2: die erfindungsgemäße Oszillationseinrichtung in einer Anordnung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel; und
-
3: eine Kraftmessdose
zeigt.
-
Die Erfindung wird nachfolgend in Form von Ausführungsbeispielen anhand der genannten Figuren detailliert beschrieben. In allen Figuren sind gleiche technische Elemente mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet.
-
1 zeigt die erfindungsgemäße Oszillationseinrichtung in einer Anordnung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel. Die Oszillationseinrichtung 100 dient dazu, eine Stranggießkokille 200 einer Stranggießmaschine gegenüber einem Festland 300 in Schwingungen zu versetzen. Zu diesem Zweck weist die Oszillationseinrichtung 100 eine Kolben-Zylinder-Einheit 110 auf. Die Einheit umfasst ein Zylindergehäuse 112, welches bei dem ersten Ausführungsbeispiel mit dem Festland 300 verbunden ist. In dem Zylindergehäuse 112 ist ein Kolben 116 mit einer Kolbenstange 114 geführt. An ihrem dem Kolben 116 abgewandten Ende ist die Kolbenstange 114 über eine Koppeleirichtung 130, z. B. ein Stangenauge, drehgelenkig mit der Stranggießkokille verbunden, um diese in typischerweise vertikale Schwingungen zu versetzen. Zwischen dem Stangenauge 130 und dem Kolben ist in der Kolbenstange 114 eine Kraftmesseinrichtung 120 in Form einer Kraftmessdose angeordnet. Die Führungsfeder 400 dient als Zentrierungs- bzw. Unterstützungsglied zwischen der Oszillations-Kokille und dem Festland 300.
-
Diese Anordnung der Kraftmessdose bietet den Vorteil, dass die Oszillationskräfte der Oszillationseinrichtung direkt gemessen werden können. Die direkte Kraftmessung bietet deutlich präzisere Werte für die Oszillationskraft als die z. B. aus dem Stand der Technik bekannte indirekte Kraftmessung.
-
Funktionsweise der Oszillationseinrichtung 100:
Um die Oszillationseinrichtung 100 und insbesondere die Kolbenstange 114 sowie die damit optional gekoppelte Stranggießkokille 200 in Schwingungen zu versetzen, werden der Zylinderraum 113, welcher in Form eines Ringzylinderraumes ausgebildet ist, und der Zylinderraum 117 mit periodisch schwankenden Drücken beaufschlagt, indem über die gezeigten Anschlüsse ein Medium, typischerweise eine Hydraulikflüssigkeit in geeigneter Weise in die Räume gepumpt wird bzw. aus diesen abgelassen wird.
-
2 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel zur Anordnung der Kraftmessdose. Anders als bei dem ersten Ausführungsbeispiel gemäß 1 ist die Kraftmessdose bei dem Ausführungsbeispiel in 2 zwischen das Zylindergehäuse 112 und das Festland 300 geschaltet. Bei diesem Ausführungsbeispiel wirkt nun die von der Kolben-Zylinder-Einheit 110 generierte Oszillationskraft als Reaktio auf die Kraftmessdose 120. Ungeachtet der in 2 gezeigten alternativen Anordnung der Kraftmessdose funktioniert die Oszillationseinrichtung 100 genau wie mit Bezug auf 1 beschrieben. In beiden Figuren ist die Schwingungsrichtung der Kolbenstange und der Stranggießkokille 200 mit den vertikalen Doppelpfeilen symbolisiert.
-
3 zeigt eine schematische Darstellung der Kraftmessdose 120.
-
Die Oszillationseinrichtung ist vorteilhafterweise ausgebildet, die Stranggießkokille 200 während des Gießbetriebs der Stranggießmaschine mit Beschleunigungen auch größer 1 g zu beschleunigen. Die Kraftmessdose 120 ist dann vorteilhafterweise ausgebildet, die dafür notwendigen großen Oszillationskräfte genau zu erfassen. Die Kraftmessdose 120 ist vorteilhafterweise im Hinblick auf ihre Dynamik ausgebildet, auch vergleichsweise hohe Schwingungsfrequenzen f zu erfassen, insbesondere Schwingungsfrequenzen für die gilt: 300 Hübe pro Minute < f < 1.000 Hübe pro Minute.
-
Die erfindungsgemäße Kraftmessdose ist weiterhin ausgebildet, Kokillenhübe von +/–0,2 mm < h < +/–10 mm zu erfassen.
-
Die im allgemeinen Teil der Beschreibung beschriebenen Verfahren repräsentieren jeweils Anwendungsbeispiele, für welche die Verwendung der Kraftmessdose aufgrund der daraus resultierenden hohen Genauigkeit bei der Berechnung der Oszillationskraft vorteilhaft ist.
-
Bezugszeichenliste
-
- 100
- Oszillationseinrichtung
- 110
- Kolben-Zylinder-Einheit
- 112
- Zylindergehäuse
- 113
- Zylinderraum
- 114
- Kolbenstange
- 116
- Kolben
- 117
- Zylinderraum
- 120
- Kraftmesseinrichtung, Kraftmessdose
- 130
- Koppeleinrichtung, z. B. Stangenauge
- 200
- Stranggießkokille
- 300
- Festland
- 400
- Führungsfeder (Kokille) bzw. Oszillationseinrichtung
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
- EP 1763414 B1 [0002]
- EP 1358955 B1 [0002]
- WO 2006/002732 A1 [0002]
- WO 2005/105342 A1 [0002]
- EP 0992302 B1 [0003]
