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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung für eine Stranggießeinrichtung mit mindestens einer relativ bewegbaren Kokillen und insbesondere mit mindestens zwei relativ zueinander bewegbaren Kokillen, denen jeweils ein Kokillenoszillator mit einem elektrischen Antriebsmotor zugeordnet ist. Weiterhin wird ein Verfahren zum Betrieb der Stranggießeinrichtung vorgeschlagen.
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Bei einer Stranggießeinrichtung wird flüssiges Metall, z. B. Stahl, in eine Verteilerrinne gefüllt; von dort läuft der Stahl durch Gewichtskraft in die Kokillen und verteilt sich gleichmäßig. In den wassergekühlten Kokillen erstarrt die äußere Haut. Sobald der Strang die Kokille verlässt, wird mit Wasser gekühlt, bis der Strang vollständig erstarrt und auf Länge geschnitten werden kann. Die Kokillen müssen sich relativ zum Strang bewegen, um ein Anbacken des Strangs zu verhindern. Hierbei erfolgt eine Oszillation der Kokille.
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In der Praxis werden Oszillationsantriebe im Wesentlichen auf drei Arten verwirklicht. Bei Oszillationsantrieben auf der Basis eines Exzenters erfolgt der Drehantrieb des Exzenters über einen Elektromotor, ein Untersetzungsgetriebe und eine Kupplung. Bei Oszillationsantrieben auf der Basis eines elektromotorisch wirkenden Hubzylinders ist eine Gewindespindel mit einem Kugelumlauf- oder Planetenrollantrieb vorhanden, die von einem Servomotor angetrieben wird. Diese Oszillationsantriebe umfassen die Synchronisierung (Gleichlauf) von mehreren Achsen, die eine Kokille antreiben, und damit eine Aufwärts- und Abwärtsbewegung aller Kokillen in jeweils gleicher Richtung. In Abbremsphasen geht Energie hierbei verloren. Bei Oszillationsantrieben auf der Basis einer elektrohydraulischen Servoeinrichtung wird ein doppelt wirkender Hydraulikzylinder durch ein von einem Funktionsgenerator erzeugtes vorgewähltes Signal gesteuert. Bei diesem Antrieb erfolgt ein kontinuierlicher Verbrauch an elektrischer Energie, um die Zirkulation des Hydrofluids in den Leitungen zu erzeugen, die den Aktuator mit einer Steuereinrichtung verbinden.
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Hiervon ausgehend ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung und ein Verfahren zu schaffen, die die genannten Nachteile lindern oder sogar vermeiden. Insbesondere sollen auf konstruktiv einfache Weise die Energiezufuhr aus dem Energieversorgungsnetz verringert und Lastspitzen vermieden werden. Außerdem soll der Wirkungsgrad der Stranggießanlage verbessert werden.
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Diese Aufgaben werden gelöst mit einer Vorrichtung und einem Verfahren gemäß den unabhängigen Patentansprüchen. Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Patentansprüchen angegeben. Es ist darauf hinzuweisen, dass die Beschreibung, insbesondere im Zusammenhang mit den Figuren, weitere Einzelheiten und Weiterbildungen der Erfindung anführen, die mit den Merkmalen aus den Patentansprüchen kombinierbar sind.
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Hierzu trägt eine Vorrichtung für eine Stranggießeinrichtung mit mindestens zwei relativ zueinander bewegbaren Kokillen bei, denen jeweils ein Kokillenoszillator mit einem elektrischen Antriebsmotor zugeordnet ist, wobei die Antriebsmotoren an eine Steuereinrichtung zur phasenversetzten Steuerung einer Zuspeisung und Rückspeisung von elektrischer Energie zu den Antriebsmotoren bzw. von den Antriebsmotoren angeschlossen sind.
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Ein Kokillenoszillator führt einen sich widerholenden Arbeitszyklus aus, so dass die Kokillen immer wieder rauf und runter bewegt werden. Anhand der Position der Kokille kann demnach ein (zeitlicher und/oder räumlicher) Startpunkt und ein Endpunkt für diesen Arbeitszyklus festgelegt werden. Unter einer „Phasenverschiebung“ kann ein zeitlicher und/oder räumlicher Versatz der Arbeitszyklen verschiedener Kokillen bzw. des zugehörigen Betriebspunktes der sie bewegenden elektrischen Antriebsmotoren verstanden werden.
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Insbesondere ist die Steuereinrichtung dazu vorgesehen und/oder eingerichtet, dass bei einer (üblicherweise) geraden Anzahl von Antriebsmotoren eine Paarung gebildet wird, wobei stets eine Beschleunigungsphase eines (spezifischen ersten) Antriebsmotors wenigstens zeitweise eine Abbremsphase eines anderen (spezifischen zweiten) Antriebsmotors überlagert. Es kann vorgesehen sein, dass eine Mehrzahl derartiger Paarungen vorgesehen sind. Es ist möglich, dass aus der Mehrzahl von Antriebsmotoren jeweils immer nur zwei so aufeinander abgestimmt sind. Es ist möglich, dass aus der Mehrzahl von Antriebsmotoren jeder Antriebsmotor gemäß einer nur für diesen spezifizierten (einzigartigen) Phase arbeitet.
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Mit der hier vorgestellten Vorrichtung werden rückspeisefähige Antriebe, bzw. Antriebsmotoren eingesetzt, die in einer Abbremsphase elektrische Energie z. B. in einen Gleichstrom- Zwischenkreis zurückspeisen. Die Antriebe mehrerer Gusskokillen werden phasenversetzt angesteuert, so dass aus dem Abbremsvorgang eines Antriebs rückgespeiste Energie direkt oder mittelbar für Beschleunigungsvorgänge anderer Antriebe zur Verfügung steht. Dadurch lassen sich die Nettoenergieaufnahme aus dem Versorgungsnetz verringern und Lastspitzen vermeiden.
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Als Antriebsmotor kommt ein Servomotor oder ein Torquemotor bevorzugt zum Einsatz.
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In Systemen mit Servomotoren oder Torquemotoren kann die Bremsenergie in den Zwischenkreis eingespeist und von anderen Motoren genutzt werden. Dadurch ist eine Energierückgewinnung ermöglicht. Hierdurch wird die Leistungsaufnahme reduziert und geglättet. Außerdem kann die Einspeisung elektrischer Energie entsprechend kleiner dimensioniert werden. Um die Rückgewinnung zu maximieren, arbeite die Kokillen phasenverschoben, z. B. eine fährt runter, eine fährt hoch. Die Einrichtung bzw. Anpassung der Phasenverschiebungen der Kokillen führt zu einer wesentlichen Verbesserung des Wirkungsgrades der Stranggießeinrichtung. In Abhängigkeit der Anzahl der Kokillen ergibt sich eine unterschiedliche Phasenverschiebung zur Maximierung der Rückgewinnung. Einfluss hat auch die Asymmetrie, weil kurze Abwärtsphasen langen Aufwärtsphasen gegenüberstehen, die Bewegungen werden dynamischer gefahren und es kann mehr Energie zurückgewonnen werden.
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Die hier aufgezeigte Vorrichtung ermöglicht eine energieeffiziente Kupplung und Regelung einer Kokillenoszillationsanlage mit mehreren Oszillatoren, zweckmäßig umfassend einen Netzversorger (einspeisend und/oder rückspeisend), der einen Gleichspannungszwischenkreis versorgt, je Kokillenoszillator einen Motorwechselrichter mit einem Antriebsmotor, die an dem gemeinsamen Gleichspannungszwischenkreis hängen, sowie ein Getriebe je Antrieb, das die rotatorische Bewegung des Motors in eine translatorische Bewegung umsetzt und mit der Kokille verbunden ist.
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Es sind unterschiedliche Anordnungen möglich, wie die Kraftübertragung zwischen Motor und Kokille gelöst wird. Zur Kraftübertragung kann beispielsweise mindestens einer der Folgenden Mechanismen angewendet werden: Hebelmechanismus, Exzenter, Getriebe, hydraulisches Getriebe/autarke Achse, Kugelgewindetrieb.. Es ist unerheblich, wie viele Kokillen in einer Maschine angetrieben werden. Für die Synchronisierung werden mindestens zwei Kokillen benötigt. Die Glättung mit Hilfe eines Speichers kann auch bei einer Kokille sinnvoll eingesetzt werden. Auch ist es unerheblich, wie viele Antriebe eine Kokille antreiben (üblicherweise 1, 2 oder 4 Antriebe). Es kann eine lineare Bewegung der Kokille oder eine (leicht) kreisförmige Bewegung erzeugt werden. Eine Kokille, die in eine kreisförmige Bewegung versetzt wird, wird auch Radiuskokille genannt. Eine Radiuskokille hat üblicherweise zwei Antriebe mit unterschiedlichem Hub..
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Die zusätzliche Regelung durch die Steuereinrichtung bei der hier beschriebenen Vorrichtung führt zu keinerlei Beeinträchtigung des Bewegungsprofils der einzelnen Kokille. Die einzelnen Kokillen führen die Bewegungen nur phasenverschoben aus. Diese Phasenverschiebung spielt für den mit der Vorrichtung durchgeführten Strangußprozess allerdings keine Rolle. Ttheoretisch ist es allerdings möglich, dass Kokillen einer beschriebenen Vorrichtung jeweils mit unterschiedlichen Bewegungsprofilen verwendet werden.). Durch eime Simulation des auftretenden elektrischen Stromverbrauchs durch den Betrieb einer Kokille können Bewegungsprofile und Phasenverschiebungen der Bewegungen der einzelnen Kokillen zueinander ermittelt werden. Die Vorrichtung ist dann gemäß diesen Bewegungsprofilen betreibbar.
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Es wird hier auch eine Vorrichtung für eine Stranggießeinrichtung mit mindestens einer relativ bewegbaren Kokille beschrieben, der jeweils ein Kokillenoszillator mit einem elektrischen Antriebsmotor zugeordnet ist, wobei die Antriebsmotoren an eine Steuereinrichtung (zur Steuerung einer Zuspeisung von elektrischer Energie zu dem Antriebsmotor und einer Rückspeisung von elektrischer Energie von dem Antriebsmotor angeschlossen ist, wobei an den Antriebsmotor ein Energiespeicher angeschlossen ist, welcher rückgespeiste elektrische Energie aus dem mindestens einen Antriebsmotor aufnehmen und an den Antriebsmotor abgeben kann.
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Der Energiespeicher kann von beliebiger Art sein. Bevorzugt sind elektrische Energiespeicher und/oder mechanische Energiespeicher. Ein elektrischer Energiespeicher kann beispielsweise einen Kondensator umfassen, in dem elektrische Energie kurzzeitig eingelagert werden kann, um (direkt) anschließend wieder abgegeben zu werden. Ein mechanischer Energiespeicher umfasst beispielsweise eine beschleunigte Masse und gegebenenfalls zusätzlich Mittel, mit denen die Masse zur Aufnahme von Energie mit einem elektrischen Strom beschleunigt und zur Abgabe von Energie beim Abbremsen einen elektrischen Strom erzeugen kann.
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Mit einem solchen Energiespeicher können Lastspitzen und Lasttäler des Leistungsverbrauchs einer bewegbaren Kokille bzw. des Antriebs einer bewegbaren Kokille effizient ausgeglichen werden.
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Die Glättung mit Hilfe eines Speichers kann auch bei einer Kokille sinnvoll eingesetzt werden.
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Bevorzugt ist an den Gleichspannungszwischenkreis ein Energiespeicher angeschlossen, um die restlichen bestehenden Lastspitzen zu glätten.
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Bevorzugt ist zwischen einem elektrischen Energieversorgungsnetz und den Antriebsmotoren ein gemeinsamer Gleichspannungszwischenkreis vorhanden. Dieser Gleichspannungszwischenkreis sorgt dafür, dass der Betrieb der Vorrichtung (weitgehend) unabhängig von Spannungsschwankungen im Stromnetz erfolgen kann.
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Mit Vorteil ist jedem Antriebsmotor der Vorrichtung ein Wechselrichter vorgeschaltet, der an die Steuereinrichtung angeschlossen ist. Der Wechselrichter dient zur zielgerichteten Stromversorgung des einzelnen Antriebsmotors der Vorrichtung.
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Vorzugsweise sind die Wechselrichter derart phasenverschoben steuerbar, dass der jeweilige Leistungsbedarf der einzelnen Kokillenoszillatoren insgesamt eine geringe Spitzenleistung aufweist.
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Zweckmäßig sind die Wechselrichter derart phasenverschoben steuerbar, dass der jeweilige Leistungsbedarf der einzelnen Kokillenoszillatoren eine geringe Gesamtenergiebilanz aufweist.
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Besonders vorteilhaft ist die Vorrichtung, wenn die Kokille und der Antriebsmotor dazu eingerichtet sind, mit einem von einem Sinus abweichenden Bewegungsprofil bewegt zu werden. Mit dem Begriff „Sinus“ ist hier insbesondere jede Bewegungsform gemeint, die zumindest in einer Richtungskomponente Bewegungsanteile hat, welche mit linearen Differentialgleichungen beschrieben werden können.
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Durch den hier vorgeschlagenen elektrischen Austausch von Energie zwischen verschiedenen Kokillen, welcher gegebenenfalls sogar gezielt mit einem Wechselrichter für jede einzelne Kokille bzw. für jeden einzelnen Kokillenantrieb ansteuerbar ist, kann erreicht werden, dass komplexere Bewegungsprofile der Kokille möglich sind, wobei gleichzeitig eine Minimierung des Gesamtenergieverbrauch erreicht werden kann. Wenn Energie zwischen einzelnen Kokillen und Kokillenantrieben (nur) mechanisch übertragen wird, um eine Minimierung des Gesamtenergieverbrauchs zu erreichen, besteht eine Beschränkung auf Bewegungsprofile mit einer Sinus-Charakteristik. Dies liegt insbesondere daran, dass die mechanische Übertragung von Energie insbesondere mit Feder-Masse-Systemen erfolgen kann, deren Kraft-Weg-Eigenschaften fast immer durch lineare Differentialgleichungen zu beschreiben sind.
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Es kann erhebliche Vorteile aufweisen, wenn hinsichtlich der Bewegung von Kokillenoszillatoren keine Beschränkung auf Bewegungen mit Sinus-Charakteristik vorliegen, sondern auch abweichende Bewegungsprofile (insbesondere ohne Sinus-Charakteristik bzw. asymmetrische Bewegungsprofile) gefahren werden können. Solche Bewegungsprofile ermöglichen oft noch gezielter, das Anhaften des Stahlstrangs an der Kokille zu vermeiden.
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Bevorzugt ist an den Gleichspannungszwischenkreis ein Energiespeicher angeschlossen, um die restlichen bestehenden Lastspitzen zu glätten.
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Auf diesen Energiespeicher sind alle Merkmale anwendbar und übertragbar, welche oben im Zusammenhang mit dem Energiespeicher bei einer Ausführungsvariante mit einer bewegbaren Kokille erläutert wurden.. Ein solcher Energiespeicher kann auch bei Varianten angewendet werden, die mehr als zwei bewegbare Kokillen mit elektrischem Antrieb aufweisen. Bei solchen Varianten mit mehr als zwei bewegbaren Kokillen kann gegebenenfalls ein konstanter Energieverbrauch bzw. eine konstante Leistungsaufnahme der mindestens zwei bewegbaren Kokillen in Summe erreicht werden und (signifikante) Lastspitzen können so insgesamt vermieden werden. Ein konstanter Energieverbrauch bzw. eine konstante Leistungsaufnahme hat Vorteile gegenüber einem variablen Energieverbrauch, der durch einen Energiespeicher gepuffert wird, weil durch das Einlagern der Energie in den Energiespeicher und durch das Auslagern der Energie aus dem Energiespeicher jeweils Leistungsverluste auftreten, die durch ein Abstimmen mehrerer Antriebe mehrerer Kokillen aufeinander vermieden werden können. Es ist gleichwohl möglich, dass ein Ausgleich von Leistungsspitzen und Leistungstälern durch den aufeinander abgestimmten Betrieb der Kokillen nicht vollständig erreicht wird. In diesen Fällen kann z. B. durch die (zusätzliche) Verwendung eines Energiespeichers noch eine weitere Verbesserung und Energieeinsparung erreicht werden.
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Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein Verfahren zum Betrieb einer Stranggießeinrichtung mit mindestens zwei Kokillen, die jeweils von einem Kokillenoszillator mit einem elektrischen Antriebsmotor bewegt werden, vorgeschlagen. Das Verfahren umfasst zumindest die folgenden Schritte:
- a) Bewegen der Kokillen relativ zueinander,
- b) Bestimmen von Beschleunigungsphasen und Abbremsphasen der Kokillenbewegung,
- c) phasenversetzte Steuerung einer Zuspeisung und einer Rückspeisung von elektrischer Energie zu den Antriebsmotoren in den Beschleunigungsphasen bzw. von den Antriebsmotoren in den Abbremsphasen.
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Bevorzugt werden die Beschleunigungsphasen und die Abbremsphasen durch Energieaufnahme der Antriebsmotoren oder durch Beschleunigungssensoren bestimmt. Die Energieaufnahme kann z. B. durch einen dem Antriebsmotor zugeordneten Tachogenerator verwirklicht sein.
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Mit Vorteil wird die rückgespeiste Energie in einen Energiespeicher eingespeist.
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Ein noch weiterer Aspekt betrifft die Verwendung von elektrischer Energie, die von einem Antriebsmotor eines Kokillenoszillators einer Stranggießeinrichtung rückgespeist wird, für Beschleunigungsvorgänge anderer Antriebsmotoren, wobei diese elektrische Energie bzw. diese anderen Antriebsmotoren insbesondere zum Antrieb anderer Kokillenoszillatoren verwendet werden
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Die Erfindung und das technische Umfeld werden nachfolgend anhand von Figuren näher erläutert. Dabei sind gleiche Bauteile mit gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet. Die Darstellungen sind schematisch und nicht zur Veranschaulichung von Größenverhältnissen vorgesehen. Die mit Bezug auf einzelne Details einer Figur angeführten Erläuterungen sind extrahierbar und mit Sachverhalten aus anderen Figuren oder der vorstehenden Beschreibung frei kombinierbar, es sei denn, dass sich für einen Fachmann zwingend etwas anderes ergibt bzw. eine solche Kombination hier explizit untersagt wird. Es zeigen:
- 1: schematisch eine elektromechanische Einrichtung zum Oszillieren einer Kokille mit einem Antriebsmotor, einem Wechselrichter und einer Steuereinrichtung,
- 2: eine elektromotorische Einrichtung mit einer Mehrzahl von Kokillenoszillatoren und einem gemeinsamen Gleichspannungszwischenkreis sowie ein Energieversorgu ngs netz,
- 3a, 3b: eine elektromotorische Einrichtung zum Oszillieren mit kinetischem Energiespeicher (3a) und mit elektrischem Energiespeicher (3b),
- 4: Blockschaltbild der phasenversetzten Steuerung für zwei Kokillen mit Zuspeisung und Rückspeisung elektrischer Energie zu den bzw. von den Antriebsmotoren und
- 5: ein Leistungsprofil für die Kokillenoszillation beispielhaft mit einem Servomotor.
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1 zeigt schematisch eine elektromotorische Einrichtung zum Oszillieren einer Kokille 2 mit einem Antriebsmotor 6, einem Wechselrichter 12 und einer Steuereinrichtung 14.
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Der in 1 schematisch dargestellte Kokillenoszillator 1 dient zum Oszillieren einer Kokille 2 (Stranggießkokille) zur Herstellung eines in Richtung des Pfeils C ausziehbaren Strangs 3. Eine solche Einrichtung eignet sich für eine Stranggießanlage zur Erzeugung von beliebigen Strangformaten, wie Knüppel, Vorblöcken, Beam-Blanks oder auch Brammenanlagen. Die Kokille 2 kann dabei auf Federelementen 4.1, 4.2 gelagert sein, mittels welchen eine Kraftunterstützung bei der Aufwärtsbewegung der Kokille 2 ermöglicht wird. Die schematisch veranschaulichten Federelemente 4.1, 4.2 können auch an anderen Stellen eingebaut und je nach Positionierung als Zug-, Druck- und/oder Torsionsfedern ausgeführt sein. Die Einrichtung umfasst für die Auf- und Abbewegung der Kokille 2 in Richtung der Pfeile A bzw. B an diese angelenkte Übertragungsmittel sowie einen mit einem Exzenter 5 verbundenen Antriebsmotor 6. Die Übertragungsmittel setzen sich aus einem mit der Kokille 2 durch ein Gelenk 7.1 verbundenes Kipphebelelement 8 und einer mit diesem gekoppelten Pleuelstange 9 zusammen, wobei dieses Kipphebelelement 8 bspw. an einem Lager 10 kippbar gehalten ist. Im Betrieb wird die Pleuelstange 9 vom Exzenter 5 oszillierend angetrieben und überträgt die Oszillationsbewegung auf die Kokille 2 oder einen sie tragenden (nicht dargestellten) Hubtisch. Durch passende räumliche Anordnung der Übertragungsmittel insbesondere der Gelenke 7.1, 7.2, 7.3 und die richtigen Längen der Kipphebel- bzw. Lenkelemente sind die gewünschte vertikale oder bogenförmige Hubbewegung der Kokille 2 als auch die Kraftübersetzung optimal ausgelegt. Das zweite Drehgelenk 7.2 und das dritte Drehgelenk 7.3 sind durch einen Lenker 11 verbunden.
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Der Antriebsmotor 6 steht über einen Wechselrichter 12 (Motorwechselrichter) z. B. mit einem Gleichspannungszwischenkreis 13 (s. 2) in Verbindung. Weiterhin sind der Antriebsmotor 6 und der Wechselrichter 12 an eine Steuereinrichtung 14, z. B. Computer, angeschlossen.
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2 zeigt eine elektromotorische Einrichtung zur Oszillation mit einer Mehrzahl von Kokillenoszillatoren 1, einem gemeinsamen Gleichspannungszwischenkreis 13 sowie einem Energieversorgungsnetz 17.
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In 2 ist eine Schaltung mit Zwischenkreisspannung dargestellt. Es ist ein Zwischenkreisumrichter vorhanden. Ein netzseitiger Gleichrichter 15 (Wechselstrom-Gleichstrom-Wandler) ist über einen Stromrichtertransformator 16 mit dem elektrischen Netz 17 verbunden, während die lastseitigen Wechselrichter 12.1 bis 12.4 (Gleichstrom-Wechselstrom-Wandler) die Stellglieder für die Antriebsmotoren 6.1 bis 6.4 darstellen. Die Antriebsmotoren 6.1 bis 6.4 sind z. B. Drehstrommotoren. Mit 19 ist eine elektrische Sicherung und mit 20 ist ein Schalter bezeichnet.
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Jeder Antriebsmotor 6.1 bis 6.4 treibt jeweils ein Getriebe 18.1 bis 18.4 rotatorisch an. Die Getriebe 18.1 bis 18.4 setzen jeweils die rotatorische Bewegung in eine translatorische (oszillierende) Bewegung um. Die Getriebe 18.1 bis 18.4 können bspw. ein Exzenter 5 mit Pleuelstange 9 (siehe 1) oder ein (nicht dargestelltes) hydraulisches Getriebe (autarke Achse) sein. Jedes Getriebe 18.1 bis 18.4 versetzt jeweils eine Kokille 2.1 bis 2.4 in eine oszillierende Bewegung. Mit 21 ist eine elektrische Verbindung und mit 22 ist eine mechanische Verbindung bezeichnet.
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Die 3a, 3b zeigen eine elektromotorische Einrichtung zum Oszillieren mit kinetischem Energiespeicher 23 (3a) und mit elektrischem Energiespeicher 24, z. B. Kondensator (3b). Die 3a, 3b zeigen eine Ergänzung zu der Ausführungsform nach 2.
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4 zeigt ein Blockschaltbild der phasenversetzten Steuerung für zwei Kokillen 2.1, 2.2 mit Zuspeisung und Rückspeisung elektrischer Energie zu den bzw. von den Antriebsmotoren 6.1 und 6.2. Die 4 zeigt einen ergänzten Ausschnitt aus der in 2 dargestellten Ausführungsform. An die Steuereinrichtung 14 sind der erste Antriebsmotor 6.1 und der erste Wechselrichter 12.1 sowie der zweite Antriebsmotor 6.2 und der zweite Wechselrichter 12.2 angeschlossen. Weiterhin sind an die Steuereinrichtung 14 ein - der ersten Kokille 2.1 zugeordneter - erster Beschleunigungssensor 25.1 und ein - der zweiten Kokille 2.2 zugeordneter - zweiter Beschleunigungssensor 25.2 angeschlossen. Die Kokillen 2.1, 2.2 bewegen sich gleichzeitig gegenläufig zueinander. Die Kokille 2.1 bewegt sich in einer Aufwärtsbewegung entgegen ihrer Gewichtskraft in Richtung des Pfeils A nach oben. Diese Aufwärtsbewegung wird durch den ersten Beschleunigungssensor 25.1 erfasst und datenleitend in die Steuereinrichtung 14 eingegeben. Die Kokille 2.2 bewegt sich in einer Abwärtsbewegung in Richtung ihrer Gewichtskraft in Richtung des Pfeils B nach unten. Diese Abwärtsbewegung wird durch den Beschleunigungssensor 25.2 erfasst und datenleitend in die Steuereinrichtung 14 eingegeben.
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5 zeigt ein Leistungsprofil für die Kokillenoszillation mit einem Servomotor, beispielhaft an einem Zyklus. Dargestellt sind die Energie (kJ) am Ausgang, die Motorleistung (kW) am Ausgang und die Sollposition (mm) in Abhängigkeit von der Zeit (sec).
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An der Sollposition ist die Asymmetrie der Bewegung erkennbar - schnell runter und langsam hoch. Der Strang 3 bewegt sich mit konstanter Geschwindigkeit nach unten. Um das Festkleben des Strangs 3 an der Kokille 2 zu verhindern, benötigt man eine Relativgeschwindigkeit zwischen Strang 3 und Kokille 2. Bei der Abwärtsbewegung muss die Kokille 2 daher schneller als der Strang 3 sein, bei der Aufwärtsbewegung reicht eine kleinere Geschwindigkeit.
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Bei der Abwärtsbewegung wird zunächst aktiv beschleunigt und Energie aufgenommen; ab einem gewissen Punkt geht der Motor in den Generator-Modus und bremst die Kokille 2 bis auf 0 im Umkehrpunkt ab. Bei der Aufwärtsbewegung gibt es eine kleine Spitze in der Motorleistung zur Beschleunigung, dann wird konstant Energie benötigt und schließlich abgebremst (hier hilft die Gewichtskraft). Für der Vergleich der Sollposition und der Energieaufnahme ist bedeutsam, dass es hier keinerlei Schwingungen gibt.
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Mit der hier vorgestellten Vorrichtung erfolgt bspw. eine Reduzierung der Energieaufnahme pro Zyklus von 9,1 kJ auf 6 kJ und eine Reduzierung der Leistungsaufnahme von 65 kW auf 30 kW. Durch Glättung mit einem mechanischen Energiespeicher 23 oder mit einem elektrischen Energiespeicher 24 (siehe 3) ist eine Reduzierung auf 19 kW möglich.
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Die Vorrichtung und das Verfahren der hier vorgestellten Erfindung ermöglichen eine Synchronisierung von Kokillen in Stranggussanlagen zur Energierückgewinnung. Im Gegensatz zu den bekannten Maßnahmen, bei denen die Kokillen unabhängig voneinander laufen, führt die Erfindung eine zusätzliche Regelung ein, damit die Kokillen definiert phasenverschoben laufen. Die optimale Phasenverschiebung ist von verschiedenen Parametern abhängig, insbesondere der Anzahl der Kokillen. Die potentielle Energie kann über einen Servomotor in den Zwischenkreis gespeist und von anderen Motoren genutzt werden. Der Energieverbrauch sinkt und die installierte Einspeisung kann kleiner dimensioniert werden. Durch Speicher kann die Leistungsaufnahme darüber hinaus deutlich reduziert und geglättet werden.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Kokillenoszillator
- 2
- Kokille
- 2.1
- erste Kokille
- 2.2
- zweite Kokille
- 2.3
- dritte Kokille
- 2.4
- vierte Kokille
- 3
- Strang
- 4.1
- erstes Federelement
- 4.2
- zweites Federelement
- 5
- Exzenter
- 6
- Antriebsmotor
- 6.1
- erster Antriebsmotor
- 6.2
- zweiter Antriebsmotor
- 6.3
- dritter Antriebsmotor
- 6.4
- vierter Antriebsmotor
- 6.5
- fünfter Antriebsmotor
- 7.1
- erstes Drehgelenk
- 7.2
- zweites Drehgelenk
- 7.3
- drittes Drehgelenk
- 8
- Kipphebelelement
- 9
- Pleuelstange
- 10
- Lager
- 11
- Lenker
- 12
- Wechselrichter
- 12.1
- erster Wechselrichter
- 12.2.
- zweiter Wechselrichter
- 12.3
- dritter Wechselrichter
- 12.4
- vierter Wechselrichter
- 12.5
- fünfter Wechselrichter
- 13
- Gleichspannungszwischenkreis
- 14
- Steuereinrichtung
- 15
- Gleichrichter
- 16
- Stromrichtertransformator
- 17
- Energieversorgungsnetz
- 18
- Getriebe
- 18.1
- erstes Getriebe
- 18.2
- zweites Getriebe
- 18.3
- drittes Getriebe
- 18.4
- viertes Getriebe
- 19
- Sicherung
- 20
- Schalter
- 21
- elektrische Verbindung
- 22
- mechanische Verbindung
- 23
- kinetischer Energiespeicher
- 24
- elektrischer Energiespeicher
- 25.1
- erster Beschleunigungssensor
- 25.2
- zweiter Beschleunigungssensor
- 26
- Energiezuspeisung
- 27
- Energierückspeisung
