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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur kontinuierlichen oder diskontinuierlichen Messung des Verschleißzustandes von Induktionstiegelöfen.
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Induktionstiegelöfen (ITO) bestehen grundsätzlich aus einem Behälter/Tiegel mit einer Auskleidung aus einem Feuerfestmaterial (Tiegelarbeitsfutter) auf der Innenwand und auf dem Boden des Behälters/des Tiegels in Form einer Stampfmasse, die einen Tiegelraum umschließt, bzw. können auch als Fertigtiegel ausgeführt sein. Auch die Verwendung von Keramikmaterial als Tiegelarbeitsfutter ist möglich. Die Auskleidung wird auf der Außenseite durch einen Spulenputz umgeben, der eine den Behälter umgebende und von einem Kühlmedium durchflossene Induktionsspule teilweise umschließt.
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Die Induktionsspule dient in Verbindung mit einer entsprechenden Wechselspannungsversorgung zur Erzeugung eines Wirbelfeldes zum Aufschmelzen eines in den Tiegelraum eingebrachten Metalls durch Induktion. Die Betriebsfrequenz der Wechselspannung zur Ansteuerung der Induktionsspule reicht von niederfrequenten Bereich von 50 Hz bis zum höherfrequenten Bereich um 500 Hz (Mittelfrequenz).
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Es versteht sich, dass beim Betrieb des Induktionstiegelofens ein Verschleiß des Tiegelarbeitsfutters, auch infolge von Material- und Handlingfehlern, unvermeidbar ist. Da von der Schmelze eine erhebliche Gefahr ausgeht, wenn diese das Tiegelarbeitsfutter partiell durchdringen und bis zur Induktionsspule vordringen würde, wodurch die Schmelze aus dem Induktionstiegelofen auslaufen, oder bei einem Kontakt mit dem Kühlmedium eine Explosion hervorrufen könnte. Aus diesem Grund muss der Zustand des Induktionstiegelofens während des Betriebes ständig durch geeignete Überwachungseinrichtungen überwacht werden.
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Hierzu sind verschiedene Methoden zur Erkennung des Verschleißes des Feuerfestmaterials, bzw. des Tiegelarbeitsfutters, bekannt geworden. Typischerweise ist jeder Induktionstiegelofen mit einer so genannten Erdschlussüberwachung ausgestattet, welche im extremen Verschleißfall einen direkten Kontakt der Schmelze mit der Spule detektiert.
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Mit der Erdschlussüberwachung wird unter anderem der Isolationswiderstand zwischen der Induktionsspule und der Schmelze überwacht, die für diesen Zweck geerdet werden muss. Das erfolgt üblicherweise durch das Kontaktieren der Schmelze mit einer oder mehreren Baderdungs-Elektroden (Boden-Antenne), wobei jede Baderdungs-Elektrode z.B. als Dreifuß ausgebildet sein kann. Das andere Ende der Baderdungs-Elektrode ist mit Erd-Potential verbunden. Gemessen wird der Isolationswiderstand aller Potential führenden Teile gegen Erde mittels eines Isolationswächters, so dass auch bei einem Fehler in anderen potentialführenden Teilen, z.B. im Umrichter oder zwischen Spule und Joch, ein Erdschluss ausgelöst werden kann.
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Die korrekte Messung des Isolationswiderstandes setzt jedoch eine gute Erdung der Schmelze mittels der Baderdungs-Elektrode(n) voraus. Praktisch muss jedoch damit gerechnet werden, dass sich der Übergangswiderstand zwischen den Baderdungs-Elektroden und der Schmelze ständig ändern kann, bzw. dass die Verbindung ganz unterbrochen wird. In letzterem Fall wäre eine Messung des Isolationswiderstandes nicht mehr sinnvoll möglich.
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Derartige Unterbrechungen, oder Änderungen des Übergangswiderstandes, können durch Schlackeablagerungen auf dem Boden des Tiegels, oder durch das Abschmelzen bzw. durch Auflösung der Baderdungs-Elektrode(n) entstehen.
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Wenn die Schmelze einen direkten elektrischen Kontakt mit der Induktionsspule hat, wird nach dem Stand der Technik zwischen der geerdeten Schmelze und der Induktionsspule mit einem geeigneten Isolationswächter ein sehr kleiner Widerstand (Erdschluss), oder die Unterschreitung eines vorgegebenen Widerstandswertes, gemessen und die Spannungsversorgung der Induktionsspule abgeschaltet und der Tiegel schnellstmöglich entleert.
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Eine Überwachungsmöglichkeit besteht in einer Widerstandsmessung zwischen der mit den Baderdungs-Elektroden kontaktierten Schmelze im Tiegelraum und einer oder mehreren Schirmelektroden, die das Tiegelarbeitsfutter zumindest teilweise umgeben, oder in dieses eingebettet sind. Die Schirmelektroden können als offene geschlitzte Elektroden ausgeführt sein, oder aus einem Drahtgewebe bestehen, das in ein Glimmermaterial eingebettet sein kann. Anstelle von Maschendraht/Drahtgewebe können auch Einzeldrähte oder Metallbänder als Elektroden eingesetzt werden.
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Die Verschleißüberwachung erfolgt hier durch Anlegen einer Gleichspannung und durch Messung des Stromflusses zwischen der Schirmelektrode und Erde, so dass bei Überschreiten eines vorgegebenen Stromflusses die Spannungsversorgung der Induktionsspule abgeschaltet werden kann.
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Solche Verschleißüberwachungssysteme gehen aus der
EP 2 715 262 B1 , betreffend einen elektrischen Induktionsofen mit Verkleidungsverschleiß-Detektion und der
US 5 319 671 B betreffend ein Vorwarnsystem für Induktionsöfen, hervor.
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Der Nachteil solcher Überwachungssysteme besteht darin, dass eine gute Erdung der Schmelze eine essentielle Voraussetzung ist, um eine Überwachung des Verschleißes mit diesem System überhaupt zu ermöglichen. Der Übergangswiderstand von der Erdung zur Schmelze beeinfluss im erheblichen Maße den Messwert des Gesamtsystems. Die Erdung der Schmelze wird jedoch meist nur manuell und stichprobenartig überprüft.
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Ein weiterer Nachteil der Verwendung von Gleichspannung als Messspannung besteht darin, dass Potentialänderungen das Messergebnis verfälschen können und dass das Signal-Rauschverhältnis nicht optimal ist.
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So wird in der
DE 10 2013 002 797 B4 ein Verfahren und eine Vorrichtung zum automatischen Erkennen der Intaktheit von Erdungselektroden im Bad eines Induktionsofens beschrieben, bei dem mindestens eine Baderdungselektrode im unteren Teil der Feuerfestauskleidung durch den Ofenboden geführt ist und die mit der Schmelze in Verbindung steht und bei dem eine weitere durch den Ofenboden führende und mit der Schmelze in Verbindung stehende isolierte Elektrode vorgesehen ist, an die ein niedriger Gleich- oder Wechselstrom gelegt wird, der durch das Schmelzbad zu der mindestens einen Baderdungs-Elektrode fließt und wobei nach dem Schmelzen der Charge dieser Strom gemessen und mit einem Bezugswert verglichen wird. Fällt der Strom unter einen Bezugswert, so wird ein einen Defekt der Baderdungselektrode anzeigendes Alarmsignal ausgelöst.
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Deshalb ist es wünschenswert, ein Frühwarnsystem zu schaffen, welches die beschriebenen Nachteile des Standes der Technik nicht aufweist.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur kontinuierlichen oder diskontinuierlichen Überwachung des Verschleißzustandes von Induktionstiegelöfen und die Übergangsimpedanz der Baderdungs-Elektrode zur Schmelze zu berücksichtigen, das eine ausreichende Störfestigkeit besitzt und das ähnlich einem EKG eine transparente, eindeutige und sofortige Signalinterpretation erlaubt.
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Die Aufgabe wird bei einem Verfahren zur kontinuierlichen oder diskontinuierlichen Bestimmung des Verschleißes der Auskleidung/des Tiegelarbeitsfutters eines Induktionstiegelofens mit Baderdungs-Elektrode, sowie einer im Außenumfangsbereich des Tiegelarbeitsfutters befindlichen Schirmelektrode und mindestens einer mit der Schmelze leitfähig verbundenen Baderdungs-Elektrode und einer zusätzlichen Mess-Elektrode, dadurch gelöst,
dass zur Bestimmung des Verschleißes des Tiegelarbeitsfutters ein AC-Messsignal durch Anlegen einer Mess-Wechselspannung mit einer veränderbaren Frequenz zwischen der Schirmelektrode im Außenumfangsbereich des Tiegelarbeitsfutters und einer Baderdungs-Elektrode in einem ersten Messkreis (A), aufgeschaltet wird,
dass zur Berücksichtigung der Übergangsimpedanz von der Baderdungs-Elektrode zur Schmelze in einem zweiten Messkreis (B) ein weiteres AC-Messsignal durch Anlegen einer Messwechselspannung mit einer veränderbaren Frequenz an die Baderdungs-Elektrode, die mit der Schmelze leitfähig verbunden ist, und einer nicht geerdeten Mess-Elektrode aufgeschaltet wird,
dass die AC-Messsignale gleichzeitig, oder durch Umschalten nacheinander auf die Messkreise aufgeschaltet werden,
dass die Mess-Frequenz für beide Messkreise jeweils gleich gewählt wird, und
dass in jedem der Messkreise durch eine AC-Strom- und Spannungsmessung eine Bestimmung der Impedanz, d.h. des Wechselstromwiderstandes als Messgröße, vorgenommen wird.
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Das hat den besonderen Vorteil, dass im Gegensatz zu einem Gleichspannungsmesssignal eine Unempfindlichkeit gegenüber Offsetfehlern erreicht wird und dass Polarisationseffekte vermieden werden können, was zu einem deutlich genaueren Messergebnis führt.
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Mit Hilfe der AC-Strom- und Spannungsmessung wird eine Bestimmung der Impedanz - also des Wechselstromwiderstandes - als Messgröße vorgenommen.
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Weiterhin ist nach dem gleichen Messverfahren die kontinuierliche oder diskontinuierliche Überwachung der Übergangsimpedanz der Baderdungs-Elektrode zur Schmelze vorgesehen. Hierbei wird mittels der Mess-Elektrode, welche nicht leitfähig mit dem Erdpotential, jedoch mit der Schmelze leitfähig verbunden ist, ein zweiter Messkreis zwischen der Mess-Elektrode und der Baderdungs-Elektrode aufgebaut. Der tatsächliche Erdungszustand der Baderdungs-Elektrode ist hierbei nicht relevant.
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Die ermittelte Impedanz der Verschleißmessung wird anteilig um die Übergangsimpedanz der Baderdungs-Elektrode zur Schmelze rechnerisch reduziert.
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Bevorzugt wird eine Messfrequenz der Mess-Wechselspannung für den ersten und den zweiten Messkreis gewählt, der im niederfrequenten Bereich deutlich unterhalb der Betriebsfrequenz der Induktionsspule liegt.
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Besonders bevorzugt liegt die Messfrequenz für beide Messkreise jeweils zwischen 4 - 10 Hz, kann aber auch niedriger, oder höher sein, wobei die jeweils aktuelle Messfrequenz durch Durchfahren eines Frequenzintervalls (Frequenzsweep) zyklisch änderbar ist.
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Wesentlich ist, dass die Messfrequenz einen hinreichenden Abstand zur Betriebsfrequenz der Induktionsspule hat und dass die jeweilige Messfrequenz für beide Messkreise gleich ist.
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In einer weiteren Fortführung der Erfindung wird die Messfrequenz für beide Messkreise nach jedem, oder nach mehreren Messzyklen in gleichem Maße gleichzeitig geändert.
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Die Spannung der Mess-Wechselspannung bewegt sich im Interesse einer hohen elektrischen Sicherheit im Niederspannungsbereich, z.B. maximal ± 48 V.
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Es erfolgt eine Mittelung der Messwerte über einen variablen Zeitraum, beispielsweise von 5 bis 25 s (Mittelungs-Intervall), wobei das Mittelungs-Intervall an das aktuelle Signal-Rausch-Verhältnis angepasst werden kann.
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Als Schirmelektrode kann entweder eine einzelne Ringmatte verwendet werden, die sich um den gesamten Außenumfang des Tiegelarbeitsfutters erstreckt, deren Stoßenden voneinander isoliert enden, oder es werden zwei oder auch mehr derartige Ringmatten eingesetzt, die axial übereinander in Außenumfangsbereich des Tiegelarbeitsfutters angeordnet, oder in dieses eingelassen sind, wobei die einzelnen Ringmatten elektrisch voneinander isoliert sind.
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Als Schirmelektroden können auch offene geschlitzte Elektroden, oder ein Drahtgewebe bzw. Einzeldrähte oder Metallbänder, verwendet werden, wobei die Schirmelektroden in ein Glimmermaterial eingebettet sein können.
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Eine Veränderung der Übergangsimpedanz zwischen Baderdungs-Elektrode und Schmelze würde zwangsläufig dazu führen, dass das beschriebene Verfahren hinsichtlich des Erkennens von Schmelzevordringen in Richtung Spule fehlerhafte Anzeigen generiert oder außer Funktion gerät. Solche Veränderungen können bei Schlackeablagerungen auf dem Boden oder durch das Abschmelzen bzw. Auflösen der Baderdungs-Elektrode(n) entstehen. Letzteres ist u.a. bei sehr hohen Schmelzetemperaturen zu beobachten.
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Für eine zielführende Arbeitsweise ist eine Berücksichtigung der Übergangsimpedanz zwischen Schmelze und Baderdungs-Elektrode unabdingbar. Ein sich anbahnender Verschleiß und eine damit verbundener Ausfallgefahr soll möglichst frühzeitig erkannt werden. Erfindungswesentlich ist, dass sowohl der Verschleiß des Feuerfestmaterials, als auch die Übergangsimpedanz zwischen Schmelze und Baderdungs-Elektrode gleichzeitig auf diese Weise überwacht werden.
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Auffällige Strukturen im Verlauf der Messung über die Ofenreisen können frühzeitige Hinweise auf den Ausfall der Messung geben.
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Ein hier angewendetes Industrie EKG erlaubt die zyklische Überwachung aller vitalen Überwachungswerte einer Anlage als Summendiagnose.
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Die Messwerte müssen sich in zuvor definierten oder in selbstadaptiven Beharrungsgrenzen bewegen. Ein Zyklus im Zeitraum t1 kann sich in wenige Sekunden bis zu mehreren Stunden bewegen.
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Ein sekündliches „abgleiten“ der Messwerte signalisiert dem Betreiber eine permanente online-Überwachung eines Produktionsverfahrens. Eine spezielle Bildschirmdarstellung unterstützt diese Überwachungsaufgabe.
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Ein Industrie-Elektrokardiogramm (Industrie-EKG) realisiert die Aufzeichnung der Summe der elektrischen Aktivitäten, sowie weiterer physikalischer Größen aller an einer Prozessstufe PT1 beteiligten, vorrangig elektrischer, Systeme. Durch Korrelation mit weiteren physikalischen Größen und Prozesswerte kann ein zu überwachender Quotient ermittelt und dargestellt werden. Das Industrie-Elektrokardiogramm kann auch als Prozessspannungskurve, oder auch als Prozessschrift bezeichnet werden.
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Im vorliegendem Fall dient die Darstellung als EKG-Darstellung zur Signalisierung der kontinuierlichen Überwachung der Funktion der Bodenelektrode.
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Die Verschleißgeschwindigkeiten ändern sich z.B. durch Eintritt neuer verschleißauslösender Initialschäden und/oder durch verstärkten Verschleiß durch geänderte Prozessbedingungen oder Temperaturen allmählich oder auch plötzlich. In der Mathematik nennt man das einen Strukturbruch.
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Dieser Anstieg und die Trendänderung des Anstiegs können auf unterschiedlichsten Zeitskalen geschehen. Dabei wird der Verlauf durch Wechsel der Betriebszustände immer wieder unterbrochen. Standardverfahren der Zeitreihenanalyse und Regressionsmethoden behandeln aber weder diese Strukturbrüche, noch die überlagerten halbstochastischen hochfrequenten Lastwechsel, noch die simultan zu berücksichtigenden unterschiedlichen Zeitskalen und würden daher unsinnige Vorhersagen liefern.
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Daher wird ein angepasstes Multiskalenverfahren mit evidenzbasierter Strukturbruch und Betriebszustandserkennung eingesetzt.
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Beim Schmelzvorgang zu erwartende Belastungen und Einflüsse auf die Funktion der Baderdungs-Elektrode sind jedoch konstant vom Einsatzmaterial und Induktionsofenfahrweise kontinuierlich geprägt.
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Es erfolgt eine Messung der Impedanz und der Struktur der Änderung in Ihrem zeitlichen Verlauf, woraufhin im PC (IPC) ein Vergleich der Struktur der Messwerte und ein kontinuierlicher Abgleich mit hinterlegten Werten vorgenommen wird.
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Frequenz und Amplitudenhöhe geben Aufschluss über die aktuelle Aussagefähigkeit der Verschleißmessung.
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Die Anzeige des Industrie EKG kann als Summe aller vitalen, am zu überwachenden Prozess beteiligten Messwerte und Informationen dargestellt werden. Es gibt somit dem Betreiber und dem Bedienpersonal Auskunft über:
- - Die Anlage arbeitet bestimmungsgemäß.
- - Es haben sich keine gravierenden Änderungen der Messwerte im relevanten Zeitraum ergeben.
- - Summen-Interpretation der Ergebnisse neutral
- - Schnelles Erfassen des Gesamtzustandes für den Bediener.
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Die zugehörigen Zeichnungsfiguren zeigen in:
- 1 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Anordnung mit einem Blockschaltbild zur Bestimmung des Verschleißes des Tiegelarbeitsfutters eines schematisch dargestellten Industrietiegelofens; und
- 2 eine Übersichtsdarstellung eines nachdem erfindungsgemäßen Verfahren arbeitenden Frühwarnsystems.
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Aus 1 ist eine schematische Darstellung eines mit einer Schmelze 1 gefüllten erfindungsgemäßen Induktionstiegelofens 2 ersichtlich, der mit einer Schaltung 3 zur Bestimmung des Verschleißes des Tiegelarbeitsfutters 4 in einem ersten Messkreis A gekoppelt ist. Der Induktionstiegelofen 2 ist wie üblich mit einer Schirmelektrode 5 in Form eines Drahtgewebes o.dgl. im Außenumfangsbereich des Tiegelarbeitsfutters 4 ausgestattet.
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Um den Verschleiß des Tiegelarbeitsfutters 4 messen zu können, ist die Schaltung 3 zur Bestimmung des Verschleißzustandes sowohl mit der Schirmelektrode 5, als auch mit einer mit Masse 13 verbundenen Baderdungs-Elektrode 6 in einem ersten Messkreis A verbunden. Die tatsächliche Verbindung der Baderdungs-Elektrode 6 mit Masse ist für den Messvorgang unrelevant.
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Der Messvorgang wird durch Anlegen eines ersten AC Messsignales einer Mess-Wechselspannung zwischen der Schirmelektrode 5 im Außenumfangsbereich des Tiegelarbeitsfutters 4 und der Baderdungs-Elektrode 6 durchgeführt.
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Weiterhin wird zur Überwachung der Übergangsimpedanz der Baderdungs-Elektrode 6 zur Schmelze 1 in einem zweiten Messkreis (B) durch die Schaltung 3' ein weiteres AC-Messsignal durch Anlegen einer Messwechselspannung mit einer veränderbaren Frequenz an eine Mess-Elektrode 7, die mit der Schmelze 1 leitfähig verbunden ist, und der Baderdungs-Elektrode 6 aufgeschaltet.
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Die AC-Messsignale werden normalerweise gleichzeitig auf die Messkreise A, B aufgeschaltet, wobei auch ein durch Umschalten nacheinander erreichtes Aufschalten auf beide Messkreise grundsätzlich möglich ist.
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Die AC-Messsignale haben den besonderen Vorteil, dass im Gegensatz zu einem Gleichspannungsmesssignal eine Unempfindlichkeit gegenüber Offsetfehlern erreicht wird und dass Polarisationseffekte vermieden werden können, was zu einem deutlich genaueren Messergebnis führt.
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Die Schaltung 3 zur Bestimmung des Verschleißes umfasst eine Endstufe 8, die mit einer Steuereinheit 9 verbunden ist und die eine veränderbare Messfrequenz der Mess-Wechselspannung für den ersten und den zweiten Messkreis (A, B) im niederfrequenten Bereich deutlich unterhalb der Betriebsfrequenz der Induktionsspule 10 für den Induktionstiegelofen 2 bereitstellt. Die Endstufe 8 ist über einen anpassbaren Messshunt 11 und einen Signalfilter 12 mit der Schirmelektrode 5 und der Baderdungs-Elektrode 6 verbunden. Die Schaltung 3' entspricht in ihrem Aufbau und der Funktionsweise der Schaltung 3.
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Der Messkreis A wird somit durch die Verbindung der Schaltung 3 mit der Schirmelektrode 5, über die Schmelze 1 und der Baderdungs-Elektrode 6, gebildet.
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Der Messkreis B wird durch Verbindung des Ausganges der Schaltung 3' mit der Mess-Elektrode 7, über die Schmelze 1 und der Baderdungs-Elektrode 6 gebildet.
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Der Ausgang der Schaltung 3' ist weiterhin mit einer Strommess-Schaltung 14 und einer Spannungsmess-Schaltung 15 gekoppelt, so dass in beiden Messkreisen A, B Hilfe einer AC-Strom- und Spannungsmessung eine Bestimmung der Impedanzen, d.h. der Wechselstromwiderstände als Messgröße in beiden Messkreisen gleichzeitig in der Messeinheit 17 in Verbindung mit der Steuereinheit 9 vorgenommen werden kann.
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Der Messkreis B erlaubt eine kontinuierliche oder diskontinuierliche Überwachung der Übergangsimpedanz der Baderdungs-Elektrode 6 zur Schmelze 1.
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Bevorzugt liegt die Messfrequenz für beide Messkreise A, B zwischen 4 - 10 Hz, kann aber auch niedriger oder höher sein, wobei die jeweils aktuelle Messfrequenz durch Durchfahren eines Frequenzintervalls (Frequenzsweep) im Frequenzregler 16 zyklisch geändert werden kann.
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Wesentlich ist, dass die Messfrequenz einen hinreichenden Abstand zur Betriebsfrequenz der Induktionsspule 10 hat und dass die jeweilige Messfrequenz für beide Messkreise A, B gleich ist, wobei die Messfrequenz durch den Frequenzregler 16 für beide Messkreise nach jedem, oder jeweils nach mehreren Messzyklen geändert wird.
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Die Spannung der von der Endstufe 8 gelieferten Mess-Wechselspannung bewegt sich im Interesse einer hohen elektrischen Sicherheit im Niederspannungsbereich, wie beispielsweise bei maximal ± 48 V. Eine höhere Mess-Wechselspannung ist grundsätzlich auch möglich, wobei dann jedoch zusätzliche Sicherheitsmaßnahmen notwendig sind.
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Weiterhin erfolgt eine Mittelung der Messwerte der jeweiligen Messkreise A, B über einen variablen Zeitraum, beispielsweise von 5 bis 25 s (Mittelungs-Intervall), wobei das Mittelungs-Intervall an das aktuelle Signal-Rausch-Verhältnis angepasst werden kann.
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Als Schirmelektrode 5 kann entweder eine einzelne Ringmatte verwendet werden, die sich um den gesamten Außenumfang der Auskleidung erstreckt (1), deren Stoßenden voneinander isoliert enden, oder es werden zwei oder auch mehr derartige Ringmatten 5.1, 5.2 (z.B. Maschendraht) eingesetzt, die axial übereinander in Außenumfangsbereich der Auskleidung angeordnet sind, wobei die einzelnen Ringmatten elektrisch voneinander isoliert sind (2).
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Die Schirmelektroden 5 können auch als offene geschlitzte Elektroden ausgeführt sein, oder aus einem Drahtgewebe bestehen, das in ein Glimmermaterial eingebettet sein können. Anstelle von Maschendraht/Drahtgewebe können auch Einzeldrähte oder Metallbänder als Elektroden eingesetzt werden.
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Eine Unterbrechung des Kontaktes zwischen Baderdungs-Elektrode 6 und der Schmelze 1 würde zwangsläufig dazu führen, dass das beschriebene Verfahren hinsichtlich des Erkennens von Schmelzevordringen in Richtung Spule außer Funktion gerät. Solche Unterbrechungen können bei Schlackeablagerungen auf dem Boden oder durch das Abschmelzen bzw. Auflösen der Baderdungs-Elektrode(n) entstehen. Letzteres ist u.a. bei sehr hohen Schmelzetemperaturen zu beobachten.
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Es versteht sich, dass eine solche Unterbrechung während des Betriebes des Induktionstiegelofens 2 unbedingt vermieden werden muss, was durch das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht wird.
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Für eine zielführende Arbeitsweise eines Frühwarnsystems ist eine funktionssichere Baderdungs-Elektrode 6 unabdingbar. 2 zeigt eine schematische Übersichtsdarstellung eines nach dem erfindungsgemäßen Verfahren arbeitenden Frühwarnsystems für einen Induktionstiegelofen 2.
-
Ein sich anbahnender Verschleiß und eine damit verbundener Ausfallgefahr soll möglichst frühzeitig erkannt werden. Erfindungswesentlich ist, dass sowohl der Verschleiß des Tiegelarbeitsfutters 4, als auch der Verschleiß der Baderdungs-Elektrode 6 gleichzeitig auf diese Weise mit der Schaltungsanordnung 3, 3' zur Bestimmung des Verschleißzustandes überwacht werden.
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Auffällige Strukturen im Verlauf der Messung über die Ofenreisen können frühzeitige Hinweise auf den Ausfall einer oder mehrerer Baderdungs-Elektroden 6 geben.
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Ein hier angewendetes Industrie EKG erlaubt die zyklische Überwachung aller vitalen Überwachungswerte einer Anlage als Summendiagnose.
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Die Überwachung des Schwellwertes zwischen den in die Schmelze ragenden Baderdungs-Elektroden 6 und dessen Verlauf wird mit hinterlegten Kennlinien fortlaufend verglichen und beruht auf empirischer Evidenz.
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Die Messwerte müssen sich in zuvor definierten oder selbstadaptiven Beharrungsgrenzen bewegen. Ein Zyklus im Zeitraum t1 kann sich im Umfang von wenigen Sekunden bis zu mehreren Stunden bewegen.
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Ein sekündliches „abgleiten“ der Messwerte signalisiert dem Betreiber eine permanente online-Überwachung eines Produktionsverfahrens. Eine spezielle Bildschirmdarstellung unterstützt diese Überwachungsaufgabe.
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Ein Industrie-Elektrokardiogramm (Industrie-EKG) realisiert die Aufzeichnung der Summe der elektrischen Aktivitäten, sowie weiterer physikalischer Größen aller an einer Prozessstufe PT1 beteiligten, vorrangig elektrischer, Systeme. Angezeigt wird das Industrie-EKG auf einem Bildschirm 20, der über einen Datenbus 21 mit der Steuereinheit 9 verbunden ist. Durch Korrelation mit weiteren physikalischen Größen und Prozesswerte kann ein zu überwachender Quotient ermittelt und dargestellt werden. Das Industrie-Elektrokardiogramm kann auch als Prozessspannungskurve, oder auch als Prozessschrift bezeichnet werden.
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Mit dem Datenbus 21 ist weiterhin eine Anzeige zur Restwandstärke-Signalisierung 22 im Sinne einer Ampelanzeige sowie ein Verschleiß-Indikator 23 für die obere und die untere Schirmelektrode 5 sowie Echtzeitanzeigen 24 der Steuerung des Induktionstiegelofens 2 verbunden.
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Im vorliegendem Fall dient die Darstellung als EKG-Darstellung zur Signalisierung der kontinuierlichen Überwachung der Funktion der Baderdungs-Elektrode 6.
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Die Verschleißgeschwindigkeiten ändern sich z.B. durch Eintritt neuer Verschleiß auslösender Initialschäden und/oder durch verstärkten Verschleiß durch geänderte Prozessbedingungen oder Temperaturen allmählich oder auch plötzlich, was mathematisch gesehen ein Strukturbruch wäre.
-
Dieser Anstieg und die Trendänderung des Anstiegs können auf unterschiedlichsten Zeitskalen geschehen. Dabei wird der Verlauf durch Wechsel der Betriebszustände immer wieder unterbrochen. Standardverfahren der Zeitreihenanalyse und Regressionsmethoden behandeln aber weder diese Strukturbrüche, noch die überlagerten halbstochastischen hochfrequenten Lastwechsel, noch die simultan zu berücksichtigenden unterschiedlichen Zeitskalen und würden daher unsinnige Vorhersagen liefern.
-
Daher wird ein angepasstes Multiskalenverfahren mit evidenzbasierter Strukturbruch und Betriebszustandserkennung eingesetzt.
-
Beim Schmelzvorgang zu erwartende Belastungen und Einflüsse auf die Funktion der Baderdungs-Elektrode 6 sind jedoch konstant vom Einsatzmaterial und der Fahrweise des Induktionstiegelofens 2 kontinuierlich geprägt.
-
Es erfolgt eine Messung der Impedanz und der Struktur der Änderung in Ihrem zeitlichen Verlauf.
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Im PC, d.h. in dem IPC 25, erfolgt ein Vergleich der Struktur der Messwerte und ein kontinuierlicher Abgleich mit hinterlegten Werten (2).
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Frequenz und Amplitudenhöhe geben Aufschluss über den aktuellen Verschleißzustand einer oder mehrerer Baderdungs-Elektroden.
-
Die Anzeige des Industrie EKG kann als Summe aller vitalen, am zu überwachenden Prozess beteiligten Messwerte und Informationen dargestellt werden. Es gibt somit dem Betreiber und dem Bedienpersonal Auskunft über:
- - Die Anlage arbeitet bestimmungsgemäß.
- - Es haben sich keine gravierenden Änderungen der Messwerte im relevanten Zeitraum ergeben.
- - Summen-Interpretation der Ergebnisse neutral
- - Schnelles Erfassen des Gesamtzustandes für den Bediener.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Schmelze
- 2
- Induktionstiegelofen
- 3, 3'
- Schaltung zur Bestimmung des Verschleißzustandes
- 4
- Tiegelarbeitsfutter
- 5
- Schirmelektrode
- 5.1
- obere Schirmelektrode
- 5.2
- untere Schirmelektrode
- 6
- Baderdungs-Elektrode
- 7
- Mess-Elektrode
- 8
- Endstufe
- 9
- Steuereinheit
- 10
- Induktionsspule
- 11
- anpassbarer Messshunt
- 12
- Signalfilter
- 13
- Masse
- 14
- Strommess-Schaltung
- 15
- Spannungsmess-Schaltung
- 16
- Frequenzregler
- 17
- Messeinheit
- 20
- Bildschirm
- 21
- Datenbus
- 22
- Restwandstärke-Signalisierung
- 23
- Indikator
- 24
- Echtzeitanzeige
- 25
- IPC
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- EP 2715262 B1 [0012]
- US 5319671 [0012]
- DE 102013002797 B4 [0015]
