DE1758971B1 - Vakuumofen mit gewichtsabhaengiger Steuerung des Chargenvorschubs - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft einen Vakuumofen für das Um die Nachteile der bekannten Vorrichtungen zu Schmelzen von Chargen in Blockform mit einer die vermeiden, wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß Ofenwandung in einer Dichtung durchdringenden die Dichtung für die Vorschubeinrichtung bei einem und in dieser längsbeweglich angeordneten Vor- Vakuumofen der eingangs beschriebenen Art starr schubeinrichtung für die Charge und mit einer 5 mit einer die Vorschubeinrichtung tragenden Platt-Vorrichtung zur kontinuierlichen Wägung des Ab- form verbunden ist, welche von mindestens einem schmelzblockes mit hoher Genauigkeit. Geber für die Gewichtsmessung getragen wird, und Der Wägungs-Meßwert kann zur Stromprogram- daß die Dichtung mittels eines dehnungsausgleichenmierung, Druckprogrammierung u. dgl. und Vor- den Zwischengliedes vakuumdicht mit dem Ofenschubregelung verwendet werden. Die Vorschub- io gehäuse verbunden ist. Mit der erfindungsgemäßen regelung über die kontinuierliche Gewichtsmessung Anordnung sind folgende Vorteile verbunden: Sie von Chargen wird häufig vorgezogen, weil die gestattet es, den oder die Geber ohne Vakuumdurchübrigen als Regelgrößen verwendbaren Werte wie führung außerhalb des Wärmeeinflußbereiches des beispielsweise Lichtbogenspannung und -strom bei Ofens und des Strompfades anzuordnen, so daß Lichtbogenöfen äußerst unzuverlässige Angaben in 15 serienmäßige Geber verwendet werden können. Aufbezug auf den zu regelnden Abstand zwischen Elek- tretende Reibungskräfte werden, wie noch aufgezeigt trode und Schmelzbad machen. So können z.B. wird, kompensiert und können nicht die Meßwerte Kurzschlüsse, Schmelzenspritzer, Gasausbrüche und und damit den Regelvorgang beeinflussen. Die somit Lunker in der Charge Regelvorgänge in falschem ausschließliche Erfassung des Ist-Elektrodengewich-Umfang oder sogar mit verkehrtem Vorzeichen aus- 20 tes ermöglicht beispielsweise über die Differenzenlösen. Zur Beseitigung dieser Nachteile ist die kon- bildung und den Vergleich mit einem Sollwert eine tinuierliche Messung und Auswertung des Chargen- einwandfreie ablaufende Regelung des Abschmelzgewichtes in Regelkreisen oder nur zu Steuerzwecken Vorgangs. Unter »kontinuierliche Wägung« soll jede von außerordentlichem Wert. So führt beispielsweise Wägung verstanden werden, die für eine Aufzeichdie Erfassung der Gewichtsabnahme der Charge pro 25 nung oder Regelung brauchbar ist, d. h. auch einzelne Zeiteinheit, d. h. die Bildung des Differenzenquotien- Wägungen, die in gewissen Zeitintervallen durchten für Steuer- und Regelzwecke zu einer hohen geführt werden. Die Gefahr einer mechanischen Gleichförmigkeit des Schmelzvorganges. Durch die Beschädigung der Geber ist nicht vorhanden, da deutsche Patentschrift 1 157 739 ist es bekannt, einen andere als die zu messenden Kräfte sich nicht auskraftabhängigen Widerstand an einer unter dem Ein- 30 wirken bzw. sicher abgefangen werden, fluß des Elektrodengewichtes stehenden Stelle der Vorschubeinrichtung, Plattform und Dichtung bil-Abschmelzeinrichtung anzuordnen und die dadurch den dabei in bezug auf die Reibung ein in sich geerhaltenen elektrischen Daten über einen Verstärker schlossenes Kräftesystem. Nach außenhin wirksam und ein Differenzierglied einem Steuergerät für die und von den Gewichtsgebern senkrecht aufgenom-Abschmelzgeschwindigkeit aufzuschalten. Die be- 35 men, werden die Gewichte der Charge, der Vorkannte Vorrichtung ist aber im wesentlichen für schubeinrichtung mit Antrieb und Plattform sowie solche Öfen brauchbar, die eine berührungslose und etwaiger zusätzlicher Führungs- und Gestängedamit reibungslose Durchführung der Vorschubein- elemente. Dies sind sämtlich Teile, deren Gewicht richtung durch die Ofenwandung besitzen. Denn bei bekannt ist und somit schaltungstechnisch durch Verwendung von Dichtungen würden infolge der 40 Potentiometerabgleich oder mechanisch z. B. durch unvermeidlichen Reibung erhebliche Meßfehler in Gegengewichte ausgeglichen werden kann, bezug auf das Elektrodengewicht entstehen. Die Feh- Es ist dabei, nicht erforderlich, den Antriebsmotor ler wirken sich insbesondere bei der Differenzenbil- und das Getriebe für die Vorschubeinrichtung auf dung nachteilig aus, weil die unstetig auftretenden der Plattform anzuordnen, vielmehr kann die AnReibungskräfte eine ungleichförmige Abschmelz- 45 triebsleistung auch von einem außerhalb angeordgeschwindigkeit vortäuschen und Regelvorgänge aus- neten Motor beispielsweise durch eine Kardan- und/ lösen, die diesen Vorgang noch steigern können. oder Teleskopwelle auf die Plattform übertragen Zudem wirken sich die Reibungskräfte bis zum Ende werden. Es läßt sich aber eine besonders einfache des Abschmelzvorganges zunehmend stärker aus, da und kompakte Bauweise dann erzielen, wenn die ihr Einfluß, bezogen auf das abnehmende Elektro- 50 Plattform zusätzlich zur Aufnahme des Antriebs dengewicht relativ größer wird. oder sogar als Gehäuse für den Antrieb dient.

Dieser Nachteil wurde auch bereits erkannt, so daß Gemäß der weiteren Erfindung wird dem dehin der USA.-Patentschrift 3 272 905 vorgeschlagen nungsausgleichenden Zwischenglied der Dichtung ein wird, den Gewichtsgeber an der Übergangsstelle von Kompensationsglied zugeordnet, das unter Wirkung der Vorschubeinrichtung zum Elektrodenhalter an- 55 der Druckdifferenz zwischen Atmosphäre und Vazubringen. Auf diese Weise werden zwar die Rei- kuum eine Kraft von solcher Größe und Richtung bungskräfte einer gegebenenfalls vorhandenen Dich- erzeugt, daß die durch das erste dehnungsausgleitung nicht vom Gewichtsgeber mitgemessen, der chende Zwischenglied auftretende Kraft in bezug auf Geber befindet sich jedoch im Inneren des Ofens im den Geber für die Gewichtsabmessung aufgehoben Wärmeeinflußbereich und wird vom Strom durch- 60 wird. Durch eine solche Anordnung wird das Meßflossen, der einige zigtausend Ampere betragen kann. ergebnis nicht während der Herstellung des Vakuums Außerdem ist ein solcher Geber bei hohen Elektro- in der Ofenkammer laufend verändert. Zugleich dengewichten und dem Hebelarm, den die Elektrode wird das Arbeiten unter unterschiedlichen, teilatmobildet, den harten Betriebsbedingungen beim Einsatz sphärischen Drücken ermöglicht, nur schwer gewachsen, was zwangläufig wiederum 65 Schließlich kann eine einwandfrei zentrierte, senkdie Meßgenauigkeit erheblich vermindert. Eine rechte Führung der Vorschubeinrichtung ohne umintensive Wasserkühlung des Gebers ist zudem uner- fangreiche, zusätzliche Bauteile dadurch bewirkt werläßlich. den, daß die starre Verbindung zwischen Dichtung

und Plattform als Führungssäulen für die Vorschubeinrichtung ausgebildet ist.

Ausführungsbeispiele der Erfindung seien nachfolgend an Hand der F i g. 1 bis 4 näher beschrieben.

Es zeigen die Fig. 1 bis 3 Ansichten von verschiedenen Varianten des gleichen Prinzips und F i g. 4 einen Schnitt durch eine Dichtung mit dehnungsausgleichendem Zwischenglied.

In F i g. 1 ist mit 1 der Innenraum eines Vakuumofens und mit 2 das Ofengehäuse bezeichnet. Auf dem Ofengehäuse stützen sich drei Geber 3 für die Gewichtsmessung ab, die als Meßdosen mit Dehnmeßstreifen ausgebildet sind. Eine Belastung der Meßdosen hat eine Widerstandsänderung zur Folge, die als Eingangsgröße für den Steuer- bzw. Regel-Vorgang benutzt wird. Auf den Gebern 3 ruht eine Plattform 4, die die Funktion einer Waagenbrücke übernimmt, und von der sich ein Kraftübertragungsglied nach oben erstreckt, bestehend aus zwei Führungssäulen 5 und 6. Auf den Führungssäulen sind längsverschieblich zwei Führungshülsen 7 und 8 angeordnet, die durch eine Traverse 9 miteinander verbunden sind.

Die Führungssäulen sind an ihrem oberen Ende fest mit einem Antriebsgehäuse 10 verbunden, das Motor und Getriebe für die Chargenbewegung enthält. Diese Teile sind der Einfachheit halber nicht dargestellt. Der Antrieb erzeugt eine Rotation der Gewindespindel 11, die mit einer Mutter 12 zusammenwirkt, und durch Links- und Rechtsdrehung ein Heben und Senken der Vorschubeinrichtung 13 herbeiführt. Infolge der Verbindung der Mutter 12 mit der Traverse 9 nehmen die Führungshülsen 7 und 8 an der Bewegung teil. Die Mutter 12 ist als Kugelbüchse ausgeführt und bildet das obere Ende der Vorschubeinrichtung 13, deren unteres, im Ofen befindliches und nicht dargestelltes Ende zur Aufnahme der Charge eingerichtet ist. Die Vorschubeinrichtung ist bei 14 durch die Ofenwandung geführt, wobei zum Zweck der Aufrechterhaltung des Vakuums im Ofeninnenraum 1 eine Dichtung 15 vorgesehen ist, die eine Gleitbewegung der Vorschubeinrichtung 13 zuläßt.

Die Dichtung 15 ist über ein dehnungsausgleichendes Zwischenglied 16 in Form eines elastischen Faltenbalges mit einem Flansch 17 verbunden, der gasdicht in der Ofenwand befestigt ist. Die Dichtung 15 ist ferner fest und unmittelbar mit der Plattform 4 verbunden, auf die infolgedessen die von der Dichtung erzeugten Reibungskräfte übertragen werden, sowie diejenigen Kräfte, die durch den Querschnitt des Zwischengliedes 16 in Verbindung mit der Druckdifferenz gegenüber dem Atmosphärendruck auftreten. Um die zuletzt genannten Kräfte zu kompensieren, wird auf der gegenüberliegenden Seite der Plattform 4 ein Kompensationsglied 18 mit gleichem Querschnitt in Form eines Faltenbalges angeordnet, das über eine Druckausgleichsleitung 19 mit dem Ofen inneren 1 in Verbindung steht, und dessen Reaktionskraft über einen C-förmigen Bügel 23 abgefangen wird. Das Kompensationsglied kann jedoch auch durch schaltungstechnische Maßnahmen, wie Potentiometer usw., ersetzt werden. Die seitliche Verschiebung der Pfattform 4 wird durch zwei an ihr befestigte Führungszapfen 40 verhindert, die in Zapfenlagern 41 fast reibungslos gleiten können. Diese Konstruktion kann jedoch ebensogut durch eine an sich bekannte Anordnung von Horizontallenkern ersetzt werden.

Die Wirkungsweise der Vorrichtung gemäß F i g. 1 ist folgende: Wenn die Vorschubeinrichtung 13 in Richtung des Pfeils 20 bewegt wird, dann erzeugt die Bewegung infolge der Reibung in der Dichtung 15 eine Kraft in Richtung des Pfeils 21, die auf die Plattform 4 einwirkt. Die Reaktionskraft dazu wirkt über die Gewindespindel 11 in Richtung des Pfeils 22 auf das Antriebsgehäuse 10. Da Antriebsgehäuse und Plattform jedoch über ein Kraftübertragungsglied in Form der Führungssäulen 5 und 6 starr miteinander gekoppelt sind, entsteht ein geschlossenes Kräftesystem. Eine Resultierende nach außen, die z. B. auf die Geber 3 einwirken könnte, ist nicht vorhanden. In gleicher Weise werden auch die Reibungskräfte zwischen den Führungshülsen 7, 8 und den Führungssäulen 5 und 6 kompensiert. Infolgedessen sind Reibungskräfte bei der Gewichtsmessung ausgeschaltet. Die Führungssäulen 5 und 6 übertragen außer den Reibungskräften auch die gesamten Druckkräfte, die durch das Gewicht der Charge und des Antriebs entstehen.

F i g. 2 zeigt eine abgewandelte Form der Vorrichtung nach Fig. 1. Hierbei setzt sich das Ofengehäuse 2 nach oben durch einen geschlossenen Rahmen 24 fort, der das obenliegende Antriebsgehäuse 10 und die Vorschubeinrichtung 13 umschließt. Der Rahmen besitzt zwei Kragarme 25, auf denen sich zwei Geber 3 abstützen. Plattform 4 und Antriebsgehäuse 10 stellen eine zusammenhängende Einheit dar, die gegen seitliches Verschieben durch den Führungszapfen 40« und das Zapfenlager 41a gesichert ist. Antrieb und Geradführung der Vorschubeinheit 13 sind mit der Ausführung nach F i g. 1 identisch. Die Dichtung 15 ist in einer Brücke 26 befestigt, die die Reibungskräfte auf die Führungssäulen 5 und 6 von dort auf die Plattform überträgt und so das Kräftesystem schließt. Im Gegensatz zur Vorrichtung nach Fig. 1 sind die Führungssäulen 5 und 6 hier vom Gewicht der Charge und des Antriebs entlastet. Die Dichtung 15 ist wiederum über ein dehnungsausgleichendes Zwischenglied 16 mit dem Ofen verbunden; die durch das Zwischenglied verursachten Druckkräfte werden durch ein entgegengesetzt auf die Plattform 4 einwirkendes Kompensationsglied 18 kompensiert. Die seitliche Verschiebung der Brücke 25 wird durch die Führungszapfen 40 und Zapfenlager 41 oder durch eine analoge Lenkeranordnung verhindert. Die Ausführungsform nach F i g. 2 besitzt den Vorteil, daß die Geber 3 aus dem Einflußbereich des elektrischen Feldes des Ofens entfernt sind.

Fig. 3 zeigt im Prinzip die Anordnung nach F i g. 2, die einem andersartigen Vakuumofen angepaßt ist. Im vorliegenden Fall wird der Ofen dadurch geöffnet, daß das Oberteil la des Ofengehäuses 2 senkrecht angehoben wird. Dies geschieht mittels zweier Hydraulik-Zylinder 27, die einerseits am Ofenoberteil, andererseits an der Plattform 4 bzw. am Antriebsgehäuse 10 angreifen, jedoch frei beweglich durch die Traverse 9 und die Brücke 25 geführt sind. Um das Ofenoberteil bewegen zu können, muß man es zusammen mit der Dichtung 15 und der an dieser befestigten Brücke 26 gegenüber den Führungssäulen über einen längeren Weg verschieben können. Beim Betrieb dagegen darf eine solche Verschiebung nicht möglich sein. Dies wird dadurch ermöglicht, daß die Hülsen 29 an der Brücke 26 mittels Arretierbolzen 28 mit den Führungssäulen 5 und 6 verriegelbar sind.

Um das dehnungsausgleichende Zwischenglied 16 bei der Hubbewegung des Ofenoberteils und der damit verbundenen Relativbewegung zwischen Vorschubeinrichtung 13 und Dichtung 15 nicht unzulässig zu verformen, sind Mitnehmerklauen 46 am Ofen- S oberteil befestigt, die die Enden der Brücke 26 mit einem gewissen Vertikalspiel umfassen. Das Vertikalspiel muß so bemessen sein, daß die Brücke 26 nach ihrer Verriegelung den Bewegungen der Plattform 4 frei folgen kann.

Um die Radialbewegung der Anordnung zu verhindern, sind die Führungssäulen 5 und 6 durch die Brücke 26 hindurchgeführt und ihre Enden 30 längsverschiebbar im Ofenoberteil geführt. Wegen der Beweglichkeit des Ofenoberteils wird auch der Rahmen 24 von diesem getrennt ausgeführt.

F i g. 4 zeigt eine Ausführungsform einer Dichtung 15 mit besonders gut dichtender Wirkung in Verbindung mit dem dehnungsausgleichenden Zwischenglied 16, das als Faltenbalg ausgebildet ist. Der FaI-tenbalg hat eine flache Federcharakteristik, daß bei den geringen Verformungen, die die Geber 3 zulassen, keine meßbaren Kräfte vom Faltenbalg auf die Plattform 4 übertragen werden. Die eigentliche Dichtung besteht aus einem Gehäuse 31 mit den Simmerringen 32 und 33 mit Lippendichtung. 34 und 35 sind Abstreifringe für feinen Oberflächenschmutz vom Inneren des Ofens bzw. von der Atmosphäre her; 35 ist ein Abstreifring für Öl, mit dem die Ringkammer 37, kontrollierbar über ein Schauglas 38, gefüllt ist. 39 ist ein Radiallager für die Zentrierung der Vorschubeinrichtung 13. Mit 42 ist der obere, mit 43 der untere Befestigungsflansch des Faltenbalges bezeichnet. Der obere Flansch hält gleichzeitig das Halterohr 44 für den wärmebeständigen Schutzbalg 45, der untere Flansch ist mit dem Gegenflansch 46 des Ofengehäuses 2 verschraubt. Die in gewissen Grenzen gegenüber dem Ofenoberteil bewegliche Dichtung 15 ist mittels ihres Gehäuses 31 entweder unmittelbar mit der Plattform 4 (F i g. 1) oder mit der Brücke 26 (F i g. 2 und 3) verbunden. F i g. 4 dient neben der näheren Erläuterung der Anordnung der Einzelteile vor allem auch dazu, anschaulich zu machen, auf welche Anzahl von Abstreif-, Dicht- und Lagerelementen die unerwünschten Reibungskräfte zurückzuführen sind.

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Vakuumofen für das Schmelzen von Chargen in Blockform mit einer die Ofenwandung in einer Dichtung durchdringenden und in dieser längsbeweglich angeordneten Vorschubeinrichtung für die Charge und mit einer Vorrichtung zur kontinuierlichen Wägung des Abschmelzblockes mit hoher Genauigkeit, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtung (15) starr mit einer die Vorschubeinrichtung (10) tragenden Plattform (4) verbunden ist, welche von mindestens einem Geber (3) für die Gewichtsmessung getragen wird, und daß die Dichtung (15) durch ein dehnungsausgleichendes Zwischenglied (16) vakuumdicht mit dem Ofengehäuse (2) verbunden ist.

2. Vakuumofen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Plattform (4) zusätzlich zur Aufnahme des Antriebs für die Vorschubeinrichtung (13) dient.

3. Vakuumofen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dem dehnungsausgleichenden Zwischenglied (16) der Dichtung (15) ein Kompensationsglied (18) zugeordnet ist, das unter der Wirkung der Druckdifferenz zwischen Atmosphäre und Vakuum eine Kraft von solcher Größe und Richtung erzeugt, daß die vom ersten elastischen Zwischenglied (16) erzeugte Kraft in bezug auf den bzw. die Geber (3) für die Gewichtsmessung aufgehoben wird.

4. Vakuumofen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die starre Verbindung zwischen Dichtung (15) und Plattform (4) in Form von Führungssäulen (5, 6) ausgebildet ist, die für die Geradführung der Vorschubeinrichtung (13) dienen.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen