DE19960792C2 - Stranggiesskokille - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Stranggießkokille der im Oberbegriff des Anspruches 1 angegebenen Gattung.

Aus der DE 36 04 818 A1 ist eine Stranggießkokille zum Gießen eines Stranges mit Brammenquerschnitt bekannt. Zwischen den Breitseitenwänden befindet sich eine motorisch verstellbare Schmalseitenwand. Als Verstellorgane dienen Schraubspindeln. Nachteilig hierbei ist der hohe Aufwand an Bauteilen, die Verschleißanfälligkeit im rauhen Gießbetrieb sowie der Platzaufwand in einem Bereich, in dem viele andere Anlagenteile unterzubringen sind, wie der Oszillationsantrieb, Wasserkühlungen, Mess- und Überwachungseinheiten etc.

Zur Verstellung von Schmalseitenwänden sind in der Praxis auch sog. "Steppingzylinder" bekannt. Hierbei handelt es sich um sehr aufwendige Stellgeräte, bei denen durch eine Drehung eines Schrittmotors ein Steuerkolben in Längsrichtung bewegt wird. Hierdurch wird eine Bewegung eines Zylinderkolbens bewirkt, welcher versucht, den Steuerkolben wiederum in seine Ausgangslage zurückzuführen. Der Vorteil solcher Steppingzylinder ist darin zu sehen, dass nur sehr kleine elektrische Stellgrößen aufgebracht werden müssen, um über einen Stellmechanismus große Kräfte erzeugen zu können. Zudem lassen sich Verstellwege sehr genau einstellen. Nachteilig sind jedoch die sehr hohen Investitions- und Wartungskosten sowie der hohe Anteil an Feinmechanik, die beim rauhen Gießbetrieb dementsprechend störanfällig ist.

Eine Stranggießkokille mit den im Oberbegriff des Anspruches 1 angegebenen Merkmalen gilt als aus der DE 197 48 305 A1 bekannt. Dem Hydraulik-Verstellzylinder wird das Druckmedium direkt von einer Hydraulikpumpe zugeführt, die ihrerseits das Verstellsignal von einem Positionsregelkreis erhält. Diese indirekte Art der Verstellung und Regelung erfordert zumindest eine Leistungselektronik zur Steuerung der Hydraulikpumpe.

Die Erfindung bezweckt die Vermeidung dieser Nachteile und Schwierigkeiten und stellt sich die Aufgabe, eine Stranggießkokille der eingangs beschriebenen Art zu schaffen, bei der eine genaue Einstellung der zu verstellenden Seitenwand auf das gewünschte Strangquerschnittsformat möglich ist, wobei als Stellmittel einfachste, wenig aufwendige und nur wenig Platz benötigende Bauteile zum Einsatz kommen. Zudem soll eine hohe Betriebssicherheit bei geringer Störanfälligkeit infolge eines Verschleißes gegeben sein.

Diese Aufgabe bei einer Stranggießkokille der im Oberbegriff des Anspruches 1 angegebenen Gattung erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass dem Standard-Zylinder zumindest ein Wegeventil zugeordnet ist und dass der Regler ein 3-Punkt-Regler oder ein höherstufiger Regler oder ein Regler mit Pulsweitenausgang ist.

Der Vorteil der erfindungsgemäßen Stranggießkokille ist in dem einfachen mechanischen Aufbau der Stellvorrichtung zu sehen, denn es kann erfindungsgemäß ein Standard-Zylinder, d. h. ein doppelt wirkender Zylinder mit Kraftwirkung in beide Richtungen, eingesetzt werden. Ein solcher Zylinder erfordert auch wesentlich geringere Anforderungen an die Ölreinheit und läßt trotzdem eine genaue Einstellung der zu verstellenden Seitenwand zu. Da es sich bei einem Standard-Zylinder um keinen Feinmechanikbauteil handelt, ist eine für den Gießbetrieb entsprechende Robustheit gegeben. Das Vorsehen eines Wegeventils ermöglicht eine gegenüber dem Stand der Technik wesentlich einfachere Regelungstechnik, wodurch sich wesentlich niedrigere Kosten und zusätzlich eine geringere Empfindlichkeit gegenüber Störungen ergeben.

Mit einem Regler mit Pulsweitenausgang läßt sich auch mit Wegeventilen eine nahezu stetige Regelung erzielen, wie sie typischerweise mit Servo- oder Proportionalventilen erreicht wird. Anstelle einer veränderlichen Ventilöffnung bei diesen stetig arbeitenden Ventilen wird eine Folge von pulsartigen Ventilöffnungen beim Schaltventil gesetzt. Dadurch können Positionierungen mit hoher Genauigkeit vorgenommen werden.

Da für die Verstellung eines Strangstützelements nur kleine Volumensströme erforderlich sind, das Gesamtsystem jedoch mit hohen Drücken (z. B. 160 bar) arbeitet, ist zweckmäßig in zumindest einer Hydraulik-Arbeitsleitung des Hydraulik-Verstellzylinders, die von einer Druckmittel-Versorgungsstation zum Wegeventil bzw. von diesem zum Hydraulik- Verstellzylinder führt, eine Drossel bzw. Blende eingebaut.

Eine bevorzugte Ausführungsform ist dadurch gekennzeichnet, daß in zumindest einer Hydraulik-Arbeitsleitung, die von einer Druckmittel-Versorgungsstation zum Wegeventil bzw. von diesem zum Hydraulik-Verstellzylinder führt, ein Stromregelventil mit Gleichrichtung eingebaut ist.

Durch ein Stromregelventil stellt sich eine von der Belastung und den dieser entsprechenden Hydraulikdrücken nahezu unabhängige Verstellgeschwindigkeit ein. Eine auf diese Verstellgeschwindigkeit und die Ansprech- und Abfallzeit des jeweiligen Wegeventiles abgestimmte Gestaltung des Drei- oder Fünfpunktreglers erlaubt ein sehr genaues und direktes Erreichen der gewünschten Sollposition für alle Belastungsfälle.

Eine weitere bevorzugte Ausführungsform ist dadurch gekennzeichnet, daß in der zu und/oder von dem Hydraulik-Verstellzylinder führenden Hydraulik-Arbeitsleitung eine dem Hydraulik-Verstellzylinder unmittelbar vor- bzw. nachgeordnete Drossel bzw. Blende vorgesehen ist. Hierdurch wird die Hauptdrosselwirkung (bzw. Hauptblendenwirkung) zwischen dem Hydraulik-Verstellzylinder und den diesem vorgeordneten Rückschlagventilen erzielt. Hierdurch können die Schaltzeiten der Rückschlagventile kurz gehalten werden und es können Schwingungen derselben vermieden werden. Sind diese Drosseln bzw. Blenden, die zusätzlich zu Drosseln bzw. Blenden zwischen der Druckquelle und dem Wegeventil angeordnet sind, vorgesehen, so läßt sich eine große Variationsmöglichkeit hinsichtlich der Verstellgeschwindigkeit der Hydraulik- Verstellzylinder erzielen, wobei grundsätzlich noch festzustellen ist, daß, je mehr Drosseln bzw. Blenden vorgesehen sind, diese umso größer bemessen werden können und daher unempfindlicher sind gegen eine Verschmutzung.

Zum Erzielen von über den Verstellweg des Hydraulik-Verstellzylinders unterschiedlichen Verstellgeschwindigkeiten des Kolbens und damit einer erhöhten Genauigkeit ist vorzugsweise ein zusätzliches Wegeventil in Parallelschaltung zu einer Drossel bzw. Blende bzw. zum Stromregelventil mit Gleichrichtung vorgesehen, wobei zweckmäßig als Regler ein Fünfpunktregler oder höherstufiger Regler vorgesehen ist.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist diese dadurch gekennzeichnet, daß zur Beaufschlagung des Hydraulik-Verstellzylinders ein elektrohydraulisches Stetigventil vorgesehen ist.

Die Erfindung ist nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert, wobei Fig. 1 eine erfindungsgemäße Stellvorrichtung in schematischer Darstellung veranschaulicht. Die Fig. 2 bis 4 veranschaulichen die Arbeitsweise weiterer Ausführungsformen, wie z. B. eines Dreipunktreglers und eines Fünfpunktreglers in Abhängigkeit von der Regelabweichung. Fig. 5 veranschaulicht eine Grundschaltung mit einem Stromregelventil, Fig. 6 die Grundschaltung mit einem 4/3-Regelventil mit Blenden. Fig. 7 zeigt eine Ventil-Drossel- Kombination zur Realisierung von zwei Verstellgeschwindigkeiten für den Kolben eines Hydraulik-Verstellzylinders.

Bei einer Stranggießkokille wird der durchgehende Formhohlraum 1 von zwei zueinander parallel angeordneten Breitseitenwänden 2 und zwischen diesen angeordneten Schmalseitenwänden 3 gebildet. Die Schmalseitenwände 3 sind zwischen den Breitseitenwänden 1 in Richtung zur Kokillenhohlraum-Mittelachse 4 hin bzw. in entgegengesetzter Richtung (siehe Doppelpfeil 5) verschiebbar, so daß unterschiedliche Strangquerschnittsformate zum Gießen von Strängen mit unterschiedlichen Breiten 6 eingestellt werden können. Zwecks Verstehens der Schmalseitenwände 3 ist jeweils ein Hydraulik-Verstellzylinder 7 im oberen Endbereich 8 und einer im unteren Endbereich der Schmalseitenwände 3 angelenkt, wobei Fig. 1 lediglich die Anlenkung im oberen Endbereich 8 einer der Schmalseitenwände 3 veranschaulicht.

Erfindungsgemäß dienen zum Verstellen der Schmalseitenwände 3 Hydraulik- Verstellzylinder 7, die als Standard-Zylinder ausgebildet sind. Diese stützen sich einerseits mit ihrem Zylinder 9 an einem Stützgestell 10, z. B. einem die Schmal- 3 und Breitseitenwände 2 umgebenden Rahmen, der als Hubtisch ausgebildet sein kann, ab. Die Kolbenstangen 11 der in den Zylindern 9 verschiebbaren Kolben 12 sind mit ihren freien Enden 13 an Konsolen 14 der Schmalseitenwände 3 angelenkt. Jeder Hydraulik- Verstellzylinder 7 ist als doppelt wirkender Zylinder ausgebildet, bei dem eine Kraftwirkung in beide Richtungen erzielbar ist. Die Beaufschlagung jedes Zylinders 9 erfolgt über ein Stetigventil 15, das von einer Ventilsteuereinheit 16 angesteuert wird.

Jeder Hydraulik-Verstellzylinder 7 ist mit einem Wegmeßsystem 17 ausgestattet, wobei ein Wegaufnehmer 18 zur Feststellung der Ist-Position des Kolbens 12 und damit der Schmalseitenwand 3 vorgesehen ist. Dieser Wegaufnehmer 18 gibt ein Signal an einen Regler 19 über einen Vergleicher 20, dem auch eine Sollwert-Vorgabe für die Stellung des Kolbens 12 des Hydraulik-Verstellzylinders eingegeben werden kann.

Die Funktion ist folgende:
Die Kolbenposition wird vom Wegaufnehmer 18 ermittelt und an den Regler 19 weitergeleitet. Die Regelung ermittelt aus der Differenz von tatsächlicher Kolbenposition (Ist-Kolbenposition) und vorgegebener Kolbenposition (Soll-Kolbenposition) die Regeldifferenz. Diese wird verstärkt, mit einem bestimmten Übertragungsverhalten (z. B. P, I, D-Verhalten) versehen und als Stellgröße der Ventilsteuereinheit 16 zur Verfügung gestellt.

Die Ventilsteuereinheit 16 steuert das Stetigventil 15 entsprechend der Stellgröße. Dadurch werden die Anschlüsse A, B, P und T derart miteinander verbunden, daß der doppelt wirkende Hydraulik-Verstellzylinder 7 in die Soll-Position fährt.

Gemäß Fig. 2 ist der Kolben 12 des Hydraulik-Verstellzylinders 7, der von einem Zuganker 21 axial durchsetzt wird, am Stützgestell 10 gelagert, und es verschiebt sich der Zylinder 9 des Hydraulik-Verstellzylinders 7 bei Beaufschlagung des Hydraulik-Verstellzylinders 7. Damit bewegt sich der Zuganker 21, der über einen Zusatzträger 22, an dem der Zylinder 9 des Hydraulik-Verstellzylinders 7 befestigt ist, verkeilt ist, und es kann die Schmalseitenwand 3 gegenüber dem Stützgestell 10 verschoben werden. Der Zuganker 21 durchsetzt den Kolben 12 des Hydraulik-Verstellzylinders 7 axial, um eine gleichmäßige und radialsymmetrische Krafteinleitung sicherzustellen.

Zwischen dem Zusatzträger 22 und dem Stützgestell 10 ist in Parallelanordnung zum Hydraulik-Verstellzylinder 7 ein Balancierzylinder 23 vorgesehen, der stets so beaufschlagt ist, daß das vordere Ende des Kolbens 12 des Hydraulik-Verstellzylinders 7 am Stützgestell 10 anliegt, d. h. gegen dieses gepreßt ist. Der Zylinder des Balancierzylinders 23 ist mit dem Zusatzträger 22 und der Kolben mit dem Stützgestell 10 verbunden. Dieser Balancierzylinder 23 könnte auch in um 180° gedrehter Position zwischen dem Zusatzträger 22 und dem Stützgestell 10 angeordnet sein. Der Balancierzylinder 23 ermöglicht eine spielfreie Positionierung des Zusatzträgers 22 in bezug auf das Stützgestell 10 und dient beispielsweise zusätzlich als Wegaufnehmer 17 zur Feststellung der Ist-Position der Schmalseitenwand 3. Auf diese Art und Weise sind Verquetschungen oder Verschmutzungen der Kraftangriffsstelle des Hydraulik-Verstellzylinders 7 am Stützgestell 10 - also an der Auflagestelle des Kolbens 12 - ohne negativen Einfluß auf die einzustellende Soll-Position der Schmalseitenwand 3.

Wie insbesondere aus Fig. 2 ersichtlich ist, sind Hydraulik-Arbeitsleitungen 24, 25 jeweils über Drosseln 26 bzw. Blenden und Wegeventile 27A, 27B und diesen nachgeordnete gesteuerte Rückschlagventile 28A, 28B mit jeweils einer Kammer 29, 30 des Hydraulik- Verstellzylinders 7 verbindbar. Die jeweilige Position des Kolbens 12 des Hydraulik- Verstellzylinders 7 - und damit der Schmalseitenwand 3 - wird über den Wegaufnehmer 17, d. h. den Balancierzylinder 23, festgestellt und sein Signal dann an einen Vergleicher 20 eines Dreipunktreglers 31 weitergegeben. In den Vergleicher 20 eingebbar ist die Sollwertvorgabe für die Stellung des Kolbens 12 des Hydraulik-Verstellzylinders 7. Bei einer Abweichung des Istwerts vom Sollwert tritt der Dreipunktregler 31 in Funktion, wobei mit dem Signal +1 das Ventil 27A und mit dem Signal -1 das Ventil 27B schaltet.

Die in den zu den beiden Kammern 29 und 30 des Hydraulik-Verstellzylinders 7 führenden Hydraulik-Arbeitsleitungen 24, 25 vorhandenen Rückschlagventile 28A und 28B werden jeweils von der in die andere Kammer mündenden Hydraulik-Arbeitsleitung 24, 25 über die Steuerleitungen 32 (nur in Fig. 5, 6 und 7 eingezeichnet) beaufschlagt.

Gemäß der in Fig. 2 dargestellten Ausführungsform ist der Balancierzylinder 23 von einer eigenen Hydraulik-Arbeitsleitung 33 mit Druck beaufschlagbar. Weiters ist noch ein Druckbegrenzungsventil 34 vorgesehen, das die Kraft des Kolbens 12 des Hydraulik- Verstellzylinders 7 begrenzt.

In Fig. 3 ist die Regelung des Dreipunktreglers 31 näher erläutert, wobei auf der Ordinate die Ansteuerung der Wegeventile und auf der Abszisse die Regelabweichung aufgetragen sind. Gibt der Dreipunktregler 31 das Signal +1, so wird der Magnet des Wegeventils 27A geschaltet, wogegen der Magnet des Wegeventils 27B stromlos ist. Ist das Signal des Dreipunktreglers 31 0, sind beide Magneten der Wegeventile 27A und 27B stromlos; beim Signal -1 ist der Magnet des Wegeventils 27A stromlos und es schaltet der Magnet des Wegeventils 27B.

Fig. 5 zeigt eine etwas abgeänderte Schaltung mit einem 4/3-Wegeventil 27C, die mit einem Stromregelventil 35 mit Gleichrichtung ausgestattet ist. Fig. 6 zeigt eine ähnliche Schaltung ebenfalls mit einem 4/3-Wegeventil 27C, jedoch ohne Stromregelventil. Gemäß dieser Ausführungsform sind zwischen den Rückschlagventilen 28A, 28B und dem Hydraulik- Verstellzylinder 7 Drosseln 26 bzw. Blenden zusätzlich zu vor dem 4/3-Wegventil 27C vorgesehenen Drosseln 26 bzw. Blenden in den Hydraulik-Arbeitsleitungen 24, 25 angeordnet. Hierdurch läßt sich eine große Variationsmöglichkeit hinsichtlich der Geschwindigkeit der Hydraulik-Verstellzylinder 7 erzielen. Die Drosseln bzw. Blenden können desto größer bemessen werden, je mehr von ihnen vorgesehen sind, was den Vorteil hat, daß die Drosseln 26 bzw. Blenden wesentlich unempfindlicher sind gegen eine Verschmutzung.

Läßt man bei der in Fig. 6 dargestellten Ausführungsform die vor dem 4/3-Wegventil 27C vorgesehenen Drosseln 26 bzw. Blenden weg oder bemißt diese größer als die unmittelbar vor dem Hydraulik-Verstellzylinder 7 angeordneten Drosseln 26 bzw. Blenden, kann die Hauptdrosselwirkung (bzw. Hauptblendenwirkung) zwischen den Rückschlagventilen 28A und 28B und dem Hydraulik-Verstellzylinder 7 erzielt werden, wodurch die Schaltzeiten der Rückschlagventile 28A und 28B besonders kurz gehalten werden können. Auch werden Schwingungen der Rückschlagventile 28A und 28B durch diese Maßnahme vermieden. Grundsätzlich kann die Anordnung von Drosseln 26 bzw. Blenden unmittelbar benachbart zum Hydraulik-Verstellzylinder 7, d. h. zwischen den Rückschlagventilen 28A und 28B und dem Hydraulik-Verstellzylinder 7, auch bei allen anderen in den Fig. 1, 2, 5 und 7 dargestellten Ausführungsformen verwirklicht werden, so daß sich die oben beschriebenen Vorteile auch bei diesen Ausführungsformen einstellen.

In Fig. 7 ist eine Ventil-Drossel-Kombination zur Realisierung von zwei Verstellgeschwindigkeiten für den Hydraulik-Verstellzylinder 7 veranschaulicht. Der Kolben 12 des Hydraulik-Verstellzylinders 7 kann im Eil- oder im Schleichgang bewegt werden. Bei dieser Schaltung, bei der der in strichpunktierten Linien eingefaßte Teil identisch ist mit der Schaltung gemäß Fig. 2 sind in den Hydraulik-Arbeitsleitungen 24, 25 zusätzlich noch Drosseln 36 bzw. Blenden den Wegeventilen 27A und 27B vorgeschaltet, die jeweils über einen Bypass 37, 38 überbrückbar sind. Eine Überbrückung kann mit Hilfe eines in den Bypass-Leitungen 37, 38 vorgesehenen Wegeventils 39 erzielt werden, das über einen Fünfpunktregler aktiviert oder deaktiviert wird. Die Fünfpunktregelung ist durch einen Dreipunktregler 31 gemäß Fig. 2 mit einer Wirkungsweise gemäß Fig. 3 und einen Eil-/ Schleichgangsschalter 40, dessen Wirkungsweise in Fig. 4 erläutert ist, verwirklicht. Nähert sich der Kolben 12 des Hydraulik-Verstellzylinders 7 dem Schaltbereich des Dreipunktreglers 31, wird über den Eil-/Schleichgangsschalter 40 auf eine geringere Geschwindigkeit geschaltet, u. zw. mittels einer der zuschaltbaren Blenden 36, sodaß eine genauere Positionierung erzielt werden kann. Der Eil-/Schleichgangsschalter 40 bringt mit dem Signal +1 das Wegeventil 39 in die in Fig. 4 dargestellte Position für den Schleichgang und mit dem Signal 0 das Wegeventil 39 in die Eilgangstellung, in der das Hydraulikmittel über die Bypassleitungen 37 und 38 strömt.

Anstelle des Dreipunktreglers 31 kann auch ein Regler mit Pulsweitenausgang vorgesehen sein.

Anstelle der in den Fig. 1 bis 7 dargestellten Schaltventiltechnik können auch Stetigventile eingesetzt werden, z. B. Proportional-/Regelventile, bei denen der Volumenstrom der Hydraulikflüssigkeit proportional dem stetigen Regelausgang verändert werden kann. Dadurch können einfach beliebige Verstellgeschwindigkeiten für die Schmalseitenwände 3 verwirklicht werden.

Claims (8)

1. Stranggießkokille mit von Platten gebildeten Seitenwänden (2, 3), von denen mindestens eine Seitenwand (3) über einen als Standard-Zylinder (7) ausgebildeten Hydraulik-Verstellzylinder verstellbar ist, der Bestandteil einer Stellvorrichtung ist, die einen Regler umfasst, der den von einer Wegmesseinrichtung (17) erfassten Ist-Wert über eine Koppelung erhält, dadurch gekennzeichnet, dass dem Standard-Zylinder (7) zumindest ein Wegeventil (15, 27A, 27B, 27C) zugeordnet ist und dass der Regler ein 3-Punkt-Regler (31) oder ein höherstufiger Regler (23, 40) oder ein Regler mit Pulsweitenausgang ist.

2. Stranggießkokille nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in zumindest einer Hydraulik-Arbeitsleitung (24, 25) des Hydraulik-Verstellzylinders (7), die von einer Druckmittel-Versorgungsstation zum Wegeventil (27A, 27B, 27C) bzw. von diesem zum Hydraulik-Verstellzylinder (7) führt, eine Drossel (26) bzw. Blende eingebaut ist.

3. Stranggießkokille nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in zumindest einer Hydraulik-Arbeitsleitung (24, 25), die von einer Druckmittel-Versorgungsstation zum Wegeventil (27A, 27B, 27C) bzw. von diesem zum Hydraulik-Verstellzylinder (7) führt, ein Stromregelventil (35) mit Gleichrichtung eingebaut ist.

4. Stranggießkokille nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass in der zu und/oder von dem Hydraulik-Verstellzylinder (7) führenden Hydraulik-Arbeitsleitung (24, 25) eine dem Hydraulik-Verstellzylinder (7) unmittelbar vor- bzw. nachgeordnete Drossel (26) bzw. Blende vorgesehen ist.

5. Stranggießkokille nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass ein zusätzliches Wegeventil (39) in Parallelschaltung zu einer Drossel (36) bzw. Blende bzw. zum Stromregelventil mit Gleichrichtung vorgesehen ist.

6. Stranggießkokille nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass als Regler ein Fünfpunktregler (31, 40) oder höherstufiger Regler vorgesehen ist.

7. Stranggießkokille mit von Platten gebildeten Seitenwänden (2, 3), wobei mindestens eine Seitenwand (3) zur Einstellung eines bestimmten Strangquerschnittsformates mittels einer Stellvorrichtung, die einen Hydraulik-Verstellzylinder (7) aufweist, verstellbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass zur Beaufschlagung des als Standard-Zylinder ausgebildeten Hydraulik-Verstellzylinders (7) ein elektrohydraulisches Stetigventil vorgesehen ist.

8. Stranggießkokille nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Hydraulik- Verstellzylinder (7) ein doppelt wirkender Standard-Zylinder vorgesehen ist.