DE2000963C - Einrichtung fur die automatische schrittweise Regelung der Schmelzenzu fuhr aus einer Stopfenpfanne zu einer Stranggießkokille - Google Patents

Description

IO

USA.-Patentschrift 2218 171, der deutschen Patentschrift 297 287 oder Herrmann, Handbuch des Stranggießens, 1958, S. 348) Einrichtungen zur Vermeidung oder zum Ausgleich des Totganges im Verstellgetriebe des Stopfens erwähnt.

Neuerdings erst wurde (in der deutschen Gebrauchsmusterschrift 6 927 881) eine Einrichtung zur Steuerung des Stopfens für den Metallzufiuß³ aus einer i't'anne zu einer Kokille beschrieben, bei der mit mechanischen Mitteln von vornherein ein Totgang im Verstellgetriebe vermieden werden soll. Das Verstellgestänge bildet ein Hebelsystem, dessen Ausgangshebel mit dem Stopfenende unmittelbar verbunden ist und dessen Eingangshebel mit einer Rolle versehen ist, die mit der Kurve eines Verstellnockens zusammenarbeitet, der von einem Rechengerät aus durch ein flexibles Zugglied und einen auf "der Nokkeneilt; festen Hehci nach Maßgabe des ermiueHen Mct.illspiegelstandes in einer Kokille hin und her ver.ireht wird. Eine Feder liefert den Schüeßdruck für 'en Stopfen und hält für der, »spielfreien Über-μ- -,· hei Richtungsumkehr- die Celenke des Hebelst ν ms in einseitiger Anlage sowie die Rolle in ständk· ii Kontakt mit dem Verstellnocken. Nicht bear- -t wurde dabei, daß für den rauhen Gießereibein - bei wechselnden Temperaturen die Verbindung zv. .hen Ausgangshebe! und Stopfen nichi spielfrei gt liten werden kann, und daU, wenn die Berührung zv --chen Rolle und Nocken selbs'ihemmcnd ist. ein T« Fangfehler im Verstelltrieb \om Reche..gcräi bis zv Nockenwelle nicht auszuschließen ist. svährend ar 'ernfalls schließlich die Feder die aufzubringende V lellkraft unterschiedlich beeinflußt, je nachdem, ob der Stopfen gehoben oder gesenkt wird. Fehler he. der Bewegungsumkehr sind also auch hier nicht vuüig vermieden.

Die Erfindung berücksichtigt daher den unvermeidbaren Totgangfehler auf rechnerischem Wege. E-- wird eine Einrichtung für die auio-natische schrittweise Regelung der Schmelzenzufuhr aus einer Stopfenpfanne zu einer Stranggießkokille vorgeschlagen, bestehend aus einem Meßwert-Geber zur Er-Pinlung der Ist-Soll-Wetabweiehung des Metallspie- _ istandes in der Kokille nach Größe und Richtung in gleichen Zeitintervallen, aus einem Verstellwert-Rechner zur Umformung der Meßwerte in nach Größe und Richtung bestimmte Verstellwege und aus einem Verstellantrieb für den Stopfen, der mit dem Verstellwert-Rechner über einen Schaltverstärker verbunden ist, wobei erfindungsgemäß dem Verstellwert-Rechner ein Totgang-Ausgleicher für den Totgang im Verstellantrieb nachgeschaltet ist.

Zweckmäßigerweise ist im Totgang-Ausglcicher cm hernach löschbares Gedächtnis für eine vorausgegangene Richtungsumkehr des Verstellwcges angeordnet.

In einer bevorzugten Ausführung besteht der Verstelltrieb aus einem ständig mit konstanter Drehzahl laufenden Elektromotor, einem mit zwei Magnetkupplungep. ausgestattetem Wendegetriebe und einem Spindeltrieb zur Höhenverstellung des Pfannenstopfens, und der Verstellwert-Rechner ist zur Wiedergabe _vies Verstellweges als Zeitgröße, nämlich als Einschaltdauer der einen oder anderen Magnetkupplung, und der Totgang-Ausgleicher zur Widergabe der Korrektur als Verlängerung der Einschaltdauer der betreffenden Magnetkupplung eingerichtet. In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Einrichtung wiedergege|*>}. D« Zeichnung zeiet sowohl den mechan.sch-elektnschen Teil der Einrichtung als auch den zugehörigen eieK-tronischen Teil in schematischer Darstellung.

Der mechanisch-elektrische Teil besteht im wesentlichen aus

einem Schmelzofen 1, an dessen Stelle natürlich auch eine Pfanne, ein Warmhalteofen od. dgl. Behälter treten kann;

einem im Boden! des Schmelzofens 1 angebrachten Auslaufrohr 3;

einem Stopfen 4 zur Änderung bzw. zum Abschluß des Ausflußquerschnitts^;

einem Spindeltrieb 6 für die Höhenverstellung

des Stopfens 4 zur Änderung des Durchflußquerschnitts 5 mit Handrad 6' für etwaigen Handbetrieb und einer Getriebeverbindung 6" für den Anschluß nn

ao einem mit konstant Drehzahl laufenden Elektromotor? mit Wenuegetriebe8 mit für beide Drehrichtungen gleicher Ausgangsdrehzahl, das für die Einschaltung der eiiien oder anderen Verstellrichtung zwei Magnetkupplungen enthält;

einer Kokille 9, in der der Strang 10 beim Erstarren der durch das Rohr 3 eingebrachten Schmelze 11 gebildet wird, aus der er nach unten durch eine bekannte Vorrichtung gleichförmig abgesenkt wird, und in der der Metallspiegel 12 auf gleicher Höhe gehalten werden soll; einem Schwimmer 13 zur Kontrolle des Metallspiegelstandes mit Gestänge 14 und Abdeckfahne 15 für die fünf Lichtschranken 16 eine? Niveau-Anzeigers 17.

Der elektronische Teil umfaß", folgende Schaltgruppen:

den Niveau-Anzeiger 17 als Meßwert-Geber; einen Abfrager 18 zur Abfrage des Meßwertes,

d. h. des Metallspiegels'andes beim Niveau-Anzeiger 17;

einen Taktgeber 19 zur periodischen Auslösung der Meßwert-Abfrage und des daraus resultierenden Regelvorganges;

einen ein fünfstufiges Schieberegister enthaltenden Differenz-Rechner 20 zur Ermittlung der Differenz zwischen dem soeben erhaltenen »neuen« Meßwert und dem im Schieberegister gespeicherten »alten« Meßwert aus der vorangegangenen Abfragung als Maß für die Änderungs-Oeschwindigkeit des Metallspiegelstandes; einen Verstellwert-Rechner 21 zur Ermittlung des Verstellweges nach Größe und Richtung aus dem augenblicklichen Metallspiegelstand und dessen Änderungs-Geschwindigkeit; einen Totgang-Ausgleicher 22 zur Berücksichtigung des Totganges im Verstelltrieb 6,8 bei Umkehr der Verstelirichtung durch einen Zuschlag zum Verstellweg;

e^:nen Schaltverstärker 23 zur Verstärkung der Verstell- und Korrektur-Werte für die Einwirkung auf die eine oder andere der beiden Magnetkupplungen des Wendegetriebes.

Der Aufbau der elektronischen Schaltgruppen interessiert im Zusammenhang mit der Erfindung im einzelnen nicht. Er kann vom Fachmann auf Grund

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der geforderten Funktionen ohne weiteres mittels der digkeit gebildet. Der Differenz-Rechner 20 gibt den

handelsüblichen elektronischen Bauelemente vorge- neuen Meßwert (gemäß Pfeil e) und die Differenz

nommen werden. (gemäß Pfeil f) an den Verstellwert-Rechner 21 wei-

Die Funktion der ganzen.Einrichtung ergibt sich ter. Dieser ermittelt den Verstellwert als Zeitgröße folgendermaßen: Die Höheneinstellung des Stop- 5 und die Verstellrichtung und gibt beide an den fens4 bestimmt den freien Durchflußquerschnitt 5, Schaltverstärker 23 weiter (Pfeile),
und die Regelung gipfelt somit darin, durch einzelne Zugleich wird die Verstellrichtung an den Totgang-Regelschritte den Stopfen 4 zu heben oder zu senken, Ausgleicher 19 gemeldet (Pfeil Λ). Ist gegenüber der um den Ausfluß der Schmelze aus dem Ofen 1 durch vorherigen Rechnung keine Richtungsänderung einden Querschnitts dem Bedarf in der Kokille 9 zur io getreten, so geschieht dort weiter nichts.
möglichsten Aufrechterhaltung eines bestimmten Der Verstellweg-Impub wird im Schaltverstärker Standes des Metallspiegels 12 anzupassen. 23 verstärkt und bewirkt die Einschaltung der der

Es wird dazu je nach dem höheren oder tieferen errechneten Verstelll richtung entsprechenden Magnet-Metallspiegelstand in der Kokille 9 durch den kupplung im Wendegetriebe 8 für die errechnete Ver-Schwimmer 13 über das Gestänge 14 die Abdeck- 15 Stellzeit (Pfeil 0· Durch den Spindeltrieb 6 wird der fahne 15 gehoben oder gesenkt und dabei eine klei- Stopfen 4 um einen gewissen Betrag gehoben oder nere oder größere Anzahl von insgesamt fünf Licht- gesenkt und damit der Ausfluß der Schmelze durch schranken 16 im Niveau-Anzeiger 17 unterbrochen. den Querschnitt 5 geregelt.

Im gezeichneten Beispiel sind zwei Lichtschranken Hat sich aber die Verstellrichtung gegenüber der unterbrochen, und drei Lichtschranken sind frei, t zuletzt errechneten umgekehrt, so wird diese Umkeh-Diese Zahlen geben den Meßwert, nämlich die Ab- rung im Gedächtnis des Totgang-Ausgleichers 22 geweichung des Metallspiegelstandes vom Sollwert, an. speichert und bewirkt nach Ablauf der normalen

Durch den Taktgeber 19 wird der Abfrager 18 (ge- Verstellzeit eine den Totgang im Verstelltrieb 6,8 maß Pfeil α) periodisch zur Abfrage des Meßwertes ausgleichende Verlängerung derselben, indem eine beim Niveau-Anzeiger 17 und damit letzten Endes »5 zusätzliche Zeitgröße (gemäß Pfeil Jk) an den Schaltzur verzugsfreien Einleitung des nächsten Regel- verstärker 13 und von diesem an die betreffende Maschrittes angeregt. Das geschieht in Intervallen von je gnetkupplung weitergegeben wird Die Verlängerung fünf Sekunden, einer Zeit, die es dem Metallspiegel ist der Größe des Totganges für die eine oder andere 12 erlaubt, den Regelschritten zu folgen. Venteilrichtung angepaßt, d. h., de kann für beide

Der Abfrager 18 gibt daher alle fünf Sekunden 30 Richtungen unterschiedlich sein. Am Ende der ver-

entsnrechend der Zahl der Lichtschranken (Stufen) längerten Verstellzeit wird die Richtungsänderung im

des Niveau-Anzeigers 17 an diesen fünf Abfrage- Gedächtnis des Totgang-Ausgleichen zz gelöscht.

Impulse (Pfeil 6), die dieser je nach der Zahl der Der gezeichneten Anzeige des Niveau-Anzeigers

augenblicklich unterbrochenen Lichtschranken 16 17 zufolge (zwei »Ja«, drei »Nein«) weicht der Me-

mit »Ja« oder »Nein« beantwortet (Pfeile): Im dar- 35 tallspiegelstand 12 vom Sollwert nach unten ab. Es

gestellten Augenblick also zweimal »Ja« und dreimal ist daher zu erwarten, daß der Stopfen 4 gehoben

»Nein«. wird, um durch Erweiterung des Durchfluß-Quer-

Dieses soeben gewonnnene Abfrage- Ergebnis Schnitts 5 eine Beschleunigung des Schmelzen-Zu-

(»neuer Meßwert«) gibt der Abfrager 18 (gemäß flosses durch das Rohr 3 zur Kokille 9 zu erreichen,

Pfeil d) an den Differenz-Rechner 20 weiter. In des- 40 — es sei denn, der Vergleich des letzten mit dem

sen Schieberegister, dessen Stufenzahl ebenfalls ent- vorangegangenen Meßwert habe bereits eine hinrei-

sprechend der Stufenzahl des Niveau-Anzeigen fünf chend steigende Tendenz (aufwärts gerichtete Ande-

beträgt, werden diese Angaben gespeichert und dabei nmgsgeschwindigkeit) des Metallspiegelstandes 12

gleichzeitig die Angaben der vorangegangenen Ab- ergeben.

frage (»alter Meßwert«) ausgeschoben. Zugleich wird 45 Selbstverständlich kann beim Aasfall der Automa-

der neue und der alte Meßwert verglichen und die tik diese abgeschaltet und die Regelung durch das

Differenz als Maßstab für die Anderungsgeschwin- Handrad S vorgenommen werden. Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

lichen Meß- und Rechenvorgänge werden in periodi- Patentansprüche: scher Folge wiederholt, und der Metallzufluß soll aus einer kippbaren Gießpfanne oder auch aus einer

1. Einrichtung für die automatische schritt- Pfanne mit Bodenauslaß und Stopfen erfolgen. Auf weise Regelung der Schmelzenzufuhr aus einer 5 die Besonderheiten dieser beiden Möglichkeiten ist Stopfenpfanne zu einer Stranggießkokille, beste- aber nicht weiter eingegangen worden.

hend aus einem Meßwert-Geber zur Ermittlung In der Erkenntnis, daß die Abkühlungsverhahder Ist-Soll-Wertabweichung des Metallspiegel- nisse leicht egalisiert werden können, ,yenn nur von Standes in der Kokille nach Größe und Richtung vornherein der Metallspiegelstand konstant gehalten in gleichen Zeitintervaren, aus einem Versteif- io wird, beschränkt sich demgegenüber die Erfindung wert-Rechner zur Umformung der Meßwerte in darauf, Maßnahmen zur Konstanthaltung des Metallnach Größe und Richtung bestimmte Verstellwege Spiegelstandes in der Kokille zu treffen,
und aus einem Verstellantrieb für den Stopfen, Als Voraussetzungen für die Konstanthaltung des der mit dem Verstellwert-Rechner über einen Metallspiegelstandes war bereits erkannt worden, Schaltverstärker verbunden ist, dadurch ge- 15 daß die Meß- und Regelintervalle der schrittweisen kennzeichnet, daß dem Verstellwert-Rech- Regelung so groß sein müssen, daß der Einfluß des ner (21) ein Totgang-Ausgleicher (22) für den vorangegangenen Regelschrittes schon in der folgen-Totgang im Verstellantrieb (6, 7, 8) nachgcschal- den Messung sich zeigt, daß die Änderungsgeschv.intet ist. " digkeit des Metallspiegelstandes in der Kokille be-

2. Regeleinrichtung nach Anspruch I, gekenn- so rücksichtigt werden muß, und daß das Problem dezeichnet durch die Anordnung eines hernach Totganges im mechanischen Verstellgetriebe für den löschbaren Gedächtnisses für eine vorausgegan- Stopfen gelöst werden muß.

gene Richtungsumkehr Jes Verstellweges im Tot- Bekannt ist (durch die USA.-Patentschnfi

gang-Ausgleicher (22). 3 300 820). zur Konstanthaltung des Metallspiege!-

3. Regeleinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, 35 Standes in ein^r aus einer Stopfenpfanne gespeister; dadurch gekennzeichnet, daß der Verstelltrieb Kokille die Bewegung des Stopfens in Abhängigken aus einem ständig mii konstanter Drehzahl lau- vom augenblicklichen Metallspiegelstand und vor fenden Elektromotor (7), einem mit zwei Ma- dessen Ändcrungsgeschwindigkeit zu regeln. Da/ gnetkuppl igen ausgestatteten Wendegetriebe (8) gibt ein Niveau-Anzeiger die Abweichung vom Soli und einem Spindeltrieb (F> zur Höhenverstellung 30 wert nach Größe und Richtung in intermittierenden des Pfannenstopfens (4) besteht, und daß der Fehlersignalen an. wobei genügend Zeit zwischen Verstellwert-Rechner (21) :ur Wiedergabe des den einzelnen Regelschritten verstreicht, um die Wir-Verstellweges als Zeitgröße, nämlich als Ein- kung der Änderung der Gießgeschwindigkeit im Fchschaltdauer der einen oder anderen Magnetkupp- lersignal widerzuspiegeln. Die Verstellung des Stoplung. und der Totgangausgleicher (22) zur 35 fens erfolgt auf hydraulischem Wege, so daß das Pro-Wiedergabe der Korrektur als Verlängerung der blem des Totganges scheinbar nicht vorliegt. Aber Einschaltdauer der betreffenden Magnetkupplung gerade die hydraulische Verstellung kann zu ganz bceingerichtet ist. achtlichen Fehlern führen, wenn, was im Gießereibetrieb unvermeidlich ist, das öl in den Zu- und Ablei-

40 tungen des hydraulischen Verstellmotors ungleich er-

wärmt und ungleich ausgedehnt wird. Einer elektromechanischen Stopfenverstellung ist daher der Vorzug zu geben.

Die Erfindung richtet sich auf eine Einrichtung Eine solche ist bereits in einer Abhandlung (der für die automatische schrittweise Regelung der 45 Zeitschrift NEUE HÜTTE, 5/1960, S. 35 und 36) Schmelzenzufuhr aus einer Stopfenpfanne zu einer beschrieben worden. Beim dort wiedergegebenen Re-Stranggießkokille. gelschema soll der Metallspiegelstand in der Kokille Es ist (durch die USA.-Patentschrift 3 358 743) zwischen zwei durch Thermofühler dargestellten sin automatisch geregeltes Stranggießsystem mit Grenzwerten gehalten werden. Abweichungen beanteinem dem Ofen nachgeschalteten Verteilergefäß und 50 wortet das Niveau-Meßgerät mit Einschaltung des zwei oder mehr Kokillen bekanntgeworden, bei dem elektrischen Stopfenstellmotors, dessen Drehzahl ein gleichbleibendes Stranggußerzeugnis dadurch er- konstant ist und dessen Drehrichtung abhängig ist halten werden soll, daß der Wärmehaushalt und da- von der Richtung der Regelabweichung. Die Einmit die Abkühlungs- und Erstarrungsverhältnisse schaltdauer des Motors richtet sich nach der größten während der Dauer jedes einzelnen Gießvorgangs 55 auszuregelnden Veränderuingsgeschwindigkeit des und für ein und jeden Gießvorgang gleichgehalten Metallspiegelstandes, ist also ein von den baulichen werden. Es wurde dazu eine Formel aufgestellt, die Dimensionen der Anlage bestimmter Festwert. Ein eine Vielfalt von den Wännehaushalt bestimmenden derartiger Regelkreis neigt nach den dortigen AusFaktoren erfaßt. Die Faktoren, darunter auch der führungen zu Dauerschwinjjungcn des Badspiegel-Metallspiegelstand in der Kokille, werden durch ge- 5o Standes, und es ist um so schwieriger, eine Dauereignete Meßelemente ermittelt, mii Soll-Werten ver- schwingung zu unterdrücken, je kleiner der Abstand glichen und diesen möglichst angeglichen, wonach die der Thermofühler ist. Trot? der mathematischen und Restfehler durch Veränderung der leichter be- physikalischen Überlegungen ist über einen Totgangherrschbaren Faktoren gemäß der Formel ausgegli- ausgleich nichts gesagt, obwohl dort mit einem erchen werden. Eine wesentliche Rolle spielen dabei 65 heblichen Totgangverzug beim Umsteuern der Masdie Verteilung der Schmelze aus dem Verteilergefäß sen des Elektromotors zu rechnen gewesen wäre,
in die Kokillen, die Auszugsgeschwindigkeit des Ebensowenig sind bei früher bekanntgewordenen Stranges und der Kühlmitteldurchfluß. Die erforder- Beschreibungen von Stopfensteuerungen (z. B. der