EP1307310A1 - Verfahren und einrichtung zum überwachen der drehlager, insbesondere der wälzlager, von in einem stützrollengerüst von metall-, insbesondere von stahl-stranggiessvorrichtungen, gelagerten stranggiessstützrollen - Google Patents

Verfahren und einrichtung zum überwachen der drehlager, insbesondere der wälzlager, von in einem stützrollengerüst von metall-, insbesondere von stahl-stranggiessvorrichtungen, gelagerten stranggiessstützrollen

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EP1307310A1
EP1307310A1 EP01971781A EP01971781A EP1307310A1 EP 1307310 A1 EP1307310 A1 EP 1307310A1 EP 01971781 A EP01971781 A EP 01971781A EP 01971781 A EP01971781 A EP 01971781A EP 1307310 A1 EP1307310 A1 EP 1307310A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
bearings
continuous casting
bearing
load
pivot
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP01971781A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Axel Weyer
Horst Von Wyl
Gerhard Grelewitz
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SMS Siemag AG
Original Assignee
SMS Demag AG
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Filing date
Publication date
Application filed by SMS Demag AG filed Critical SMS Demag AG
Publication of EP1307310A1 publication Critical patent/EP1307310A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D11/00—Continuous casting of metals, i.e. casting in indefinite lengths
    • B22D11/16—Controlling or regulating processes or operations
    • G—PHYSICS
    • G07—CHECKING-DEVICES
    • G07C—TIME OR ATTENDANCE REGISTERS; REGISTERING OR INDICATING THE WORKING OF MACHINES; GENERATING RANDOM NUMBERS; VOTING OR LOTTERY APPARATUS; ARRANGEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS FOR CHECKING NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE
    • G07C3/00—Registering or indicating the condition or the working of machines or other apparatus, other than vehicles
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
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    • B22D11/20—Controlling or regulating processes or operations for removing cast stock
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01M—TESTING STATIC OR DYNAMIC BALANCE OF MACHINES OR STRUCTURES; TESTING OF STRUCTURES OR APPARATUS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01M13/00—Testing of machine parts
    • G01M13/04—Bearings
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21B—ROLLING OF METAL
    • B21B31/00—Rolling stand structures; Mounting, adjusting, or interchanging rolls, roll mountings, or stand frames
    • B21B31/07—Adaptation of roll neck bearings
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21B—ROLLING OF METAL
    • B21B38/00—Methods or devices for measuring, detecting or monitoring specially adapted for metal-rolling mills, e.g. position detection, inspection of the product

Definitions

  • the invention relates to a method and a device for monitoring the rotary bearings, in particular the roller bearings, of continuous casting support rollers mounted on both ends and / or in the center in a support roller frame of metal, in particular steel continuous casting devices, by sensors arranged in the vicinity.
  • the strand from the continuous casting mold is supported and guided up to at least the area of solidification in a roller corset and also bent as the solidification progresses.
  • the forces that occur are absorbed by roller or slide bearings via the continuous casting support rollers and transmitted to the roller support frame.
  • stresses of various types and sizes occur. An estimate of these stresses at the time of the construction of these plants is only possible approximately and with a rough simplification of the conditions that will occur in the later real casting operation.
  • pivot bearings fail as a result of damage caused by constant, minor or individual high loads or by a combination of these loads.
  • the damage can also occur if each individual stress situation would in itself not lead to damage.
  • the resulting malfunction and any repairs that may be necessary - including consequential damage - can lead to considerable losses in earnings and costs.
  • the operators of continuous casting devices often take this into account by preventive, regular replacement of the pivot bearings. It is inevitable, but uneconomical, that the actual lifespan of many swivel bearings is not used to reliably prevent the breakage of individual swivel bearings.
  • the invention has for its object not to make the replacement of the pivot bearing dependent on the occurrence of damage events, but in the sense of the economy of the continuous casting operation to strive for the most extensive use of a pivot bearing at the most economically favorable repair time.
  • the task is based on the basic idea of not recording changes in the pivot bearing, but rather the external influences on the pivot bearing which are the cause of these changes and assessing them in terms of the proportionately caused damage.
  • the object is achieved according to the invention by continuously measuring and storing the mechanical and / or thermal loads (load spectrum) on at least one or more rotary bearings or selected groups of rotary bearings in order to determine the remaining service life of rolling and / or sliding bearings or is performed on a component influencing the pivot bearing that the digital measurement results are processed in an evaluation and storage unit and that a ratio of the load spectrum and the maximum load capacity of the respective pivot bearing is calculated from the total number of all loads.
  • This makes it possible to reduce or completely avoid unforeseen malfunctions due to the failure of pivot bearings. It is also advantageous that a prophylactic replacement of pivot bearings can be completely dispensed with and that maintenance only has to be carried out if it is physically announced.
  • the pivot bearings can therefore always be used up to their calculated limit service life.
  • long-term experience can be gained about the wear history of the continuous casting machine, and on the one hand the operation of the casting system and on the other hand its dimensioning and design can be optimized. Additional overload cases can be assigned to assist in the event of a fault search, depending on the time and the process.
  • changes in reproducible processes can be determined and the diagnosis of changes in mechanical engineering can be made possible or supported in comparison to a previously determined original state. At the same time, manufacturing, assembly and finishing errors can be identified.
  • the measurement data is acquired at a fixed sampling rate.
  • the aim is to carry out the data acquisition on the one hand at a relatively high frequency, for example at a sampling rate of 50 Hz. On the other hand, however, this can also be carried out over very long periods, for example several years. Further measures result from the fact that the recorded measurement data are processed according to a statistical method. As a result, the outlay on equipment of the storage and evaluation unit can be kept within reasonable limits. It is then not necessary to save the raw data immediately.
  • the recorded measurement data be sorted and saved according to the type, direction, size and duration of the loads.
  • the tolerable total cumulative loads of the individual rolling bearing be determined from the measurement data and compressed to a key figure which represents the accumulated total stress up to the current measuring time of the rolling bearing.
  • This total load is compared to the limit load.
  • the comparison provides information about the expected remaining service life.
  • This method also facilitates the constant updating of the expected remaining service life, because the individual class sizes allow a weighting of an individual measurement event in relation to the previously evaluated ones.
  • the groups and / or a differentiation of the stress distribution within the groups are formed on the basis of numerical models of these groups. For numerical modeling comes e.g. consider the finite element method.
  • the measurement can also take place outside the pivot bearing.
  • the bearing load on a rotary bearing can be determined from a value measured on the component and from the load distribution calculated from a mathematical model.
  • the actual, accumulated stress indicator is compared with a previously defined, tolerable stress indicator and the remaining service life is determined therefrom.
  • the further stress to be expected in the future can be evaluated on a statistical average of the stress that has already occurred in the previous operation in the form of a current remaining life to be expected.
  • a device for monitoring the rotary bearings, in particular the roller bearings, of continuous casting support rollers mounted on both ends and / or in the center in a support roller frame of metal, in particular steel, continuous casting support rollers, by means of sensors arranged in the vicinity, achieves the object according to the invention in that one or more selected rotary bearings of a continuous casting support roller mounted by means of rolling and / or sliding bearings, a measuring element for mechanical and / or for thermal stress is arranged and that the measuring elements are connected to an evaluation and / or storage unit.
  • the measuring elements can consist of strain and temperature measuring strips.
  • the measuring element is arranged in each case on a component of the support roller frame that receives or supports the rolling or sliding bearing.
  • the measuring element can be arranged at a location on the support roller stand that is further away from the pivot bearing to be assessed, for example on the rear side of the cross-member of the roller segment or of the roller segment frame that supports the pivot bearing.
  • the measurement can also take place outside the pivot bearing.
  • the bearing load on a rotary bearing can be determined from a value measured on the component and from the load distribution calculated from a mathematical model.
  • the information can be stored in media that are arranged on the supporting frames that hold the rollers.
  • An advantageous arrangement results from the fact that the measuring elements are connected to electronic storage means arranged in the vicinity of the continuous casting support roller.
  • Such storage means are e.g. Memory chips that are housed in appropriate protective housings.
  • Fig. 1 is a block diagram with the arrangement and connection of the
  • Measuring elements which are assigned to an evaluation and a storage unit
  • Fig. 2 is a load-time diagram and Fig. 3 shows the arrangement of the sensors on a component located outside the pivot bearing as a view against a support roller segment.
  • continuous casting support rollers 2 are rotatably supported in the associated bearing components 1 a and either roller bearings 3a or slide bearings 3a are provided for this purpose, roller bearings 3a in the form of roller bearings being predominantly currently used.
  • the continuous casting support rollers 2 can be equipped at both ends with such roller bearings 3a or in sections between two continuous casting support rollers 2 with roller bearings 3a.
  • Measuring elements 4 in the form of sensors or strain gauges are arranged in the area of each rotary bearing 3.
  • the method for monitoring the rotary bearings 3 is now carried out in such a way that a continuous measurement and storage of the mechanical and / or thermal loads on at least one or more rotary bearings 3 is carried out to determine the remaining service life of rolling and / or sliding bearings 3a that the digital measurement results are also processed in an evaluation unit 5 and a storage unit 6 and that a limit service life of the respective rotary bearing 3 is calculated from the number of high, swelling or shock-like loads.
  • the time at which one or more rotary bearings 3 have to be exchanged can then be determined.
  • the acquisition of the measurement data at the rotary bearings 3 is carried out at a fixed sampling rate. However, in order not to have to save all the measurement data, the recorded measurement data are processed using a statistical method. In addition, the recorded measurement data are sorted by type, direction, size and duration of the loads and only then saved.
  • the tolerable, summed total loads of the individual roller bearing 3a are determined from the measurement data in the evaluation unit 5 and compressed to a key figure which represents the accumulated total stress until the relevant roller bearing 3a fails.
  • the stress distribution in a support roller stand 1 is represented by groups and / or by differentiation within the groups based on numerical models of these groups.
  • the actual, accumulated stress key figure is compared with a predetermined, tolerable stress key figure and the remaining service life is determined from this.
  • the measuring elements 4 can also each be arranged on a component 1a of the support roller frame 1 which receives or supports the roller or slide bearing 3a. It is also provided that the measuring elements 4 with electronic storage means 7 arranged in the vicinity of the continuous casting support roller 2, e.g. Memory chips, are connected and the latter store the measurement data, which are called up by the continuous casting plant controller 8.
  • electronic storage means 7 arranged in the vicinity of the continuous casting support roller 2, e.g. Memory chips
  • a linear course 10 of the accumulated total load can be determined from individual points recorded in shorter time intervals after a short time by applying a tangent.
  • the respective intersection points 11a, 11b with a load limit 12 as the lower limit of a load limit strip 13 provide information about the achievement of the acceptable remaining service life of the pivot bearing 3 in question.
  • the measuring elements 4 do not need to be arranged directly on the respective pivot bearing 3, as shown in FIG. 1, such measuring bearings having to be relatively complex, but can also be arranged at another location, for example a protected position.
  • FIG. 3 the measuring element 4 is arranged in a support roller stand 1 of a steel continuous casting device on the roller segment frame 14, which is held in foundation bearings 15a and 15b, and measures the deflection of the roller segment frame 14.
  • the deflection can be measured, for example, using a strain gauge.
  • the deflection is caused by the weight and the contact pressure in the casting strand 17, which is represented statically as a so-called line load 17a.
  • the stretch kenlast 17a rests on the rotary bearings 3 via the continuous casting support rollers 3.
  • the strain on the measuring element 4 the load distribution from the mathematical model and the known operating situation can be determined as a load in a single rotary bearing 3.

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Abstract

Ein Verfahren und eine Einrichtung zum Überwachen der Drehlager (3), insbesondere der Wälzlager (3a), von in einem Stützrollengerüst (1) von Metall-, insbesondere von Stahl-Stranggiessvorrichtungen, beidendig und/oder mittig gelagerten Stranggiessstützrollen (2) durch in der Nähe angeordnete Sensoren, macht den Austausch der Drehlager (3) nicht von eintretenden Schadensereignissen abhängig, sondern zielt auf die Wirtschaftlichkeit und den günstigsten Reparaturzeitpunkt ab, indem zum Bestimmen der Rest-Lebensdauer von Wälz- und/oder Gleitlagern (3a) eine kontinuierliche Messung und Speicherung der mechanischen und/oder thermischen Beanspruchungen (Lastkollektiv) an zumindest einem oder mehreren Drehlagern (3) oder ausgewählten Gruppen von Drehlagern (3) oder an einem das Drehlager (3) beeinflussenden Bauteil (1a) durchgeführt wird, indem die digitalen Messergebnisse in einer Auswerte- und Speichereinheit (5, 6) verarbeitet werden und indem aus der Gesamtzahl aller Belastungen ein Verhältniswert aus dem Lastkollektiv und der Grenz-Belastbarkeit des jeweiligen Drehlagers (3, 3a) errechnet wird.

Description

Verfahren und Einrichtung zum Überwachen der Drehlager, insbesondere der Wälzlager, von in einem Stützroilengerüst von Metall-, insbesondere von Stahl-Stranggießvorrichtungen, gelagerten Stranggießstützrollen
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Einrichtung zum Überwachen der Drehlager, insb. der Wälzlager, von in einem Stützrollengerüst von Metall-, insbesondere von Stahl-Strangießvorrichtungen, beidendig und / oder mittig gelagerten Stranggießstützrollen durch in der Nähe angeordnete Sensoren.
In Stranggießvorrichtungen für Brammenquerschnitte, Dünnstränge, Vorblöcke und / oder Profilstränge (Beam Blanks) wird der Strang aus der Stranggießkokille bis zumindest in den Bereich der Durcherstarrung in einem Rollenkorsett gestützt und geführt und während der fortschreitenden Erstarrung auch gebogen. Die auftretenden Kräfte werden über die Stranggießstützrollen von Wälz- oder Gleitlagern aufgenommen und an das Rollenstützgerüst weitergeleitet. Während des Betriebes, der häufig mehrere Tage oder Wochen ohne Unterbrechung durchgeführt wird, treten Beanspruchungen unterschiedlichster Art und Größe auf. Eine Abschätzung dieser Beanspruchungen zum Zeitpunkt der Konstruktion dieser Anlagen ist nur näherungsweise und unter grober Vereinfa- chung der im späteren realen Gießbetrieb auftretenden Bedingungen möglich. Es kann deshalb vorkommen, dass solche Drehlager in Folge der Schädigung durch ständige, geringfügige oder einzelne hohe Beanspruchungen bzw. durch eine Kombination dieser Lasten versagen. Die Schäden können auch dann eintreten, wenn jede einzelne Beanspruchungssituation an und für sich zu keiner Schädigung führen würde. Für den Fall, dass ein solches Versagen im Gießbetrieb auftritt, können die daraus resultierende Betriebsstörung und eventuell erforderlichen Reparaturen - auch von Folgeschäden - zu erheblichen Ertragseinbußen und zu Kosten führen. Diesem Umstand tragen die Betreiber von Stranggießvorrichtungen häufig durch einen vorbeugenden, regelmäßigen Austausch der Drehlager Rechnung. Dabei ist unvermeidlich, jedoch unwirtschaftlich, dass die tatsächliche Lebensdauer vieler Drehlager nicht ausgenutzt wird, um dem Bruch einzelner Drehlager sicher vorzubeugen. Es ist bekannt (aus FEATURE, Artikel "Measurements and Calculations of the Temperature and Load of the Bearings in a Continuous Casting Machine at BOS No. 2 in Ijmuiden", Dezember 1999, Seiten 25-29), Drehlager durch geeignete Maßnahmen zu überwachen und einen Austausch so lange hinauszu- zögern, bis ein wirklicher Schaden unmittelbar bevorsteht. So ist es bekannt, mittels Beschleunigungs- oder Körperschallsensoren ein Signal zu gewinnen, das durch geeignete Auswertung z.B. des Frequenzbandes einen Rückschluss auf den aktuellen Zustand des Drehlagers zuläßt. Dieses Verfahren beruht aber, wie auch andere Verfahren, auf der Analyse der Änderung von signifi- kanten Eigenschaften des Drehlagers, kann also erst dann greifen, wenn eine Veränderung bereits eingetreten ist. Die Erfahrung zeigt, dass eine erst dann veranlasste Wartung unter Umständen zu spät kommt und die erwähnten Schäden doch verursacht werden.
Die vorstehend erwähnten Verfahren erlauben eine Lebensdauerabschätzung von Maschinenbauteilen . Diese Verfahren gehen davon aus, dass jede einzelne Beanspruchung eines Bauteils einen ihr entsprechenden Beitrag zu seiner Gesamtschädigung, etwa bis zu einem ersten erkennbaren Anriss, leistet. In einem sogenannten Lastkollektiv können alle während eines Betrachtungszeit- raumes auf ein Bauteil wirkenden Beanspruchungen zusammengefasst werden. Dabei kann beispielsweise berechnet werden, nach welcher Zeit unter welchem Beanspruchungsverlauf mit welcher Wahrscheinlichkeit ein Versagen des betrachteten Bauteils erwartet werden kann. Solche Abschätzungen sind um so zutreffender, je genauer die auf das Bauteil wirkenden Beanspruchungen - nach Art, Richtung, Größe und Häufigkeit - in die Berechnung einfließen. Die in den über die Werkstoffeigenschaften notwendigen Annahmen enthaltenen Fehlerquoten sind heute so klein, dass sie in der Regel nur zu einem vernachlässigbar geringen Teil die Gesamttrefferquote solcher Abschätzungen beeinflussen. Es ist weiter bekannt ("Leitfaden für eine Betriebsfestigkeitsberechnung" - VDEhVerlag Stahl-Eisen, Düsseldorf 1985, 2. Auflage ) Verfahren und Einrichtungen zur Messung von Lagerbeanspruchungen einzusetzen, z.B. Kraftmessdosen, spezielle Messlager oder die Applikation von Lagern bzw. Lagergehäusen mit entsprechenden Sensoren. Auch unter den in Stranggießanlagen vor- herrschenden ungünstigen Umgebungsbedingungen - hohe Temperaturen, Wasserdampf mit chemisch aggressiven Beimischungen, Schmutz und mechanische Beanspruchungen - ist heute der Einsatz solcher Messtechnik möglich.
Beim Einsatz einer entsprechenden Messtechnik ( Kraftmessdosen, spezielle Messlager, Drehlager mit Sensoren) sind jedoch die in Stranggießanlagen herrschenden ungünstigen Umgebungsbedingungen, wie z.B. hohe Temperaturen, Wasserdampf mit chemisch aggressiven Beimischungen, Schmutz und mechanische Beanspruchungen zu beachten.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den Austausch der Drehlager nicht von eintretenden Schadens-Ereignissen abhängig zu machen, sondern im Sinn der Wirtschaftlichkeit des Stranggießbetriebs, eine weitestgehende Ausnutzung eines Drehlagers bei wirtschaftlich günstigstem Reparaturzeitpunkt anzustreben.
Die gestellte Aufgabe geht von dem Grundgedanken aus, nicht Veränderungen am Drehlager, sondern die diesen Veränderungen ursächlichen äußeren Einwirkungen auf das Drehlager zu erfassen und hinsichtlich des anteilig verursachten Schadens zu beurteilen.
Die gestellte Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass zum Bestimmen der Rest-Lebensdauer von Wälz- und / oder Gleitlagern eine kontinuierliche Messung und Speicherung der mechanischen und / oder thermischen Beanspruchungen (Lastkollektiv) an zumindest einem oder mehreren Drehla- gern oder ausgewählten Gruppen von Drehlagern oder an einem das Drehlager beeinflussenden Bauteil durchgeführt wird, dass die digitalen Messergebnisse in einer Auswerte- und Speichereinheit verarbeitet werden und dass aus der Gesamtzahl aller Belastungen ein Verhältniswert aus dem Lastkollektiv und der Grenz-Belastbarkeit des jeweiligen Drehlagers errechnet wird. Dadurch wird es möglich, unvorhergesehene Betriebsstörungen in Folge Versagens von Drehlagern zu vermindern oder ganz zu vermeiden. Weiter ist vorteilhaft, dass auf ei- nen prophylaktischen Austausch von Drehlagern ganz verzichtet werden kann und eine Wartung nur dann vorgenommen werden muss, wenn sie sich physikalisch ankündigt. Die Drehlager können somit immer bis zu ihrer errechneten Grenz-Lebensdauer genutzt werden. Aufgrund der Erfindung können langfristig Erfahrungen über die Verschleißhistorie der Stranggießmaschine gesammelt werden und damit kann einerseits die Betriebsweise der Gießanlage und andererseits deren Dimensionierung und Auslegung optimiert werden. Es können weiter Überlastfälle zur Hilfestellung bei eventueller Störungssuche zeitlich und prozessabhängig zugeordnet werden. Vorteilhafterweise können Veränderungen bei reproduzierbaren Abläufen (Lastmustern) festgestellt und im Vergleich zu einem vorher ermittelten Ursprungszustand die Diagnose von Veränderungen des Maschinenbaus ermöglicht bzw. unterstützt werden. Gleichzeitig können Fertigungs-, Montage- und Adjustagefehler identifiziert werden. Alle Vorteile beruhen auf der Akkumulation der Gesamtbeanspruchung einer Vielzahl geringfügiger wie auch einer geringen Zahl hoher Belastungen unterschiedlich- sten Zeitverhaltens, von kontinuierlich statischen oder quasistatischen Lasten ( z.B. aus dem Eigengewicht der Tragstrukturen) über schwellende oder wechselnde Lasten ( z.B. aus schwankenden Betriebsbeanspruchungen) bis zu hochdynamischen stoßartigen Beanspruchungen.
In Anbetracht der vielschichtigen Datenerfassung ist es nach einer Ausgestaltung vorteilhaft, dass das Erfassen der Messdaten mit einer festgelegten Abtast-Rate ausgeführt wird. Es ist dabei anzustreben, die Datenakquisition einerseits verhältnismäßig hochfrequent, z.B. mit 50 Hz Abtast-Rate vorzunehmen. Andererseits ist diese aber auch über sehr lange Zeiträume, z.B. mehrere Jah- re, auszuführen. Weitere Maßnahmen ergeben sich dadurch, dass die erfassten Messdaten nach einem statistischen Verfahren aufbereitet werden. Dadurch kann der apparative Aufwand der Speicher- und Auswerteeinheit in vertretbaren Grenzen gehalten werden. Es ist danach nicht erforderlich, die Rohdaten unmittelbar abzuspeichern.
Nach einer anderen Maßnahme empfiehlt es sich, dass die erfassten Messdaten nach Art, Richtung, Größe und Dauer der Belastungen sortiert und abgespeichert werden.
Nach weiteren Merkmalen wird vorgeschlagen, dass aus den Messdaten die ertragbaren, summierten Gesamtbelastungen des einzelnen Wälzlagers ermittelt und zu einer Kennzahl verdichtet werden, die die akkumulierte Gesamtbeanspruchung bis zum aktuellen Messzeitpunkt des Wälzlagers repäsentiert. Diese Gesamtbelastung wird mit der Grenzbeanspruchung verglichen. Der Ver- gleich gibt Aufschluss über die zu erwartende Restlebensdauer. Diese Methode erleichtert auch die ständige Aktualisierung der zu erwartenden Rest- Lebensdauer, weil über die einzelnen Klassengrößen eine Gewichtung eines einzelnen Messereignisses im Verhältnis zu den bisher bereits ausgewerteten möglich ist. Neben der beschriebenen statistischen Auswertung über längere Zeiträume ist es vorteilhaft, die aktuelle Beanspruchungsmessung zu einer unmittelbaren Beurteilung zu verwenden. Eine schnelle Beurteilung ist insbesondere in Betriebssituationen nützlich, während derer die auftretenden Drehlager- Belastungen Gefahren bedeuten, die statisch ertragbaren Lastgrenzen zu erreichen oder zu überschreiten, z.B. beim Wiederanfahren nach einer Gießunter- brechung oder beim Ausziehen eines bereits erkalteten Strangs.
In Verfolgung des Grundgedankens ist es sodann weiter vorteilhaft, dass die
Lastkollektive der zu beurteilenden Lager nicht aus individuellen einzelnen
Messungen bezogen werden, sondern dass Lager, von denen gleiche Bean- spruchung angenommen wird, zu Gruppen zusammengefasst werden und je eine repräsentative Messung zur Beurteilung der aktuellen Beanspruchung der gesamten Gruppe verwendet wird.
Es ist weiterhin vorteilhaft, dass die Gruppen und / oder eine Differenzierung der Beanspruchungsverteilung innerhalb der Gruppen aufgrund numerischer Modelle dieser Gruppen gebildet werden. Zur numerischen Modellierung kommt z.B. die Methode der finiten Elemente in Betracht.
Nach weiteren Merkmalen kann die Messung auch außerhalb der Drehlager erfolgen. Hierzu ist vorgesehen, dass die auf ein Drehlager entfallende Lager- belastung aus einem am Bauteil gemessenen Wert und aus der aus einem mathematischen Modell errechneten Lastverteilung bestimmbar ist.
Nach anderen Maßnahmen ist vorgesehen, dass die tatsächliche, akkumulierte Beanspruchungs-Kennzahl mit einer vorher festgelegten, ertragbaren Bean- spruchungs-Kennzahl verglichen und daraus die Rest-Lebensdauer bestimmt wird. Dadurch kann die in Zukunft zu erwartende weitere Beanspruchung im statistischen Mittel der bereits im bisherigen Betrieb erfolgten Beanspruchung in Form einer aktuellen noch zu erwartenden Rest-Lebensdauer ausgewertet werden.
Eine Einrichtung zur Überwachung der Drehlager, insbesondere der Wälzlager, von in einem Stützrollengerüst von Metall-, insbesondere von Stahl- Stranggießvorrich-tungen, beidendig und / oder mittig gelagerten Stranggießstützrollen durch in der Nähe angeordnete Sensoren, löst die gestellte Aufgabe erfindungsgemäß dadurch, dass an einem oder mehreren ausgewählten Drehlagern einer mittels Wälz- und / oder Gleitlagern gelagerten Stranggießstützrolle jeweils ein Messelement für eine mechanische und / oder für eine thermische Beanspruchung angeordnet ist und dass die Messelemente mit einer Auswerte- und / oder Speichereinheit verbunden sind. Dabei können die Messelemente aus Dehn- und Temperatur-Messstreifen bestehen . Um eine geschützte Anordnung und Schutz vor Hitze und Feuchtigkeit zu schaffen, ist vorgesehen, dass das Messelement jeweils an einem das Wälzoder Gleitlager aufnehmenden oder stützenden Bauteil des Stützrollengerüstes angeordnet ist. Dadurch kann das Messelement an einer weiter vom zu beurteilenden Drehlager entfernten Ort des Stützrollengerüstes angeordnet sein, z.B. auf der Rückseite der das Drehlager stützenden Quertraverse des Rollensegmentes bzw. des Rollensegmentrahmens.
Nach weiteren Merkmalen kann die Messung auch außerhalb der Drehlager erfolgen. Hierzu ist vorgesehen dass die auf ein Drehlager entfallende Lager- belastung aus einem am Bauteil gemessenen Wert und aus der aus einem mathematischen Modell errechneten Lastverteilung bestimmbar ist.
Die Speicherung der Informationen kann, zwecks Vermeidung von Verwechslungen, in Medien erfolgen, die auf den die Rollen aufnehmenden Traggerüsten angeordnet sind. Eine vorteilhafte Anordnung ergibt sich daraus, dass die Messelemente mit in der Nähe der Stranggießstützrolle angeordneten elektronischen Speichermitteln verbunden sind. Solche Speichermittel sind z.B. Speicherchips, die in entsprechenden Schutzgehäusen untergebracht sind.
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel des Messverfahrens dargestellt , das nachstehend näher erläutert wird.
Es zeigen:
Fig. 1 ein Blockschaltbild mit der Anordnung und der Verbindung der
Messelemente die einer Auswerte- und einer Speichereinheit zugeordnet sind,
Fig. 2 ein Belastungs-Zeit-Diagramm und Fig. 3 die Anordnung der Sensoren an einem außerhalb des Drehlagers befindlichen Bauteil als Ansicht gegen ein Stützrollen- Segment.
In einem Stützrollengerüst 1 (Fig. 1) sind in den zugehörigen Lager-Bauteilen 1 a Stranggießstützrollen 2 drehgelagert und dafür sind entweder Wälzlager 3a oder Gleitlager 3a vorgesehen, wobei derzeit überwiegend Wälzlager 3a in Form von Rollenlagern eingesetzt werden. Die Stranggießstützrollen 2 können an beiden Enden mit solchen Wälzlagern 3a oder abschnittsweise zwischen zwei Stranggießstützrollen 2 mit Wälzlagern 3a ausgestattet sein. Im Bereich jeden Drehlagers 3 sind Messelemente 4 in Form von Sensoren oder Dehnmessstreifen angeordnet. Das Verfahren zum Überwachen der Drehlager 3 wird nunmehr derart ausgeübt, dass zum Bestimmen der Rest-Lebensdauer von Wälz- und / oder Gleitlagern 3a eine kontinuierliche Messung und Speicherung der mechanischen und / oder thermischen Beanspruchungen an zumin- dest einem oder mehreren Drehlagern 3 durchgeführt wird, dass ferner die digitalen Messergebnisse in einer Auswerteeinheit 5 und einer Speichereinheit 6 verarbeitet werden und dass aus der Anzahl von hohen, schwellenden oder stoßartigen Belastungen eine Grenz-Lebensdauer des jeweiligen Drehlagers 3 errechnet wird. Danach kann der Zeitpunkt bestimmt werden, zu dem eines oder mehrere Drehlager 3 ausgetauscht werden müssen. Das Erfassen der Messdaten an den Drehlagern 3 wird mit einer festgelegten Abtast-Rate ausgeführt. Um jedoch nicht alle Messdaten speichern zu müssen, werden die erfassten Messdaten nach einem statistischen Verfahren aufbereitet. Außerdem werden die erfassten Messdaten nach Art, Richtung, Größe und Dauer der Be- lastungen sortiert und dann erst abgespeichert.
Aufgrund der Messdatenerfassung werden aus den Messdaten in der Auswerteeinheit 5 die ertragbaren, summierten Gesamtbelastungen des einzelnen Wälzlagers 3a ermittelt und zu einer Kennzahl verdichtet, die die akkumulierte Gesamtbeanspruchung bis zum Versagen des betreffenden Wälzlagers 3a repräsentiert. Die Beanspruchungsverteilung in einem Stützrollengerüst 1 wird durch Gruppen und / oder durch eine Differenzierung innerhalb der Gruppen aufgrund numerischer Modelle dieser Gruppen dargestellt. Die tatsächliche, akkumulierte Beanspruchungs-Kennzahl wird mit einer vorher festgelegten, ertragbaren Beanspruchungskennzahl verglichen und daraus die Rest- Lebensdauer bestimmt.
Die Messelemente 4 können auch jeweils an einem das Wälz- oder Gleitlager 3a aufnehmenden oder stützenden Bauteil 1a des Stützrollengerüstes 1 angeordnet sein. Außerdem ist vorgesehen, dass die Messelemente 4 mit in der Nähe der Stranggießstützrolle 2 angeordneten elektronischen Speichermitteln 7, wie z.B. Speicher-Chips, verbunden sind und letztere die Messdaten speichern, die durch die Stranggießanlagen-Steuerung 8 abgerufen werden.
In Fig. 2 ist in dem Belastungs-Zeit-Diagramm ein gemessenes Lastkollektiv als Messkurve 9 dargestellt. Aus einzelnen in kürzeren Zeitabständen festgehalte- nen Punkten lässt sich schon nach kurzer Zeit durch Anlegen einer Tangente ein linearer Verlauf 10 der akkumulierten Gesamtlast ermitteln. Die jeweiligen Schnittpunkte 11a, 11b mit einer Belastungsgrenze 12 als Untergrenze eines Belastungsgrenzstreifens 13 geben Aufschluss über das Erreichen der akzeptablen Rest-Lebensdauer des betreffenden Drehlagers 3.
Die Messelemente 4 brauchen nicht, wie in Fig. 1 dargestellt, unmittelbar am jeweiligen Drehlager 3 angeordnet zu sein, wobei solche sog. Messlager relativ aufwendig sein müssen, sondern können auch an einer anderen Stelle, z.B. einer geschützten Lage, angeordnet werden. Eine solche Anordnung zeigt Fig. 3. Gemäß Fig. 3 ist in einem Stützrollengerüst 1 einer Stahl- Stranggießvorrichtung am Rollensegmentrahmen 14, der in Fundamentlagern 15a und 15b gehalten ist, an der Unterseite 16 das Messelement 4 angeordnet und misst die Durchbiegung des Rollensegmentrahmens 14. Die Durchbiegung kann z.B mittels eines Dehnungsmessstreifens gemessen werden. Die Durch- biegung kommt dabei durch das Gewicht und die Anpresskraft im Gießstrang 17 zustande, die statisch als sog. Streckenlast 17a dargestellt ist. Die Strek- kenlast 17a ruht dabei über die Stranggießstützrollen 2 auf den Drehlagern 3. Auf diese Art kann z.B. aus der Dehnung am Messelement 4, der Lastverteilung aus dem mathematischen Modell und der bekannten Betriebssituation als Belastung in einem einzelnen Drehlager 3 bestimmt werden.
Bezugszeichenliste:
1 Stützrollengerüst
1a Bauteil
2 Stranggießstützrollen
3 Drehlager
3a Wälzlager, Gleitlager
4 Messelement
5 Auswerte-Einheit
6 Speichereinheit
7 elektronischer Speicher
8 Stranggießanlagen-Steuerung
9 Messkurve (Lastkollektiv)
10 linearer Verlauf
11a Schnittpunkt
11b Schnittpunkt
12 Belastungsgrenze
13 Belastungsgrenzstreifen
14 Rollensegmentrahmen
15a Fundamentlager
15b Fundamentlager
16 Unterseite
17 Gießstrang
17a Streckenlast

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum Überwachen der Drehlager, insbesondere der Wälzlager, von in einem Rollenstützgerüst von Metall-, insbesondere von Stahl- Stranggießvorrichtungen, beidendig und / oder mittig gelagerten Stranggießstützrollen durch in der Nähe angeordnete Sensoren, dadurch gekennzeichnet, dass zum Bestimmen der Rest-Lebensdauer von Wälz- und / oder Gleitlagern eine kontinuierliche Messung und Speicherung der mechanischen und / oder thermischen Beanspruchungen (Lastkollektiv) an zumindest einem oder mehreren Drehlagern oder ausgewählten Gruppen von Drehlagern oder an einem das Drehlager beeinflussenden Bauteil durchgeführt wird, dass die digitalen Messergebnisse in einer Auswerte- und Speichereinheit verarbeitet werden und dass aus der Gesamtzahl aller Bela- stungen ein Verhältniswert aus dem Lastkollektiv und der Grenz-
Belastbarkeit des jeweiligen Drehlagers errechnet wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Erfassen der Messdaten mit einer festgelegten Abtast-Rate ausgeführt wird.
3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die erfassten Messdaten nach einem statistischen Verfahren aufbereitet werden.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die erfassten Messdaten nach Art, Richtung, Größe und Dauer der
Belastungen sortiert und abgespeichert werden.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass aus den Messdaten die ertragbaren, summierten Gesamtbelastungen des einzelnen Wälzlagers ermittelt und zu einer Kennzahl verdichtet werden, die die akkumulierte Gesamtbeanspruchung bis zum aktuellen
Messzeitpunkt des Wälzlagers repräsentiert.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Lastkollektive der zu beurteilenden Lager nicht aus individuell einzelnen Messungen bezogen werden, sondern, dass Lager, von denen gleiche Beanspruchungen angenommen wird, zu Gruppen zusammengefasst werden und jeweils eine repräsentative Messung zur Beurteilung der aktuellen Beanspruchung der gesamten Gruppe verwendet wird.
7. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Gruppen und / oder eine Differenzierung der Beanspruchungsverteilung innerhalb der Gruppen aufgrund numerischer Modelle dieser Gruppen gebildet werden.
8. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die auf ein Drehlager entfallende Lagerbelastung aus einem am Bauteil gemessenen Wert und aus der aus einem mathematischen Modell errechneten Lastverteilung bestimmbar ist.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die tatsächliche, akkumulierte Beanspruchungs-Kennzahl mit einer vorher festgelegten, ertragbaren Beanspruchungs-Kennzahl verglichen und daraus die Rest-Lebensdauer bestimmt wird.
10. Einrichtung zur Überwachung der Drehlager, insbesondere der Wälzlager, von in einem Stützrollengerüst von Metall-, insbesondere von Stahl-
Stranggieß-vorrichtungen, beidendig und / oder mittig gelagerten Stranggießstützrollen durch in der Nähe angeordnete Sensoren, dadurch gekennzeichnet, dass an einem oder mehreren ausgewählten Drehlagern (3) einer mittels Wälz- und / oder Gleitlagern (3a) gelagerten Stranggießstützrolle (2) oder an einem das Drehlager (3) beeinflussenden Bauteil (1a) jeweils ein Messelement (4) für eine mechanische und / oder für eine thermische Beanspruchung angeordnet ist und dass die Messelemente (4) mit einer Auswerteeinheit (5) und / oder einer Speichereinheit (6) verbunden sind.
11. Einrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Messelement (4) jeweils an einem das Wälz- oder Gleitlager (3a) aufnehmenden oder stützenden Bauteil (1a) des Stützrollengerüstes (1) angeordnet ist.
12. Einrichtung nach einem der Ansprüche 10 oder 11 , dadurch gekennzeichnet, dass die auf ein Drehlager (3) entfallende Lagerbelastung aus einem am Bauteil (1a) gemessenen Wert und aus der aus einem mathematischen
Modell errechneten Lastverteilung bestimmbar ist.
13. Einrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Messelemente (4) mit in der Nähe der Stranggießstützrolle (2) angeordneten elektronischen Speichermitteln (7) verbunden sind.
EP01971781A 2000-08-10 2001-07-25 Verfahren und einrichtung zum überwachen der drehlager, insbesondere der wälzlager, von in einem stützrollengerüst von metall-, insbesondere von stahl-stranggiessvorrichtungen, gelagerten stranggiessstützrollen Withdrawn EP1307310A1 (de)

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