KUPPLUNGSVORRICHTUNG ZUM ANKUPPELN EINER METALLURGISCHEN PFANNE AN EINE ODER MEHRERE VERSORGUNGSLEITUNGEN
Die Erfindung betrifft eine Kupplungsvorrichtung zum Ankuppeln einer metallurgischen Pfanne an mindestens eine Versorgungsleitung. Sie betrifft insbesondere eine Kupplungsvorrichtung zum Ankuppeln einer Pfanne an mindestens eine Gasleitung in einem Kippstuhl.
In der EP-A-0320841 ist eine Vorrichtung beschrieben, welche ein automatisches Anschließen einer metallurgischen Pfanne an eine Gasversorgungsleitung beim Einsetzen der Pfanne in eine Aufnahmevorrichtung ermöglicht. Diese Vorrichtung umfaßt einen ersten Kupplungskopf, der an einem Sockel an der Aufnahmevorrichtung befestigt ist und mit der Gasversorgungsleitung verbunden ist, und einen zweiten Kupplungskopf, der an der Pfanne befestigt ist. Beide Kupplungsköpfe sind derart angeordnet und ausgestaltet, daß beim Einsetzen der Pfanne in die Aufnahmevorrichtung, der erste Kupplungskopf in den zweiten Kupplungskopf eindringt. Eine Feder, die beim Eindringen des ersten Kupplungskopfes in den zweiten Kupplungskopf zusammengedrückt wird, erzeugt die Anpreßkraft nach dem Ankuppeln. Um Ausrichtungsfehler beim Ankuppeln zu kompensieren, weist der erste Kupplungskopf in seinem Sockel zwei federzentrierte Freiheitsgrade in einer Ebene senkrecht zur Eindringrichtung auf. Diese Vorrichtung wurde erfolgreich in vielen Stahlwerken eingesetzt. Bei einem Einsatz dieser Kupplungsvorrichtung an einem Kippstuhl, d.h. an einer Aufnahmevorrichtung zum Kippen der Pfanne, stellte man allerdings eine rasche Abnützung der Kupplungsköpfe und ihrer Dichtungen fest. In der Tat können in Kippstühlen, durch Verrutschen der Pfanne in ihren Lagern beim Verkippen, bzw. durch unterschiedliche Drehzentren der Kupplungsköpfe beim Verkippen, große Relativbewegungen zwischen den eingekuppelten Kupplungsköpfen auftreten. Diese Relativbewegungen verursachen einen raschen Verschleiß der Dichtflächen und/oder Dichtelemente.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Kupplungsvorrichtung zum Ankuppeln einer metallurgischen Pfanne an
mindestens eine Versorgungsleitung zu schaffen, die besonders für den Einsatz an Kippstühlen geeignet ist.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Kupplungsvorrichtung nach Anspruch 1 gelöst. Eine erfindungsgemäße Kupplungsvorrichtung zum Ankuppeln einer metallurgischen Pfanne an mindestens eine Versorgungsleitung, umfaßt einen ersten Kupplungskopf welcher mit der Versorgungsleitung verbunden ist, und einen zweiten Kupplungskopf an der metallurgischen Pfanne, an den der erste Kupplungskopf zum Ankuppeln der metallurgischen Pfanne an die mindestens eine Versorgungsleitung anpreßbar ist. An der Pfanne ist ein Abstützsockel gegenüber dem zweiten Kupplungskopf angebracht. Der erste Kupplungskopf wird von einem Zylinder getragen und bildet mit diesem Zylinder eine transportierbare Kupplungseinheit, die durch Ausfahren der Kolbenstange des Zylinders zwischen der Abstützvorrichtung und dem zweiten Kupplungskopf an der Pfanne einspannbar ist, wobei der erste Kupplungskopf fest an den zweiten Kupplungskopf angepreßt wird, und der Zylinder sich an dem Abstützsockel abstützt. Im angekuppelten Zustand ist der erste Kupplungskopf folglich fest zwischen dem zweiten Kupplungskopf und dem Abstützsockel an der Pfanne eingespannt, so daß keine Relativbewegungen zwischen dem ersten und zweiten Kupplungskopf mehr stattfinden können. Die erfindungsgemäße Kupplungsvorrichtung ist deshalb hervorragend für den Einsatz in Kippstühlen geeignet.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung umfaßt die Kupplungsvorrichtung einen beweglichen Tragarm, der die transportierbare Kupplungseinheit trägt. Dieser bewegliche Tragarm (z.B. ein Schwenkarm, ein Arm der linear verfahrbar ist oder ein Teleskoparm) ist in eine Ankuppelposition einfahrbar, in welcher die transportierbare Kupplungseinheit mit eingezogener Kolbenstange zwischen dem zweiten Kupplungskopf und dem Abstützsockel steht, so daß zum Ankuppeln lediglich noch die Kolbenstange ausgefahren werden muß. Hierdurch wird der Ankuppelvorgang der Pfanne an die mindestens eine Versorgungsleitung automatisierbar.
Die Kupplungsvorrichtung mit einem beweglichen Tragarm umfaßt vorteilhaft einen Ringflansch am Tragarm, einen ersten Gegenflansch an der Kolbenstange und einen zweiten Gegenflansch am Zyiindergehäuse, wobei der erste und zweite Gegenflansch derart angeordnet sind, daß der Zylinder durch Einfahren der Kolbenstange an dem Ringflansch festklemmbar ist. Hierdurch ist gewährleistet, daß der Zylinder mit dem ersten Kupplungskopf bis in die Ankuppelposition, auf eine einfache Art und Weise fest mit dem Tragarm verbunden ist, und daß er beim Ankuppeln automatisch die benötigte Bewegungsfreiheit erhält, um Ausrichtungsfehler zu kompensieren. Um diese Bewegungsfreiheit beim Ankuppeln sicherzustellen, weist die Kolbenstange im Ringflansch vorzugsweise ein großes Spiel auf.
Zwischen dem Ringflansch am Tragarm und dem ersten, bzw. zweiten Gegenflansch ist vorteilhaft jeweils ein Schutzbalg angeordnet. Dieser Schutzbalg verhindert, daß z.B. Metallspritzer an der Kolbenstange festkleben und die Funktion des Zylinders beeinträchtigen.
Der Ringflansch am Tragarm weist vorteilhaft eine konisch ausgestaltete
Mulde zur Aufnahme des ersten Gegenflansches auf. Die Auflagefläche des ersten Gegenflansches ist hierbei konisch oder kugelförmig gestaltet, so daß die transportierbare Kupplungseinheit, beim Einfahren der Kolbenstange im Ringflansch zentriert wird.
Der erste Kupplungskopf weist vorteilhaft einen konischen Körper mit einer kugelförmig ausgebildeten Spitze auf. Der zweite Kupplungskopf weist hierbei eine konisch ausgebildete Mulde auf, in welche die kugelige Spitze einfahrbar ist. Hierdurch wird erreicht, daß sich der erste Kupplungskopf im zweiten Kupplungskopf zentriert, wobei kleinere Ausrichtungsfehler des ersten Kupplungskopfes, beim Einfahren in den zweiten Kupplungskopf keine Rolle spielen.
Der Abstützsockel weist vorteilhaft eine konische Mulde auf, in die ein kugelförmig ausgebildeter Zylinderfuß einsetzbar ist. Hierdurch wird erreicht, daß die am Abstützsockel abgestützte Kupplungseinheit, beim Einzentrieren der kugelförmig ausgebildeten Spitze des ersten Kupplungskopfes in der
konisch ausgebildeten Mulde des zweiten Kupplungskopfes kleine Taumelbewegungen ausführen kann. In dieser Ausgestaltung der Kupplungsvorrichtung bildet der Abstützsockel vorteilhaft eine Auflagefläche um seine konische Mulde aus, und der Zylinder weist oberhalb des kugelförmig ausgebildeten Zylinderfußes eine Schulterfläche auf. Nach dem Einsetzen des kugelförmigen Zylinderfußes in die konische Mulde bleibt hierbei zwischen dieser Auflagefläche und der Schulterfläche ein Spiel übrig, das kleine Taumelbewegungen der transportierbaren Kupplungseinheit, zum Einzentrieren der kugelförmig ausgebildeten Spitze des ersten Kupplungskopfes in der konisch ausgebildeten Mulde des zweiten Kupplungskopfes, ermöglicht, größere Taumelbewegungen jedoch verhindert.
Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung lassen sich aus der nachfolgenden Beschreibung einiger Ausführungsbeispiele ableiten, die anhand der beigefügten Zeichnungen vorgenommen wird. Es zeigen:
Figur 1 : eine Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Kupplungsvorrichtung, teilweise als Schnitt gezeichnet, die sich in einer Ruhestellung befindet;
Figur 2: einen Schnitt durch die Kupplungsvorrichtung der Figur 1 , unmittelbar vor dem Ankuppeln;
Figur 3: einen Schnitt durch die Kupplungsvorrichtung der Figur 1 beim Ankuppeln;
Figur 4: eine Seitenansicht der Kupplungsvorrichtung nach Figur 1 , teilweise als Schnitt gezeichnet, im angekuppelten Zustand; Figur 5: einen Schnitt durch eine leicht abgeänderte Kupplungsvorrichtung im angekuppelten Zustand.
In der Figur 1 bezeichnet das Bezugszeichen 10, einen Ausschnitt aus einer metallurgischen Pfanne, die in eine (nicht gezeigte) Aufnahmevorrichtung eingesetzt ist. Bei dieser Aufnahmevorrichtung kann es sich z.B. um einen klassischen Kippstuhl handeln, der dazu benutzt wird um die Pfanne 10 zu
kippen. Das Bezugszeichen 12 bezeichnet ein Teil dieser Aufnahmevorrichtung an dem ein Schwenkarm 14 angebracht ist. In der Figur 1 sieht man diesen Schwenkarm 14 in Ruhestellung, seitlich der Pfanne 10. In Figur 4 wird der gleiche Schwenkarm 14 in einer Arbeitsstellung an der Pfanne 10 gezeigt. Ein Schwenkzylinder 16 ermöglicht es hierbei, den Schwenkarm 14 zwischen seiner Ruhe- und Arbeitsstellung zu verschwenken. Die Schwenkachse ist in Figur 1 und Figur 4 mit dem Bezugszeichen 18 versehen. An seinem freien Ende ist am Schwenkarm 14 ein Ringflansch 20 angebracht. Dieser Ringflansch 20 trägt in den Figuren 1 und 2, d.h. in der Ruhestellung und bis zum Ankuppeln, eine transportierbare Kupplungseinheit 22.
Die transportierbare Kupplungseinheit 22 umfaßt einen ersten Kupplungskopf 24 und einen hydraulischen oder pneumatischen Zylinder 26. Letzterer umfaßt, wie am besten aus Figur 4 ersichtlich ist, ein Zylindergehäuse 28 und eine Kolbenstange 30, die den ersten Kupplungskopf 24 trägt. Dieser erste Kupplungskopf 24 umfaßt einen zylindrischen Sockel 32, ein konisches Übergangsteil 34 und eine kugelförmig ausgebildete Spitze 36. Im Kupplungskopf 24 ist mindestens ein Gaskanal angeordnet (in den Figuren nicht gezeigt), der an eine flexible Versorgungsleitung 38 angeschlossen ist (siehe z.B. Figur 2 und 4). An der Pfanne 10 ist, wie am besten aus Figur 1 ersichtlich ist, ein zweiter
Kupplungskopf 40 angebracht. Letzterer ist an eine Gasverteilung 42 an der Pfanne 10 angeschlossen und weist eine konische Mulde 44 auf, in welche die kugelförmig ausgebildete Spitze 36 des ersten Kupplungskopfs 24 einführbar und abgedichtet anpreßbar ist (siehe Figur 4). Gegenüber dem zweiten Kupplungskopf 24 ist ein Abstützsockel 46 an der Pfanne 10 angebracht. Letzterer weist, in axialer Flucht der konischen Mulde 44, ebenfalls eine konische Mulde 48 auf. Ein Durchgangsloch 50 verhindert hierbei, daß sich Feststoffe in der Mulde 48 ansammeln können. Die axiale Distanz zwischen Abstützsockel 46 und zweitem Kupplungskopf 40 ist hierbei leicht größer als die Gesamtlänge L der transportierbaren Kupplungseinheit 22 (siehe Figur 2).
Anhand der Figuren 1 bis 4 wird jetzt die Funktionsweise der Kupplungsvorrichtung beschrieben, wobei gleichzeitig die restlichen Merkmale der Vorrichtung eingeführt werden.
In Figur 1 steht der Arm 14 noch in Ruhestellung, währenddem die Pfanne 10 bereits in ihre Aufnahmevorrichtung eingesetzt ist. Der Arm 14 wird als nächstes in seine Arbeitsstellung geschwenkt, die in Figur 2 gezeigt ist. Die
Kupplungseinheit 22 steht in dieser Arbeitsstellung axial zwischen dem zweiten
Kupplungskopf 40 und dem Abstützsockel 46.
Aus der Figur 2 ist auch ersichtlich wie ein erster Gegenflansch 52, an der Kolbenstange 30, und ein zweiter Gegenflansch 54, an dem Gehäuse 28 des Zylinders 26, die Kupplungseinheit 22 an dem Ringflansch 20 des Arms 14, bei eingezogener Kolbenstange 30, festklemmt. Der Ringflansch 20 weist hierbei eine konische Mulde 56 auf (siehe Figur 4), in die der konisch oder kugelförmig ausgestaltete erste Gegenflansch 52, eingepreßt wird, um die Kupplungseinheit 22 im Ringflansch 20 zu zentrieren.
Wird jetzt die Kolbenstange 30 ausgefahren, so senkt sich zuerst das Gehäuse 28 des Zylinders 26, bis es mit seinem Fuß 58, der kugelförmig ausgebildet ist, in der Mulde 48 des Abstützsockels 46 aufsetzt. In der Figur 3 ist die Kupplungsvorrichtung während dem Herausfahren der Kolbenstange 30 gezeigt. Das Gehäuse 28 des Zylinders 26 sitzt bereits mit seinem Fuß 58 in der Mulde 48 des Abstützsockels 46. Der Gegenflansch 52 hat sich bereits leicht aus seinem konischen Sitz 56 erhoben, liegt jedoch noch seitlich an diesem an. Die kugelförmige Spitze 36 des ersten Kupplungskopfes 24 ist dabei, in die konische Mulde 44 des zweiten Kupplungskopfes 30 einzudringen. Es ist anzumerken, daß die Kolbenstange 30 den Ringflansch 20 mit großem radialen Spiel durchquert. In anderen, Worten die Kupplungseinheit 22 verfügt über genügend Spielraum, um eine Taumelbewegung um den Mittelpunkt des kugelförmigen Fußes 58 ausführen zu können. Diese Bewegungsfreiheit der transportierbaren Kupplungseinheit 22 beim Ankuppeln, soll das Einzentrieren der kugelförmig ausgebildeten Spitze des ersten Kupplungskopfes, in der konisch ausgebildeten Mulde des zweiten Kupplungskopfes, erleichtern, falls
z.B. der Abstützsockel 46 oder der zweite Kupplungskopf 40 nicht mehr genau aufeinander ausgerichtet sind. Die Amplitude dieser Taumelbewegungen der transportierbaren Kupplungseinheit 22 beim Ankuppeln wird zusätzlich durch eine Schulterfläche 60 am Zylinder 26, oberhalb des kugelförmigen Zylinderfußes 58, begrenzt. Nach dem Einsetzen des kugelförmigen Zylinderfußes 58 in die konische Mulde 48 des Abstützsockels 46, bleibt zwischen dieser Schulterfläche 60 und einer Auflagefläche 62, die durch den Abstützsockel 62 um die konische Mulde 48 ausgebildet wird, ein Spiel übrig, das kleine Taumelbewegungen zum Einzentrieren toleriert, das größere Taumelbewegungen, die das Ankuppeln beeinträchtigen könnten, jedoch verhindert.
Beim weiteren Ausfahren der Kolbenstange 30, zentriert sich somit der erste Kupplungskopf 24 in dem zweiten Kupplungskopf 40 und wird schlußendlich an diesen angepreßt. Diese Anpreßstellung, mit der das Ankuppeln abgeschlossen ist, ist in Figur 4 gezeigt. Über die flexible Versorgungsleitung 38, den ersten Kupplungskopf 24 und den zweiten Kupplungskopf 40, kann das Behandlungsgas jetzt in die Gasverteilung 42 der Pfanne 10 eingeleitet werden.
Das Auskuppeln der Kupplungseinheit 22 erfolgt in der umgekehrten Reihenfolge. Der Zylinder 26 kann hierbei, als doppeltwirkender Zylinder, mit zwei Druckkammern ausgebildet sein. Er kann aber auch eine Rückstellfeder umfassen, welche die Kolbenstange 30 in das Gehäuse 28 zurückzieht. Ist die Kupplungseinheit 22 durch Zurückziehen der Kolbenstange 30 wieder in die Position der Figur 2 gebracht, so kann der Arm 14 in seine geschützte Ruhestellung der Figur 1 zurückgeschwenkt werden.
Die Kupplungseinheit 22' der Figur 5 unterscheidet sich von der
Kupplungseinheit der Figuren 1 bis 4, einzig und allein, durch zwei Schutzbälge
70, 72. Der Schutzbalg 70 ist zwischen den Ringflansch 20 und den
Kupplungskopf 24 montiert. Der Schutzbalg 72 ist zwischen dem Ringflansch 20 und dem Gehäuse 28 des Zylinders 26 montiert. Beide Schutzbälge 70, 72
sollen verhindern, daß Metallspritzer an der Kolbenstange 30 festkleben und die Funktion des Zylinders 26 beeinträchtigen.