WO2009092607A1 - Einrichtung und verfahren zum regeln von kokillenoszillationen - Google Patents

Einrichtung und verfahren zum regeln von kokillenoszillationen Download PDF

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WO2009092607A1
WO2009092607A1 PCT/EP2009/000444 EP2009000444W WO2009092607A1 WO 2009092607 A1 WO2009092607 A1 WO 2009092607A1 EP 2009000444 W EP2009000444 W EP 2009000444W WO 2009092607 A1 WO2009092607 A1 WO 2009092607A1
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WO
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Prior art keywords
oscillation
controller
mold
frequency
harmonic
Prior art date
Application number
PCT/EP2009/000444
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Paul-Christian Hopp
Horst Von Wyl
Original Assignee
Sms Siemag Ag
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Publication date
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • 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
    • B22D11/04—Continuous casting of metals, i.e. casting in indefinite lengths into open-ended moulds
    • B22D11/053—Means for oscillating the moulds
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • 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
    • B22D11/166—Controlling or regulating processes or operations for mould oscillation

Definitions

  • the invention relates to a device and a method for regulating Kokillenoszillationen, in particular according to the preamble of claim 1 or according to the preamble of claim 11.
  • EP 0 834 362 A1 discloses such a mold that is excited to oscillate, with magnetostrictive actuators being used for this purpose.
  • EP 1 358 955 A1 discloses such an oscillation device in which the oscillation is controlled by means of characteristic curves.
  • EP 0 977 642 A1 discloses such a device with hydraulic lifting devices.
  • the object is achieved with respect to the device, by a device for Kokillenoszillation, especially for continuous casting, with a mold, a Kokillenoszillator, a drive of Kokillenoszillators and an oscillation controller, which form a closed oscillation control loop, wherein the oscillation control circuit is superimposed on a further control loop, which comprises a further controller for controlling the control parameters of the oscillation controller and an additional sensor for detecting a harmonic.
  • the object is achieved with respect to the method, by a method for regulating Kokillenoszillation, in particular for continuous casting, with a mold, a Kokillenoszillator, a drive to Kokillenoszillator and a Oszillationsregler that form a closed Oszillati- onsregelnik, which led forcibly in a basic oscillation is, wherein the target oscillation shape and frequency is specified in detail, wherein the basic oscillation superimposed on a high-frequency oscillation, which results from the natural oscillation behavior of the oscillation system, and preferably only the amplitude of the oscillation is controlled.
  • the surface quality of the cast products can be improved by forming shallower lift marks with reduced or no "deep hooks". At the same time a more sensitive and more uniform influence on the G manpultragtrag in the lubrication gap and thus increasing the reliability is achieved.
  • the extended oscillation control range also facilitates adaptation to higher casting speeds, which increases the productivity of the overall system. This aspect gains an even more important meaning that the expansion of the operating range by excitation of natural vibrations after the resonance effect, ie without or with only slightly increased contribution of drive energy is achieved. It is also advantageous if the proportion of the fundamental oscillation oscillation to the proportion of the harmonic oscillation is variably adjustable.
  • Kokillenoszillationen such as the actuator, a hydraulic drive.
  • the Kokillenoszillationen can also be controlled elsewhere.
  • a position sensor of the actuator is present, that is, the sensor is advantageously integrated in the actuator.
  • the first sensor can be integrated in the basic control loop, it being possible for example to integrate it as a displacement sensor into a cylinder of a hydraulic actuator.
  • the second sensor is used to control the harmonic.
  • the signal of the actuator and its time derivative is returned as a speed signal directly or indirectly to the controller.
  • the frequency and possibly the amplitude of the first natural frequency (harmonic) can be evaluated, for example, by means of FFT (Fast Fourier Transformation).
  • FFT Fast Fourier Transformation
  • the control parameters of the fundamental can be influenced in such a way that sets a desired predetermined amplitude of the harmonic.
  • FIG. 1 shows an oscillating drive
  • FIG. 2 shows a block diagram of a controller
  • 3a is a diagram of a movement of a mold as a function of time
  • 3b is a diagram of a movement of a mold as a function of time
  • 3c is a diagram of a movement of a mold as a function of time
  • FIG. 3 d is a diagram of a movement of a mold as a function of time
  • FIG. 3 e is a diagram of a movement of a mold as a function of time
  • FIG. 5a is an illustration of a natural shape of the mold according to Figure 4,
  • 5b is an illustration of a natural shape of the mold according to Figure 4,
  • FIG. 5c is an illustration of an eigenmode of the mold according to FIG. 4
  • FIG. 5d is an illustration of an eigenmode of the mold according to FIG. 4,
  • Fig. 5e is an illustration of a natural shape of the mold according to Figure 4.
  • FIG. 5f is an illustration of an eigenform of the mold according to FIG. 4.
  • a conventional, preferably hydraulic, oscillatory drive 1 according to FIG. 1 as an actuator for a mold according to FIG. 4, by means of an oscillation controller and a fast further regulator and a servo valve, in this case the oscillation controller and / or the further Controllers are controlled with small sampling times, for example in the range of 10 ms to 0.01 ms, wherein preferably a so-called position controller "motion controller" is used, in which the control parameters can be infinitely adjustable Control parameters are set so that a hard running behavior arises, for example, by increasing the P gain, the D component and / or a precontrol for the speed or acceleration, to produce a superimposed vibration in a natural frequency and this excitation mechanical Natural frequency is, preferably one e is eigenform with main deformation components in the oscillation direction, which may be the lowest coupled eigenform of the oscillation device.
  • the oscillation drive can be controlled such that the desired stroke amplitude is set.
  • the system response of the oscillator can be picked up by a suitable sensor 17, such as an accelerometer, speed and / or position transducer.
  • the sensor is a sensor equipped with non-contact measuring principle. The sensor records the oscillations and feeds this measured value of the oscillation to a controller that is superimposed on the fundamental oscillation, so that the set superimposed high-frequency oscillation can be automatically compensated in the desired range even under variable boundary conditions.
  • NFO conventional low-frequency oscillation or oscillation
  • HFO natural-frequency-driven high-frequency oscillation
  • a combination between 0% of the low frequency oscillation (NFO) and 0% of the high frequency oscillation (HFO) over 100% of the low frequency oscillation (NFO) at 0% of the high frequency oscillation (HFO) to 0% of the low frequency oscillation (NFO) at 100% of the high frequency oscillation (HFO) to ultimately 100% of the low frequency oscillation (NFO) at 100% of the high frequency oscillation (HFO) are set.
  • the high-frequency oscillation utilizing self-oscillation phenomena of the oscillation device, is caused by the same device constructed by conventional components, as is the low-frequency oscillation. This opens up the possibility for the operator of the system to use a frequency range that is significantly extended to higher frequencies.
  • the desired signal of the low-frequency fundamental oscillation can be executed in a staircase in order to support the excitation of the desired harmonic.
  • other basic modes of vibration can also be used.
  • the natural vibration behavior of the oscillation device can be determined in advance by attempting or calculating, for example, a natural vibration analysis and the low-frequency fundamental oscillation regions are assigned to the preferably excitable high-frequency natural frequencies.
  • the low-frequency fundamental can be limited to predetermined values of the frequency or the amplitude, so that the harmonic exclusively gives, for example, integer multiples of the fundamental.
  • the harmonic content can be determined according to a function such that certain parameters relevant to the method, such as the negative stripping fraction per fundamental oscillation period or the ratio of the maximum mold lowering velocity to the casting speed, can be kept constant.
  • FIG. 2 shows a schematic sketch of a block diagram 10 of a control loop for the hydraulic mold oscillation.
  • the digital controller 11 includes for each hydraulic cylinder 12,13 a Oszillationsregler 14,15, which is preferably designed as a PID controller, wherein a speed keits- and / or an acceleration feedforward is provided, and displacement sensor.
  • the oscillation controllers are identified by the thin lines in FIG.
  • analog signals from, for example, acceleration sensors 17 are also detected.
  • This data and information is processed in the module 16, a further controller, of the adaptive parameter calculation in such a way that an adaptive controller parameter adaptation takes place.
  • the other controller is characterized by the thicker lines and this is superimposed on the Oszillationsregelniken 14,15.
  • the parameters are varied so that a high-frequency oscillation is achieved.
  • Kvff corresponds to the velocity precontrol
  • Kaff corresponds to the acceleration precontrol
  • Ki corresponds to the integrator
  • Kd corresponds to the damping
  • Kp the Proportionalgiied.
  • the digital controller 11 can preferably be implemented with the adaptive parameter calculation in a so-called motion controller.
  • a sampling time of less than 1 ms can be realized, and sampling times can be realized that are much smaller than 1 ms.
  • FIG. 2 shows a block diagram for controlling a typical configuration for a slab oscillation.
  • two drive axles are provided. It can be provided according to the invention, only one or more than two controlled axes.
  • FIGS. 3a to 3e show diagrams in which examples of combinations of fundamental oscillations with inherent-frequency harmonics can be recognized.
  • the harmonic content is equal to 0%.
  • the harmonic content is equal to 20%.
  • the harmonic content is equal to 80%.
  • the harmonic content is equal to 100%.
  • the harmonic content is equal to 20% and there is a non-sinusoidal fundamental. The paths s of the mold and the velocity v are shown in FIGS. 3a to 3e.
  • FIG. 4 shows a resonant mold 50 which has a reduced oscillating mass 51.
  • the oscillating mold 51 is suspended by means of leaf springs 52 in a frame 53.
  • FIGS. 5a to 5f show the resonant mold 50 of FIG. 4 in various eigenmodes.
  • the first eigenmode of Figure 5a is that of the uncoupled system falls to the nominal frequency of 5.1 Hz, for example.
  • FIG. 5b shows the first eigenmode with drive, in which the frequency is 30.7 Hz.
  • a tilt takes place about the transverse axis.
  • the fourth harmonic see Figure 5e, takes place tilting about the longitudinal axis.
  • the frames are involved in addition to the resonance springs, see FIGS. 5d and 5f.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Continuous Casting (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung und ein Verfahren zur Regelung der Kokillenoszillation, insbesondere für Stranggießanlagen, mit einer Kokille, einem Kokillenoszillator, einem Antrieb des Kokillenoszillators und einem Oszillationsregler, die einen geschlossenen Oszillationsregelkreis bilden, wobei dem Oszillationsregelkreis ein weiterer Regelkreis überlagert ist, der einen weiteren Regler zur Kontrolle der Regelparameter des Oszillationsreglers und einen zusätzlichen Sensor zur Erfassung einer Oberschwingung aufweist. Das Verfahren dient zur Erfassung und Steuerung dieser Oberschwingung.

Description

Einrichtung und Verfahren zum Regeln von Kokillenoszillationen
Beschreibung
Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft eine Einrichtung und ein Verfahren zum Regeln von Kokillenoszillationen, insbesondere nach dem Oberbegriff von Anspruch 1 oder nach dem Oberbegriff von Anspruch 11.
Stand der Technik
Stranggießanlagen mit Kokillen sind im Stand der Technik bekannt. Ebenfalls ist es bekannt, die Kokillen mit Oszillationen zu betreiben. Die EP 0 834 362 A1 offenbart eine solche zu Oszillationen angeregte Kokille, wobei dazu magne- tostriktive Aktuatoren verwendet werden. Die EP 1 358 955 A1 offenbart eine solche Oszillationsvorrichtung, bei welcher die Oszillation mittels Kennlinien angesteuert wird. Die EP 0 977 642 A1 offenbart eine solche Vorrichtung mit hydraulischen Hubvorrichtungen.
Dabei ist es angestrebt, Kokillenoszillationen mit höheren Frequenzen bei niedrigeren Hubamplituden betriebssicher zu betreiben. Dazu hat man immer wieder die Maschinendynamik dieser Einrichtungen verbessert, indem man die oszillierenden Massen reduziert hat und die Systemsteifigkeiten erhöht und die Regelungen schneller gemacht hat. Auch die breite Einführung hydraulischer Oszillationsantriebe hat in diese Richtung gezielt. Darüber hinaus gibt es Versuche, mittels Vorspannung der Antriebskomponenten mit Federkraft den Abhebekräften bei Beschleunigungen im Bereich der Erdbeschleunigung oder darüber entgegen zu wirken.
Weiterhin sind Ultraschallaktuatoren bekannt, mittels welchen die Kokillenplat- ten angeregt werden können.
Diese Lösungen sind jedoch hinsichtlich der anzuregenden Frequenzen an ihre Grenzen gekommen. Nennenswerte Verbesserungen in Richtung höherer Frequenzen und kleinerer Hübe sind seit Jahren nicht zu erkennen. Dies wird un- terstützt durch eine eher konservative Einstellung von so manchem Betreiber solcher Anlagen, die zum Teil nur dann bereit sind Versuche durchzuführen, wenn ihre bisherigen Betriebsparameter von den verbesserten Einrichtungen mit abgedeckt werden.
Darüber hinaus sind die dazu notwendigen Anstrengungen durch im Vergleich zum geringen Erfolg eher sehr aufwändige und dadurch auch sehr anfällige Techniken realisiert worden, so dass diese nach kurzer Zeit wieder eingestellt worden sind.
Darstellung der Erfindung, Aufgabe, Lösung, Vorteile
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Einrichtung und ein Verfahren zu schaffen, mit welcher bzw. welches eine einfache und zuverlässige Steuerung von Kokillenoszillationen mit hohen Frequenzen und kleinen Hüben erlaubt. Dabei ist es besonders vorteilhaft, wenn ein spektraler Anteil der Oszillation eine Eigenschwingung der Kokille ist.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe bezüglich der Einrichtung erreicht, durch eine Einrichtung zur Kokillenoszillation, insbesondere für Stranggießanlagen, mit einer Kokille, einem Kokillenoszillator, einem Antrieb des Kokillenoszillators und einem Oszillationsregler, die einen geschlossenen Oszillationsregelkreis bilden, wobei dem Oszillationsregelkreis ein weiterer Regelkreis überlagert ist, der einen weiteren Regler zur Kontrolle der Regelparameter des Oszillationsreglers und einen zusätzlichen Sensor zur Erfassung einer Oberschwingung umfasst.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe bezüglich des Verfahrens erreicht, durch ein Verfahren zum Regeln einer Kokillenoszillation, insbesondere für Stranggießanlagen, mit einer Kokille, einem Kokillenoszillator, einem Antrieb zum Kokillenoszillator und einem Oszillationsregler, die einen geschlossenen Oszillati- onsregelkreis bilden, der in einer Grundoszillation zwangserregt geführt ist, wobei die Soll-Oszillationsform und -frequenz detailliert vorgegeben wird, wobei der Grundoszillation eine hochfrequente Schwingung, die sich aus dem Eigenschwingungsverhalten des Oszillationssystems frei ergibt, überlagert ist und vorzugsweise nur die Amplitude der Schwingung geregelt wird.
Durch die erfindungsgemäße Kombination von niederfrequenten Oszillationen mit hochfrequenten Eigenoszillationen kann mit apparativ begrenztem Mehraufwand der Betriebsbereich einer Kokillenoszillation erheblich erweitert werden.
Durch die erweiterten Oszillationsmöglichkeit der Kokille kann die Oberflächenqualität der gegossenen Produkte durch Ausbildung flacherer Hubmarken mit reduzierten oder ganz ohne "deep hooks" verbessert werden. Gleichzeitig wird eine feinfühligere und gleichmäßigere Einflussnahme auf den Gießpulvereintrag in den Schmierspalt und damit eine Erhöhung der Betriebssicherheit erreicht. Schließlich ist durch den erweiterten Oszillationsregelbereich auch eine Anpassung an höhere Gießgeschwindigkeiten erleichtert, was die Produktivität der Gesamtanlage steigert. Dieser Aspekt gewinnt dadurch noch eine erweiterte Bedeutung, dass die Erweiterung des Betriebsbereiches durch Erregung von Eigenschwingungen nach dem Resonanzeffekt, also ohne oder mit nur geringfügig erhöhter Einbringung von Antriebsenergie erreicht wird. Vorteilhaft ist weiterhin, wenn der Anteil der Grundschwingungsoszillation zum Anteil der Oberschwingungsoszillation variabel einstellbar ist.
Dabei ist es vorteilhaft, wenn der Antrieb der Kokillenoszillationen, wie das Stellglied, ein hydraulischer Antrieb ist. Die Kokillenoszillationen können jedoch auch anderweitig ansteuerbar sein.
Auch ist es zweckmäßig, wenn weiterhin ein Positionssensor des Stellglieds vorhanden ist, das heißt, der Sensor ist vorteilhaft in das Stellglied integriert. Dabei ist es vorteilhaft, wenn je Achse zwei Sensoren verwendet werden. Dabei kann der erste Sensor in den Grundregelkreis integriert sein, wobei er dazu beispielsweise als Weggeber in einen Zylinder eines hydraulischen Stellglieds integriert sein kann. Er kann jedoch auch anderweitig montiert sein. Der zweite Sensor dient der Steuerung der Oberschwingung. Dazu ist es vorteilhaft, wenn er unabhängig vom Stellglied beispielsweise extern auf der Kokille oder auf dem Oszillator, wie beispielsweise in oder an der Wirkungslinie des Antriebs, positioniert wird.
Vorteilhaft ist es auch, wenn das Signal des Stellglieds und dessen zeitliche Ableitung als Geschwindigkeitssignal dem Regler direkt oder indirekt zurückgeführt wird. Bei der indirekten Rückführung kann beispielsweise mittels FFT (Fast Fourier Transformation) die Frequenz und ggf. die Amplitude der ersten Eigenfrequenz (Oberschwingung) ausgewertet werden. Die Regelparameter der Grundschwingung können dabei derart beeinflusst werden, dass sich eine ge- wünschte vorgebbare Amplitude der Oberschwingung einstellt.
Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen beschrieben.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen Nachstehend wird die Erfindung auf der Grundlage eines Ausführungsbeispiels anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 einen Oszillationsantrieb, Fig. 2 ein Blockschaltbild eines Reglers,
Fig. 3a ein Diagramm einer Bewegung einer Kokille als Funktion der Zeit,
Fig. 3b ein Diagramm einer Bewegung einer Kokille als Funktion der Zeit,
Fig. 3c ein Diagramm einer Bewegung einer Kokille als Funktion der Zeit,
Fig. 3d ein Diagramm einer Bewegung einer Kokille als Funktion der Zeit, Fig. 3e ein Diagramm einer Bewegung einer Kokille als Funktion der Zeit,
Fig. 4 eine schematische Darstellung einer Resonanzkokille,
Fig. 5a eine Darstellung einer Eigenform der Kokille nach Figur 4,
Fig. 5b eine Darstellung einer Eigenform der Kokille nach Figur 4,
Fig. 5c eine Darstellung einer Eigenform der Kokille nach Figur 4, Fig. 5d eine Darstellung einer Eigenform der Kokille nach Figur 4,
Fig. 5e eine Darstellung einer Eigenform der Kokille nach Figur 4, und
Fig. 5f eine Darstellung einer Eigenform der Kokille nach Figur 4. Bevorzugte Ausführung der Erfindung
Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, einen konventionellen vorzugsweise hydraulischen Oszillationsantrieb 1 gemäß Figur 1 als Stellglied für eine Kokille gemäß Figur 4, mittels eines Oszillationsreglers und eines schnellen weiteren Reglers und eines Servo-Ventils zu regeln, Figur 2. Dabei kann der Oszillationsregler und/oder der weitere Regler mit kleinen Abtastzeiten beispielsweise im Bereich von 10 ms bis zu 0,01 ms geregelt werden, wobei vorzugsweise ein so genannter Positionsregler „Motion Controller" verwendet wird, bei dem die Regelparameter stufenlos verstellbar sein können. Dabei kann es vorteilhaft so sein, dass die Regelparameter so einzustellen sind, dass ein hartes Laufverhalten entsteht, z.B. durch Anhebung der P- Verstärkung, des D-Anteils und/oder einer Vorsteuerung für die Geschwindigkeit oder für die Beschleunigung, um eine überlagerte Schwingung in einer Eigenfrequenz zu erzeugen und diese Anregung eine mechanischen Eigenfrequenz ist, die vorzugsweise eine Eigen- form mit Hauptverformungskomponenten in der Oszillationsrichtung ist, wobei dies die unterste gekoppelte Eigenform der Oszillationseinrichtung sein kann.
Durch Vertrimmen der vorgenannten Regelparameter kann der Oszillationsantrieb so ausgesteuert werden, dass sich die gewünschte Hubamplitude ein- stellt. Zusätzlich kann die Systemantwort des Oszillators (Gesamtsystem: Kokille plus Aufhängung plus Oszillationsantrieb) von einem geeigneten Sensor 17, wie beispielsweise einem Beschleunigungs-, Geschwindigkeits- und/oder Wegaufnehmer aufgenommen werden. Vorzugsweise ist der Sensor ein mit berührungslos arbeitendem Messprinzip ausgestatteter Sensor. Der Sensor nimmt die Oszillationen auf und führt diesen Messwert der Oszillation einem der Grundoszillation überlagerten Regler zu, damit die eingestellte überlagerte hochfrequente Oszillation auch bei veränderlichen Randbedingungen automatisch im gewünschten Bereich ausgeregelt werden kann.
Erfindungsgemäß wird eine Kombination zwischen einer konventionellen niederfrequenten Oszillation bzw. Schwingung (NFO) von beispielsweise 0.5 bis 10 Hz bei Hubamplituden von 5 bis 0 mm und einer eigenfrequenzgetriebenen hochfrequenten Oszillation (HFO) von beispielsweise 15, 25 oder 30 Hz bei Hubamplituden von 1 bis 0 mm erreicht.
Dabei kann eine Kombination zwischen 0% der niederfrequenten Oszillation (NFO) und 0% der hochfrequenten Oszillation (HFO) über 100% der niederfrequenten Oszillation (NFO) bei 0% der hochfrequenten Oszillation (HFO) hin zu 0% der niederfrequenten Oszillation (NFO) bei 100% der hochfrequenten Oszillation (HFO) bis letztlich zu 100% der niederfrequenten Oszillation (NFO) bei 100% der hochfrequenten Oszillation (HFO) eingestellt werden.
Vorteilhaft wird die hochfrequente Oszillation unter Ausnutzung von Eigenschwingungsphänomenen der Oszillationseinrichtung durch dieselbe, durch konventionelle Komponenten aufgebaute Einrichtung hervorgerufen, wie auch die niederfrequente Oszillation. Damit wird dem Betreiber der Anlage die Mög- lichkeit eröffnet, einen zu höheren Frequenzen deutlich erweiterten Frequenzbereich zu nutzen.
Vorteilhaft ist dabei insbesondere, dass das Sollsignal der niederfrequenten Grundoszillation treppenförmig ausgeführt werden kann, um die Anregung der gewünschten Oberschwingung zu unterstützen. Es können aber auch andere Grundschwingungsformen verwendet werden.
Dabei kann die niederfrequente Grundoszillation unter Nachregelung ihrer zugehörigen Hubamplitude beispielsweise nach der Vorschrift f x h = const. so vertrimmt werden, dass weitere, insbesondere höhere Eigenformen der Oszillationseinrichtung angeregt werden.
Zur Erleichterung der Auswahl aus dem oben angegebenen Kombinationsbereich von niederfrequenter und hochfrequenter Oszillation kann das Eigen- schwingungsverhalten der Oszillationseinrichtung vorab durch Versuch oder Berechnung beispielsweise einer Eigenschwingungsanalyse ermittelt werden und die niederfrequenten Grundschwingungsbereiche den vorzugsweise anregbaren hochfrequenten Eigenfrequenzen zugeordnet werden.
Auch kann die niederfrequente Grundschwingung auf vorbestimmte Werte der Frequenz oder der Amplitude beschränkt werden, so dass die Oberschwingung ausschließlich beispielsweise ganzzahlige Vielfache der Grundschwingung ergibt.
Weiterhin kann gemäß eines erfindungsgemäßen Gedankens der Oberschwingungsanteil nach einer Funktion so festgelegt werden, dass bestimmte, verfah- renstechnisch relevante Parameter, wie beispielsweise der negative-Strip-Anteil je Grundschwingungsperiode oder das Verhältnis der maximalen Kokillen- Senkgeschwindigkeit zur Gießgeschwindigkeit, konstant gehalten werden können.
Die Figur 2 zeigt eine schematische Skizze eines Blockschaltbildes 10 eines Regelkreises für die hydraulische Kokillenoszillation. Der digitale Regler 11 beinhaltet für jeden Hydraulikzylinder 12,13 einen Oszillationsregler 14,15, der vorzugsweise als PID-Regler ausgeführt ist, wobei eine Geschwind ig keits- und/oder eine Beschleunigungsvorsteuerung vorgesehen ist, und Weggeber. Die Oszillationsregler sind mit den dünnen Linien in der Figur 2 gekennzeichnet. Neben den Positions-Istwerten werden weiterhin Analogsignale von beispielsweise Beschleunigungssensoren 17 erfasst.
Diese Daten und Informationen werden in dem Modul 16, einem weiteren Reg- ler, der adaptiven Parameterberechnung derart verarbeitet, dass eine adaptive Regler-Parameter-Anpassung erfolgt. Der weitere Regler ist durch die dickeren Linien gekennzeichnet und dieser ist den Oszillationsregelkreisen 14,15 überlagert. Die Parameter werden so variiert, dass eine hochfrequente Oszillation erreichet wird. In Figur 2 werden die folgenden Bezeichnungen weiterhin verwen- det: Kvff entspricht der Geschwindigkeitsvorsteuerung, Kaff entspricht der Beschleunigungsvorsteuerung, Ki entspricht dem Integrator, Kd dem Dämpfungs- glied und Kp dem Proportionalgiied. Diese können auch als Regelparameter adaptiert werden.
Der digitale Regler 11 kann vorzugsweise mit der adaptiven Parameter- Berechnung in einem so genannten Motion Controller implementiert werden. Dabei kann eine Abtastzeit von kleiner als 1 ms realisiert werden, wobei auch Abtastzeiten realisiert werden können, die wesentlich kleiner als 1 ms sind.
Die Figur 2 zeigt ein Blockschaltbild zur Regelung einer typischen Konfiguration für eine Brammenoszillation. Dabei sind zwei Antriebsachsen vorgesehen. Es können erfindungsgemäß auch nur eine oder auch mehr als zwei geregelte Achsen vorgesehen sein.
Die Figuren 3a bis 3e zeigen Diagramme, bei welchen Beispiele von Kombinationen von Grundoszillationen mit eigenfrequenten Oberschwingungen zu er- kennen sind. In Figur 3a ist der Oberwellengehalt gleich 0%. In Figur 3b ist der Oberwellengehalt gleich 20%. In Figur 3c ist der Oberwellengehalt gleich 80%. In Figur 3d ist der Oberwellengehalt gleich 100%. Bei Figur 3e ist der Oberwellengehalt gleich 20% und es liegt eine nicht sinusförmige Grundschwingung vor. In den Figuren 3a bis 3e sind jeweils der Weg s der Kokille und die Geschwin- digkeit v dargestellt.
Man erkennt sofort die Leistungsfähigkeit der erfindungsgemäßen Überlagerung einer Grundschwingung mit einer Oberschwingung mit einer Eigenfrequenz der Kokille. Dadurch werden hochfrequente Oszillationen erreicht, die für den Produktionsprozess und die erzeugten Produkte vorteilhaft sind.
Die Figur 4 zeigt eine Resonanzkokille 50, welche eine reduzierte oszillierende Masse 51 aufweist. Dabei ist die oszillierende Kokille 51 mittels Blattfedern 52 in einem Rahmen 53 aufgehängt. Die Figuren 5a bis 5f zeigen die Resonanz- kokille 50 der Figur 4 in verschiedenen Eigenformen. Die erste Eigenform der Figur 5a ist die des ungekoppelten Systems fällt dabei auf die Nennfrequenz von beispielsweise 5,1 Hz. Die Figur 5b zeigt dabei die erste Eigenform mit Antrieb, bei welcher die Frequenz bei 30,7 Hz liegt. Bei der zweiten Harmonischen, siehe Figur 5c, findet eine Verkippung um die Querachse statt. Bei der vierten Harmonischen, siehe Figur 5e, findet ein Kippen um die Längsachse statt. Bei der dritten und der fünften Harmonischen sind neben den Resonanz- federn auch die Rahmen beteiligt, siehe die Figuren 5d und 5f.
Bezugszeichenliste
1 Stellglied
2 Antrieb
3 Sensor
10 Blockschaltbild eines Regelkreis
1 1 Regler
12 Sensor
13 Sensor
14 Oszillationsregler
15 Oszillationsregler
16 weiterer Regler
17 weiterer Sensor
18 Rechner
50 Resonanzkokille
51 oszillierende Masse, Kokille
52 Blattfeder
53 Rahmen

Claims

Patentansprüche
1. Einrichtung zur Kokillenoszillation, insbesondere für Stranggießanlagen, mit einer Kokille (50), einem Kokillenoszillator (51 ), einem Antrieb des Kokille- noszillators (2) und einem Oszillationsregler (14,15), die einen geschlossenen Oszillationsregelkreis bilden, dadurch gekennzeichnet, dass dem Oszillationsregelkreis ein weiterer Regelkreis überlagert ist, der einen weiteren Regler (16) zur Kontrolle der Regelparameter des Oszillationsreglers (14,15), - einen zusätzlichen Sensor (17) zur Erfassung einer Oberschwingung, aufweist.
2. Einrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die erste, unterste Eigenfrequenz der Kokille (50) um wenigstens das 2,5-fache über den im normalen Gießbetrieb einstellbaren Betriebsfrequenzen liegt.
3. Einrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die ers- te, unterste Eigenform der Kokille (50) eine Verformung/Bewegung in deren
Hauptbewegungsrichtung, also üblicherweise der Hubrichtung, darstellt.
4. Einrichtung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Antrieb (2) oder die Antriebe (2) des primären Oszillationsregelkreises (14,15) ein oder mehrere Hydraulikzylinder ist bzw. sind.
5. Einrichtung nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Oszillationsregler (11) ein so genannter „Motion Controller" ist.
6. Einrichtung nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der zumindest eine zusätzliche Sensor (17) ein absolut messender, also nicht ge- gen die ruhende Umgebung messender, Beschleunigungs- oder Geschwindigkeitssensor ist.
7. Einrichtung nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der zumindest eine zusätzliche Sensor (17) in Verlängerung der Wirkungslinie ei- ner Antriebsachse(n) montiert ist.
8. Einrichtung nach Anspruch 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der weitere Regler (16) als separate Achse auf der Karte des Motion Controllers realisiert ist.
9. Einrichtung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass weiterhin ein Rechner (18) vorgesehen ist zur schnellen Signalverarbeitung der Daten und Signale innerhalb des weiteren Reglers (16).
10. Einrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Funktion des Rechners (18) zur schnellen Signalverarbeitung auf dem Motion Controller abgebildet wird.
11. Verfahren zum Regeln einer Kokillenoszillation, insbesondere für Stranggießanlagen, mit einer Kokille (50), einem Kokillenoszillator (51 ), einem Antrieb zum Kokillenoszillator (2) und einem Oszillationsregler (14,15), die einen geschlossenen Oszillationsregelkreis bilden, der in einer Grundoszillation zwangserregt geführt ist, wobei die Soll-Oszillationsform und -frequenz detailliert vorgegeben wird, dadurch gekennzeichnet, dass i. der Grundoszillation eine hochfrequente Schwingung, die sich aus dem Eigenschwingungsverhalten des Oszillationssystems frei ergibt, überlagert ist und ii. vorzugsweise nur die Amplitude der Schwingung geregelt wird.
12. Verfahren nach Anspruch 11 , dadurch gekennzeichnet, dass eine Erfassung des Eigenschwingungsverhaltens und dessen Auswertung nach Frequenz und Amplitude durchgeführt und danach die Ampiitude der Oberschwingung eingestellt wird.
13. Verfahren nach Anspruch 11 und/oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass zur Auswertung des Eigenschwingungsverhaltens das Geschwin- digkeits- oder Beschleunigungssignal der Oszillationseinrichtung in Verlängerung der Wirkungslinie der Antriebsachse(n) ausgewertet wird.
14. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswertung des Eigenschwingungsverhaltens nach der Methode der Fast Fourier Transformation (FFT) durchgeführt wird.
15. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 14, dadurch gekennzeich- net, dass die Änderung der Regelparameter des Oszillationsreglers in
Abhängigkeit von der Abweichung des Ist-Wertes der Oberschwingungsamplitude von ihrem Sollwert durch den Adaptionsregler variabel eingestellt wird.
16. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Anteil der Grundschwingungsoszillation zum Anteil der O- berschwingungsoszillation variabel eingestellt wird.
17. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 16, dadurch gekennzeich- net, dass das Spektrum des ausgewerteten Signals des zusätzlichen
Sensors (17) zur Vermeidung der Anregung unerwünschter Oberharmonischer mit einer zuvor vorzugsweise gesondert durchgeführten Eigenschwingungsanalyse der Oszillationseinrichtung verglichen wird.
18. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass bei Gefahr der Anregung unerwünschter Oberharmonischer der weitere Regler, ggf. unter Anpassung anderer Oszillationsparameter, wie beispielsweise der Hubamplitude oder der Kurvenform, auch die Betriebsfrequenz des Oszillationsregiers verstellen kann.
19. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 18, dadurch gekennzeich- net, dass eine Verknüpfung zwischen externen Verfahrensparametern, wie beispielsweise der Stahlqualität, der Überhitzungstemperatur, der Gießgeschwindigkeit, der Gießhilfsmittel, etc., vorgegeben und verändert werden kann.
20. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass das Signal der Oberschwingung aus den im Oszillationsregelkreis (14,15) verarbeiteten Signalen abgeleitet wird.
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