Bisher wurden als Hubantriebe in der Eisen-und Stahlindustrie, z. B. in Schwingvorrichtungen von Stranggießkokillen oder Stopfenregelungen in einer Stranggießvorrichtung, schwere Hydrozylinder eingesetzt.

Das Benutzen von hydraulischen Antriebseinheiten im Heißbereich, stellt aufgrund brennbarer Hydraulikflüssigkeiten, jedoch eine nicht zu vernachlässigende Gefahr dar. Seit einiger Zeit sind daher Bestrebungen zu verzeichnen, die hydraulischen Antriebseinheiten im Heißbereich durch elektrische Systeme zu ersetzen. Hierbei hat man bis jetzt Servomotoren mit Spindelantrieben eingesetzt, wobei eine rotierende Bewegung in eine lineare Bewegung umgesetzt wird. Diesen Antriebssystemen werden jedoch durch die zu beschleunigenden Massen, die systembedingten Schwingungen und den daraus resultierenden mechanischen Verschleiß in der Antriebsspindel, Grenzen gesetzt.

Bei der Auswahl eines Antriebssystems muß weiterhin darauf Rücksicht genommen werden, daß der Antrieb einwandfrei in einer stark temperatur-und staubbelasteten Umgebung arbeiten muß.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es demnach, einen elektrischen Hubantrieb für den Einsatz in der Eisen-und Stahlindustrie als Ersatz für größere Hydrozylinder vorzuschlagen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch einen Hubantrieb nach Anspruch 1.

Ein solcher Hubantrieb umfaßt mindestens einen elektrischen Linearmotor und eine Linearführung mit einem Schlitten. Jeder Linearmotor besteht aus einem Primärteil und einem Sekundärteil. Die sämtlichen Primärteile bzw.

Sekundärteile der Linearmotoren sind auf dem Schlitten montiert. Die Linearmotoren sind erfindungsgemäß mit der Linearführung in ein

geschlossenes, von einem Kühtmedium gekühites Gehäuse, integriert. Dabei sind die Primärteile, bzw. die Sekundärteile, die nicht auf dem Schlitten montiert sind, am Gehäuse montiert. Eine zylindrische Hubstange ist abgedichtet in das Gehäuse eingeführt und mit dem Schlitten mechanisch verbunden. Hierzu ist anzumerken, daß elektrische Linearmotoren, aufgrund ihrer Konstruktion und ihren Eigenschaften keineswegs für den Einsatz in einer staub-und hitzebelasteten Umgebung geeignet sind. Lediglich durch die erfindungsgemäße Anordnung werden sie zu einem den Anforderungen entsprechenden Antrieb für Anwendungen in der Eisen-und Stahlindustrie. Der erfindungsgemäße Hubantrieb ist äußerst kompakt unempfindlich gegenüber Umgebungseinflüsse, wie Hitze, Staub, Spritzwasser. Er erlaubt eine schnelle und genaue Positionierung. Er ist äußerst robust im Einsatz, toleriert nichtaxiale Belastungen und umfaßt keine sensible Mechanik die Anlaß zu Störungen geben könnte.

In einer bevorzugten Ausgestaltung weist die Linearführung mindestens eine Symmetrieebene auf, welche die zentrale Achse der Hubstange enthält. Die Linearmotoren sind dann paarweise symmetrisch zu dieser Symmetrieebene angeordnet. Durch die symmetrische Anordnung der Linearmotoren werden die Kräfte frei von jedem Kräftemoment auf die Hubstange übertragen. Hierdurch ist eine weitgehend symmetrische Belastung der Linearführung gewãhrleistet.

Das Gehäuse weist vorteilhaft einen Gehäusemantel mit Kühtkanäten auf, die an einen Kühtkreistauf anschließbar sind. Solche Kühikanäle können beispielsweise als Bohrungen im Gehäusemantel, vorzugsweise in Längsrichtung des Gehäuses, ausgeführt sein. Diese Kühtkanäte werden dann von einem Kühlmittel, wie z. B. Wasser, durchflossen, die das Gehäuse und die am Gehäuse befestigten Sekundär-bzw. Primärteile der Linearmotoren im belasteten Zustand abkühlen.

Alternativ dazu kann das Gehäuse auch doppelwandig ausgebildet sein, wobei der Zwischenraum zwischen den Wänden an einen Kühtkreistauf anschließbar ist.

In einer weiteren vorteilhaften Ausführung weist die Hubstange mindestens einen Kanal auf, der an einen Kühlkreislauf anschließbar ist. Mit Hilfe dieser Kühikanäle durch die Hubstange können der Schlitten und die am Schlitten befestigten Primär-bzw. Sekundärteile der Linearmotoren im belasteten Zustand gekühit werden.

Zusätzlich kann in das Gehäuse ein Positionsmeßsystem für den Schlitten integriert sein. Eine solche Meßeinrichtung umfåßt zum Beispiel ein Meßfühler, der am Schlitten angebracht ist. Damit ist zu jedem Zeitpunkt die Position des Schlittens, und folglich auch die Position der mit dem Schlitten mechanisch verbundenen Hubstange bekannt.

Das Positionsmeßsystem kann dann in einen Positionsregelkreis eingebunden werden. Der Positionsregelkreis besteht in diesem Fall aus dem Positionsmeßsystem, einem Regler und einer regelbaren elektrischen Stromversorgung. Die Position der zylindrischen Hubstange wird dann zu bestimmten Zeitpunkten über das Positionsmeßsystem ermittelt. Der gemessene Positionswert wird an den Regler weitergegeben, der den gemessenen Wert mit einem vorgegebenen Sollwert vergleicht. Der Regler bildet den Differenzwert aus beiden Werten. In Abhängigkeit vom berechneten Differenzwert steuert der Regler die regelbare elektrische Stromversorgung an.

Letztere ändert den Versorgungsstrom der Primärteile der Linearmotoren.

Anwendung findet der erfindungsgemäße Hubantrieb z. B. vorteilhaft in der Eisen-und Stahlindustrie zum Schwingen einer Stranggießkokille, wie er z. B. in der WO 95/03904 beschrieben ist.

Desweiteren eignet sich eine soiche Vorrichtung als Stellantrieb für Zuflußregelungen von Flüssigstahl auf Stranggießanlagen. Solche Zuflu ßregelungen regeln den Füllstand der Verteilerrinne oder der Stranggießkokille. Der Stellantrieb kann dabei sowohl zur Positionsregelung eines kerarnischen Stopfens bei Stopfenguß, aber auch für Schieberregelungen eingesetzt werden.

lm folgenden wird nun eine Ausgestaltung der Erfindung anhand der beiliegenden Figuren beschrieben. Es zeigen : Figur 1 : einen Längsschnitt durch eine erste Ausgestaltung eines elektrischen Hubantriebs, in einer ersten Stellung ; Figur 2 : einen Längsschnitt, durch den Hubantrieb der Figur 1, in einer zweiten Stellung ; Figur 3 : einen Querschnitt durch den elektrischen Hubantrieb aus Figur 1 und Figur 2 ; Figur 4 : einen Längsschnitt durch eine zweite Ausgestaltung eines elektrischen Hubantriebs, in einer ersten Stellung ; Figur 5 : einen Längsschnitt, durch den Hubantrieb der Figur 4, in einer zweiten Stellung ; Figur 6 : einen Querschnitt durch den elektrischen Hubantrieb aus Figur 4 und Figur 5 ; Figur 7 : einen Schnitt durch eine Stranggießkokille mit einer Schwingvorrichtung mit einem elektrischen Hubantrieb ; Figur 8 : eine Ansicht einer Vorrichtung zur Regelung des Durchflusses in einer Gießöffnung eines metallurgischen Behälters, mit einer schematischen Darstellung eines Regelkreises.

Figur 9 : eine Ansicht einer weiteren Vorrichtung zur Regelung des Durchflusses in einer Gießöffnung eines metallurgischen Behälters, mittels eines Schiebers.

Die Figuren 1 bis 6 zeigen elektrische Hubantriebe die speziell entwickelt wurden um in der Eisen-und Stahlindustrie schwere Hydrozylinder zu ersetzen.

Der in den Figuren gezeigte Hubantrieb 114 umfaßt ähnlich wie ein Hydrozylinder, ein Gehäuse 10 sowie eine aus dem Gehäuse 10 herausgeführte zylindrische Hubstange 12. Abdichtelemente 13 dichten die axial verschiebbare Hubstange 12 zum Gehäuse 10. Sowohl am Gehäuse 10, wie auch an der Hubstange 12 ist jeweils ein Schwenklager 14, bzw. 16

vorgesehen. Das Gehäuse 10 dient in einer Staub-und hitzebelasteten Eisen- und Stahlwerksumgebung als Schutzhülse. Innerhalb des Gehäuses 10 ist die Hubstange 12 mit einer Art Schlitten 18 verbunden (siehe auch Figur 3 und 6).

Dieser Schlitten 18 umfaßt zwei gegenüberliegende Führungslager 20,22 die in Führungsschienen 24,26 geführt sind. Letztere sind am Gehäuse 10 befestigt. Führungslager 20,22 und Führungsschienen 24,26 bilden im Gehäuse 10 eine robuste Linearführung für den Schlitten 18 aus. Mit dem Bezugszeichen 28 ist in Figur 3 die Schnittlinie einer Ebene bezeichnet welche durch die beiden Längsachsen der Führungen 20,24 und 22,26 verläuft. In dieser Führungsebene 28 ist ebenfalls die Längsachse der Hubstange 12 enthalten.

Wie aus den Figuren 3 und 6 ersichtlich weist das Gehäuse 10 im Gehäusemantel 29 Bohrungen 30 in Längsrichtung auf. Diese Bohrungen werden an einen Kühikreislauf angeschlossen und als Küh ! kanä ! e des Gehäuses benutzt. Alternativ könnte das Gehäuse auch doppelwandig ausgeführt sein, wobei der Zwischenraum von einer Kühiflüssigkeit durchströmt wird. Wie in Figur 1 und 2 schematisch angedeutet, kann ebenfalls der Schlitten 18 über Kanäle 32,34 in der Hubstange 12 mit einer KOhIflossigkeit gekühlt werden.

Erfindungsgemäß weist der Hubantrieb als Antriebsquelle elektrische Linearmotoren 36,38,36', 38'auf. Letztere sind im Gehäuse 10 symmetrisch zur Ebene 28 angeordnet. Es handelt sich hierbei vorzugsweise um synchrone Linearmotoren, welche ein bestromtes Primärteil und ein aus Permanent- magneten bestehendes Sekundärteil umfassen. Das Sekundärteil könnte jedoch ebenfalls Elektromagneten umfassen. Der Primärteil kann geblecht sein oder aus eisenlosen Spulen bestehen.

In den Figuren 1 bis 3 ist der Primärteil 40,42 der Linearmotoren 36,38 jeweils fest mit dem Gehäuse 10 verbunden, der Sekundärteil 44,46 ist auf dem Schlitten 18 angeordnet. In den Figuren 4 bis 6 ist der Sekundärteil 44', 46'der Linearmotoren 36', 38'jeweils fest mit dem Gehäuse 10 verbunden, der Primärteil 40', 42'auf dem Schlitten 18 angeordnet. Die Ausführung nach den

Figuren 1 bis 3 ist den meisten Fällen vorzuziehen, da der wesentlich schwerere Primärteil 40,42 sich weitaus einfacher am Gehäuse als am Schlitten befestigen läßt und hier auch wesentlich einfacher zu kühlen ist.

Dabei ist der leichtere Sekundärteil 44,46 aus Beschleunigungsgründen am Schlitten 18 montiert. Allerdings ist festzustellen, daß die Ausführung nach den Figuren 4 bis 6 eine kürzere Baulänge ermöglicht. Bei dieser Ausführung erfolgt die Bestromung der Primärteile auf dem Schlitten vorteilhaft über einen Kanal (nicht gezeigt) durch die Hubstange 12.

In das Gehäuse 10 wird vorteilhaft noch ein Positionsmeßsystem 43 (in Figur 3 und Figur 6 eingezeichnet) eingebaut, um zu jeder Zeit die Position des Schlittens 18 zu ermitteln.

Das Positionsmeßsystem 43 kann dann in einen Positionsregelkreis 120 (in Figur 8 eingezeichnet) eingebunden werden, so daß der Hub des Antriebes ausgeregelt wird. Der Positionsregelkreis 120 besteht in diesem Fall aus dem Positionsmeßsystem 43, einem Regler 122 und einer regelbaren elektrischen Stromversorgung 124. Die Position der zylindrischen Hubstange 12 wird dann kontinuierlich über das Positionsmeßsystem 43 ermittelt. Der gemessene Positionswert wird an den Regler 122 weitergegeben, der den gemessenen Wert mit einem vorgegebenen Sollwert 126 vergleicht. Der Regler 122 bildet den Differenzwert aus beiden Werten. In Abhängigkeit vom berechneten Differenzwert steuert der Regler 122 die regelbare elektrische Stromversorgung 124 an. Letztere ändert den Versorgungsstrom der Primärteile der Linearmotoren.

In der Eisen-und Stahlindustrie können die zuvor beschriebenen Hubantriebe beispielsweise in einer Schwingvorrichtung einer Stranggießkokille eingesetzt werden. Eine Stranggießkokille mit integrierter Schwingvorrichtung ist z. B. in der WO 95/03904 beschrieben. Eine solche Stranggießkokille ist in Figur 7 gezeigt und global mit dem Bezugszeichen 50 versehen. Sie umfaßt ein feststehendes Gehäuse 51 mit einem integrierten Schwinghebel 52. Ein Gießrohr 54 wird in dieser Kokille 50 von dem Schwinghebel 52 getragen.

Dieses Gießrohr ist mit dem äußeren, feststehenden Gehäuse 51 über zwei

elastisch verformbare, ringförmige Dichtmembranen 56,58 derart verbunden, daß es in dem Gehäuse 51 entlang der Gießachse 60 schwingen kann. Die ringförmigen Dichtmembranen 56,58 dichten hierbei um das Gießrohr eine ringförmige Druckkammer 62 für eine Kühiflüssigkeit ab (siehe Pfeile 64,66 welche Zulauf-bzw. Ablauf der Kühtftüssigkeit symbolisch darstellen). Der Schwinghebel 52 ist mittels Drehlagern 68 im Gehäuse 51 derart gelagert, daß er um eine horizontale Achse schwenkbar ist. Mit dem Bezugszeichen 70 ist ein erfindungsgemäßer Hubantrieb bezeichnet. Seine Hubstange 12 ist gelenkig mit dem Schwinghebel 52 und sein Gehäuse 10 gelenkig mit einem Festpunkt 72 verbunden. Der erfindungsgemäße Hubantrieb 70 erzeugt steuerbare Schwingungen, mit einer Frequenz von mehreren Hz und einer Amplitude im Millimeterbereich, welche über den Schwinghebel 52 auf das Gießrohr 54 übertragen werden.

Wie in Figur 8 gezeigt, können solche Hubantriebe z. B. auch zur Positionsregelung eines beweglichen Stopfen 100 im Tundish einer Stranggießanlage eingesetzt werden. Hierbei regelt der keramische Stopfen 100 die Durchflußmenge von flüssigem Stahl in einer Gießöffnung 48, welche sich im Boden 49 des Tundishs oberhalb einer Stranggießkokille (nicht gezeigt) befindet. Der kegelförmig zugespitzte Stopfen 100 ist an einer Stange 102 befestigt, die über einen Arm 104 mit einem vertikal beweglichen Führungskopf 106 mechanisch verbunden ist. Der Führungskopf 106 ist in einer vertikalen Saute 108 geführt und liegt auf einem Federsystem 110 auf, die das Gewicht des Arms 104 mit dem Führungskopf 106 teilweise aufnimmt. Die Saule 108 ist auf einem Tragsockel 112 montiert. Ein erfindungsgemäßer Hubantrieb 114 ist zwischen Führungskopf 106 und Tragssockel 112 befestigt. Seine Hubstange 12 ist hierbei gelenkig mit dem Führungskopf 106 und sein Gehäuse 10 gelenkig mit dem Tragsockel 112 verbunden. Durch Aktivieren des Hubantriebs 114 wird der Führungskopf 106 über die Hubstange 12 des Hubantriebs 114 längs des Tragsockels 112 bewegt. Die vertikale Bewegung des Führungskopfes 106 wird über den Arm 104 auf die Stange 102, die mit dem Stopfen 100 fest verbunden ist, übertragen.

Desweiteren eignet sich ein erfindungsgemäßer Hubantrieb für Zuflußregelungen von Flüssigstahl auf Stranggießanlagen mittels Schieberregelungen (Figur 9).

Hierbei regelt ein horizontal beweglicher, Schieber 128 die Durchflußmenge von flüssigem Stahl in der Gießöffnung 48. Der Schieber 128 umfaßt eine Öffnung 130, mit beispielsweise demselben Durchmesser als die Gießöffnung 48. Der Schieber 128 ist fest mit der Hubstange 12 des Hubantriebs 114 verbunden.