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System- und Fehleranalyse für eine Stranggusskokillen-Galvanisierungsanlage

Jürgen JOSEF

Jürgen JOSEF

Bei vertikalen Stranggussanlagen geschieht die erste Weiterverarbeitung des Stranges meist in horizontaler Lage, während des kontinuierlichen Gießprozesses, direkt nachdem dieser einen gewissen Erstarrungsgrad erreicht hat. Die Umlenkung des Gussstranges dient zur Reduktion der Bauhöhe, da in Abhängigkeit von Material, Profilform, Kühlung und Gießgeschwindigkeit teils sehr lange Abkühlungswege nötig sind. Dabei besitzt oft bereits die Gießkokille den Krümmungsradius von 7 bis 15 m des dabei auftretenden Gießbogens, was für diese Arbeit von großer Relevanz ist. Weiters beginnt die Primärkühlung in der Kokille, weshalb diese wassergekühlt ist und aufgrund dessen hoher Wärmeleitfähigkeit aus Kupfer besteht. Ohne eine geeignete Oberflächenbeschichtung wäre die Lebensdauer der Kokille entsprechend klein. Weiters ermöglicht die Erneuerbarkeit der Beschichtung eine mehrmalige Wiederverwendung der aufwendig zu fertigenden und damit auch kostspieligen Gießkokille.

Die Firma Schlötter, ein auf Galvanisierungsanlagen spezialisiertes Unternehmen, entwickelte mit Unterstützung der Österreichischen Forschungsförderungsgesellschaft (FFG) eine automatisierte Anlage zur Vorbereitung der Gießkokille für eine galvanische Oberflächenbeschichtung. Dieser Prozess beinhaltet zum einen die Vorbehandlung der Kokille mit verschiedensten Tauchbädern und zum anderen, die akkurate Positionierung der Gießkokille (Kathode) über einer entsprechenden Anode. Dabei stellt, neben einem Drehtisch, ein Kran-Manipulatorsystem die Hauptkomponente des Positioniervorgangs dar

Zur wissenschaftlichen Begleitung dieses Projektes und vor allem zur Beratung von messtechnischen Fragestellungen wurde das Institut für Elektrische Messtechnik herangezogen. Diese Arbeit entstand begleitend zu diesem Projekt. Um Problematiken aufzuzeigen und bei Argumentationen zu unterstützen, wurden Teilergebnisse dieser Arbeit für Beratungsgespräche aufbereitet und präsentiert.

Zunächst wurden Werkzeuge zur Analyse der Kranverformung entwickelt (siehe Abbildung 1). Zur Beurteilung der Positionierungsunsicherheiten wurde der GUM-Leitfaden herangezogen. Mit den daraus entstandenen Erkenntnissen wurde ein allgemeiner Prozess für den kollisionsfreien und möglichst genauen Überstülpvorgang von Kathode und Anode, bei Einhaltung der gewünschten Auflagen seitens der Firma Schlötter, entwickelt und im Weiteren ein Messsystem software- sowie hardwaretechnisch aufgebaut (siehe Abbildung 2). Dieser 2-Achsen-Messroboter arbeitet autonom, d.h. ohne jegliche Kabelanbindung und steht während des Überstülpvorganges auf der Anode. Schrittmotoren steuern dabei die Messeinheit in Form eines Laser-Profil-Scanners. Zur Verbesserung der Messgenauigkeit wurde auch noch ein Werkzeug zur Selbstkalibrierung mittels Ausgleichsrechnung entwickelt.

Abbildung 1: Das Tool zur Analyse eines Standardkransystems wurde in Matlab programmiert und bietet eine grafische Benutzeroberfläche zur komfortablen Eingabe sämtlicher Belastungen und Abmessungen des Kranes. Die Abbildung zeigt als Beispiel das Simulationsergebnis eines auswählbaren Analyse-Werkzeugs. Die Laufkatzenposition ist mit den 2 dickeren blauen Linien dargestellt.

Abbildung 1: Das Tool zur Analyse eines Standardkransystems wurde in Matlab programmiert und bietet eine grafische Benutzeroberfläche zur komfortablen Eingabe sämtlicher Belastungen und Abmessungen des Kranes. Die Abbildung zeigt als Beispiel das Simulationsergebnis eines auswählbaren Analyse-Werkzeugs. Die Laufkatzenposition ist mit den 2 dickeren blauen Linien dargestellt.

Abbildung 2: Das linke Bild zeigt ein Foto des als erstes gefertigten Prototyps des Messsystems. Rechts ist der finale Entwurf des Roboters dargestellt. Im Gegensatz zum Prototypen wird hier die gesamte Elektronik um die vertikale Achse mit dem Sensorkopf mitgedreht, was die Kabelführung zwischen den Komponenten enorm vereinfacht.

Abbildung 2: Das linke Bild zeigt ein Foto des als erstes gefertigten Prototyps des Messsystems. Rechts ist der finale Entwurf des Roboters dargestellt. Im Gegensatz zum Prototypen wird hier die gesamte Elektronik um die vertikale Achse mit dem Sensorkopf mitgedreht, was die Kabelführung zwischen den Komponenten enorm vereinfacht.

Keywords: TCP/IP, Laser-Profil-Scanner, GUM, Ausgleichungsrechnung, Raspberry Pi, Schrittmotorsteuerung, AD-Umsetzer, I2C, RS-485

Arbeit gesperrt ab 12. Jänner 2015 für die Dauer von 5 Jahren.

28. November 2014