用以捅破在金属熔液池上所形成的硬皮的硬皮破碎机.pdf

提出一种硬皮破碎机，用以捅破在金属熔液池(18)上所形成的硬皮(17)，带有流体的、双工的气缸(10)，所述气缸(10)的活塞杆(14)配备冲撞元件(16)，且该气缸(10)的两个通过活塞(11)所分离的工作腔(12，13)借助于阀门组件(33，36)，选择性地以较高的流体压力(P2)和较低的流体压力(P1)加载。所述气缸(10)配备行程测量装置(24)。监控器件用以在冲撞元件(16)在硬皮方向上向前运动时，监控可预给出的行程-时间曲线或监控可预给出的速度曲线。控制机构(30)与阀门组件(33，36)相连接，用以在从所给定的曲线(Sv)产生可确定的偏离起，由较低的流体压力切换至较高的流体压力。

1.  一种硬皮破碎机，用以捅破在金属熔液池(18)上所形成的硬皮(17)，该硬皮破碎机带有流体的、双工的气缸(10)，所述气缸(10)的活塞杆(14)配备有冲撞元件(16)，且所述气缸(10)的两个通过活塞(11)所分离的工作腔(12，13)借助于阀门组件(33，36)而选择性地以较高的流体压力和较低的流体压力加载，其特征在于，所述气缸(10)配备有行程测量装置(24)，设有监控器件用以当冲撞元件(16)在硬皮方向上的向前运动时，监控可预给出的行程-时间曲线或监控可预给出的速度曲线，且控制机构(30)与所述阀门组件(33，36)相连接，以从与所给定的曲线(Sv)形成可确定的偏离起，由较低流体压力(P1)切换至较高流体压力(P2)。

2.  根据权利要求1所述的硬皮破碎机，其特征在于，所述控制机构(30)也设计成用以相应地监控冲撞元件的返回运动。

3.  根据权利要求1或2所述的硬皮破碎机，其特征在于，设有尤其为管状的或环状的剥离装置(20)，用以剥离在冲撞元件(16)处以悬挂方式所保留的金属或以悬挂方式所保留的、出自金属熔液池(18)的硬皮部分。

4.  根据前述权利要求中任一项所述的硬皮破碎机，其特征在于，设有用于可预给出冲撞元件(16)速度的较低流体压力(P1)的压力调节机构(36)。

5.  根据前述权利要求中任一项所述的硬皮破碎机，其特征在于，所述阀门组件(33，36)包括用以在高的流体压力(P2)与较低的流体压力(P1)之间切换的第一阀门(33)，以及用以选择性地使第一或第二工作腔(12，13)以预先选择的流体压力进行加载的第二阀门(36)。

6.  根据前述权利要求中任一项所述的硬皮破碎机，其特征在于，尤其在电子控制机构(30)中，设有用以形成实际速度的器件，所述实际速度作为行程测量装置(24)的行程信号的时间导数而形成。

7.  根据前述权利要求中任一项所述的硬皮破碎机，其特征在于，行程测量装置设计为在气缸(10)的工作腔(12或13)中的微波测量系统，用以测量活塞(11)和气缸端壁(15或23)之间的间距。

8.  根据权利要求1至6中任一项所述的硬皮破碎机，其特征在于，行程测量装置(24)具有在活塞杆(14)中或于其上所布置的电阻测量元件，所述电阻测量元件通过至少一个电读取元件(26)而可被读取。

9.  根据前述权利要求中任一项所述的硬皮破碎机，其特征在于，设有用以检测所述冲撞元件(16)在金属熔液中的浸入过程的测量组件，该测量组件测量金属熔液(18)或用于其的导电容器(19)与冲撞元件(16)或与之相连接的活塞杆(14)的之间的电连接。

10.  根据前述权利要求中任一项所述的硬皮破碎机，其特征在于，所述电子控制机构(30)集成于气缸(10)中或于其上。

11.  根据前述权利要求中任一项所述的硬皮破碎机，其特征在于，所述电子控制机构(30)具有器件用以在活塞运动开始时预给出较高的流体压力(P2)，并在加速阶段终结后用以切换到较低的流体压力(P1)上。

用以捅破在金属熔液池上所形成的硬皮的硬皮破碎机
技术领域
本发明涉及一种用以捅破在金属熔液池上所形成的硬皮的硬皮破碎机(Krustenbrecher)，带有流体的、双工的气缸，该气缸的活塞杆配备冲撞元件(Stoβelement)，且该气缸的两个通过活塞分离的工作腔借助于阀门组件，可以选择性地以较高的和较低的流体压力加载。
背景技术
诸如在用以获取生铝的熔炉中，置入了这种硬皮破碎机，更确切地说，置入了硬皮破碎机气缸，用以将在熔液上所形成的氧化层局部地破开。当被提炼的生铝被取出后，在这些部位，原材料又被再填充氧化铝。这一过程进行了约总共两分钟。但是事实上，在这一时间间隔内，仍不会形成必须被捅破的硬皮。因此，在这些情况下，气缸不必施加最大的力，且可以通过较低的压力运行。
被紧固在气缸的活塞杆上的冲撞元件或称冲撞矛，在每次打破硬皮时浸入到熔液里面。由此，残留物和氧化铝沉淀在冲撞矛上。如果残留物和氧化铝超过一定的厚度，则其必须被重新剥离，因为否则冲撞矛变得越来越重。这一点通常通过固定的钢环或管道进行，而该钢环或管道包围冲撞矛。此处，又需要较高的气缸作用力，其中，这一过程仅零星地出现，也即，较高的力并非经常性地需要。
在如下两个情况下，也即在打破硬皮时和/或在剥离沉淀物时，无法精确地预测沿着气缸的行程行程上的、需要较高力处的位置。硬皮的位置取决于熔液池的液面高度，且在实际中可以在30cm的范围内波动。同样地，沉淀物在冲撞矛处形成的部位，取决于熔液池的液面高度，因为冲撞矛较深地或较浅地浸入液态的铝中。
在由文件DE 202006002727 U1已知的、开头所描述的种类的硬皮破碎机上，气缸的几乎整个冲程由于上述原因以较高的力通行，且只有在到达端部位置时(该端部位置通过传感器被探测)才切换到较低的压力水平上，以减少空气消耗。尽管如此，几乎在整个往复运动期间所存在的、用以打破硬皮所设计的压力，导致了相对较高的空气消耗和/或流体消耗，该消耗也由于流体系统中的不密封性所影响。
发明内容
本发明的目的在于，通过仅在需要时施加较高的压力，减少在硬皮破碎机气缸上的流体消耗。
该目的根据本发明通过带有权利要求1的特征的硬皮破碎机加以解决。
本发明的优点尤其在于，气缸在正常情况下，仅以最小的必要运行压力加以运行，以使得正好维持所期望的驶出和驶入时间。如果气缸现在遇到障碍物，即尤其是遇到硬皮，则速度降低，或者驶出运动停止。这一点通过超越了可被确定的与所给定的行程-时间曲线或速度曲线的偏差而被识别出来。因此仅在这种情况下施加较高的压力，该压力被设计用以捅破硬皮。特别的优点则如下地得到，即，在气缸行程的各任意部位处，可被切换到较高的压力水平，而无需知道硬皮破碎器与金属池或者说与硬皮之间的间距。如果自从最后一次冲撞过程以来没有形成新的硬皮，或只形成了相对薄的硬皮，因此不超越所确定的与给定曲线的偏差，并且不切换到较高压力水平上。这总体上导致了非常高的流体节约效果，尤其是空气节约效果。
通过在从属权利要求中所实施的方法，在权利要求1中所给出的硬皮破碎机的有利的改进方案和改善方案是可能的。
根据本发明，由于通过行驶速度的降低和可能超越所确定的偏差可以识别出各任意的障碍物，这也适用于冲撞元件的返回运动，在该返回运动时，在碰到剥离装置上时，可识别出可能存在的冲撞元件上的残留物，其需要根据周长以克服较高的压力。设有一种这样的、尤其是管道形或环形的剥离机构，以更适宜的方式用以将在撞离元件处悬挂保留的金属在从金属熔液中剥离。
通过有利的方法，设有用于预给出冲撞元件速度的较低流体压力的压力调节机构，从而可以调节该速度。
在适宜的设计方案中，阀门组件包括用以在高的流体压力和较低的流体压力之间切换的第一阀门，以及用以选择性地使第一工作腔或第二工作腔以预先选择的流体压力进行加载的第二阀门。由此，仅仅需要很少数量的阀门，也即尤其地需要两个阀门。
优选地设有器件，用于形成作为行程测量装置的行程信号的时间导数的实际-速度，且尤其地布置在电子控制机构中。
行程测量装置可在第一设计方案中，构造作为在气缸的工作腔中的微波测量系统，用以测量活塞和气缸端壁之间的间距。在进一步的设计方案中，行程测量装置也可拥有在活塞杆中或在活塞杆处所布置的电阻测量元件，该电阻测量元件通过至少一个电读取元件而可被读取。鉴于所出现的高温，该行程测量系统在此优选由封装的行程测量系统构成。
通过有利的方法，也可以设有用以检测冲撞元件在金属熔液中的浸入过程的测量组件，该测量组件测量两部分之间的电连接，一部分为金属熔液或用于金属熔液的导电容器，而另一部分为冲撞元件或与其连接的活塞杆。由此与行程测量系统相结合可以测量在硬皮破碎机与硬皮或位于其下的金属熔液之间的间距。
在紧凑的实施方案中电子控制机构可以被集成在气缸中或集成在气缸处。
为了达到工作过程的较高速度或冲撞元件运动的较高速度，电子控制机构拥有器件，用以在活塞运动开始时预给出较高的流体压力并用以在加速阶段终结后切换到较低的流体压力上。
附图说明
在示图中示出本发明的一个实施例，且在下文的描述中进行进一步阐述。其中
图1作为本发明的第一实施例示出了在金属熔液上所布置的硬皮破碎机以及相应的电的和流体的线路布置的示图，
图2示出了用以阐述在硬皮破碎机的冲撞元件在碰到和浸入到金属熔液池中时的作用原理的信号图表，
图3示出了针对回行运动的相应的信号图标。
具体实施方式
在图1中所示出的硬皮破碎机大致包含流体的、双工的气缸10，该气缸10的内室通过活塞11被划分为两个工作腔12，13。活塞杆14从活塞11密封地穿过气缸10的端壁15而延伸出来，且在活塞杆的自由端部带动由冲撞矛构成的冲撞元件16，用以捅破硬皮17，该硬皮17通常在金属熔液池18上形成，该金属熔液池18可例如为铝熔液池。该金属熔液池18位于由比金属熔液熔点较高的金属制成的池容器19里面。
在拥有活塞杆通道的、气缸10的端壁15处放置有或紧固有管道形的剥离装置20，冲撞元件16以很小的间隙可以在剥离装置20中移动。远离端壁15的、剥离装置20的自由端部拥有剥离边缘21，借助于该剥离边缘21，在冲撞元件16进入剥离装置20中的回行运动时剥离可能以悬挂方式保留的硬皮17或金属熔液的沉淀物22。代替管道形的剥离装置20，也可使用诸如环形的剥离装置。
在远离第一端壁15的、气缸10的第二端壁23处，中心地紧固着杆形的电阻测量元件24，该电阻测量元件24从此处开始，延伸进入到在活塞杆14内部的纵向槽25中。电阻测量元件24可包括电阻材料或由电阻材料镀层，或者在其上安置膜式电阻元件。在活塞11内，布置有读取元件26作为用于电阻测量元件24的读取。此处可以是滑动环组件或其它的弹性滑动元件。该读取元件26当然也可布置在活塞11的外部。在第一端壁15中的或在第一端壁15处的另一读取元件27确保了在导电的活塞杆14和导电的第一端壁15之间的电连接。在端壁15中的读取元件27与安置在第二端壁23处的、电阻元件24的端部区域之间可读取的电阻值是针对活塞11的位置的，以及由此针对冲撞元件16的位置的数值，并且经由导线28，29被输送给电子控制机构30。
大致通过电阻测量元件24所形成的行程测量装置可例如根据文件DE 29713825进行构造，且从而不需要第二读取元件27。此外代替所描述的行程测量装置可以是其它已知的行程测量装置。诸如，与电阻测量元件24相似，在活塞杆14中可运动的测量元件具有磁性或其它的记号，磁性或其它的信号可被数字式地探测。这种记号也可直接被安置在活塞杆14处，并且在此处被读取。此外在工作腔12中或在另一工作腔13中，设有以超声波为基础或以微波为基础工作的间距测量仪器用以测量在活塞11和各端壁15或端壁23之间的间距。也可相应地应用其它已知的电位计式的行程测量装置。
为了检测冲撞元件16已经捅破金属熔液池18上的硬皮17时的位置，接通在读取元件27和池容器19之间的灯31与电压源32的串联电路。在捅破硬皮17之后，冲撞元件16到达金属熔液并且将电流回路闭合，以使得灯32点亮。代替灯当然也可以是其它的光学或声音的信号机构。由此所生成的信号经由导线29反馈到电控制机构30，以使得在该时间点上所存在的位置测量值为硬皮破碎机相对于金属熔液池18的位置的尺度。
灯31和外部的电压源32当然也可通过相应的电路与电子控制机构30相结合而实现，其中，则仅仅检测在读取元件27与池容器19之间的电阻值。
为了操纵气缸10，可经由可电控制的3/2-换向阀门33，可选地预给出第一压力源34的较低压力P1或第二压力源35的较高压力P2。
各通过换向阀门33的阀门状态所预给出的工作压力借助于第二5/2-换向阀门36，可选地输送给两个工作腔12，13的其中之一，而同时各其它的工作腔则被放气，两个换向阀门在此处由电子控制机构30控制。较低的压力P1如下选择，即，活塞11在不受载荷的状态下，以所期望的速度运动。在第一压力源34与换向阀门33之间的可调节的节流阀37用以改变该速度。较高的压力P2如下地选择，即，通过该压力P2在活塞11上施加了如下的力，该力足够用以捅破所出现的最大厚度的硬皮17。此处，可设有相应的节流阀36或其它的压力调节装置用以改变压力P2。
所描述的硬皮破碎机组件的作用原理将在下文中，根据在图2和图3中所示出的信号图表加以阐述。
为了活塞11和/或冲撞元件16向着金属熔液池18的向前运动，通过换向阀门33，36的相应的阀门状态，使工作腔12以较低的压力P1加载。由此使冲撞元件16首先无障碍地运动至硬皮17。相应的行程-时间-曲线(w-t-曲线)作为理论曲线Sv被存储在电子控制机构30中。该理论曲线沿直线延伸——正如没有硬皮或其它阻碍物在冲撞元件的运动中所存在的那样。沿着该理论曲线Sv，形成了公差带Tv，该公差带Tv在图2中作为虚线示出。冲撞元件16的运动，也即以点划线示出的运动-实际值Iv，首先大致跟随理论曲线Sv。如果冲撞元件16到达硬皮17，并且如果通过较低压力P1所作用的力并不足够将硬皮捅破，则冲撞元件16的运动被阻碍，并且运动-实际值Iv离开公差带Tv。这将在电子控制机构30中，通过理论-实际-比较而被识别出或被检测，然后通过换向阀门33的转换控制预给出较高的压力P2，该压力足够将硬皮17捅破。如果在冲撞元件16的到达的时间点上仍未形成硬皮，或硬皮如此薄，即使较低压力P1也足够用以捅破，则运动实际值Iv并不离开公差带Tv，则由此并不进行切换到较高的压力P2。
理论曲线Sv可诸如在学习周期的架构中，被存储在电子控制机构30中。该理论-实际-比较最简单地也可通过速度比较进行。这意味着，理论-速度曲线被存储，并且在运动时分别与实际-速度相比较。该实际-速度可通过行程测量装置的行程信号的时间的导数检测。
在冲撞元件16从金属熔液池18离开的返回运动时，出自金属熔液池18或硬皮17的沉淀物22被保留在冲撞元件16处，该沉淀物22借助于剥离装置20被剥离。在返回运动时的关系在图3中示出。代替理论曲线Sv，此处使用理论曲线Sr，代替公差带Tv，此处使用公差带Tr，且代替运动实际值Iv，使用运动实际值Ir。运动首先仍然以较低的压力P1进行，另一工作腔13以该压力P1加载。如果可能保留的沉淀物22到达剥离机构20，则借助于较低压力P1的力可能并不足够执行剥离过程。在这种情况下，运动重新受到阻碍，且运动-实际值Ir移到公差带Tr外。这重新起到切换到较高压力P2上的作用，该压力足够用以执行剥离过程。如果在冲撞元件16处无沉淀物或只有少量沉淀物，则较低的压力P1可足够用以剥离过程，并且并不切换到较高压力P2上。
电子控制机构30选择性地装备有显示器37，用以在硬皮破碎机的工作过程期间，显示位置值和其它过程。
在图1中所示出的硬皮破碎机仅仅具有带有冲撞元件16的单个气缸10。自然，尤其在较大的金属熔液池18上，可应用带有数个气缸10和由此数个冲撞元件16的硬皮破碎机。
在金属熔液池18附近，由于熔化的金属，基本上存在较高的温度。温度敏感的部件和组合件，例如行程测量装置，由此必须相应地设计，诸如被屏蔽或被封装。换向阀门33，36和/或电子控制机构30可远离气缸10被布置，或者被集成在气缸10中或集成于其上，诸如在集成在端壁15，23中，或集成于其上。
为了加速工作过程，也可以与上文的描述不同，分别在冲撞元件16的向前运动的开始和在返回运动的开始，在加速阶段以较高的压力P2，将各工作腔12和/或13加载，其中，在到达所期望的运动速度后，切换到较低的工作压力P2上。
较低的压力P1可诸如在1至1.5bar之间，且较高的压力诸如为约8bar。此处涉及气动压力，诸如空气压力。原则上，当然也可使用液压流体和液压组件。