特許 6722300 特に冷却区間内における使用のための調節弁

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6722300

(24)【登録日】2020年6月23日

(45)【発行日】2020年7月15日

(54)【発明の名称】特に冷却区間内における使用のための調節弁

(51)【国際特許分類】

   F16K 31/04 20060101AFI20200706BHJP

   H02K 41/03 20060101ALI20200706BHJP

   F16K 31/126 20060101ALI20200706BHJP

【ＦＩ】

   F16K31/04 A

   H02K41/03 A

   F16K31/126 Z

【請求項の数】6

【全頁数】10

(21)【出願番号】特願2018-558484(P2018-558484)

(86)(22)【出願日】2017年1月20日

(65)【公表番号】特表2019-508649(P2019-508649A)

(43)【公表日】2019年3月28日

(86)【国際出願番号】EP2017051232

(87)【国際公開番号】WO2017133908

(87)【国際公開日】20170810

【審査請求日】2018年12月7日

(31)【優先権主張番号】102016101722.1

(32)【優先日】2016年2月1日

(33)【優先権主張国】DE

(73)【特許権者】

【識別番号】518271879

【氏名又は名称】ゲー・エー・ファウ・アー・オートメーション・ゲゼルシャフト・ミト・ベシュレンクテル・ハフツング

(74)【代理人】

【識別番号】100069556

【弁理士】

【氏名又は名称】江崎 光史

(74)【代理人】

【識別番号】100111486

【弁理士】

【氏名又は名称】鍛冶澤 實

(74)【代理人】

【識別番号】100173521

【弁理士】

【氏名又は名称】篠原 淳司

(74)【代理人】

【識別番号】100191835

【弁理士】

【氏名又は名称】中村 真介

(72)【発明者】

【氏名】カース・ブルクハルト

【審査官】 所村 陽一

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１４−０５４６５２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０５−１０６７５２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 実開平０２−０５０５８３（ＪＰ，Ｕ）

【文献】 実開昭５６−１０５６４４（ＪＰ，Ｕ）

【文献】 実開昭５５−１４２６５６（ＪＰ，Ｕ）

【文献】 特開２００２−０３１２６２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平１０−２１３２５３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００２−００５３３４（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｆ１６Ｋ ３１／０４

Ｆ１６Ｋ ３１／１２６

Ｈ０２Ｋ ４１／０３

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

特に圧延機内における冷却区間の冷却剤量の高動力学的な制御のための、少なくとも１つの管状導管内における、流過断面の調節のための調節弁（１）であって、この調節弁が、
少なくとも１つの絞り体（３）と、その際、これらそれぞれの絞り体（３）の幾何学的形状が前記調節弁（１）の流過特性曲線を決定する、少なくとも１つの弁座（４）と、並びに、
それぞれの絞り体（３）の位置の変更のために設備されている１つのアクチュエータ（７）と、
を備えている様式の上記調節弁において、
− 前記アクチュエータが、電気的なリニアモータ（７）を備えており、このリニアモータが、同期リニアモータとして形成されており、
− 前記リニアモータが、コイルユニット（７ａ）と永久磁石ユニット（７ｂ）とを有しており、
− 前記コイルユニット（７ａ）が、位置固定式に配設されており、
− 前記永久磁石ユニット（７ｂ）が、前記絞り体（３）のための、ロッド形状の操作機構（５）に、この永久磁石ユニットがこのロッド形状の操作機構の一部分として形成されているように配設されており、且つ、この操作機構の統合された構成要素として形成されており、その際、前記絞り体が直接的に前記操作機構と結合されており、
− 前記リニアモータ（７）が、位置制御装置を有している、
ことを特徴とする調節弁。

【請求項2】

前記ロッド形状の操作機構（５）は、並進運動を実施することを特徴とする請求項１に記載の調節弁。

【請求項3】

前記アクチュエータは、付加的に、ダイヤフラム（８ａ）を有するダイヤフラム駆動装置（８）を備えており、このダイヤフラムが、少なくともこのダイヤフラムの第１の側面上で、圧力媒体によって負荷可能であることを特徴とする請求項１または２に記載の調節弁。

【請求項4】

前記ダイヤフラム（８ａ）は、前記ロッド形状の操作機構（５）の上側の端部に固定されていることを特徴とする請求項３に記載の調節弁。

【請求項5】

前記ダイヤフラムの第２の側面は、ばね負荷されていることを特徴とする請求項３または４に記載の調節弁。

【請求項6】

液状の冷却剤の案内のための、少なくとも１つの管状導管を備える、圧延機のための冷却区間において、
少なくとも１つの前記管状導管内において、請求項１から５のいずれか一つによる少なくとも１つの調節弁（１）が配設されていることを特徴とする冷却区間。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、特に圧延機内における冷却区間の冷却水量の高動力学的な制御のための、１つの管状導管内における、流過断面の調節のための調節弁に関する。

【背景技術】

【0002】

調節弁は、補助エネルギーによって作動する装置であり、この装置が、プロセスシステム内における流過を制御する。

【0003】

材料の機械的な特性を調整するために、線材鋼および棒鋼のための圧延機内において、水冷却区間が使用される。この場合、種々の方法が使用される。

【0004】

テンプコア法（Ｔｅｍｐｃｏｒｅ Ｖｅｒｆａｈｒｅｎ）は、基本的に、構造用鋼の製造において使用される。ここで、完成して圧延された製品は、冷却ベッド（棒鋼）もしくはレーイングヘッド（線材）の前に、圧延高温から熱処理される。
圧延材料は、最後のロールスタンドを、９５０〜１０５０℃の温度を有して離れる。冷却区間内において、外側の層は、水によって、高圧力（５〜１６ｂａｒ）のもとで、４００℃以下の温度に冷却される。これによって、マルテンサイト組織が生成する。後に続く温度平衡の間じゅう、一方では、マルテンサイトの外側の層は再び加熱され（焼き戻され）、且つ、他方では、中心部分が冷却され、このことによって、フェライト−マルテンサイト組織が生成する。
テンプコア法の使用によって、要求された最終製品の機械的な特性が、合金元素の媒溶剤（Ｚｕｓｃｈｌａｇｅｓ）の同時の著しい低減において達成され得る。
正確な温度ガイダンスは、合金元素の削減可能性（Ｅｉｎｓｐａｒｕｎｇｓｐｏｔｅｎｔｉａｌ）を決定する。

【0005】

熱機械的な圧延において、圧延材料は、最後の成形工程の前に、所定の温度に冷却される。このことは、微粒子状の組織を誘起し、この微粒子状の組織が、高い強度において、同時に、良好な粘り強さ、および、冷間成形加工可能性を提供する。種々の特色が使用される：即ち、熱機械的な圧延によって、機械的な諸特性が達成され、これら機械的な諸特性は、さもなければ、ただ合金元素の媒溶剤だけによって達成され得る。
正確な温度ガイダンスは、熱機械的な圧延方法の使用のための前提条件である。

【0006】

熱間圧延機の前の再加熱炉内における連続鋳造ビレットの加熱は、決してこのビレットの長さにわたって完全に均等ではない。連続鋳造設備の直後の再加熱炉は、冷却された連続鋳造ビレットの加熱に利用される。
再加熱炉内における連続鋳造ビレットの保持のために、水冷却されたレールが必要であり、これらレールの上で、ビレットは、加熱の間じゅう載置している。レールの領域内において影が投じられるという事態となり、これら投じられた影が、ビレットの長さにわたっての温度プロフィルによって現れる。
ビレットの長さにわたっての温度の偏差を回避するために、冷却水の高動力学的な制御が必要である。

【0007】

冷却水の制御のための市場に存在する調節要素は、空気圧的、および、電気的な調節要素に分類可能である。

【0008】

空気圧的な駆動装置を有する調節要素は、短い応動時間から中位の応動時間までにおいて気に入られている。静止摩擦状態から滑り摩擦状態への移行は、スティック−スリップ効果を誘起し、このスティック−スリップ効果が、再現可能でない応動特性、および、これに伴って、一定でない応動時間を誘起することは問題である。
空気圧的な駆動装置は、従って、高精確な、動力学的な制御プロセスのために不適切である。

【0009】

電気的な駆動装置を有する調節要素は、短い応動時間と、高い位置調節精度と、しかしながら過度に低い位置調節速度とを有する、セルフロック式のモーター−伝動機構ユニットを基礎としている。

【0010】

最大１０ｍｍ／ｓの位置調節速度を有する市場における今現在最も迅速な弁駆動装置は、確かに必要とされる応動時間には到達しているが、しかしながら、必要とされる位置調節速度（５０ｍｍ／ｓ）には到達可能ではない。

【0011】

目標温度からの、冷却区間の後の、温度の最小の偏差を有する正確な温度ガイダンスは、従って、現在、可能ではない。この様式の温度ガイダンスは、本発明に従い、冷却水の制御のための適当な調節要素との組み合わせにおける、冷却水量の高動力学的な制御によって実現され得る。

【0012】

特許文献１は、海底−坑口−閉鎖要素を開示しており、この海底−坑口−閉鎖要素が、坑道内へのおよび坑道からの、液体の流動の制御のための複数の遮断弁を有している。解放位置から閉鎖位置への遮断弁の閉鎖要素の往復運動のために、この閉鎖要素は、弁シャフトを介して、リニアモータと結合されている。
特許文献２は、弁ケーシングと、この弁ケーシング内において往復運動可能な、ロッドを介してリニアアクチュエータと結合されている、円筒形の閉鎖要素とを備える、遮断−２方向制御弁が開示している。
閉鎖要素と結合されているリニアアクチュエータは、
リング形状の複数のステーターディスクと、
これらステーターディスクの間に配設されている、複数のリング形状のステーターコイルと、
円筒形の開口部を形成する複数の歯と、
この円筒形の開口部内において移動可能に配設された、複数の歯を有する１つの摺動体と、を備え、これら歯の表面が、摺動体の円筒形の外側の外套を形成し、
その際、この摺動体が、コイル内における電流の流れによって誘起される、ステーターコイルの磁束によって移動される。このリニアアクチュエータの機能原理は、一方では円筒形の開口部の内側の歯と、他方では摺動体の外側の歯との間の、磁気抵抗の低減に基づいている。
特許文献３は、モーター制御弁の操作のためのリニアアクチュエータを開示している。
リニアアクチュエータは、
上側の不動の永久磁石と、
この上側の永久磁石と軸線方向において一直線に並ぶ下側の磁石と、その際、上側の永久磁石と下側の永久磁石が異なる磁化を有している、
上側の磁石の内側に配設されている上側のコイルと、
下側の磁石の内側に配設されている下側のコイルと、並びに、
移動可能に配設された、強磁性の材料から成る部材と、
を備えており、その際、移動可能な部材が、不動のコイル内における電流の流れによって誘起される力に基づいて移動する。
特許文献４は、位置固定式に、管体形状のケーシングの内壁において配設されている、コイルユニットを有する同期リニアモータと、永久磁石ユニットを有するロッド形状の操作機構とを開示している。軸線方向における、移動可能な要素とステーターとの間の、相対的な位置を確認するために、同期リニアモータのケーシングの内側に、１つのセンサーが配設されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0013】

【特許文献1】英国特許出願公開第２ ４６０ ３３６ Ａ号明細書

【特許文献2】国際出願公開第２００９／０４８９９５号パンフレット

【特許文献3】米国特許出願公開第２００８／１９１８２５ Ａ１号明細書

【特許文献4】米国特許第６，３２９，７２８ Ｂ１号明細書

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0014】

この公知技術を出発点として、本発明の根底をなす課題は、特に圧延機内における冷却区間の冷却水量の高動力学的な制御のための、管状導管内における流過断面の調節のための調節弁を提案することであり、この調節弁が、再現可能な応動特性、短い応動時間、および、高い位置調節精度を有している。

【課題を解決するための手段】

【0015】

この課題は、冒頭に記載された様式の調節弁において、請求項１の特徴によって解決される。

【発明の効果】

【0016】

本発明は、
特に圧延機内における冷却区間の冷却剤量の高動力学的な制御のための、少なくとも１つの管状導管内における、流過断面の調節のための調節弁に関し、この調節弁が、
少なくとも１つの絞り体と、その際、これらそれぞれの絞り体の幾何学的形状が前記調節弁の流過特性曲線を決定する、少なくとも１つの弁座と、並びに、
それぞれの絞り体の位置の変更のために設備されている１つのアクチュエータと、
を備えている様式の上記調節弁において、
− 前記アクチュエータが、電気的なリニアモータを備えており、このリニアモータが、同期リニアモータとして形成されており、
− 前記リニアモータが、コイルユニットと永久磁石ユニットとを有しており、
− 前記コイルユニットが、位置固定式に配設されており、
− 前記永久磁石ユニットが、前記絞り体のための、ロッド形状の操作機構に、この永久磁石ユニットがこのロッド形状の操作機構の一部分として形成されているように配設されており、且つ、この操作機構の統合された構成要素として形成されており、その際、前記絞り体が直接的に前記操作機構と結合されており、
− 前記リニアモータが、位置制御装置を有している。

【0017】

調節弁は、単座形調節弁、または、複座形調節弁、特に二重座形調節弁として構成されていることは可能である。複座形調節弁の使用によって、調節力は低減可能である。

【0018】

それに加えて、材料流動を混合または分割するために、調節弁は、多方向調節弁として構成されていることは可能である。

【0019】

それぞれの絞り体の幾何学的形状は、流過特性曲線を決定する。変化可能な流過によって、圧力、温度、または、同様に媒体の流過も制御され得る。

【0020】

調節弁の材料として、例えば、鋳鉄、黄銅、鋳鋼、特殊鋼、または、合成物質が使用される。

【0021】

調節弁は、管状導管もしくは管状導管回路内へと、種々の様式および方法で組み込まれ得る。例えば、溶着、挟み込み、または、有利にはフランジを介しての結合は、考慮に値する。

【0022】

リニアモータは、調節弁の絞り体を、案内された並進運動において移動する。直接駆動装置としてのリニアモータは、直接的に、異なる力及び／または速度を有する並進的な運動を発生させることを可能にする。リニアモータは、短い応動時間を、高い位置調節速度および高い位置調節精度において持っており、その際、それに加えて、応動時間が再現可能である。
この様式のアクチュエータを有する調節弁は、特に圧延機内における冷却区間の冷却水量の高動力学的な制御のために、非常に良く適している。

【0023】

リニアモータは、通電する一次的な部分、並びに、応動部分もしくは二次的な部分を備えており、このリニアモータが、同期リニアモータとして形成されている。

【0024】

同期リニアモータの永久磁石は、位置固定式の一次的な部分と協働する。特に、この同期リニアモータのエネルギー供給のための、如何なる移動される導線も必要ではない。

【0025】

本発明に従い、永久磁石ユニットは、直接的にそれぞれの絞り体のための操作機構に配設されている。これによって、アクチュエータの位置調節精度は、更に向上され得る。何故ならば、如何なる遊隙を有する動力伝達要素も、アクチュエータと、直接的に操作機構と結合されている絞り体との間に設けられていないからである。

【0026】

永久磁石ユニットは、ロッド形状の操作機構の統合された構成要素として形成されている。絞り体を往復運動させるために、ロッド形状の操作機構は、リニア駆動装置の構成要素として、並進運動を実施する。

【0027】

調節弁によって制御される冷却媒体の圧力変動および容積変動にもかかわらず、調節弁を正確に調節可能とするために、リニアモータのための位置制御装置が設けられている。この位置制御装置は、リニアモータの少ない慣性質量にもかかわらず、制御される冷却媒体の圧力変動および容積変動においても、所望された高い位置調節精度のために寄与する。

【0028】

本発明に従うアクチュエータは、例えば、
以下の技術的なデータを有している：
−位置調節力：
小型バージョン （ＤＮ１００、１０ｂａｒ 水圧）：３ｋＮ
大型バージョン （ＤＮ３００、１５ｂａｒ 水圧）：４０ｋＮ
−行程：
２０〜１５０ｍｍ
−位置調節速度：
最小 ５０ｍｍ／ｓ、有利には１５０ｍｍ／ｓ
−位置調節精度：
０．０５ｍｍ
−応動時間：
ｔ≦０．１ｓｅｃ

【0029】

本発明の有利な構成において、アクチュエータは、付加的に、ダイヤフラムを有するダイヤフラム駆動装置を備えており、このダイヤフラムが、少なくともこのダイヤフラムの第１の側面上で、圧力媒体によって負荷可能である。
リニアモータは、極めて高いピーク力を、調節弁の開放のために引き受け、このピーク力が、引き続いて、少なくとも部分的に、ダイヤフラム駆動装置によって引き受けられる。ダイヤフラム駆動装置の第１の側面が圧力媒体によって、および、ダイヤフラムの第２の側面が少なくとも１つのばねによって負荷される限りは、リニアモータの停電の場合に関して、調節弁の自動的な閉鎖もしくは開放が生起され得る。選択的に、両側で個々に、圧力媒体によって負荷可能なダイヤフラムを有する、空気圧的な駆動装置が構成され得る。

【0030】

構造的に有利には、付加的なダイヤフラム駆動装置は、アクチュエータに、ダイヤフラムがロッド形状の操作機構の上側の端部に固定されていることによって統合される。

【0031】

以下で、本発明に従う調節弁を、図に基づいて詳細に説明する。

【図面の簡単な説明】

【0032】

【図1】リニアモータを有する、本発明に従う調節弁の図である。

【図2A】リニアモータを有する調節弁のための、異なる弁ケーシングの図である。

【図2B】リニアモータを有する調節弁のための、異なる弁ケーシングの図である。

【図2C】リニアモータを有する調節弁のための、異なる弁ケーシングの図である。

【図2D】リニアモータを有する調節弁のための、異なる弁ケーシングの図である。

【図3A】リニアモータを有する調節弁のための、絞り体の異なる実施形態の図である。

【図3B】リニアモータを有する調節弁のための、絞り体の異なる実施形態の図である。

【図3C】リニアモータを有する調節弁のための、絞り体の異なる実施形態の図である。

【図3D】リニアモータを有する調節弁のための、絞り体の異なる実施形態の図である。

【図3E】リニアモータを有する調節弁のための、絞り体の異なる実施形態の図である。

【図3F】リニアモータを有する調節弁のための、絞り体の異なる実施形態の図である。

【発明を実施するための形態】

【0033】

調節弁１は、入口および出口２ａ、２ｂを有する弁ケーシング２、絞り体３、並びに、弁座４を備えている。絞り体３と結合された弁シャフト４ａは、弁ケーシング２の外側で、ロッド形状の操作機構５と連結されている。
操作機構５と連結された絞り体３を図１内において図示されている閉鎖された位置と開放された位置との間で往復運動させるために、操作機構５が、駆動装置ケーシング６内において、並進的に、往復運動可能に案内されている。

【0034】

下方へと先細りの絞り体３は、この絞り体が、閉鎖された位置において、絞り体３と弁座４との間の流過を阻止するように形成されている。下方へと先細りの絞り体３の上昇によって、弁座４と絞り体３との間で、リング形状の流過断面が生じ、この流過断面は、絞り体の断面形状に基づいて、完全に開放された位置への運動の間じゅう増大する。

【0035】

アクチュエータ７、８は、リニアモータ７とダイヤフラム駆動装置８とを備えている。リニアモータ７は、位置固定式に駆動装置ケーシング６内において配設されたコイルユニット７ａと、永久磁石ユニット７ｂとから形成されている。永久磁石ユニット７ｂは、統合された構成要素として、即ち、ロッド形状の操作機構５の一部分として形成されている。

【0036】

駆動装置ケーシング６の上に載置され、且つ、そこで、固定されているダイヤフラム駆動装置８は、ダイヤフラム８ａを備えており、このダイヤフラム８ａが、ダイヤフラムケーシング８ｄのケーシング半分体８ｂ、８ｃの間で、挟み込まれている。
気密の貫通案内部８ｅを介して、ロッド形状の操作機構５の上側の端部は、ダイヤフラムケーシング内へと案内され、且つ、ダイヤフラム８ａに中央で固定されている。下側から、ダイヤフラム８ａは、圧力媒体によって負荷可能である。ダイヤフラムの上側は、ばね８ｆによって負荷され、これらばねが、上側のケーシング半分体８ｂに支持されている。

【0037】

ばね８ｆは、ダイヤフラム駆動装置８の下側のチャンバー内における圧力降下の際に、ダイヤフラム８ａが調節弁１の閉鎖方向に負荷されることを生じさせる。

【0038】

図２ａから２ｄは、３方向調節弁のためのものである弁ケーシングの異なる実施形態を示している。
図２ａおよび２ｂによる実施形態は、それぞれに１つの絞り体を有しており、この絞り体が２つの弁座と協働する。図２ｃおよび２ｄによる実施形態は、２つの絞り体を有しており、これら絞り体が、それぞれに１つの弁座と協働する。

【0039】

調節弁の種々の実施形態が、閉鎖された位置において、流過をただ著しく低減するだけであり、しかしながら、阻止しないことは指摘されるべきである。
ここで、漏洩量という言い方がされ、この漏洩量が、絶対に、定格流過量の１０％の範囲内にあることは可能である。

【0040】

図３は、絞り体の異なる実施形態を示しており、これら絞り体が、流過特性曲線に対して影響力を有している。
図３ａは、パラボラ形円錐体として、図３ｂが、多孔円錐体として、図３ｃが、穿孔バスケットを有する多孔円錐体として、図３ｄが、三方構造様式における調節弁のための多孔円錐体として、図３ｅが、ランタン形円錐体として、および、図３ｆが、圧力除荷装置を有するランタン円錐体として構成された絞り体を示している。

【符号の説明】

【0041】

１ 調節弁
２ 弁ケーシング
２ａ 入口
２ｂ 出口
３ 絞り体
４ 弁座
４ａ 弁シャフト
５ 操作機構
６ 駆動装置ケーシング
７ アクチュエータ
７ａ コイルユニット
７ｂ 永久磁石ユニット
８ ダイヤフラム駆動装置
８ａ ダイヤフラム
８ｂ、ｃ ケーシング半分体
８ｄ ダイヤフラムケーシング
８ｅ 貫通案内部
８ｆ ばね

【図1】

【図2a】

【図2b】

【図2c】

【図2d】

【図3a】

【図3b】

【図3c】

【図3d】

【図3e】

【図3f】