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Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Steuerung eines langhubigen, hydraulischen Stellzylinders, insbesondere eines Anstellzylinders für ein Stauchgerüst, wobei der beidseitig beaufschlagbare, entlang seines Stellweges in verschiedenen Arbeitsstellungen hydraulisch verrie- gelbare Kolben nach seiner Verriegelung mit einer äusseren Kraft schlagartig belastet wird.
Langhubige, hydraulische Zylinder, wie sie insbesondere zum Einstellen des Walzspaltes von Stauchgerüsten eingesetzt werden, werden in der jeweils entlang des Kolbenstellweges gewählten Arbeitsstellung verriegelt. Trotz dieser Verriegelung kommt es bei einer stossartigen Belastung der Kolben beispielsweise durch den Walzkraftanstieg unmittelbar nach dem Anstich zu einer Kolben- verlagerung aufgrund der Kompressibilität des Hydraulikmittels und des elastischen Verhaltens der das Hydraulikmittel führenden Konstruktionsteile.
Eine für das Ansteuern der jeweiligen Arbeits- steilung und ein Nachführen der Kolben bei sich ändernden Verhältnissen vorgesehene Regelung kann erst mit der ihr eigenen Regelverzögerung eingreifen, so dass bei einer stossartigen Belastung der Kolben mit einem kurzzeitigen Nachgeben des Stellzylinders zu rechnen ist, was bei höheren Anforderungen an die Genauigkeit der Einhaltung der jeweiligen Arbeitsstellung zu Schwierigkeiten fü hrt.
Um diese Nachteile zu vermeiden, wurde bereits vorgeschlagen (DE 39 39 124 A1), den die unteren Walzen aufnehmenden Unterteil eines Walzgerüstes mit Säulen zur Führung eines Ober- teiles für die oberen Walzen vorzusehen, der Zylinder für auf den Säulen axial verlagerbare Kolben aufweist, über die die hydraulische Anstellung für die Walzkraft erfolgt. Da zwischen Ober- und Unterteil zusätzliche, von der hydraulischen Anstellung für die Walzkraft unabhängig betätigbare Hubvorrichtungen vorgesehen sind, können Ober- und Unterteil über diese Hubvorrichtungen in einem weiten Hubbereich verstellt werden.
Trotz dieses weiten Hubbereiches kann die Länge des für die hydraulische Anstellung wirksamen Zylinderraumes klein gehalten werden, weil nach der Einstellung der Hubvorrichtungen die für die hydraulische Anstellung vorgesehenen Kolben entlang der Säulen in eine vorgegebene Lage bewegt werden können, in der die geforderte wirksame Zylinderlänge gegeben ist. Aufgrund einer geringen wirksamen Zylinderlänge bleibt die Nachgie- bigkeit der Kolben beschränkt. Nachteilig bei dieser bekannten Konstruktion ist allerdings der erforderliche hohe Konstruktionsaufwand, der durch die gesonderten Hubvorrichtungen sowie die Triebe zur axialen Verlagerung der Kolben auf den Säulen bedingt wird, und zwar unabhängig davon, ob die Verlagerung der Kolben über einen Spindeltrieb oder hydraulisch über eine doppel- seitige Beaufschlagung der Kolben erfolgt.
Der Erfindung liegt demnach die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Steuerung eines langhu- bigen, hydraulischen Stellzylinders, insbesondere eines Anstellzylinders für ein Stauchgerüst der eingangs geschilderten Art so auszugestalten, dass die Verlagerung des hydraulisch verriegelten Kolbens bei einer stossartigen Kolbenbelastung auf ein vergleichsweise geringes Mass beschränkt werden kann.
Die Erfindung löst die gestellte Aufgabe dadurch, dass der Kolben unter einem in Abhängigkeit von der jeweiligen Arbeitsstellung gewählten Hydraulikdruck verriegelt wird, der entgegen der Wir- kungsrichtung der äusseren Kraft über den Stellweg abnimmt.
Die Erfindung geht von der Erkenntnis aus, dass in einer Arbeitsstellung des Kolbens mit einem vergleichsweise geringen Zylindervolumen auf der bei einer äusseren Stossbelastung einer Entlas- tung ausgesetzten Kolbenseite der Hydraulikmitteldruck auf dieser Kolbenseite wegen des ver- gleichsweise geringen Volumens bei einer Kolbenverlagerung erheblich schneller abgebaut wird, als sich der Hydraulikmitteldruck auf der gegenüberliegenden Kolbenseite im Bereich des grösseren Hydraulikmittelvolumens erhöht.
Tritt die äussere Stossbelastung des Kolbens jedoch in einer Arbeitsstellung mit einem vergleichsweise grossen Zylindervolumen auf der bei einer Stossbelastung entlasteten Kolbenseite auf, so stellt sich im Bereich des vergleichsweise geringen Hydraulikmit- telvolumens auf der gegenüberliegenden Kolbenseite ein schneller Druckanstieg ein, während der Hydraulikmitteldruck im Bereich des grösseren Zylindervolumens auf der anderen Kolbenseite ent- sprechend langsamer abgebaut wird. Dies bedeutet bei einer Arbeitsstellung mit einem entgegen der Stossrichtung gegen das Stellwegende hin verstellten Kolben eine vergleichsweise grosse Kol- benverlagerung bei der Stossbelastung, während diese stossbedingte Verlagerung im gegenüber- liegenden Endbereich des Stellweges zufolge des sich rasch aufbauenden Gegendruckes ver- gleichsweise klein bleibt.
Um die stossbedingte Kolbenverlagerung zu begrenzen, ist für einen entsprechenden Gegen-
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druck über das Hydraulikmittel zu sorgen, ohne eine Überlastung des Zylinders durch die stoss- bedingten Druckerhöhungen befürchten zu müssen. Aus diesen Forderungen folgt, dass zur Be- grenzung der stossbedingten Kolbenverlagerungen der Hydraulikmitteldruck, unter dem der Kolben in der jeweiligen Arbeitsstellung verriegelt wird, entgegen der Wirkungsrichtung der äusseren, auf den Kolben einwirkenden Kraft über den Stellweg abnehmen soll. So kann der Kolben im der Stoss- belastung zugekehrten Endbereich des Stellweges mit dem grössten Hydraulikmitteldruck verriegelt werden, weil eben der bei einer äusseren Stossbelastung auftretende Druckanstieg begrenzt bleibt.
Wegen des hohen Druckanstieges bei einer schlagartigen Beaufschlagung des im Bereich des gegenüberliegenden Stellwegendes verriegelten Kolbens muss jedoch der Verriegelungsdruck ent- sprechend niedrig gewählt werden, um durch den durch die äussere Krafteinwirkung bedingten Druckanstieg im Hydraulikmittel auf der einen Kolbenseite nicht den Zylinder zu gefährden. Trotz- dem bleibt die Kolbenverlagerung wegen der rasch ansteigenden Gegenkraft klein. Durch die Verriegelung des Kolbens unter einem von der jeweiligen Arbeitsstellung des Kolbens entlang seines Stellweges abhängigen Verriegelungsdruck kann folglich ohne zusätzliche Massnahmen die stossbedingte Kolbenverlagerung auf ein für die meisten Anwendungsfälle zulässiges Mass be- schränkt werden.
Um den Kolben in der jeweiligen Arbeitsstellung unter einem für diese Stellung vorgesehenen Hydraulikdruck verriegeln zu können, kann der Kolben bereits zum Anfahren der jeweiligen Arbeits- stellung mit dem für diese Arbeitsstellung vorgesehenen Verriegelungsdruck beaufschlagt werden, so dass sich im Zusammenwirken mit der Lageregelung ein entsprechender Gegendruck aufbauen muss, wenn der Kolben in der jeweiligen Arbeitsstellung verschiebefest gehalten werden soll.
Anhand der Zeichnung wird das erfindungsgemässe Verfahren näher erläutert. Es zeigen
Fig. 1 einen nach dem erfindungsgemässen Verfahren steuerbaren Anstellzylinder für ein
Stauchgerüst in einem schematischen Blockschaltbild,
Fig. 2 den Verlauf des Verriegelungsdruckes und der zufolge dieses Verriegelungsdruckes beschränkten, stossbedingten Kolbenverlagerung über den Stellweg,
Fig. 3 den zeitlichen Verlauf der Kolbenstellung und des Hydraulikmitteldruckes auf beiden
Kolbenseiten und
Fig. 4 eine der Fig. 3 entsprechende Darstellung, jedoch für eine Kolbenstellung im Bereich des der Stossbetastung zugekehrten Stellwegendes.
Gemäss dem Ausführungsbeispiel nach der Fig. 1 wird der Walzspalt eines Stauchgerüstes mit Hilfe von hydraulischen Stellzylindern 1 eingestellt, die an den Einbaustücken 2 für die endseitige Lagerung der Stauchwalze 3 angreifen. Zu diesem Zweck können die Kolben 4 der Stellzylinder 1 über einen Druckspeicher 5 beidseitig beaufschlagt werden, der über eine an einen Hydraulikmit- telbehälter 6 angeschlossene Pumpe 7 geladen wird. Die Beaufschlagung der Kolben 4 erfolgt über Mehrwegeventile 8, die in die Anschlussleitungen 9 und 10 der Stellzylinder 1 eingeschaltet sind.
Da die jeweilige Stellung der Kolben 4 über einen Weggeber 11erfasst und an eine Regel- einrichtung 12 weitergeleitet wird, der über eine Eingabe 13 eine anzufahrende Arbeitsstellung für die Kolben 4 vorgegeben werden kann, können die Ventile 8 über die Regeleinrichtung 12 so angesteuert werden, dass die Kolben 4 die jeweilige Arbeitsstellung einnehmen, in der sie über die Ventile 8 hydraulisch verriegelt werden, wie dies in der Fig. 1 angedeutet ist.
Gemäss der Fig. 2 soll der Verriegelungsdruck Pv über den Stellweg s zunehmen, wobei der niedrigste Verriegelungsdruck Pv bei eingefahrener Kolbenstange 14 und der grösste Verriegelungs- druck Pv bei ausgefahrener Kolbenstange 14 erreicht wird. Der Stellweg s wird demnach in der Fig. 2 von der Anschlagstellung des Kolbens 4 für die eingezogene Kolbenstange 14 aus gezählt.
In dieser Kolbenstellung ist das Hydraulikvolumen V1 auf der Kolbenstangenseite der Kolben 4 am grössten. In der entgegengesetzten Anschlagstellung der Kolben 4 nimmt hingegen das Hydraulik- mittelvolumen V2 auf der der Kolbenstange 14 gegenüberliegenden Kolbenseite ein Maximum ein, während das kolbenseitige Hydraulikmittelvolumen V1 ein Minimum darstellt.
Dies bedeutet, dass bei einer durch den Anstich bedingten, stossartigen Belastung der Stauchwalze 3 die Kolben 4 über die Kolbenstangen 14 ebenfalls stossartig belastet werden, was wegen der Kompressibilität des Hydraulikmittels und der elastischen Eigenschaften der das Hydraulikmittel führenden Konstruk- tionsteile zu einer Kolbenverlagerung mit der für diese Arbeitsstellung bezeichnenden Wirkung führt, dass der Druck im Bereich des Hydraulikvolumens V1 sehr rasch abgebaut wird, während sich der Druck im Bereich des Hydraulikmittelvolumens V2 vergleichsweise langsam aufbaut.
Wird folg-
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lich in diesem Bereich entsprechend der Fig. 2 ein hoher Verriegelungsdruck gewählt, so kann der stosskraftbedingten Verlagerung der Kolben 4 ein entsprechend hoher Gegendruck entgegenge- setzt werden, der die Kolbenverlagerung auf ein zulässiges Mass beschränkt, ohne die Stellzylinder 1 zu überlasten. Mit grösser werdendem V1 und kleiner werdendem V2 ändern sich jedoch diese Verhältnisse, weil bei kleinem V2 bereits eine geringfügige Verlagerung der Kolben 4 einen hohen Druckanstieg im Bereich von V2 verursacht, so dass eine der Stossbelastung entgegenwirkende Gegenkraft rasch aufgebaut wird. Diese Gegenkraft muss jedoch wegen der begrenzten Belast- barkeit der Stellzylinder 1 beschränkt werden.
Aus diesem Grunde sind die Kolben 4 in Arbeits- stellungen mit grösserem V1 und kleinerem V2 unter einem vergleichsweise niedrigen Verriegelungs-
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Die sich bei einer stossartigen Erhöhung der Walzkraft W ergebenden Verhältnisse sind in den Fig. 3 und 4 veranschaulicht. Diese Fig. 3 und 4 beziehen sich wie die Fig. 2 auf einen Stellzylinder mit einem maximalen Stellweg von 800 mm. Während die Fig. 3 eine mittlere Arbeitsstellung des Kolbens bei einem Stellweg von 407 mm und einem stossartigen Anstieg der Walzkraft W von 0 auf 5500 kN zeigt, sind in der Fig. 4 die Verhältnisse für eine Arbeitsstellung des Kolbens für den Stellweg s = 780 mm bei gleichem Walzkraftanstieg dargestellt. Der Verriegelungsdruck Pv wurde entsprechend der Fig. 2 für die mittlere Arbeitsstellung mit 140 bar gewählt. Aus der Fig. 3 lässt sich
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absinkt, während der Druck pv2 auf der gegenüberliegenden Kolbenseite auf etwa 265 bar ansteigt.
Der Kolben wird dabei während einer Zeitspanne von ca. 0,05 Sek um 2,5 mm verlagert.
In der ausgefahrenen Kolbenstellung gemäss der Fig. 4 kann ein erheblich höherer Verriege- lungsdruck von 240 bar gewählt werden, weil der Druck auf der der Kolbenstange abgewandten Kolbenseite nur geringfügig auf ca. 265 bar ansteigt. Der Druck pv1 fällt allerdings stark ab, wobei sich eine geringfügige Kolbenverlagerung von 1 mm ergibt.
In der Fig. 2 sind die Kolbenverlagerungen Sv bei Anwendung des erfindungsgemässen Verfah- rens über den Stellweg s aufgetragen. Daraus ergibt sich, dass im Bereich der mittleren Arbeits- stellung eine grösste Verlagerung Sv im Bereich von 2,5 mm zu erwarten ist, während sich diese Verlagerungen Sv gegen die Endbereiche hin entsprechend verringern. Bei hydraulischen Kolben- verriegelungen gemäss dem Stand der Technik müsste mit Kolbenverlagerungen im Bereich des Zehnfachen dieser Werte gerechnet werden.
Um in einfacher Weise die Kolben 4 unter dem vorgegebenen, von der Arbeitsstellung der Kolben 4 abhängigen Verriegelungsdruck pv verriegeln zu können, werden nach der Fig. 1 über das Ventil 8 in der Anschlussleitung 9 die Kolben 4 auf der Kolbenstangenseite mit dem vorgege- benen Verriegelungsdruck Pv beaufschlagt, während über die Anschlussleitung 10 auf der gegen- überliegenden Kolbenseite der Beaufschlagungsdruck über das zugehörige Ventil 8 so gewählt wird, dass die Kolben 4 in die vorgesehene Arbeitsstellung verschoben werden, die über den Weg- geber 11 erfasst wird.
Da der Druck auf der Kolbenstangenseite dem gewählten, über einen Druck- geber 15 überwachten Beaufschlagungsdruck pv entspricht, muss nach dem Erreichen der Arbeits- stellung der Beaufschlagungsdruck pv auf der der Kolbenstange 14 gegenüberliegenden Kolben- seite dem Verriegelungsdruck entsprechen, wenn keine Verlagerung der Kolben 4 zugelassen wird. Werden demnach die Hydraulikanschlüsse 9 und 10 der Stellzylinder 1 unter diesen Umstän- den über die Ventile 8 gesperrt, so werden die Kolben 4 unter dem jeweils gewählten Vernege- lungsdruck Pv hydraulisch verriegelt. Es braucht wohl nicht besonders hervorgehoben zu werden, dass zunächst die gewählte Arbeitsstellung der Kolben 4 angefahren werden kann, bevor der erfor- derliche Beaufschlagungsdruck pv eingestellt wird, unter dem die Kolben 4 verriegelt werden sollen.
Es kommt ja lediglich darauf an, dass ein vom Stellweg s abhängiger Verriegelungsdruck Pv sichergestellt wird, um die auf die zulässige Zylinderbelastung abgestellte, maximale Gegenkraft für die stossartig auftretende Walzkraft sicherstellen zu konnen.
Über die Regeleinrichtung 12 können selbstverständlich auch sich ändernde Verhältnisse im Bereich des Walzspaltes berücksichtigt werden. Zu diesem Zweck wird die Kolbenbeaufschlagung über die Stauchwalze 3 mit Hilfe beispielsweise einer Druckmessdose 16 erfasst, so dass diese Beaufschlagungskraft als Führungsgrösse für die Stellzylinder 1 herangezogen werden kann. Da die Regelung jedoch Kolbenverlagerungen zufolge stossartiger Kolbenbelastungen aufgrund der ihr eigenen, unvermeidbaren Regelverzögerungen nicht rechtzeitig berücksichtigen kann, werden die Kolben 4 mit einem vom Stellweg s der Stellzylinder 1 abhängigen Verriegelungsdruck Pv hydrau-
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tisch verriegelt.
PATENTANSPRÜCHE:
1. Verfahren zur Steuerung eines langhubigen, hydraulischen Stellzylinders, insbesondere eines Anstellzylinders für ein Stauchgerüst, wobei der beidseitig beaufschlagbare, entlang seines Stellweges in verschiedenen Arbeitsstellungen hydraulisch verriegelbare Kolben nach seiner Verriegelung mit einer äusseren Kraft schlagartig belastet wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolben unter einem in Abhängigkeit von der jeweiligen Arbeits- stellung gewählten Hydraulikdruck verriegelt wird, der entgegen der Wirkungsrichtung der äusseren Kraft über den Stellweg abnimmt.