DE102007048686A1

DE102007048686A1 - Positionsgeber zur Anstellhubwegmessung eines Kolben-Zylinder-Systems

Info

Publication number: DE102007048686A1
Application number: DE102007048686A
Authority: DE
Inventors: Rolf Franz; Ralf Seidel
Original assignee: SMS Demag AG
Current assignee: SMS Siemag AG
Priority date: 2007-10-10
Filing date: 2007-10-10
Publication date: 2009-04-16
Also published as: EP2207634A1; WO2009049770A1; UA95722C2; JP2010540257A; US20100281969A1; CN101821030A; RU2433007C1; KR20100038121A

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Positionsgeber (1) zur Anstellhubwegmessung eines die Lagereinbaustücke der Walzen (2) eines Walzgerüsts beaufschlagenden hydraulischen Kolben-Zylinder-Systems (3, 4), wobei der Positionsgeber (1) zur Messung einer relativen Verschiebung zweier Bauteile (3, 4) des Kolben-Zylinder-Systems (3, 4) in deren Verschieberichtung (a) ausgebildet ist und wobei der Positionsgeber (1) mit einem Kupplungselement (5) ausgestattet ist. Um bei Sicherstellung einer hohen Messgenauigkeit einen einfachen und kompakten Aufbau des Kupplungselements zu erreichen, sieht die Erfindung vor, dass das Kupplungselement (5) ein erstes Blattfederelement (6) aufweist, das sich in Verschieberichtung (a) erstreckt, wobei das eine Ende (7) des ersten Blattfederelements (6) mit einem ersten Anschlussstück (8) verbunden ist und wobei das andere Ende (9) des ersten Blattfederelements (6) mit einem Zwischenträger (10) verbunden ist, und dass das Kupplungselement (5) ein zweites Blattfederelement (11) aufweist, das sich in Verschieberichtung (a) erstreckt, wobei das eine Ende (12) des zweiten Blattfederelements (11) mit dem Zwischenträger (10) verbunden ist und wobei das andere Ende (13) des zweiten Blattfederelements (11) mit einem zweiten Anschlussstück (14) verbunden ist, wobei die Ebenen des ersten und zweiten Blattfederelements (6, 11) relativ zueinander um die Achse der Verschieberichtung (a) um einen Winkel (alpha) verdreht angeordnet sind.

Description

Die Erfindung betrifft einen Positionsgeber zur Anstellhubwegmessung eines die Lagereinbaustücke der Walzen eines Walzgerüsts beaufschlagenden hydraulischen Kolben-Zylinder-Systems, wobei der Positionsgeber zur Messung einer relativen Verschiebung zweier Bauteile des Kolben-Zylinder-Systems in deren Verschieberichtung ausgebildet ist und wobei der Positionsgeber mit einem Kupplungselement ausgestattet ist, mit dem der Einfluss von beispielsweise durch Walzendurchbiegungen während des Walzbetriebs verursachten Kippbewegungen auf den Positionsgeber eliminiert werden kann.
Ein Positionsgeber dieser Art ist aus der EP 1 001 247 A2 bekannt. Er kommt in einem Walzgerüst einer Walzstraße zum Einsatz, mit der beispielsweise ein Band gewalzt wird, das eine bestimmte Dicke haben soll. Damit der Walzspalt exakt das gewünschte Maß aufweist, wird dessen Größe mit einem Messsystem überwacht. Der Positionsgeber weist daher eine hohe Auflösung auf, womit eine präzise Messung des Walzspalts erfolgen kann. Dabei sind Kippbewegungen des Hydraulikzylinders, z. B. verursacht durch die Walzenbiegungen während des Walzbetriebes, sehr störend und beeinflussen das Messergebnis. Daher weist die vorbekannte Lösung einen Biegestab gewisser Länge mit einem elastischen Bereich auf, der so angeordnet ist, dass die besagten Kippbewegungen nur zu einer seitlichen Verbiegung des Biegestabes führen, die Messung des effektiven Walzenspalts jedoch nicht beeinflussen. Damit kann einer Verfälschung der Messergebnisse entgegen gewirkt werden.
Andere Lösungen sind aus der FR 2 570 003 A , aus der US 5,029,400 , aus der EP 1 044 736 B1 , aus der EP 0 163 247 A2 , aus der DE 35 15 436 A1 , aus der DE 196 53 023 A1 und aus der EP 1 420 898 B1 bekannt, wobei das oben genannte Problem dort jedoch überwiegend nicht thematisiert wird.
Generell kann gesagt werden, dass für die in Rede stehenden Messsysteme unterschiedliche konstruktive Lösungen für die Weggebergehäuse bekannt sind. Zum einen wird auf eine kraftschlüssige Verbindung des Messelements mittels Federkraft abgestellt. Dann sind formschlüssige Verbindungen bekannt (s. die genannte EP 1 001 247 A2 ), die einen Ausgleichsstab einsetzen. Es gibt auch direkt im Zylinder der Kolben-Zylinder-Einheit angeordnete Wegmesssysteme.
Die verschiedenen Lösungen tragen den unterschiedlichen Einbausituationen, dem Hubvermögen bzw. der benötigten Messgenauigkeit Rechnung. Dabei sind die Wegmesssysteme innen- oder außenseitig am Zylinder der Kolben-Zylinder-Einheit angeordnet.
Bei der kraftschlüssigen Verbindung erfolgt der Ausgleich der Kippbewegung durch einen mit Federkraft angetriebenen Druckstößel, der einen Ausgleich der genannten Kippbewegungen (d. h. des Taumelns) des Zylinders ermöglicht.
Bei der formschlüssigen Verbindung erfolgt der Ausgleich der Kippbewegung mit Hilfe eines langen Ausgleichsstabes, der einen Ausgleich der Kippbewegung des Zylinders durch eine elastische Verformung des Stabes ausgleicht.
Nachteilig ist bei der kraftschlüssigen Verbindung, dass die Massenträgheit des Systems eine hohe Messgenauigkeit verhindert oder zumindest beeinträchtigt. Ferner gibt es Hubeinschränkungen durch den begrenzten Federweg. Dann besteht auch die Gefahr des Klemmens des Führungsstößels, wodurch Fehler bei der Wegmessung bedingt werden können. Auch ist eine Unfallgefahr durch Federvorspannungen bei der Montage und Demontage vorhanden. Schließlich gibt es Verschleiß an der Feder bzw. an den Führungselementen.
Bei der vorbekannten formschlüssigen Verbindung ist es nachteilig, dass ein relativ langer Ausgleichsstab benötigt wird, der eine große Bauhöhe bedingt.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Positionsgeber der eingangs genannten Art so fortzubilden, dass die genannten Nachteile vermieden werden. D. h. der Positionsgeber soll bei der formschlüssigen Ankopplung eine spiel- und verschleißfreie Anbindung des Messsystems ermöglichen, wobei dennoch eine geringe Bauhöhe erreicht werden soll. Namentlich soll die Bauhöhe gegenüber der vorbekannten Lösung mit Ausgleichsstab deutlich reduziert werden, ohne die Vorteile dieser Lösung aufzugeben.
Die Lösung dieser Aufgabe durch die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass das Kupplungselement des Positionsgebers mindestens ein erstes Blattfederelement aufweist, das sich in Verschieberichtung erstreckt, wobei das eine Ende des ersten Blattfederelements mit einem ersten Anschlussstück verbunden ist und wobei das andere Ende des ersten Blattfederelements mit einem Zwischenträger verbunden ist; ferner hat das Kupplungselement mindestens ein zweites Blattfederelement, das sich in Verschieberichtung erstreckt, wobei das eine Ende des zweiten Blattfederelements mit dem Zwischenträger verbunden ist und wobei das andere Ende des zweiten Blattfederelements mit einem zweiten Anschlussstück verbunden ist. Weiterhin sieht die Erfindung vor, dass die Ebenen des mindestens einen ersten und mindestens einen zweiten Blattfederelements relativ zueinander um die Achse der Verschieberichtung um einen Winkel verdreht angeordnet sind.
Der Winkel zwischen den beiden Ebenen der beiden Blattfederelemente beträgt bevorzugt zwischen 60° und 120°, besonders bevorzugt beträgt er 90°.
Der Zwischenträger kann, in Verschieberichtung gesehen, nahe des oder im Bereich des zweiten Anschlussstücks angeordnet werden. Das erste Blattfederelement erstreckt sich dabei bevorzugt weitgehend linear und/oder es ist C-förmig ausgebildet. Das zweite Blattfederelement ist vorzugsweise U-förmig ausgebildet, wobei die Enden der Schenkel der U-förmigen Struktur an dem Zwischenträger und an dem zweiten Anschlussstück angeordnet sind. Eine bevorzugte alternative Ausführungsform sieht vor, dass das zweite Blattfederelement doppel-U-förmig ausgebildet ist, wobei die Enden der Schenkel der doppel-U-förmigen Struktur an dem Zwischenträger und an dem zweiten Anschlussstück angeordnet sind.
Der Zwischenträger ist bevorzugt als ringförmiges Bauteil ausgebildet.
Die Montage des Kupplungselements erfolgt dabei bevorzugt in Richtung der Hauptachse des Kolben-Zylinder-Systems.
Die vorgeschlagene Lösung zeichnet sich durch diverse Vorteile aus:
Es ist eine Erhöhung der Messgenauigkeit des Systems unter dem Einfluss hoher dynamischer Beschleunigungen und im Falle von Kippbewegungen (Taumeln) des Zylinders möglich. Damit liegt eine höhere Betriebssicherheit der Anlage vor.
Da keine Federelemente eingesetzt werden, die einem Verschleiß unterliegen und eine gewisse Massenträgheit aufweisen, ist eine Reduzierung systembedingter Messabweichungen möglich.
Es liegt eine verschließfreie Ankopplung der Messeinheit am Zylinder vor. Hieraus resultieren längere Wartungsintervalle, was kostenreduzierend wirkt. Auch sind kürzere Wechselzeiten im Falle eines Austausches möglich.
Ferner ist die Unfallgefahr gegenüber den vorbekannten kraftschlüssigen Ankopplungen des Positionsgebers vermindert. Es müssen keine Federvorspannkräfte erzeugt werden.
Die kompakte Bauweise erlaubt eine geringere Höhe des Systems und einen kleinen Durchmesser. Damit ist es auch möglich, eine Vereinheitlichung der Gebergehäuse im Vorgerüst bzw. in der Fertigstraße zu erzielen.
Durch den erfindungsgemäßen Vorschlag kann also eine kompakte Bauhöhe des Positionsgebers erreicht werden, und das bei formschlüssiger Ankopplung des Positionsgebers (formschlüssige Anbindung der Wegmesseinheit an den bewegten Zylinder zu dessen Wegbestimmung), d. h. auf eine kraftschlüssige Ankopplung mit den eingangs genannten Nachteilen kann verzichtet werden.
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt.
Es zeigen:
1 schematisch in der Seitenansicht einen Teil eines Kolben-Zylinder-Systems, mit dem eine Walze eines Walzgerüsts in radiale Richtung der Walze verstellt werden kann, wobei ein Positionsgeber für die Lage der Walze vorhanden ist, und
2 in perspektivischer Darstellung ein Kupplungselement des Positionsgebers gemäß 1.
In 1 ist die Walze 2 eines Walzgerüsts zu sehen, mit der beispielsweise ein Band gewalzt wird. Um die Walze 2 relativ zum Walzgerüst auf einen definierten Walzspalt einzustellen, ist ein Kolben-Zylinder-System 3, 4 vorhanden, das einen Zylinder 3 aufweist, in dem ein Kolben 4 geführt ist. Der Kolben 4 kann in eine Verschieberichtung a bewegt werden, um die Walze 2 entsprechend anzustellen.
Da die Größe des Walzspalts genau bekannt sein muss, ist ein Positionsgeber 1 vorhanden, mit dem die entsprechende Messung vorgenommen werden kann. Der Positionsgeber 1 ist zwischen dem Zylinder 3 und – über einen Verbindungsarm 16 – dem Kolben 4 wirksam angeordnet, so dass die relative Lage des Kolbens 4 zum Zylinder 3 in Verschieberichtung a mit einem Wegaufnehmer 15 gemessen werden kann. Der Wegaufnehmer 15 ist dabei über ein Kupplungselement 5 an den Zylinder 3 angebunden. Das Kupplungselement soll die Bewegung in Verschieberichtung a unverfälscht übertragen, jedoch Kipp- bzw. Taumelbewegungen der Walze 2 und damit des Kolbens 4 ausgleichen.
Wie dies gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung erfolgen soll, ist in 2 illustriert.
Das Kupplungselement 5 weist zwei Blattfederelemente 6 und 11 auf, nämlich ein erstes Blattfederelement 6 und ein zweites Blattfederelement 11. Beide Blattfederelemente 6, 11 bestehen aus dünnem Federstahl. Die Breite B der Blattfederelemente 6, 11 ist deutlich größer als die Dicke D derselben.
Das Kupplungselement 5 weist weiterhin ein unteres, erstes Anschlussstück 8 sowie ein zweites oberes Anschlussstück 14 auf. Die Anschlussstücke 8 und 14 sind, wie es 1 entnommen werden kann, mit dem Wegaufnehmer 15 bzw. mit dem Zylinder 3 verbunden.
Ferner weist das Kupplungselement 5 einen Zwischenträger 10 auf, der als relativ massiver Ring ausgeführt ist.
Das erste Blattfederelement 6 ist mit seinem einen Ende 7 fest mit dem ersten Anschlussstück 8 verbunden. Mit seinem anderen Ende 9 ist das erste Blattfederelement 6 mit dem Zwischenträger 10 fest verbunden.
Das zweite Blattfederelement 11 ist mit seinem einen Ende 12 fest mit dem Zwischenträger 10 verbunden und mit seinem anderen Ende 13 mit dem zweiten Anschlussstück 14.
Die beiden Blattfederelemente 6, 11 sind aufgrund der Dicken- und Breitenverhältnisse flächig und eben ausgebildet, so dass jeweilige Ebenen definiert sind, in denen sie sich erstrecken. Vorgesehen ist, dass die Ebenen des ersten und des zweiten Blattfederelements 6, 11 relativ zueinander um die Achse der Verschieberichtung a um einen Winkel α verdreht angeordnet sind.
Das bedeutet, dass in Verschieberichtung a jede Bewegung Anschlussstücks 8 direkt und unmittelbar auf das Anschlussstück 14 übertragen werden kann, wodurch sich eine hohe Messgenauigkeit ergibt. Kipp- bzw. Taumelbewegungen der Walze 2 bzw. des Kolbens 4 führen indes zu einer Auslenkung senkrecht zur Verschieberichtung a, was die Blattfederelemente 6, 11 lediglich zu einer seitlichen Auslenkung veranlasst, die damit problemlos durch die Blattfederelemente 6, 11 ausgeglichen werden kann, ohne das Messergebnis nennenswert zu beeinflussen.
Die Ebenen der beiden Blattfederelemente 6, 11 sind dabei vorzugsweise rechtwinkelig zueinander angeordnet (α = 90°), so dass beliebige Taumelbewegungen aufgenommen bzw. ausgeglichen werden können.
Das erste Blattfederelement 6 erstreckt sich weitgehend gerade zwischen dem Anschlussstück 8 und dem Zwischenträger 10, es ist jedoch leicht C-förmig ausgeführt (s. 2). Das zweite Blattfederelement 11 ist als doppeltes „U" ausgebildet (s. 2).
Das bedeutet, dass das Kupplungselement 5 durch die sich ergebende Kraftumleitung durch die Blattfederelemente 6, 11 zwischen den beiden Anschlussstücken 8 und 14 eine axial steife, jedoch radial elastische und leicht verformbare Verbindung ermöglicht.
Es ergibt sich damit eine kompakte Bauform des Kupplungselements 5, die eine präzise Messung in Verschieberichtung ermöglicht.

1: Positionsgeber
2: Walze
3, 4: Kolben-Zylinder-System
3: Zylinder
4: Kolben
5: Kupplungselement
6: erstes Blattfederelement
7: Ende des ersten Blattfederelements
8: erstes Anschlussstück
9: Ende des ersten Blattfederelements
10: Zwischenträger
11: zweites Blattfederelement
12: Ende des zweiten Blattfederelements
13: Ende des zweiten Blattfederelements
14: zweites Anschlussstück
15: Wegaufnehmer
16: Verbindungsarm
a: Verschieberichtung
α: Winkel
B: Breite des Blattfederelements
D: Dicke des Blattfederelements

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- EP 1001247 A2 [0002, 0004]
- FR 2570003 A [0003]
- US 5029400 [0003]
- EP 1044736 B1 [0003]
- EP 0163247 A2 [0003]
- DE 3515436 A1 [0003]
- DE 19653023 A1 [0003]
- EP 1420898 B1 [0003]

Claims

Positionsgeber (1) zur Anstellhubwegmessung eines die Lagereinbaustücke der Walzen (2) eines Walzgerüsts beaufschlagenden hydraulischen Kolben-Zylinder-Systems (3, 4), wobei der Positionsgeber (1) zur Messung einer relativen Verschiebung zweier Bauteile (3, 4) des Kolben-Zylinder-Systems (3, 4) in deren Verschieberichtung (a) ausgebildet ist und wobei der Positionsgeber (1) mit einem Kupplungselement (5) ausgestattet ist, mit dem der Einfluss von beispielsweise durch Walzenbiegungen während des Walzbetriebs verursachten Kippbewegungen auf den Positionsgeber (1) eliminiert werden kann, dadurch gekennzeichnet, dass das Kupplungselement (5) mindestens ein erstes Blattfederelement (6) aufweist, das sich in Verschieberichtung (a) erstreckt, wobei das eine Ende (7) des ersten Blattfederelements (6) mit einem ersten Anschlussstück (8) verbunden ist und wobei das andere Ende (9) des ersten Blattfederelements (6) mit einem Zwischenträger (10) verbunden ist, und dass das Kupplungselement (5) mindestens ein zweites Blattfederelement (11) aufweist, das sich in Verschieberichtung (a) erstreckt, wobei das eine Ende (12) des zweiten Blattfederelements (11) mit dem Zwischenträger (10) verbunden ist und wobei das andere Ende (13) des zweiten Blattfederelements (11) mit einem zweiten Anschlussstück (14) verbunden ist, wobei die Ebenen des mindestens einen ersten und mindestens einen zweiten Blattfederelements (6, 11) relativ zueinander um die Achse der Verschieberichtung (a) um einen Winkel (α) verdreht angeordnet sind.
Positionsgeber nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Winkel (α) zwischen den beiden Ebenen der beiden Blattfederelemente (6, 11) zwischen 60° und 120° beträgt.
Positionsgeber nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Winkel (α) zwischen den beiden Ebenen der beiden Blattfederelemente (6, 11) 90° beträgt.
Positionsgeber nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Zwischenträger (10) in Verschieberichtung (a) gesehen nahe des oder im Bereich des zweiten Anschlussstücks (14) angeordnet ist.
Positionsgeber nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Blattfederelement (6) weitgehend sich linear erstreckend und/oder C-förmig ausgebildet ist.
Positionsgeber nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Blattfederelement (11) U-förmig ausgebildet ist, wobei die Enden der Schenkel der U-förmigen Struktur an dem Zwischenträger (10) und an dem zweiten Anschlussstück (14) angeordnet sind.
Positionsgeber nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Blattfederelement (11) doppel-U-förmig ausgebildet ist, wobei die Enden der Schenkel der doppel-U-förmigen Struktur an dem Zwischenträger (10) und an dem zweiten Anschlussstück (14) angeordnet sind.
Positionsgeber nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Zwischenträger (10) als ringförmiges Bauteil ausgebildet ist.