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Steuerung für den hydraulischen Antrieb an Stripperkranen, Tiefofenzangen
od. dgl. Die Erfindung betrifft eine Steuerung für den hydraulischen Antrieb
an Stripperkranen, Tiefofenzangen od. dgl., bei dem eine Hochdruckpumpe kleiner
Förderleistung zusammen mit einem Druckmittelspeicher über Steuerorgane auf den
Arbeitszylinder zu schalten ist.
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Von den Antrieben der Zangen für Tiefofenkrane, Stripperkrane u. ä.
wird gefordert, daß die Zange schnell geöffnet und geschlossen sowie der gefaßte
Block mit großer Kraft sicher gehalten werden kann. Weil eine hydraulische Betätigung
der Zange gegenüber einer elektromechanischen antriebs- und getriebetechnisch wesentliche
Vorteile bietet, ist man in neuerer Zeit immer mehr bestrebt, ebenso wie bei anderen
Triebwerken von Kranen auch den. Antrieb der Zangen bei den vorerwähnten Krantypen
hydraulisch zu gestalten.
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Die Steuerungen bekannter hydraulischer Zangenantriebe arbeiten mit
zwei Pumpen, einer Hochdruckpumpe kleiner Fördermenge und einer Niederdruckpumpe
großer Fördermenge. Beim Schließen und Öffnen der Zange speisen beide Pumpen gemeinsam
den oder die Zangenbetätigungszylinder. Beim Halten des Blockes speist nur die Hochdruckpumpe
den oder die Zylinder, während die Niederdruckpumpe über einen Druckmittelbehälter
im toten Kreislauf fördert. Häufig ist sogar noch zur Förderung des Spül- und Steueröles
eine weitere Pumpe vorgesehen.
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Diese bekannten hydraulischen Zangenantriebssteuerungen erfordern
einen komplizierten Mechanismus und sind deswegen störanfällig sowie infolge des
großen materiellen Aufwandes, insbesondere durch die Verwendung mehrerer Pumpenaggregate,
teuer.
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Die Erfindung weist einen Weg, wie die Steuerung eines hydraulischen
Zangenantriebes einfacher und trotzdem mit sicherer, allen Anforderungen des praktischen
Betriebes gerecht werdender Arbeitsweise gebaut werden kann.
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Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß zum schnellen Schließen
der Zange die Kolbenstangenseite des Arbeitskolbens gleichzeitig mit Druckmittel
von der Pumpe und vom Speicher zu beaufschlagen ist, daß der Druckmitteldruck zum
Aufrechterhalten der Schließkraft allein von der Pumpe zu halten ist und daß zum
schnellen öffnen der Zange der deckelseitige Raum des Arbeitszylinders nur an die
Pumpe anzuschließen ist, wobei außerdem das aus dem kolbenstangenseitigen Raum abfließende
Druckmittel dem deckelseitigen Raum des Arbeitszylinders zuzuleiten ist.
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In Verbindung mit Druckgießmaschinen ist es bekannt, zwischen der
den Druck erzeugenden Pumpe und dem Arbeitszylinder einen oder mehrere Druckmittelspeicher
vorzusehen, wobei ein Umschaltventil den von der Pumpe kommenden Druckmittelstrom
beeinfiußt. Hierbei wird das Zylinder-Kolben-System zunächst nur aus dem Speicher
gespeist; sobald der Speicherdruck auf ein bestimmtes Maß gesunken ist, legt das
Umschaltventil die Pumpe zusätzlich an den Arbeitszylinder. Nachdem dessen Druckmittelbedarf
gedeckt ist, steht das Zylinder-Kolben-System unter dem Restdruck des Speichers,
während gleichzeitig die Pumpe den Speicher wieder auffüllt; sobald ein gewisser
Druck erreicht ist, legt das Umschaltventil die Pumpe an den freien Abfluß. Erst
nachdem dies geschehen ist, steht der Arbeitszylinder vom Speicher her unter dem
vom Schaltventil gesteuerten Höchstdruck. Im Endzustand liegt also bei der bekannten
Steuerung der Druckmittelspeicher am Verbraucher.
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Bei einer bekannten Schmiedemanipulatorsteuerung ist in die Zuleitung
zum Zangenzylinder ebenfalls ein Druckmittelspeicher eingeschaltet, dessen Aufgabe
es ist, die große Schließkraft auch dann aufrechtzuerhalten, wenn infolge Undichtigkeiten
Druckmittel aus dem hydraulischen System entweicht. Auch hier liegt im Endzustand
der Speicher am Verbraucher in Form des Arbeitszylinders, d. h., die Pumpe ist am
Aufrechterhalten des Zangendruckes nicht beteiligt; dies besorgt vielmehr der Speicher
allein.
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Die erfindungsgemäße Steuerung, deren neuer Gedanke in der bestimmten
Vereinigung im einzelnen
bekannter Maßnahmen besteht und deren Schutzumfang
sich nur auf die Kombination der im Hauptanspruch gekennzeichneten Merkmale erstrecken
soll, benutzt gegenüber den vorangehend besprochenen Steuerungen den Druckmittelspeicher
für den Schnellgang beim Zangenschließen, wobei Pumpe und Speicher gemeinsam den
Arbeitszylinder speisen; nachdem die Zangenschenkel zum Anliegen an dem Block gekommen
sind, setzt die Pumpe allein den Arbeitszylinder auf Höchstdruck, während der Speicher
in diesem Zustand von der Pumpe abgesperrt ist; im Endzustand liegt somit - im Gegensatz
zum Bekannten - bei der erfindungsgemäßen Steuerung die Pumpe am Verbraucher, wobei
die Pumpe im Nullhub fördert.
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In der weiteren Ausgestaltung wird vorgeschlagen, für einen Antrieb
mit der erfindungsgemäßen Steuerung die Pumpe als Regelpumpe auszubilden und sie
in Abhängigkeit vom Druckmitteldruck zu regeln. Als Steuerorgane können z. B. Kolbenschieber
vorgesehen werden, die am besten elektromagnetisch betätigt werden und zusätzlich
mit einer Handbetätigung ausgerüstet sein können. Damit nach erfolgter Schließbewegung
der Zange der hohe Pumpendruck allein dem Arbeitszylinder zugute kommt, ist gemäß
einem weiteren Merkmal in die Druckmittelleitung zwischen dem Speicher und dem Steuerorgan,
welches den Druckmittelrückfluß aus dem Speicher steuert, ein Rückschlagventil eingebaut.
Schließlich besteht noch ein Kennzeichen darin, daß in die Druckmittelleitung zwischen
Pumpe und dem die Speisung des Speichers beeinflussenden Steuerorgan ein Überdruckventil
und ein Rückschlagventil eingefügt sind, von denen ersteres den Höchstdruck im System
bestimmt und letzteres ein Rückströmen des Druckmittels zur Pumpe bei Stromausfall
verhindert.
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Durch die Steuerung nach der Erfindung ist es möglich geworden, für
Stripperkrane, Tiefofenzangen u. ä. den Zangenantrieb einschließlich Schnellgang
so zu bauen, daß neben einem Druckmittelspeicher nur eine einzige, verhältnismäßig
kleine Hochdruckpumpe erforderlich ist, weil beim Zangenöffnen das aus dem kolbenstangenseitigen
Zylinderraum abfließende Druckmittel zum Speisen des deckelseitigen Zylinderraumes
mitverwendet wird und somit die Pumpe lediglich eineDruckmittelrnenge zu fördern
hat, welche dem Volumen Kolbenstangenquerschnitt X Kolbenhub entspricht, und beim
Zangenschließen die Pumpe vom Druckmittelspeicher unterstützt wird. Darüber hinaus
besitzt die erfindungsgemäße Steuerung den Vorzug, daß nur wenige einfache, leicht
zu überwachende Steuerorgane notwendig sind, so daß der bauliche Aufwand und die
Störanfälligkeit beträchtlich geringer sind als bei denbekannten Zangenantriebssteuerungen.
Weiterhin ermöglicht sie einen Schnellgang mit großer Geschwindigkeit, so daß -
wie in der Praxis sehr erwünscht - die Leerbewegungen der Zange in kürzester Zeit
ausgeführt werden können. Schließlich besitzt sie den Vorzug, daß beim Ausfallen
des elektrischen Stromes die Zange noch mehrmals geöffnet oder geschlossen werden
kann, weil mit dem Druckmittelspeicher allein weitergefahren werden kann.
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In der Zeichnung ist ein schematisches Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes
wiedergegeben, und zwar in der Form einer Steuerung des Antriebes einer Tiefofenkranzange,
wobei in bekannter Weise Arbeitsleitungen ausgezogen, Rücklauf-Leitungen enggestrichelt
und Steuerleitungen weitgestrichelt gezeichnet sind.
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Die Zange 1 wird von der Zugstange 2, deren unteres Ende 2a keilförmig
gestaltet ist, unmittelbar betätigt. Am oberen Ende der Zugstange 2 ist der Kolben
3 befestigt, der mit dem Zylinder 4 das Zylinder-Kolben-System bildet. Zum Speisen
des Zylinders 4 dienen die als Axialkolbenpumpe ausgebildete Hochdruckpumpe 5 sowie
der Druckmittelspeicher 6. Die Pumpe 5 wird elektromotorisch angetrieben und druckabhängig
von dem Regler 7 geregelt.
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Zum Steuern des Druckmittelstromes sind die Kolbenschieber 8, 9, 10
vorgesehen. Die Schieber 8, 9 werden durch Elektromagnete 13, 14 betätigt; der Schieber
10 weist neben einer elektromagnetischen Betätigung 15 noch eine Handbetätigung
11 auf. Jeder Schieber wird außerdem durch eine Feder beeinlußt, die seine Stellung
im stromlosen Zustand des ihm zugeordneten Magnets bestimmt. Die Pumpe 5 ist einmal
mit dem Druckmittelsammelbehälter 24 durch die Saugleitung 25 und zum anderen durch
die Druckleitung26 mit dem Kolbenschieber 8 verbunden. In die Druckleitung 26 ist
ein Rückschlägventil 27 eingebaut, dessen Aufgabe es ist, bei Stromausfall ein Rückströmen
des Druckmittels von dem unter Überdruck stehenden Speicher 6 in den Behälter 24
oder zur Pumpe 5 zu verhindern. An die Leitung 26 ist eine in den Behälter 24 mündende
Leitung 28 angeschlossen, in welche ein Überdruckventil 29 eingeschaltet ist, das
die Aufgabe hat; den Druck in der Anlage auf einen bestimmten Wert zu begrenzen.
Der Regler 7 ist mittels der Leitung 30 an die Druckleitung 26 angeschlossen.
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Der Kolbenschieber 8 ist durch die Leitung 31 an die Leitung 32, die
den Druckmittelspeicher 6 mit dem Schieber 9 verbindet, und durch die Leitung 33
an die Leitung 35 angeschlossen. In die Leitung 32 ist ein Rüekschlagventil34 eingebaut,
das den Fluß des Druckmittels von dem Schieber 9 zum Speicher 6 sperrt. Die Leitung
35 verbindet den kolbenstangenseitigen Raum des Zylinders 4 mit einer Leitung 36,
welche den Schieber 9 hydraulisch an den Schieber 10 anschließt. Der Schieber 10
ist außerdem durch die Leitung 37 mit dem deckelseitigen Raum des Zylinders 4 sowie
durch die Rücklaufleitung 38 mit dem Druckmittelbehälter 24 verbunden.
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Der gesamte aus Zylinder-Kolben-System, Pumpe mit Antriebsmotor, Speicher,
Druckmittelbehälter und Steuerorganen bestehende Antrieb wird oberhalb des Zangenbaumes
auf der Traverse angeordnet und zu einem einfach auszubauenden und übersichtlichen
Block zusammengebaut. Der Antriebsmotor für die Pumpe 5 und die Elektromagnete 13,14
und 15 zur Betätigung der Schieber 8, 9, 10 werden zweckmäßig von einem Schaltpult
am Kranführerstand mittels Druckknöpfen gesteuert. Hier befindet sich auch das von
Hand zu betätigende Organ 11 der mechanischen Übertragung für das manuelle Sehalten
des Kolbenschiebers 10: Im praktischen Betrieb arbeitet die Steuerung folgendermaßen:
Bei Inbetriebnahme des Zangenkranes wird der die Hochdruckpumpe 5 antreibende Elektromotor
eingeschaltet, der sie im Dauerlauf antreibt. Gleichzeitig mit dem Pumpenmotor werden
mit Hilfe der Elektromagnete 13, 14 die Schieber 8, 9 betätigt; Schieber 8 schließt
Leitung 26 an Leitung 31, Schieber 9 sperrt Leitung 32 von Leitung 36 ab. Ob die
Pumpe
5 Arbeitsmittel fördert und wieviel, bestimmt der Regler 7 in Abhängigkeit von dem
Druck in der Druckleitung 26. Ist der Druckmittelspeicher 6 z. B. leer oder nur
zum Teil gefüllt, herrscht also in ihm nicht der eingestellte Höchstdruck vor, so
stellt der Regler 7 die Pumpe 5 auf Förderung, und diese saugt durch die Leitung
25 Druckmittel in Form von Öl aus dem Behälter 24 an und drückt es über die Druckleitung
26, Schieber 8, Leitung 31 und Leitung 32 in den Speicher 6. Dies geschieht so lange,
bis entweder der eingestellte Höchstdruck im Speicher erreicht ist oder wegen Betätigens
der Zange im Schließ- oder Öffnensinne der Kolbenschieber 8 in seine andere Stellung
gebracht wird. Ist der Speicher 6 voll, d. h. der Höchstdruck erreicht, so ist auf
Grund ihrer druckabhängigen Regelung die Pumpe 5 wieder auf Nullhub zurückgestellt.
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Soll die Zange 1 geschlossen werden, so werden durch entsprechendes
Schalten die Magnete 13, 14 und 15 stromlos gemacht, wodurch die Schieber 8, 9 und
10 die durch ihre Feder bedingte Stellung einnehmen, d. h., Schieber 8 schließt
die Leitung 26 an die Leitung 33, Schieber 9 verbindet Leitung 32 mit Leitung
36, und Schieber 10 schließt Leitung 37 an Leitung38. Sobald
dies erfolgt ist, drückt die Pumpe5 über Leitung 26, Schieber 8, Leitung
33 sowie Leitung 35 und der Speicher 6 über Leitung 32, Schieber 9, Leitung 36 sowie
Leitung 35 Öl in den kolbenstangenseitigen Raum des Zylinders 4. Der Kolben 3 und
die an ihm befestigte Zugstange bewegen sich aufwärts. Das keilförmig erweiterte
untere Ende 2a der Zugstange 2 drückt die oberen Hälften der Zangenschenkel auseinander,
wobei die an letzteren angebrachten Rollen auf dem Keilstück 2 a abrollen, und schließt
so die unteren Hälften der Zangenschenkel 1. Das durch die Bewegung des Kolbens
3 aus dem deckelseitigen Zylinderraum verdrängte Öl fließt über Leitung
37, Schieber 10 und Leitung 38 in den Behälter 24. Sobald die
Zange 1 den Block fest gefaßt hat und an ihm Widerstand findet, steigt der Druck
im System an, und der von diesem Druck abhängige Regler 7 regelt die Pumpe 5 auf
Nullhub. Die bei Nullhub von der Pumpe 5 geförderte Ölmenge fließt über die Leitungen
26, 28 und das überdruckventil29 in den Sammelbehälter 24.
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Soll die Zange geöffnet werden, so betätigt der Kranführer in diesem
Sinne die Druckknopfsteuerung; hierdurch werden die Magnete 14 und 15 eingeschaltet
und verstellen die Schieber 9 und 10 entsprechend, während Magnet 13 wie beim Zangenschließen
stromlos bleibt und somit Schieber 8 die durch die Feder bestimmte Stellung beibehält,
d. h., Schieber 8 hält die Verbindung zwischen den Leitungen 26 und
33
aufrecht, Schieber 9 sperrt den Durchgang von Leitung 32 in Leitung
36 und Schieber 10 schließt Leitung 36 an Leitung
37. Die Pumpe 5 kann nun über Leitung 26, Schieber 8, Leitung 33,
Leitung 35, Leitung 36, Schieber 10 und Leitung 37 den deckelseitigen Raum des Zylinders
4 speisen, wobei das gleichzeitig aus dem kolbenstangenseitigen Zylinderraum von
dem Kolben 3 verdrängte Ölvolumen über Leitung 35 zusätzlich zu der von der Pumpe
5 kommenden Ölmenge in die Leitung 36 gedrückt wird und mit dieser von da über Schieber
10 und Leitung 37 zur Speisung des deckelseitigen Zylinderraumes benutzt wird. Der
Kolben 3 und mit ihm die Zugstange 2 bewegen sich dadurch abwärts, die waagerechte
Stirnseite des Keilstückes 2a legt sich auf die Ansätze der Zangenschenkel 1 und
drückt letztere abwärts, die Zange wird geöffnet.
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Fällt einmal aus irgendwelchen Gründen der Strom aus oder wird der
Antriebsmotor der Pumpe 5 defekt, dann kann die Zange mit Hilfe des Speichers
6 allein noch einige Male geschlossen und geöffnet werden.
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Bei Stromausfall nehmen unter der Wirkung ihrer Belastungsfeder die
Schieber 8, 9 und 10 jene Stellung ein, die der Schließbewegung der Zange zugeordnet
ist. Das bedeutet, daß der kolbenstangenseitige Raum des Zylinders 4 mit dem Speicher
6 verbunden ist und der deckelseitige Zylinderraum an den Behälter 24 geschlossen
ist und somit der Speicher 6 den Zylinder für die Zangenschließbewegung speisen
kann. Dadurch, daß bei Stromausfall die Schieber 8, 9, 10 automatisch die der Schließbewegung
zugeordnete Stellung einnehmen, ist auch vermieden, daß in diesem Fall ein in der
Zange befindlicher Block herausfallen kann.
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Um bei Stromausfall die Zange mit dem Speicher 6 allein öffnen zu
können, ist von Hand mit Hilfe des Betätigungsorgans 11 der Schieber 10 umzuschalten,
d. h. in jene Stellung zu bringen, die sonst der Elektromagnet 15 bewirkt. Dann
speist der Speicher 6 den deckelseitigen Raum des, Zylinders 4, und das aus dem
kolbenstangenseitigen Zylinderraum vom Kolben 3 verdrängte Öl wird zur Speisung
des deckelseitigen Raumes mitverwendet.
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Wenn es einmal vorkommen sollte, daß der Speicher leer ist, so hat
dies nur zur Folge, daß das Schließen der Zange langsamer vor sich geht, weil ja
dann nur die Hochdruckpumpe allein den kolbenstangenseitigen Zylinderraum speist.
Auf das öffnen der Zange hat das Leersein des Speichers - ausgenommen den Zustand
bei Stromausfall - keinen Einfluß. Im praktischen Betrieb des Zangenkranes kommt
es jedoch kaum vor, daß der Druckmittelspeicher einmal leer ist, weil zwischen den
Zeitabschnitten, in denen dem Speicher Druckmittel entnommen wird, immer genügend
lange Zeitintervalle verbleiben, z. B. wird der Block angehoben oder abgesenkt und/oder
verfahren, in denen die Hochdruckpumpe den Speicher wieder auffüllt.