DE19925564A1 - Hydraulischer Antrieb, insbesondere für eine oszillierend zu bewegende Stranggießkokille - Google Patents

Abstract

Die Erfindung geht aus von einem hydraulischen Antrieb, der insbesondere für eine oszillierend zu bewegende Stranggießkokille verwendet wird und der mindestens einen im wesentlichen vertikal angeordneten Gleichgangzylinder umfaßt, der auf der einen Seite eines Kolbens eine obere Kolbenstange und auf der anderen Seite des Kolbens eine untere Kolbenstange und beidseits des Kolbens ringförmige volumenveränderliche Druckräume aufweist, die zur Erzeugung der Bewegung wechselweise mit einer Druckmittelquelle und mit einer Druckmittelsenke verbindbar sind. Um das Gewicht der Last zumindest annähernd zu kompensieren, ist ein durch das freie Ende der unteren Kolbenstange begrenzter, dritter Druckraum vorgesehen, der mit einem das Gewicht der Last zumindest annähernd kompensierenden Kompensationsdruck beaufschlagt ist. Der Gewichtsausgleich wird dadurch auf kostengünstige und wenig Raum beanspruchende Weise erhalten.

Description

Die Erfindung geht aus von einem hydraulischen Antrieb, der insbesondere für ei­ ne oszillierend zu bewegende Stranggießkokille verwendet wird und der die Merkmale aus dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 aufweist.

Ein solcher hydraulischer Antrieb ist aus der Praxis bekannt. Zum oszillierenden Bewegen der Last werden ein oder mehrere Gleichgangzylinder verwendet, deren ringförmige Druckräume beidseits des Kolbens zur Erzeugung der Bewegung wechselweise mit einer Druckmittelquelle, die üblicherweise von einer Hydropum­ pe gebildet wird, und mit einer Druckmittelsenke, üblicherweise einem Vorratsbe­ hälter für das Druckmittel, verbunden werden. Die Frequenz der Oszillation einer Stranggießkokille liegt im Bereich von 0,5 bis 7 Hz. Für den Antrieb werden Gleichgangzylinder verwendet, mit denen sich wegen der gleich großen Druck­ räume beidseits des Kolbens schnelle Bewegungen gut steuern oder regeln las­ sen. Zu einer Vereinfachung der Regelung, zur Energieeinsparung und im Sinne einer Verwendung von nicht allzu groß bauenden Hydrozylindern sind Vorrichtun­ gen vorgesehen, mit denen das Gewicht der Stranggießkokille wenigstens annä­ hernd kompensiert ist. Bisher sind als solche Vorrichtungen mechanische Federn bekannt, die einen hohen Platzbedarf haben und die recht teuer sind.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen hydraulischen Antrieb mit den Merkmalen aus dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 so weiterzuentwickeln, daß ein Ausgleich für das Gewicht der zu bewegenden Last mit Mitteln erreicht wird, für die weniger Platz beansprucht wird und die einen geringeren Aufwand und damit auch geringere Kosten verursachen.

Diese Aufgabe wird für einen hydraulischen Antrieb mit den Merkmalen aus dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß ein durch das freie Ende der unteren Kolbenstange begrenzter, dritter Druckraum am Gleichgangzylinder vorhanden ist, der mit einem das Gewicht der Last zumindest annähernd kompensierenden Kompensationsdruck beaufschlagt ist. Somit müs­ sen lediglich die ohnehin vorhandenen Gleichgangzylinder angepaßt und die hy­ draulischen Komponenten für die Beaufschlagung des dritten Druckraums mit dem Kompensationsdruck bereitgestellt werden. Die angepaßten Gleichgangzy­ linder werden etwas länger als die bisher verwendeten Gleichgangzylinder sein, wobei jedoch der zusätzliche Platzbedarf sehr gering ist. Er hängt vom Hub ab, den die zu bewegende Last macht und der z. B. bei einer Stranggießkokille 20 mm betragen kann.

Vorteilhafte Ausgestaltungen eines erfindungsgemäßen hydraulischen Antriebs kann man den Unteransprüchen entnehmen.

So wird gemäß Patentanspruch 2 der dritte Druckraum bevorzugt fluidisch mit ei­ nem Hydrospeicher verbunden. Dadurch werden die Verluste an nicht nutzbarer Energie gering gehalten, da Druckmittel nicht im Takt der Oszillation unter hohen Drosselverlusten dem dritten Druckraum zugeführt oder aus dem dritten Druck­ raum zum Tank abgelassen werden muß. Allerdings ist das System dritter Druck­ raum-Hydrospeicher mit Leckagen behaftet, aufgrund derer die in diesem System vorhandene Druckmittelmenge üblicherweise während des Betriebs abnehmen wird, unter besonderen Umständen aber auch zunehmen kann. Um den Kompen­ sationsdruck innerhalb eines ausgewählten Druckbandes zu halten, ist gemäß Patentanspruch 3 ein elektrischer Druckaufnehmer vorhanden, von dem der Kompensationsdruck erfaßbar ist. Außerdem ist dem dritten Druckraum ein erster Anschluß eines Wegeventils vorgeschaltet, das in Abhängigkeit von dem elektri­ schen Ausgangssignal des Druckaufnehmers derart angesteuert wird, daß der Kompensationsdruck während des Betriebs innerhalb des vorgegebenen Druck­ bandes verbleibt. Vorzugsweise ist das Wegeventil gemäß Patentanspruch 4 pro­ portional verstellbar, da mit einem solchen Wegeventil besonders gut verhindert werden kann, daß die Grenzen des Druckbandes überschritten werden.

Vorteilhafterweise ist einem zweiten Anschluß des Wegeventils ein Regelausgang eines Druckreduzierventils vorgeschaltet, das den für die Bewegung der Last vor­ gesehenen Systemdruck auf einen geringeren Systemdruck für das Teilsystem "Gewichtsausgleich" herabsetzt. Um den Speicher entleeren zu können und um Druckmittel für das Einhalten des Druckbandes schnell ablassen zu können, weist das Wegeventil gemäß Patentanspruch 6 einen dritten Anschluß auf, der ebenso wie der zweite Anschluß mit dem ersten Anschluß verbindbar ist und über den der erste Anschluß und damit der dritte Druckraum des Gleichgangzylinders unter Umgehung des Druckreduzierventils mit einem Tank verbindbar ist.

Beim Aufladen des Hydrospeichers soll die zulaufende Druckmittelmenge pro Zeiteinheit ein gewisses Maß nicht überschreiten. Deshalb ist gemäß Patentan­ spruch 7 dem Hydrospeicher eine Drossel vorgeschaltet. Diese Drossel ist gemäß Patentanspruch 8 zwischen einem vom Wegeventil zum dritten Druckraum des Gleichgangzylinders verlaufenden Strömungspfad und dem Hydrospeicher ange­ ordnet, so daß zwischen dem Wegeventil und dem dritten Druckraum freier Druckmittelfluß möglich ist. Vorteilhafterweise liegt parallel zur Drossel ein Rück­ schlagventil, das zum Hydrospeicher hin sperrt, also einen weitgehend freien Druckmittelfluß vom Hydrospeicher zum dritten Druckraum zuläßt.

Ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen hydraulischen Antriebs, das einen mit dem dritten Druckraum mehrerer Gleichgangzylinder verbundenen Hy­ drospeicher, einen Druckaufnehmer zum Erfassen des Kompensationsdruckes und ein proportional verstellbares Wegeventil umfaßt, ist in der Zeichnung darge­ stellt. Anhand der Zeichnung wird die Erfindung nun näher erläutert.

Gemäß der Zeichnung ist eine Stranggießkokille 10 von zwei oder mehr Gleich­ gangzylindern 11, die vertikal angeordnet sind, in vertikaler Richtung oszillierend bewegbar. Flüssiger Stahl fließt aus einer sich oberhalb der Kokille 10 befindli­ chen Verteilerrinne 12 durch eine Öffnung im Boden der Verteilerrinne in die Kokil­ le, aus der ein noch weicher Strang 13 unten austritt, der über Rollen 14 in die Horizontale umgelenkt wird. Jeder Gleichgangzylinder weist in einem Zylinderge­ häuse 15 einen Kolben 16 auf, an dem eine obere Kolbenstange 17 und eine un­ tere Kolbenstange 18 befestigt sind. Die oberen Kolbenstangen 17 ragen aus dem Zylindergehäuse 15 heraus und sind an der Kokille 10 befestigt. Beidseits des Kolbens 16 befindet sich jeweils ein ringförmiger Druckraum 19 bzw. 20. Diese Druckräume werden über nicht weiter dargestellte hydraulische Ventile wechsel­ weise mit einer Druckmittelquelle und mit einem Tank verbunden, um die Kokille oszillierend zu bewegen.

Die untere Kolbenstange 18 eines jeden Gleichgangzylinders 11 ragt wie ein Plungerkolben in einen dritten Druckraum 21 eines jeden Gleichgangzylinders hinein. Dieser dritte Druckraum 21 ist über eine nicht näher dargestellte Dich­ tungsanordnung zwischen der Kolbenstange 18 und dem Zylindergehäuse 15 fluidisch von dem Druckraum 20 getrennt. Die Dichtungsanordnung verhindert je­ doch nicht völlig, daß Leckage zwischen den beiden Druckräumen 20 und 21 stattfindet.

Die beiden Druckräume 21 der beiden gezeigten Gleichgangzylinder 11 sind über eine gemeinsame Leitung 25 mit einem Anschluß 26 eines Ventilblocks 27 ver­ bunden, der eine Reihe von Ventilen und drei weitere Anschlüsse 28, 29 und 30 aufweist. Der Anschluß 28 ist ein Druckanschluß, an dem der Druck des Systems ansteht, das die oszillierende Bewegung der Kokille 10 bewirkt. Der Anschluß 29 ist ein Tankanschluß, der mit einem Vorratsbehälter für das Druckmittel verbun­ den ist. Der Anschluß 30 schließlich ist ein Speicheranschluß, an den ein Hydro­ speicher 31 angeschlossen ist.

Zu dem Ventilblock 27 gehört zunächst ein Druckreduzierventil 35, das einen am Anschluß 28 gelegenen Druckanschluß, einen am Anschluß 29 gelegenen Tank­ anschluß und einen Regelanschluß 36 aufweist. Der nur schaltbildmäßig darge­ stellte Regelkolben des Druckreduzierventils 35 wird im Sinne einer Verbindung des Regelausgangs 36 mit dem Tankanschluß vom Druck am Regelausgang und im Sinne einer Verbindung des Regelausgangs 36 mit dem Druckanschluß von einer Druckfeder 37 beaufschlagt, deren Kraft einstellbar ist. Das Druckreduzier­ ventil ist z. B. so eingestellt, daß am Regelausgang 36 ein Druck von 115 bar an­ steht, während der Systemdruck am Anschluß 28 des Ventilblocks 27 z. B. 250 bar beträgt.

Zum Ventilblock 27 gehört auch ein proportional verstellbares Wegeventil 40, des­ sen Steuerkolben eine federzentrierte Mittelstellung und zwei seitliche Arbeitstel­ lungen einnehmen kann. Das Wegeventil 40 ist elektrohydraulisch vorgesteuert, wobei das die Vorsteuerdrücke erzeugende Vorsteuerventil zwei Elektromagnete 41 und 42 aufweist. Das Wegeventil 40 ist ein Ventil mit vier Arbeitsanschlüssen, nämlich mit zwei Verbraucheranschlüssen 43 und 44, von denen der Arbeitsan­ schluß 44 nicht gebraucht wird, mit einem Druckanschluß 45, der mit dem Regelanschluß 36 des Druckreduzierventils 35 verbunden ist, und mit einem Tankanschluß 46, der direkt mit dem Anschluß 29 des Ventilblockes verbunden ist.

Zwischen dem Verbraucheranschluß 43 und dem Anschluß 26 des Ventilblocks 27 ist ein Sicherheitsventil 47 angeordnet. Dieses sperrt in einer Ruhestellung die Verbindung zwischen den beiden Anschlüssen 43 und 26 derart ab, daß kein Druckmittel vom Anschluß 26 zum Anschluß 43 fließen kann.

An einen zum Anschluß 26 führenden Kanal 48 des Ventilblocks 27 ist eine Zweigleitung 49 angebunden, die zum Anschluß 30 des Ventilbocks 27 führt, über die also ein Druckmittelfluß zwischen dem Kanal 48 und dem Hydrospeicher 31 stattfinden kann. In der Zweigleitung 49 befindet sich ein Drosselrückschlagventil 50 mit einer einstellbaren Drossel 51 und mit einem vom Kanal 48 zum Hydro­ speicher 31 hin sperrenden Rückschlagventil 52, das parallel zur Drossel 51 an­ geordnet ist. Zwischen das Drosselrückschlagventil 50 und den Anschluß 30 des Ventilblocks 27 ist ein Absperrhahn 53 geschaltet.

Zwischen dem Absperrhahn 53 und dem Anschluß 30 geht von der Zweigleitung 49 ein Entlastungsströmungspfad 54 ab, in dem parallel zueinander ein zweiter Absperrhahn 55 und ein Druckbegrenzungsventil 56 angeordnet sind und der zum Anschluß 29 des Ventilblocks 27 führt. Das Druckbegrenzungsventil dient der Maximaldruckabsicherung des Hydrospeichers 31 und ist z. B. auf 140 bar einge­ stellt.

Die Höhe des in den dritten Druckräumen 21 anstehenden Kompensationsdruc­ kes wird durch einen Druckaufnehmer 60 erfaßt, der entsprechend der Höhe des Druckes ein elektrisches Signal abgibt, das in einer nicht näher gezeigten elektri­ schen Steuereinheit verarbeitet wird, die elektrische Steuersignale für die Elek­ tromagnete des Wegeventils 40 und des Sicherheitsventils 47 ausgibt.

Bei Betriebsbeginn ist der Hahn 53 offen, während der Hahn 55 geschlossen ist. Die Druckräume 21 und der Hydrospeicher 31 seien zunächst von Druck entlastet. Die Kokille liegt auf einer Unterlage auf. Beim Einschalten der Stranggießanlage wird zunächst das Wegeventil 40 in eine Position geschaltet, in der sein Druckan­ schluß 45 mit dem Verbraucheranschluß 43 verbunden ist. Das Sicherheitsventil 47 geht in seine Offenstellung. Nun fließt Druckmittel über die Drossel 51 dem Hydrospeicher 31 zu und der Druck in den Druckräumen 21 und im Hydrospeicher 31 steigt an. Sobald der Druckaufnehmer 60 einen Druck von 115 bar erfaßt, kehrt das Wegeventil 40 in seine Mittelstellung zurück. Im oszillierenden Betrieb der Kokille 10 wird nun laufend Druckmittel zwischen den Druckräumen 21 und dem Hydrospeicher 31 hin und her geschoben. Unter Nutzung des vom Druckaufneh­ mer 60 abgegebenen elektrischen Signals wird das Wegeventil 40 so gesteuert, daß der Druck in den Druckräumen 21 ein vorgegebenes Druckband nicht verläßt. Es kann z. B. ein Druckband zwischen 110 bar und 115 bar vorgesehen werden. Der Hydrospeicher wird dann bei kleinstem Volumen des dritten Druckraums über das Wegeventil auf 115 bar aufgeladen. Während des Betriebs möge sich der Kompensationsdruck bei einer Oszillation um 2 bis 3 bar verändern, wobei diese Veränderung durch die Volumenveränderung des dritten Druckraums bedingt ist. Aufgrund vorhandener Leckagen wird der während einer Oszillation auftretende minimale und maximale Kompensationsdruck immer niedriger und erreicht schließlich die untere Grenze des Druckbandes in Höhe von 110 bar. Eine Mög­ lichkeit der Regelung des Kompensationsdruckes ist nun, daß das Wegeventil immer dann Druckmittel zufließen läßt, wenn der Kompensationsdruck die Grenze von 110 bar nach unten überschreitet, und den Zufluß dann stoppt, wenn der Kompensationsdruck die Grenze von 110 bar wieder nach oben überschreitet. Der Kompensationsdruck wird dann während einer Oszillation jeweils zwischen 110 bar und 112 bzw. 113 bar schwanken. Eine andere Möglichkeit der Regelung des Kompensationsdruckes besteht darin, beim Erreichen der unteren Grenze des Druckbandes dem System dritter Druckraum-Hydrospeicher soviel Druckmittel zu­ zuführen, daß schließlich die obere Grenze des Druckbandes erreicht wird. Unter Umständen muß dann, wenn die Last einen Hub im Sinne einer Verkleinerung des dritten Druckraums macht, über das Wegeventil wieder etwas Druckmittel abge­ lassen werden, damit die obere Grenze des Druckbandes nicht überschritten wird.

Dabei wird ein schneller Zufluß von Druckmittel und ein schneller Abfluß von Druckmittel über das Wegeventil 40 durch die Drossel 51 nicht behindert. Dies wäre der Fall, wenn sich die Drossel zwischen dem Verbraucheranschluß 43 und dem Verbindungspunkt zwischen dem Kanal 48 und dem Kanal 49 befände.

Claims (9)

1. Hydraulischer Antrieb, insbesondere für eine oszillierend zu bewegende Last, z. B. eine Stranggießkokille (10), mit mindestens einem im wesentlichen ver­ tikal angeordneten Gleichgangzylinder (11), der auf der eine Seite eines Kolbens (16) eine obere Kolbenstange (17) und auf der anderen Seite des Kolbens (16) eine untere Kolbenstange (18) und beidseits des Kolbens (16) ringförmige volu­ menveränderliche Druckräume (19, 20) aufweist, die zur Erzeugung der Bewe­ gung wechselweise mit einer Druckmittelquelle und mit einer Druckmittelsenke verbunden werden, gekennzeichnet durch einen durch das freie Ende der unteren Kolbenstange (18) begrenzten, dritten Druckraum (21), der mit einem das Gewicht der Last (10) zu­ mindest annähernd kompensierenden Kompensationsdruck beaufschlagt ist.

2. Hydraulischer Antrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der dritte Druckraum (21) fluidisch mit einem Hydrospeicher (31) verbunden ist.

3. Hydraulischer Antrieb nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein elektrischer Druckaufnehmer (60) vorhanden ist, von dem der Kompensati­ onsdruck erfaßbar ist, und daß dem dritten Druckraum (21) ein erster Anschluß (43) eines Wegeventils (40) vorgeschaltet ist, das in Abhängigkeit von dem elek­ trischen Ausgangssignal des Druckaufnehmers (60) derart angesteuert wird, daß der Kompensationsdruck während des Betriebs innerhalb eines vorgegebenen Druckbandes verbleibt.

4. Hydraulischer Antrieb nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Wegeventil (40) ein stetig verstellbares Wegeventil ist.

5. Hydraulischer Antrieb nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß einem zweiten Anschluß (45) des Wegeventils (40), der mit dessen ersten Anschluß (43) verbindbar ist, ein Regelausgang (36) eines Druckreduzierventils (35) vorgeschaltet ist, das den für die Bewegung der Last (10) vorgesehenen Sy­ stemdruck auf einen am zweiten Anschluß (45) des Wegeventils (40) anstehen­ den Druck reduziert, der an der oberen Grenze oder wenig oberhalb der Grenze des Druckbandes liegt.

6. Hydraulischer Antrieb nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Wegeventil (40) einen ebenfalls mit dem ersten Anschluß (43) verbindbaren, dritten Anschluß (46) aufweist, über den der erste Anschluß (43) und damit der dritte Druckraum (21) des Gleichgangzylinders (11) unter Umgehung des Druck­ reduzierventils (35) mit einem Tank verbindbar ist.

7. Hydraulischer Antrieb nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch ge­ kennzeichnet, daß dem Hydrospeicher (31) eine Drossel (51) vorgeschaltet ist.

8. Hydraulischer Antrieb nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Drossel (51) zwischen einem vom Wegeventil (40) zum dritten Druckraum (21) des Gleichgangzylinders (11) verlaufenden Strömungspfad und dem Hydrospei­ cher (31) angeordnet ist.

9. Hydraulischer Antrieb nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß parallel zu der Drossel (51) ein Rückschlagventil (52) angeordnet ist, das zum Hydrospeicher (31) hin sperrt.