DE2161669C3 - Hydraulische Anstellvorrichtung für Walzgerüste - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf hydraulische Anstellvorrichtungen für Walzgerüste. Bekannte derartige Anstellvorrichtungen arbeiten mit einem Servoventil r,__s und diesem zugeordneten Steuerkolben zur Steuerung der Durchflußmenge der Druckflüssigkeit in Abhängigkeit von einem mechanischen Antrieb, mit einem Anstellzylinder mit zugeordneter Druckmittelquelle zur Einstellung des Walzdruckes, mit einem elektrischen Schrittmotor zur Beaufschlagung des Steuerkolbens über eine Umsetzvorrichtung zur Umwandlung der Drehbewegung des Schrittmotors in eine Linearbewegung des Steuerkolbens und mit einer Rückkopplungseinrichtung zwischen dem Anstellzylinder und dem Servoventil.

Bekannte Rückkopplungseinrichtungen sind entweder mechanischer oder elektrischer Art Iu der Literaturstelle »Stahi und Eisen« 90,1970, Nr. 6, sind in einem Aufsatz »Neue Entwicklungen von Walzenanstellvorrichtungen für Bandwalzwerke« eine Anzahl solcher Rückkopplungseinrichtungen beschrieben.

Sowohl der elektro-hydraulische Servomechanismus, als auch der mechanisch-hydraulische Servomechanismus haben sowohl ihre Vor- als auch Nachteile. Beim elektro-hydraulischen Servomechanismus, der also mit einer elektrischen Rückkopplungseinrichtung ausgestattet ist, ist der notwendige Detektor und die Addition bzw. Subtraktion der von diesem übertragenen Werte verhältnismäßig einfach und von geringer Trägheit in Aufbau und Arbeitsweise. Die zur Steuerung zur Verfügung stehende Kraft ist jedoch sehr schwach, so daß bereits z. B. geringe Stnubablagerur.gen oder dergleichen zu Fehleinstellungen führen können. Auch die übrigen in Walzwerken zu berücksichtigenden Umwelteinflüsse, wie hohe Temperatur, hohe Feuchtigkeit und Schwingungsbeeinflussungen sind solchen elektrischen Rückkopplungseinrichtungen unzuträglich.

Ein mechanisch-hydraulischer Servomechanismus ist gegenüber diesen Umgebungseinflüssen wesentlich robuster. Dagegen sind die notwendigen Additions- und Subtraktionsmittel schwer anzuordnen und unterzubringen. Außerdem arbeiten sie verhältnismäßig träge, dafür aber andererseits sicher.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen derartigen mechanischen-hydrauiischen Servomechanismus dergestalt zu verbessern und auszustatten, daß er zwar weiterhin den Vorteil seiner Robustheit behält, andererseits in Funktionsgenauigkeit und -Schnelligkeit den Servomechanismus mit elektrischen Rückkopplungseinrichtungen angenähert wird.

Zur Lösung der gestellten Aufgabe bieten sich zwei Möglichkeiten an, nämlich eine hydraulische Rückkopplungseinrichtung oder eine mechanische Rückkopplungseinrichtung.

Die Erfindung löst demgemäß die gestellte Aufgabe ausgehend von der eingangs beschriebenen Anstellvorrichtung einerseits dadurch, daß als Umsetzvorrichtung eine Kugelgewindespindel mit nachgeschalteter Feder und als Rückkopplungseinrichtung eine Druckmittelleitung zwischen Anstellzylinder und Servozylinder vorgesehen ist, wobei in bekannter Weise als Druckmittelquelle eine variable Verstellpumpe Verwendung findet, die mit einem Hilfszylinder zur Steuerung ihrer Abgabemenge entsprechend der Menge an Druckflüssigkeit im Servoventil ausgerüstet ist und die Verschiebung der variablen Verstellpumpe über eine weitere Kugelgewindespindel auf ein den Schrittmotor aufnehmendes Gehäuse übertragbar ist, wodurch dem Schrittmotor eine entsprechende Linearbewegung aufgezwungen ist.

Andererseits kann erfindungsgemäß wiederum als Umsetzvorrichtung eine Kugelgewindespindel, jedoch mit nachgeordneter Zahnstangen-Ritzel-Kombination und als Rückkoppelungseinrichtungein von einer Walze im Walzgerüst zur Zahnstange führendes Stahlband

vorgesehen sein, wobei wiederum in bekannter Weise als Druckmittelquelle eine variable Verstellpumpe Verwendung findet, die mit einem Hilfszylinder zur Steuerung ihrer Abgabemenge entsprechend der Menge an Druckflüssigkeit im Servoventil ausgerüstet ist und die Verschiebung der variablen Verstellpumpe über eine weitere Kugelgewindespindel auf ein den Schrittmotor aufnehmendes Gehäuse übertragbar ist, wodurch dem Schrittmotor eine entsprechende Linearbewegung aufgezwungen ist.

Mit der erfindungsgemäßen Ausbildung wird zunächst erreicht, daß durch die verwendete Kugelgewindespindel ein sehr reibungsarmes Umsetzglied zur Umwandlung einer Drehbewegung in eine Linearbewegung Anwendung findet Außerdem kann die Vorrichtung in sehr gedrängter und platzsparender Bauart ausgeführt werden.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachstehenden Beschreibung von in den schematischen Zeichnungen dargestellten Ausführungsformen. Es zeigt

F i g. i eine Blockschallung der hydraulischen Anstellvorrichtung nach der Erfindung,

F i g. 2 eine schematische Ansicht einer Ausffihrungsform der Vorrichtung entsprechend der Erfindung,

Fig.3 eine schematische Ansicht einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung.

Im Blockdiagramm nach Fig. 1 ist A ein Umwandler von Drehbewegung in Linearbewegung, B ein mechanisches Servoventil, Cein Hilfszylinder, D ein Übertrager für lineare Bewegung, Feine variable Verstellpumpe, R ein Hauptzylinder, G ein Umwandler von Dreh- in Linearbewegung und H eine Rückkopplungs- bzw. Rückmeldeeinrichtung, a bezeichnet einen mechanischen Rotationsantrieb und b einen Walzdruck bzw. eine Kraft oder eine Walzenlage.

Ausführungsformen der Anstellvorrichtung nach der Erfindung sind schematisch in den F i g. 2 und 3 dargestellt. Die Ausführungsform nach Fig.2 bietet eine druckabhängige Steuerung, die Ausführungsform nach F i g. 3 eine lageabhängige Steuerung.

Fig.2 zeigt schematisch ein Duo-Blockwalzgerüst 1 mit Walzen 2 und 3, Walzenblöcken 4 und 5 und einem Anstellzylinder 6 am Walzengerüst 1, Die Anstelldruckwerte am Anstellzylinder 6 werden über eine Druckleitung 7 mit einer variablen Verstellpumpe 9 verbunden, die durch einen Elektromotor angetrieben wird. Die variable Verstellpumpe 9 kann sich um ihre Achse, mit der eine Neigungswinkelabtasteinrichtung verbunden ist, neigen. Bei einer Neigung der Verstellpumpe zur einen Seite wird die Druckflüssigkeit von einer Leitung T durch die Verstellpumpe 9 der Druckleitung 7 zugeführt und bei einer Neigung der Verstellpumpe zur anderen Seite wird die Druckflüssigkeit von der Druckleitung 7 zur leitung T zurückgeführt.

Die variable Verstellpumpe 9 ist mit einem Hilfszylinder 10 verbunden, der die Verstellung der Pumpe 9 über eine zwischengeschaltete Welle 9' steuert. Die Neigungsbewegung der Verstellpumpe 9 löst eine entsprechende Drehbewegung einer Abtasteinrichtung aus. Die Abtasteinrichtung kann die Form einer Kugelgewindespindel 11 mit einer Gewindespindel 12 und einer Kugelmuttcr 13 aufweisen. Die Kugelmutter 13 der Kugelgewincespindel 11 führt eine lineare, axial hin- und hergehende Bewegung aus, während ihre Rotation durch einen Rotationsstopper 14 verhindert wird. Die sich drehende Gewindespindel 12 ist in einer festen Platte 14 geführt und in cnem Drucklager 16 gelagert, so daß sie keine hin- und hergehende lineare Bewegung ausführen kann.

Die feste Platte 15 dient weiterhin zur Zentrierung der Kugelgewindespindel 11 und verhindert eine

Übertragung bei der Umsetzung der Rotations- in eine - Linearbewegung entstehender Gegenkräfte auf die Kugelmutter 13. Es wäre auch möglich, auf die feste Platte 15 und den Rotationsstopper 14 zu verzichten und die Kugelgewindespindel 11 mit einem nachfolgenden Gehäuse 17 für einen Schrittmotor 18 einstückig zu verbinden, was aber eine Drehbewegung des Schrittmotors 18 mit entsprechenden Nachteilen zur Folge hätte.

Bei der dargestellten Ausführungsform ist lediglich die Kugelmutter 13 einstückig.

Die Kugelmutter 13 ist mit dem Gehäuse 17 ausgebildet, das den Schrittmotor 18 aufnimmt Dessen Abtriebswelle ist an eine Gewindespindel 20 einer weiteren Kugelgewindespindel 19 angeschlossen. Die Kugelgewindespindel 19 weist eine Kugelmutter 22 auf,

die linear axial hin- und herbewegt werden kann, während die Rotation durch einen Rr ationsstopper 21 verhindert wird. Die Gewindespindel 20 ist drehbar in einem Drucklager 23 in dem Gehäuse 17 gelagert, während eine hin- und hergehende lineare Bewegung derselben verhindert wird.

Die K'.igelmutter 22 der Kugelgewindespindel 19 ist mit einem Steuerkolben 26 eines Servoventils 25 unter Zwischenschaltung einer Feder 24 verbunden. Vibrationseinrichtungen 27 am Servoventil 25 dienen dazu, die Reibung zwischen Steuerkolben 26 und Ventilkörper zu vermindern.

Das Servoventil 25 und der Hilfszylinder 10 sind durch Leitungen 28 und 29 miteinander verbunden.
Die Druckleitung 7 ist über eine Leitung 30 mit einer Niederdruckkammer 32 des Servoventils 25 so verbunden, daß der Druck vom Anstellzylinder 6 in die Niederdruckkammer 32 wirken kann.

Die Leitung 7 ist mit einem Sicherheitsventil 31 versehen, das auf den Maximaldruck in der Vorrichtung

₄c eingestellt wird.

Diese Ausführungsform der Erfindung arbeitet wie folg.

Wenn elektrische Impulsreihen an den elektrischen Schrittmotor 18 gelangen, welche das Eingangssignal für die Vorrichtung bedeuten, bewirkt die Abtriebswelle dieses Schrittmotors 18 ein Ausgangssignal in Gestalt der Drehrichtung und des Drehwinkels proportional zu den Impulsen. Die Winkelbewegung wird an die Gewindespindel 20 weitergeleitet und in eine lineare

₅ο Verschiebung der Kugelmutter 22 in der Kugelgewindespindel 19 umgesetzt Diese lineare Verschiebung wird auf den Steuerkolben 26 des Servoventils 25 über die Feder 24 übertragen.
Der Steuerkolben 26 unterliegt einer Schwingung, die mechanisch durch Schwingungserzeuger 27 angelegt wird, so daß die Reibungshaftung des StcAmrkolbens 26 im Ventilkörper auf ein Minimum reduziert wird.

Wenn die Verschiebung, die auf den Steuerkolben 26 durch den Schrittmotor 18 übertragen wird, eine in Fig.2 nach unten gerichtete Verschiebung ist, was als Beispiel angsnommen wird, dann wird aufgrund dieser Verschiebung des Steuerkolbens 26 das Gleichgewicht, das System als Ganzes, gestört. Das Servoventil 25 öffnet sich zunächst, und es fließt Druckflüssigkeit durch

(,5 die Leitung 28 oder 29 zum Hilfszylinder 10, d. h., die Verstellungsgröße ütr variablen Verstellpumpe 9 ändert sich.

Die Verstellung der variablen Verstellpumpe 9 wird

auf die Gewindespindel 12 der Kugelgewindespindel 11 als Drehwinkeländerung übertragen. Diese wird in eine nach oben gerichtete lineare Verschiebung der Kugelmutter 13 in der Kugelgewindespindel 11 umgesetzt, so daß das Gehäuse 17 mit dem Schrittmotor 18 ebenfalls linear verschoben wird. Die lineare Verschiebung des Schrittmotors 18 bewirkt über die Kugelspindel 20, die Kugelmutter 22 und die Feder 24, daß sich der Steuerkolben 26 des Servoventils 25 nach oben in seine A'usgangslage bewegt. So wird die Menge der Druckflüssigkeit im Servoventil 25 auf Null reduziert und die Verstellung der variablen Verstellpumpe 9 wird in einer Lage zum Stehen gebracht, die der Zahl der Eingangsimpulse entspricht, so daß die Pumpe 9 weiterhin Druckflüssigkeit in einer proportionalen Menge zur Verstellung der Pumpe liefert.

Die Druckflüssigkeit gelangt von der Pumpe 9 in der angegebenen Menge durch die Druckleitung 7 und zum AnUpll7ylinHnr fi In Hrm Walzgerüst 1. um den Block 4 nach oben zu bewegen. Das bewirkt, daß der Anstellzylirider 6 sich nach oben bewegt, um auch die Walze 3 nach oben zu bewegen. Wenn die Walze 3 mit dem zu walzenden Material in Berührung kommt, beginnt der Druck im Anstellzylinder 6 zu steigen. Da der Druck im Anstellzylinder 6 in die Niederdruckkammer 32 des Servoventils 25 über die Leitung 30 geführt wird, wird der Steuerkolben 26 durch den Druck im Anstellzylinder 6 nach oben bewegt. Die Länge der Aufwärtsbewegung X des Steuerkolbens 26 kann mil der folgenden Formel angegeben werden:

Pa

worin K die Federkonstante der Feder 24. a clic druckaufnehmende untere Stirnfläche des Steuerkolbens 26 und Pder Walzdruck ist.

Die Verschiebung des Steuerkolbens 26 nach oben bewirkt einen gewissen Grad der öffnung des Servoventils 25 in Richtung nach oben in F i g. 2. Die durchlaufende Druckflüssigkeit, z. B. öl im Servoventil 25. wird entweder über die Leitung 29 oder die Leitung 28 in den Hilfszylinder 10 zu dessen Antrieb geleitet. Die Betätigung des Hilfszylinders 10 bewirkt, daß eine Änderung in der Verstellung der variablen Verstellpumpe 9 eintritt. In diesem Fall ist diese Änderung so. daß die Verstellung der Pumpe in einer entgegengesetzten Richtung zu der erfolgt, in die die Verstellung vorher erfolgte, oder in eine Richtung, in der die Größe der Verstellung der Pumpe auf Null reduziert wird.

Diese Verstelluni? der Pumpe wird auf die Gewindespindel 12 übertragen und bewirkt, daß die Kugelmutter 13 sich linear nach unten in der Fig.2 bewegt. Dies bewirkt, daß das Gehäuse 17 und der Schrittmotor 18 sich nach unten bewegen, was wiederum bewirkt, daß sich der Steuerkolben 26 linear über die Kugelspindel 20, die Kugelmutter 22 und die Feder 24 nach unten bewegt Der Steuerkolben 26 des Servoventils 25 wird in seine ursprüngliche Lage zurückgeführt, wenn diese lineare Verschiebung des Steuerkolbens 26 und die vorher erwähnte lineare Verschiebung, die durch den Druck des Anstellzylinders 6 bewirkt wurden, einander aufheben, wobei dann die Verstellung der variablen Verstellpumpe 9 Null wird, so daß keine Druckflüssigkeit von der Pumpe 9 abgegeben wird.

Der Druck irn Anstellzylinder 6 steigt dann nicht

mehr weiter und bleibt konstant, so daß das System ir einem Gleichgewichtszustand ist. Mit anderen Worten der Walzdruck, der am Anstellzylinder 6 im Walzgerüst 1 herrscht, ist proportional zur Winkelverstellung de; Schrittmotors 18. Dabei ist der Druck im Anstellzylindei 6 abhängig von der Menge der von der Pumpe 9 in die Druckleitung 7 gelieferten Druckflüssigkeit, wöbe dieser Druck auch in der Niederdruckkammer 32 de; Servoventils 25 herrscht und so den Steuerkolben 2f gegen die Kraft der Feder 24 verschiebt, was zu einei stärkeren Walzenanstellung führt.

Während die bisherige Beschreibung sich auf eint Ausführung bezieht, bei der die variable Verstellpumpe verwendet wird, um in Verbindung mit dem Druck irr Anstellzylinder zu arbeiten, kann im wesentlichen dei gleiche Mechanismus und die gleiche Konstruktior verwendet werden, um in Verbindung mit der Positior des Anstellzylinders zu arbeiten.

Fig.? zeigt eine derartige Ausführung der F.rfindune Eine detaillierte Beschreibung der Konstruktion und de; Betriebes erübrigt sich, weil sie im wesentlichen dei Ausführungsform nach F i g. 2 entsprechen. Die Fedei 24 der Ausführung nach F i g. 2 kann durch eim Zahnstangen-Ritzel-Kombination 40, 41, 42 ersetz werden. Über die Zahnstange 40 und das Ritzel 41 besteht eine Verbindung vom Sleuerkolben 26 in Servoventil 25 zur Kugelmutter 22. Die Zahnstange 42 die ebenHls mit dem Ritzel 41 in Eingriff steht, kann mi dem beweglichen Block 4 im Walzgerüst 1 über eir Stahlband 43 so in Verbindung gebracht werden, daß die Veränderung des Walzdruckes im Anstellzylindei mittelbar als Lageänderung des Blocks 4 auf der Steuerkolben 26 im Servoventil 25 übertragen wird.

Wenn die vorbeschriebene Einrichtung verwende wird, dann erfolgt die Rückmeldung zum Steuerkolber 26 ebenfalls abhängig von der Stellung des Kolbens in Anstellzylinder 6 in der gleichen Weise wie bei de Rückmeldung des Druckes im Anstellzylinder 6, was in Detail bei der Beschreibung der Ausfuhr ingsform nacl Fig. 2 erläutert wurde.

Die Anstellvorrichtung nach der Erfindung wird vol mechanisch und hydraulisch betätigt und arbeitet seh genau. Die Vorrichtung kann, je nach Wunsch, an jeden Ort installiert werden, ohne daß man Umgebungsbedin gungen besonders beachten müßte. Kombiniert mit dei Merkmalen des Systems, nämlich der Steuerung übe eine Servopumpe im Zusammenwirken mit einen Servoventil, ermöglicht die Verwendung von Kugelge windespindeln eine hochwirksame Steuerung de Anstellvorrichtung.

Im Interesse der Kürze zeigen die Zeichnunger nu ein Duo-Blockwalzgerüst. Bei dem Duo-Blockwalzge rüst ist jeder Ständer mit einer Anstellvorrichtung nacl der Erfindung versehen. Beim Anstellen der Walzen ii einem Walzgerüst wird z. B. die Steuerung manchma dadurch bewirkt, daß man die Anstellsätze de Anstellzylinder ändert Die Erfindung gestattet eil schnelles Umstellen der Anstellgeschwindigkeiten de beiden Anstellzylinder durch eine Verteilung voi Elektroimpulsen an die Schrittmotoren. Sc kann mai bei der Steuerung der Walzreduzierung über dl· Anstellzylinder mittels der Erfindung die beidei Anstellzylinder synchron miteinander steuern, und zwa mit hoher Genauigkeit und Präzision. Auch dies ist eil wesentlicher Vorteil, den die vorliegende Erfindunj bietet

Hierzu 3 Blatt Z-ichnungcn

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Hydraulische Anstellvorrichtung für Walzgerüste mit einem Servoventil und zugeordnetem Steuerkolben zur Steuerung der Durchflußmenge der Druckflüssigkeit in Abhängigkeit von einem mechanischen Antrieb, einem Anstellzylinder mit zugeordneter Druckmittelquelle zur Einstellung des Walzdruckes, einem elektrischen Schrittmotor zur ι ο Beaufschlagung des Steuerkolbens über eine Umsetzvorrichtung zur Umwandlung der Drehbewegung des Schrittmotors in eine Linearbewegung des Steuerkolbens und einer Rückkopplungseinrichtung zwischen dem Anstellzylinder und'dem Servoventil, dadurch gekennzeichnet, daß als Umsetzvorrichtung eine Kugelgewindespindel (19) mit nachgeschalteter Feder (24) und als Rückkopplungseinrichtung eine Druckmittelleitung (30) zwischen Anstellzylinder (6) und Servoventil (25) vorgesehen ist, wobei in .bekannter Weise als Druckmittelquelle eine variable Verstellpumpe (9) Verwendung findet, die mit einem Hilfszylinder (10) zur Steuerung ihrer Abgabemenge entsprechend der Menge an Druckflüssigkeit im Servoventil (25) ausgerüstet ist und die Verschiebung der variablen Verstellpumpe (9) über eine weitere Kugelgewindespindel (11) auf ein den Schrittmotor (18) aufnehmenues Gehäuse (17) übertragbar ist, wodurch dem Schrittmotor (18) eine entsprechende Linearbewegung aufgezwungen ist

2. Hydraulische Anstellvorrichtung für Walzgerüste mit einem Servoventil und zugeordnetem Steuerkolben zur Steuerung der Durchflußmenge der Druckflüssigkeit in Abhängigkeit von einem mechanischen Antrieb, einevn Anstellzylinder mit zugeordneter Druckmittelquelle ΐ ir Einstellung des Waizdruckes, einem elektrischen Schrittmotor zur Beaufschlagung des Steuerkolbens über eine Umsetzvorrichtung zur Umwandlung der Drehbewegung des Schrittmotors in eine Linearbewegung des Steuerkolbens und einer Rückkopplungseinrichtung zwischen dem Anstellzylinder und dem Servoventil, dadurch gekennzeichnet, daß als Umsetzvorrichtung eine Kugelgewindespindel (19) mit nachgeordneter Zahnstangen-Ritzel-Kombination (40,41,42) und als Rückkopplungseinrichtung ein von einer Walze (3) im Walzgerüst zur Zahnstange (42) führendes Stahlband (43) vorgesehen ist, wobei in bekannter Weise als Druckmittelquelle eine variable Verstellpumpe (9) Verwendung findet, die mit einem Hilfszylinder (10) zur Steuerung ihrer Abgabemenge entsprechend der Menge an Druckflüssigkeit im Servoventil (25) ausgerüstet ist und die Verschiebung der variablen Verstellpumpe (9) über eine weitere Kugelgewindespindel (11) auf ein den Schrittmotor (18) aufnehmendes Gehäuse (17) übertragbar ist, wodurch dem Schrittmotor (18) eine entsprechende Linearbewegung aufgezwungen ist.