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Hydraulische Steueranordnung Die Erfindung bezieht sich auf eine Steueranordnung
für eine hydraulische Antriebsanordnung mit zwei ähnlichen hydraulischen Zylindereinheiten
mit je einem beweglichen Teil, mit Leitungen, weiche die Einheiten, deren beweqliche
Teile sich normalerweise im wesentlichen synchron bewegen, ueber Kreuz miteinander
hydraulisch verbinden, und mit einer Fluid-Treibeinrichtung für die beweglichen
Teile der Einheiten.
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Es wird häufig gefordert, die beweglichen Teile hydraulischer Zylindereinheiten
in einem gesteuerten verhältnis zueinander zu bewegen Wenn beispielsweise ein Element
wie der sich bewegende Kreuzkopf einer Schmiedepresse von zwei hydraulischen Arbeitszylinder-einheiten
betätigt wird, ist es wichtig, dieses Element während seiner Bewegung in einer konstanten
Lage zu halten. Zur Erzielung dieses Gleichlaufes ist schon vorgeschlagen worden,
jede dieser Arbeitszylinder-Einheiten mit einem Hilfszylinder
auszurüsten,
dessen Kolben mit dem Kolben der Arbeitszylindereinheit gekoppelt ist; ferner sind
die beiden Hilfszylinder kreuzweise so gekoppelt, daß das eine Ende des Hilfszylinders
einer Arbeitszylindereinheit mit dem entgegengesetzten Ende des Hilfszylinders der
anderen Arbeitszylindereinheit gekoppelt ist und umgekehrt. Tritt eine Gleichlauf-Abweichung
ein, dann findet ein Flüssigkeitsaustausch zwischen den beiden Hilfszylindern statt,
welcher den Gleichlauf wieder herstellt.
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Es hat sich gezeiqt, daß die bekannte hydraulische Steuer-@nordnung
solange ausreichend zufriedenstellend arbeitet, solange kein Leckfluß vorhanden
ist. Dagegen kann der Gleichlauf ge4-örL werden, wenn an den Hilfszylindern und
den Überkreuz-leitungszweigen Leckverluste auftreten.
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Eine solche Gleichlauf-Störung kann ernste Folgen haben, insbesondere
dann, wenn eine Schmiedepresse einer exzentrischen Belastunq unterworfen ist.
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Weitere Nachteile eroeben sich, wenn eine gesteuerte Gleichlauf-Abweichung
der beweglichen Teile gewünscht wird, wenn also die eine Zylindereinheit mit einer
etwas höheren Geschwindigkeit bewegt werden soll als die andere.
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Man kann unterschiedliche Kolbengeschwindigkeiten zwar durch gezielte
Bemessung der treibenden Flüssigkeits Zufuhr an der Hauptsteuerung der Zylindereinheiten
erreichen, eine solche Anordnung ist jedoch kompliziert und umfangreich.
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Diese Nachteile werden erfindungsgemäß überwunden durch eine von der
Treibeinrichtung unabhängige Moduliereinrichtung, mittels der Fluid einer externen
Quelle selektiv in jede der kreuzweise verbindenden Leitungen zefuhrbar ist, um
Gleichlauf-Unterschiede zu korriqieren oder eine gewüschte Position oder eine GeschwindigkeitsdiffP
renz zwischen den beweglichen Elementen zu erreichen.
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jC Treireinrichtung arbeitet normalerweise hydraulisch, Kann aber
auch pneumatisch betrieben oder als Kombinat ' on aus einer pneumatischen Kraftantriebseinrichtung
mit hydraulischer Synchronisierung ausgebildet sein.
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-r7uqsweise besitzt die Treibeinrichtung einen vollständig separaten
Fluidkreis mit einem oder mehreren mechanisch mit den beweglichen Teilen gekoppelten
Eleenten; es kann hierzu jedoch ferner eine weitere Drucklüssi@g@eitsquelle gehören,
die mittels einer Ventileinchtung an die eine oder andere der kreuzweise verbin-@@den
l@@tungen anschließbar ist. Wenn der Gleichauf-@euerkreis vom Kraftantriebskreis
getrennt ist, dann t ;-r rstere nicht den großen Durchflußmengen des @etzt@@@ unterworfen
und kann auf einem höheren Sauber-@itsgr@@ gehalten werden als der letztere.
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e sind Sensor-Einrichtungen zur Abtastung von . schwin keitsabweichungen
an den beweglichen Teilen d vcn @en Sensor-Einlichtungen gesteuerter Einrichtungen
r Sieuerung der Modulicereinrichtung vorhanden, um den wischen den beweglichen Teilen
bei einer ge-Inschten Geschwindigkeit oder einen Positionsunterschied @erzielen.
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ie hvc1 ulischen Einheiten können vom linearen oder vom @otor-Typ
sein. Im ersteren Falle sind die hydraulischen Einheiten Kolben-Zylinder-Einheiten,
und die gesamte serdnung kann aus zwei ähnlichen Tandem-Arbeitsz-linder-Einheiten
aus das eine Ende eines Zylinders mit dem anderen Ende des anderen Zylinders und
das andere Ende es einen Zylinders mit dem anderen Ende des anderen linder@ kreuzweise
verbindenden Leitungen, aus eine @e @lauf-Abweichung in der Bewegung der beweglichen
Teile zur Einheiten feststellenden Sensor-Einrichtungen, aus eine- modulierbaren
Druckflüssigkeitsquelle, und einer unter der kontrolle der Sensor-einrichtung stehenden
Kompensations
-Ventil-Einrichtung bestehen, mittels der die modulierbare
Quelle so mit den kreuzweise verbindenden Leitungen verbindbar ist, daß jegliche
festgestellte Gleichlauf-Abweichung reduziert wird. Die Kompensations-Ventil-Einrichtung
ist vorzugsweise zwischen den Enden mindestens eines der Zylinder angeschlossen.
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Die Arbeitszylinder-Einheiten können Treibeinheiten oder Hilfseinheiten
zur Sicherstellung der Synchronisation sein Im ersteren Falle kann zur Anordnung
ein Treibventil gehören, welches an eine der kreuzweise verbindenden Leitungen angeschlossen
ist, um die Flüssigkeitsquelle z steuern und eine Betätigung der beweglichen Teile
zu verursachen. Im letzteren Falle kann der Kolben jeder Einheit mit dem Kolben
einer Treib-Arbeitszylindereinheit verbunden sein, und eine Treib-Flüssigkeitsquelle
kann unter der Steuerung eines weiteren Ventils an die Treibzylinder anschließbar
sein.
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Die Erfindung beschränkt sich nicht auf hydraulische Einheiten vom
Kolben-Zylindertyp, sie ist vielmehr in gleicher Weise auf rotierende hydraulische
Einheiten wie beispielsweise Hydromotoren und rotierende Stellelemente übertragbar.
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Die Erfindung bezieht sich ferner auf eine solche Anordnung in Verbindung
mit einer Presse bzw. mit einem Walzwerk, zu dem ein Walzenständer, eine Eingangs-Spannelement
in Förder richtung vor dem Walzenständer, ein Ausgangs-Spannelement in Förder richtung
hinter dem Walzenständer, je ein erster und zweiter Hydromotor, welcher mit jeweils
einem dieser Spannelemente verbunden ist, ein mit dem ersten Hydromotor verbundener
dritter und ein mit dem zweiten Hydromotor verbundener vierter Rotationsmotor, den
dritten und vierten Motor kreuzweise verbindene Leitungen, und eine Moduliereinrichtung
zur selektiven
Flüssigkeitszufuhr aus einer externen Quelle zu jeder
der kreuzweise verbindenden Leitungen gehören, um einen Geschwindigkeitsunterschied
zwischen dem Eingang;- und dem Ausgangs-Spannelement zu erzeugen.
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Anschließend wird die Erfindung an mehreren bevorzugten Ausführungsbeispielen
unter Bezugnahme auf eine Zeichnung näher erläutert. Darin zeigen: Fig. 1 und 2
je eine verschiedene'Form einer hydraulischen Schmiedepresse mit zugeordneten hydraulischen
Kreisen, und Fig. 3 eine hydraulische Schaltungsanordnung in Verbindung mit rotierenden
Hydromotoren.
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Eiz? in Fig. 1 schematisch dargestellte Schmiedepresse enthält einen
stationären Kreuzkopf 12 sowie einen beweglichen Kreuzkopf 13 und nicht dargestellte
Presswerkzeuge zum Schmieden eines Werkstückes 14. Zur Ausführung des abwärts gerichteten
Arbeitshubes der Presse dient ein Treibzylinder 10 in der Mitte des Kreuzkopfes
13. Doppelt wirkende Hilfszylinder in Form von Rückholzylindern 16 und 17 sind an
äußeren Enden des beweglichen Kreuzkopfes 13 angeschlossen und heben diesen nach
Ausführung eines Arbeitshubes wieder an. Ferner sorgen die Rückholzylinder 16 und
17 dafür, daß der Kreuzkopf 13 während seiner Bewegen( eine konstante Lage behält.
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In einer Druckversorgungsleitung 20 befindet sich zwischen dem Treibzylinder
15 und einer Druckflüssigkeitsquelle ein Richtungssteuerventil 18, welches in seiner
einen Betriebsstellung die Druckversorgungsleitung 20 mit dem Treibzylinder 15 verbindet
und in seiner anderen Betriebsstellung die Entleerung des Treibzylinders ermöglichst.
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Durch kreuzweise verbindende Leitungen 21 und 22 ist jeweils das untere
Ende eines Rückholzylinders mit dem oberen
Ende des anderen Rückholzylinders
verbunden und umgekehrt.
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Beim Abwärtshub der Presse wird die Leitung 21 mittels eines zweiten
Richtungssteuerventils 23 durchgeschaltet, wie dargestellt, und beim nach oben gerichteten
Rückhub der Presse nimmt das Richtungssteuerventil 23 seine andere Stellung ein,
wo die Druckversorgungsleitung 20 auf die Leitung 21 geschaltet ist und der Rückholzylinder
17 oberhalb seines Kolbens entleert wird.
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Ein Servo-Ventil 24 ist über je eine Leitung 21A und 22A mit je einem
Ende des Rückholzylinders 17, ferner an eine I-Tochdruckversorgungsleitung 25 und
an einen Abfluß angeschlossen. In der Ruhestellung des Servo-Ventils 24 ist die
Hochdruckversorgungsleitung 25 von den Leitungen 21A und 22A und damit von dem Rückholzylinder
17 abgesperrt, und in den beiden entgegengesetzten Betriebsstellungen des Servo-Ventils
24 ist entweder das eine oder das andere Ende des Rückholzylinders 17 mit der Hochdruckversorgungsleitung
25 bzw. mit dem Abfluß verbunden.
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Beim nach unten gerichteten Arbeitshub der Schmiedepresse sorgen die
Rückholzylinder 16 und 17 für einen synchronen Bewegungsablauf der beiden Enden
des beweglichen Kreuzkopfes 13. Nimmt beispielsweise das Werkstück 14 eine exzentrische
Lage gegenüber dem Treibzylinder 15 ein, wie dargestellt, dann hat das rechte Ende
des Kreuzkopfes 13 das Bestreben, sich nach unten zu neigen.
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Wenn dieser Fall eintritt, wird Flüssigkeit vom unteren Ende des Zylinders
17 zum oberen Ende des Zylinders 16 übertragen, und umgekehrt, so daß der Rückholzylinder
16 eine nach unten gerichtete Kraft auf das linke Ende des Kreuzkopfes 13, und der
andere Rückholzylinder 17 eine nach oben gerichtete Kraft auf das rechte Ende des
Kreuzkopfes 13 überträgt. Sofern sich kein Leck im System befindet, wird dadurch
der Kreuzkopf in einer zum stationären Kreuzkopf 12 parallele Lage zurückgeholt
und zur
Einhaltuna dieser Parallelität veranlaßt.
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r)ie Ilsqänge von zwischen den Enden der beiden Kreuzköpfe 12 und
13 angeordneten Positionswandlern 26 und 27 werden in einer Schaltung 29 verglichen
und zeigen eine Parallelitätabweichung zwischen beiden Kreuzkcpfen an, wenn der
Bewegungsgleichlauf an den beiden Enden des Kreuzkopfes 13 gestört ist. Eine solche
Cleichlaufabseichung tritt auf, wenn in dem hydraulischen Kreis der Rückholzylinder
16 und 17 ein Leck vorhanden ist. Wenn die Schaltung 29 ein solches Abweichungssignal
erzeugt, wird es in das Servo-Ventil 24 eingegeben und dieses in die richtige Arbeitsstellung
umqeschaltet, um bei den Rückholzylindern 16 und 17 einen abweichenden Bewegungsablauf
zu erzeugen, bis die Gleichlaufabweichung ausgeglichen wurde. Wenn sich beispielsweise
der Kreuzkopf 13 im Uhrzeigersinne neigt, versorgt das Servo-Ventil 24 das untere
Ende des Rückholzylinders 17 und das obere Ende des Rückholzylinders lG mit Druckflüssigkeit,
um durch diese gegenläufige Kupplung die Parallelitt des Kreuzkopfes 13 wieder herzustellen.
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Für den Rückhub der Schmiedepresse werden die Ventile 18 und 23 so
umgeschaltet, daß die Flüssigkeit aus der Leitung 20 in das untere Ende des Rückholzylinders
16 einqespeist und das obere Ende des Rückholzylinders 17 entleert wird. Da beide
Rückholzylinder 16 und 17 durch die leitung 22 in Serie verbunden sind, bewegen
sich beide Kolben synchron nach oben, sofern der hydraulische Kreis kein Leck hat.
Sollte ein solches Leck vorhanden sein, dann wird die daraus resultierende Gleichlauf-Abweichung
durch die Stellung der Positionswandler 26 und 27 festqestellt und das Servo-Ventil
24 so angesteuert, daß es Flüssigkeit aus der Hochdruckversorgungsleitung 25 an
das obere Ende des Rückholzylinders 17 einspeist und die
festgestellte
Abweichung auf Null zurückstellt Das Servo-Ventil wurde als Vier-Wege-Ventil beschrieben,
welches die Leitungen 21 und 22 entweder mit der Hochdruckversorgungsleitung 25
oder mit dem Abfluß verbinden.
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Es ist jedoch auch möglich, auf Leitung 21A oder 22A zu verzichten
und Ventil 24 als Drei-Wege-Typ auszubilden, so daß die verbleibende Leitung 22A
oder 21A entweder an die Hochdruckversorgungsleitung 25, an den Abfluß oder keinen
Von beiden angeschlossen wird, Das Ventil 24 steuert dann den Flüssigkeitsstrom
zu und von der verbleienden Leitung 22A oder 21A und steuert somit die relative
Auswanderung der Rückl,olzylinder 16 und 17.
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Auch in Fig. 2 besitzt die schematisch dargestellte Presse wieder
ihre Kreuzköpfe 12 Iind 13 mit den zugeordneten Positionswandlern 26 und 27. Gegenüber
Fig. 1 sind hier jezl ch die Zylindereinheiten 15-17 durch zwei Zylindereinheiten
30 und 31 ersetzt, die an einem weiteren Kreuzkopf 32 befestigt sind, welcher durch
Säulen 33 getragen wird, auf denen der bewegliche Kreuzkopf 13 geführt ist.
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Jede Zylindereinheit 30 und 31 ist aus je zwei separaten Zylindern
30A, 30B, bzw. 31A, 31B zusammengesetzt. Bei der Zylindereinheit 30 gleiten zwei
Kolben 34A, 34B innerhalb der Zylinder 30A, 30B, befestigt an einer gemeinsamen
Kolhenstange 35, deren anderes Ende mit dem beweglichen Kreuzkopf 13 verbunden ist.
Die Zylindereinheit 31 besitzt ähnliche Kolben 36A, 36B in Verbindung mit einer
gemeinsamen Kolbenstange 37. Das Haupt-Richtungssteuerventil 18 ist mit einem Ausgang
an die oberen Enden der Zylinder 30A, 31A und mit einem anderen Ausgang an die unteren
Enden der gleichen Zylinder angeschlossen. Die Zylinder 30B, 31B sind über Leitungen
40, 41 kreuzweise verbunden, welche außerdem an die Ausgänge des Servo-Ventils 24
angeschlossen sind.
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Unter der Voraussetzung, daß die hydraulischen Kreise kein Leck aufweisen,
wird der nach unten gerichtete Arbeitshub dadurch ausgelöst, daß das Richtungssteuerventil
18 aus seiner dargestellten Lage nach rechts verschoben wird, so daß Druckflüssigkeit
aus der Versorqungsleitung 20 an die Oberseiten der Zylinder 30A und 31A gelangt
und die unteren Enden der gleichen Zylinder mit dem Abfluß verbunden werden. Während
der Abwärtsbewegung des Kreuzkopf es 13 gewährleisten die kreuzweise verbundenen
Leitungen 140 und 141, daß beide Kolben 35 und 37 sich synchron bewegen. Wenn aufgrund
eines Leckes dieser Synchronlauf gestört ist, dann geben die Positionswandler 26
und 27 ein entsprechendes Abweichungssignal ab und bewirken über das Servo-Ventil
24, daß Flüssigkeit aus der Hochdruckversorgungsleitung 25 entweder in Leitung 40
oder 41 gelangt, bis der Synchronlauf wieder hergestellt und der Kreuzkopf 13 parallel
zum Kreuzkopf 12 ausgerichtet ist. Beim Aufwärtshub des Kreuzkopfes 13 arbeitet
die Steueranordnung ähnlich, die unteren Enden der Zylinder 30A, 31A sind an die
Druckversorgungsleitung 20 angeschlossen. Auch hierbei sorgen die Zylinder 30A,
31B für den Synchronlauf ihrer Kolben 35 und 37 in Verbindung mit den Po sitionswandlern
26 und 27 und dem Servoventil 24.
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Während es normalerweise erforderlich ist, daß der Kreuzkopf 13 der
Schmiedepresse von Fig. 1 und 2 ständig parallel zum Kreuzkopf 12 ausgerichtet ist,
können Fälle vorkommen, in denen ein Neigungswinkel des einen Kreuzkopfes zum anderen
erwünscht ist. Die Neigung wird durch Betätigung des Servo-Ventils 24 in die entsprechende
Richtung bewirkt. An einem Einstellglied 39 kann man einen gewünschten Neigungswinkel
oder einen gewünschten Geschwindigkeitsunterschied einstellen, und eine sowohl mit
dem Einstellglied 39 als auch mit den Positionswandlern 26 und 27-verbundene
Schaltunq
39A gibt ein Fehlersignal an das Servo-Ventil 24 ab, wenn eine Abweichung von dem
gewünschten Wert des Neigungswinkels oder des Geschwindigkeitsunterschiedes vorliegt.
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Mit einer der in Fig. 1 und 2 dargestellten Steueranordnung ähnlichen
Anordnung kann man den Synchronbetrieb von zwei separaten Paaren von mechanisch
gekoppelten hydraulischen Rotoreinheiten wie Hydromotoren oder Rotorantrieben überwachen
und steuern.
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zusätzlich zu dem Kriterium, eine synchrone Linear- oder Drehbewegung
zu erzeugen, läßt sich mit Hilfe der Steueranordnung von Fig. 3 ein unterschiedlicher
Bewegungsablauf ralisieren. In Fig. 3 werden rotierende Hydromotoren verwendet.
Gemäß Fig. 3 werden zwei Hauptantriebsmotoren 40 und 41 parallel über ein Richtungssteuerventil
43 aus einer veränderlichen Speisepumpe 42 versorgt. Die Triebwellen der beiden
Hauptantriebsmotoren 40 und 41 sind jeweils mit dem Rotor eines Hilfshydromotors
44 bzw. 45 verbunden und diese sind wieder durch Leitungen 46 hydraulisch über Kreuz
gekoppelt. Normalerweise laufen die Hauptantriebsmotoren 40 und 41 synchron, sofern
kein Leck vorhanden ist. Die Leitungen 46 sind außerdem ähnlich dem Servo-Ventil
24 von Fig. 1 und 2 an ein Servo-Ventil 47 angeschlossen, so daß jede der beiden
Leitungen 46 an eine Druckleitung 48 und die andere an einen Abfluß angeschlossen
werden kann.
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Wenn die beiden Triebwellen synchron laufen sollen, dann sind sie
mit je einem rotierenden Positionswandler 50 bzw. 51 verbunden, deren Ausgänge in
einer Schaltung 49 verglichen werden. Ähnlich wie bei den Steueranordnungen von
Fig. 1 und 2 wird das in der Schaltung 49 erzeugte Differenzsignal in das Servo-Ventil
47 eingespeist. Sollen
die Triebwellen mit einem vorgegebenen Geschwindigkeitsunterschied
rotieren, dann können die rotierenden Positionswandler 50 und 51 mit geeigneten
geschwindigkeitsvergleichenden logischen Schaltungen versehen Qder als Tachooeneratoren
ausgebildet sein, deren Ausgänge differenziert und dann in der Schaltung 49 mit
einem in eine Ein}leit 49A eingegebenen Wert verglichen werden, welcher die gegebene
Geschwindigkeitsabweichung repräsentiert.
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Das Vergleichssignal wird dann dazu benutzt, das Servo-Ventil 47 so
anzusteuern, daß die zugeführte Flüssigkeit zu und von den Leitungen 46 mit einer
Durchflußmenge strt, welche dem gewünschten Geschwindigkeitsunterschie<i entsprechen.
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Alle dargestellten und zuvor beschriebenen hydraulischen Kreise ermöglichen
eine Feinsteuerung für große Kreise mit hoher Leistung, ohne daß die große Leistung
durch das Servoventil hindurchströmen muß, mit dessen Hilfe die Feinsteuerung durchgeführt
wird. Mit Hilfe dieser Feinsteuerung läßt sich entweder die parallele bzw. synchrone
Bewegung steuern oder eine gesteuerte Abweichung von diesen Zuständen erreichen.
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Fig. 3 stellt ein Ausführungsbeispiel dar, wo ein asynchroner Antrieb
erwünscht ist. Im oberen Teil der Fig.3 ist ein Walzwerk 52 schematisch dargestellt,
welches von einem Streifen durchlaufen wird, der von einer Abwickelrolle 53 über
ein Eingangsspannelement 54 und ein Ausgangsspannelement 55 zu einer Aufwickelrolle
56 transportiert wird. Die rotierenden Spannelemente 54 und 55 sind jeweils mit
der Welle eines der Motoren 40 und 51 verbunden, die jeweils als Generator und als
Motor wirken. Die Hilfshydromotoren 44 und 45 übertragen die Leistung vom Eingangsspannelement
54 zum Ausgangsspannelement 55. Verursacht durch eine Längung des das Walzwerk 52
durchlaufenden Streifenmaterials ergibt sich ein Geschwindigkeitsunter
schied
zwischen den beiden rotierenden Spannelementen 54 und 55; die zusätzliche Leistung
für den Geschwindigkeitsunterschied liefert das Servo-Ventil 47 unter der Ansteuerung
durch die Tachogeneratoren bzw. Positionswandler 50 und 51, wie zuvor beschrieben.