DE2744810B2

DE2744810B2 - Stellungsfühler für einen Hydraulikzylinder

Info

Publication number: DE2744810B2
Application number: DE2744810A
Authority: DE
Inventors: Shigeo Kanagawa Saotome (Japan)
Original assignee: Ishikawajima-Harima Jukogyo Kk Tokio
Current assignee: Ishikawajima-Harima Jukogyo Kk Tokio
Priority date: 1976-10-05
Filing date: 1977-10-05
Publication date: 1980-05-14
Also published as: DE2744810C3; JPS5356053A; DE2744810A1; US4179982A

Description

Die Erfindung betrifft einen Steliungsfühler für einen Hydraulikzylinder gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Ein Steliungsfühler für hydraulische Arbeitszylinder mit einer ein Stellungssignal erzeugenden Spule und einem darin verschieblichen Kern ist beispielsweise aus der DE-OS 25 53 014 bekannt. Dieser bekannte Steliungsfühler weist aber noch nicht alle im Oberbegriff des Anspruches 1 als bekannt vorausgesetzten Merkmale auf.

Ein Steliungsfühler gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1 gehört zum internen Stand der Technik der Anmelderin. Bei diesem als bekannt vorausgesetzten Steliungsfühler ist die den Kern (ragende Stützslange am Gehäuse des Hydraulikzylinders und die Spule am Kolben des Hydraulikzylinders starr befestigt, so daß seitliche Verlagerungen, Verkantungen und Vibrationen zwischen dem Gehäuse und dem Kolben in die Messung eingehen und zu Meßfeh'ern führen. Insbesondere bei Verwendung des Stellungsfühlers in einem Warmwalzwerk für einen eine mit einer Arbeitswalze zusammenwirkende Stützwalze beaufschlagenden Hydraulikzylinder ist die Erfassung des Abstandes zwischen dem Gehäuse des Hydraulikzylinders und dessen Kolben schwierig, da das Gehäuse des Hydraulikzylinders unvermeidlich starken Stoßen und Schwingungen infolge der Drehung der Walzen und infolge des Walzdruckes ausgesetzt ist.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Steliungsfühler gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1 so auszubilden, daß selbst dann, wenn der Hydraulikzylinder starken Schwingungen unterworfen wird, die Relativsteliüng zwischen dem Gehäuse des Hydraulikzylinders und dessen Kolben mit hoher Genauigkeit erfaßt werden kann.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruches 1 gelöst.

Nach der Erfindung ist die den Kern tragende Stützstange nicht starr an dem jeweils anderen Teil, näm'ich Kolben bzw. Gehäuse, befestigt, sondern an einem gleitbeweglich in das die Spule tragende Bauteil ragenden Stößel, der federnd gegen das jeweils andere Teil angedrückt ist, so daß seitliche Verlagerungen u. dgl. zwischen dem Gehäuse und dem Kolben des Hydraulikzylinders nicht auf die Messung übertragen werden. Die den Kern tragende Stützstange führt vielmehr aufgrund der Führung durch das die Spule tragende hohlzylindrisehe Bauteil die gleichen seillichen Bewegungen aus wie die Spule.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Die Erfindung wird nun anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine schematische Darstellung zur Veranschaulichung der Arbeitsweise hydraulisch angestellter Walzengerüste,

Fig. 2 einen schematischen Schnitt durch ein Walzgerüst mit einem erfindungsgemäßen Steliungsfühler,

Fig. 3 einen schematischen Schnitt durch eine Bauform des Stellungsfühlers gemäß dem internen Stand der Technik,

Fig.4 einen Längsschnitt durch eine erste Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Stellungsfühlers,

F i g. 5 in vergrößerter Darstellung eine Einzelheit des Stellungsfiihlers gemäß F i g. 4 und

Fig.6 einen Längsschnitt durch eine zweite Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Stellungsfühlers.

Ein hydraulisch angestelltes Walzengerüst, bei dem die Verlagerung oder Auslenkung der bodenseitigen Walze infolge des Walzdruckes durch einen Hydraulikzylinder ausgeglichen wird, ist in Fig. 1 schematisch veranschaulicht. Dabei sind mit 1 die Arbeitswalzen, mit 2 die Stützwalzen und mit 4 ein Hydraulikzylinder bezeichnet. Die obere Arbeitswalze 1 und die obere Stützwalze 2 sind entsprechend der Dicke des Walzgutes 5 und entsprechend ihren Durchmessern zugestellt, während die bodenseitige Arbeitswalze I und die Stützwalze 2 entsprechend dem Walzdruck durch den Hydraulikzylinder 4 positioniert werden, der ein Einbaustück 3 der unteren Stützwalze 2 abstützt, so daß insgesamt das Walzgut S auf die gewünschte Dicke

gewalzt werden kann.

Die Einstellung der unteren Stützwalze 2 durch den Hydraulikzylinder 4 erfolgt derart, daß der gewünschte Abstand zwischen der oberen und der unteren Arbeitswalze 1 aufrechterhalten bleibt Im einzelnen wird hierzu die Stellung des Gehäuses 4a gegenüber der Stellung des Kolbens 5 abgefübh und wird diese abgefühlte Stellung mit einem vorbestimmten Bezugswert verglichen, worauf der Hydraulikzylinder 4 so betätigt werden kann, daß Abweichungen der Ist-Stellung vom Sollwert zu Null gemacht werden können, wodurch der Abstand zwischen den Arbeitswalzen 1 auf den gewünschten Wert eingestellt wird.

Von den verschiedenen SteUungsfühlern, die zur Erfassung der Relativstellung zwischen dem Zylindergehäuse 4a und dem Kolben 5 in Verwendung sind, ist eine bekannte Ausführungsform in Fig.3 veranschaulicht. Dabei ist ein Kerneisen B am Zylindergehäuse A befestigt, während eine Fühlspule D am Kolben C befestigt ist, so daß die Relativstellung oder Abweichungen hiervon als Funktion des Abstandes zwischen den einander gegenüberliegenden Flächen des Zylindergehäuses A und des Kolbens C erfaßt werden können. Dieser Stellungsfühler hat jedoch den Nachteil, daß seitliche Verlagerungen, Verkantungen und Vibrationen zwischen dem Zylindergehäuse A und dem Kolben Czu Meßfehlern führen.

In Fig.2 ist schematisch ein Schnitt durch ein Walzgerüst mit einem erfindungsgemäßen Stellungsfühler dargestellt. Das Einbaustück 3 zur Abstützung der unteren Stützwalze 2 wird durch den Hydraulikzylinder 4 abgestützt, dessen Kolbenstange über einen Ei.:stellmechanismus 7 für den Kolben 5 am Ständer des Walzgerüstes 6 befestigt ist. Zwischen dem Zylindergehäuse 4a und dem Kolben 5 ist ein erfindungsgemäßer Stellungsfühler 8 eingesetzt, der die Relativstellung zwischen dem Zylindergehäuse 4a und dem Kolben 5 bzw. eine Abweichung der Stellung des Zylindergehäuses 4a von einem vorgegebenen Sollwert erfaßt.

Wie aus den Fig.4 und 5 ersichtlich ist, weist der Stellungsfühler 8 ein äußeres hohlzylindrisches Bauteil 9 auf, das fest in einen Abschnitt kleineren Durchmessers einer mittleren oder koaxialen Bohrung eingesetzt ist, die im Zylindergehäuse 4a vorgesehen ist. Der obere Flansch des Bauteils 9 liegt fest an einem ringförmigen Bodenbereich eines Abschnittes großen Durchmessers der koaxialen Bohrung an, wobei das Bauteil 9 sich nach unten in eine koaxiale Bohrung 16 des Kolbens 5 hinein erstreckt. Ein<i obere, fest angebrachte zylindrische Abstützeinrichtung 19 ist in das hohlzylindrische Bauteil 9 eingesetzt, wobei das untere Ende der Abstützeinrichtung 19 in einem vorbestimmten Abstand vom unteren Ende des hohlzylindrischen Bauteils 9 liegt. Ein unterer Stößel 10 greift gleitbeweglich in den unteren Abschnitt der koaxialen Bohrung des Bauteils 9 ein, wobei der obere Abschnitt des Stößels 10 gleitbeweglich den unteren Abschnitt verringerten Durchmessers der oberen zylindrischen Abstützeinrichtung 19 übergreift. Der untere Endabschnitt des Stößels 10 erstreckt sich aus dem unteren Ende des Bauteils 9 hinaus. Eine Andrückvorrichtung 12 für den Stößel 10 drückt normalerweise den gleitbeweglichen Stößel 10 gegen einen Sitz 11, der fest am Boden der koaxialen Bohrung des Kolbens 5 befestigt ist. Eine Stützstange 13 für einen Kern 23 erstreckt sich durch die obere Abstützeinrichtung 19 und den unteren Stößel 10 koaxial zu diesen und weist an ihrem unteren Ende einen Flansch auf, der gegen den Boden einer H;>.!tebohrung 10a anlegbar ist, welche am unteren Bereich des Stoßeis 10 koaxial hierzu angeordnet ist. Eine Druckfeder 14 ist in der Haltebohrung 10a zwischen dem Flansch der Stützstange 13 und einem Federhalter vorgesehen, der über die ϊ Stützstange 13 gesetzt ist. Eine Fühleinrichtung 15 zur Erfassung einer Bewegung zwischen dem Zylindergehäuse 4a und dem Kolben 5 wird weiter unten näher erläutert

Das äußere hohlzylindrische Bauteil 9 ist als Stahlrohr

i'i ausgebildet und weist eine hohe Steifheit und eine dicke Wand auf, so daß Verformungen des Bauteiles 9 infolge von Vibrationen des Zylindergehäuses 4a bei der Drehung der Walzen und als Reaktion auf den Walzdruck vermieden werden. Das Bauteil 9 erstreckt

ι> sich durch die koaxiale Bohrung des Zylindergehäuses 4a und die koaxiale Bohrung 16 des Kolbens 5. Das untere Ende des Stößels 10, welches am Sitz 11 anliegt, ist ebenso wie das untere Ende der Stützstange 13 beispielsweise spanend so gearbeitet, daß eine teilweise kugelkalotten- oder zylindermantelförmige Oberfläche entsteht, die nach unten konvex ausgebildet ist. so daß Neigungs- oder Kippbewegungen dieser Teile auf der ebenen Oberfläche des Sitzes 11 möglich sind.

Die Andrückvorrichtung 12 für den gleitbeweglichen

2". Stößel 10 besteht aus einer ringförmigen Druckkammer 20, die zwischen der Innenoberfläche des Bauteiles 9, dem Stufenabschnitt der oberen, festen zylindrischen Abstützeinrichtung 19 und dem oberen Ende des unteren, gleitbeweglichen Stößels 10 gebildet ist und

)o über radiale ölkanäle 22 mit einer Arbeitskammer in Verbindung steht, die zwischen dem Zylindergehäuse 4a und dem Kolben 5 ausgebildet ist, so daß Arbeitsöl unter hohem Druck in die Druckkammer 20 eindringen kann. Dabei dient der obere Abschnitt 21 des Stößels 10, der

Ii flüssigkeitsdicht zwischen dem Bauteil 9 und der oberen, festen Abstützeinrichtung 19 eingesetzt ist, als Kolben, so daß der Stößel 10 in Anlage an den Sitz 11 gedruckt wird, wenn Arbeitsöl unter Druck in die Druckkammer 20 eindringt, und zwar selbst dann, wenn das

in Zylindergehäuse 4a gegenüber dem Kolben 5 verlagert wird.

Auch die Stützstange 13 wird an den Sitz 11 unter der Kraft der Druckfeder 14 angedrückt, die zwischen dem Flansch der Stützstange 13 und dem Federhalter eingesetzt ist.

Die Fühleinrichtung 15 zur Erfassung der Verlagerung des Zylindergehäuses 4a gegenüber dem Kolben 5 besteht aus einem induktiven Weggeber mit einem Kern 23, der am oberen Ende der Stützstange 13 befestigt

5(> oder einstückig mit dieser ausgeführt ist, und aus einer Spule 24, in die der Kern 23 verschiebbar eingreift und die sich von der Oberseite des Bauteils 9 in den oberen Abschnitt der koaxialen Bohrung der Abstützeinrichtung 19 nach unten hinein erstreckt.

Das obere offene Ende der koaxialen Bohrung des Zylindergehäuses 4a ist mit einer Abdeckung 29 abgeschlossen. Das Bauteil 9 erstreckt sich durch einen Dichtring 30 hindurch, der in der koaxialen Bohrung 16 des Kolbens 5 angeordnet und durch einen Dichtring-

■>» halter 31 lagegesichert ist.

Im Betrieb wird der Kolben 5 durch die in Fig. 2 veranschaulichte Kolbenstellvorrichtung 7 in seiner Stellung eingestellt. Während des Walzvorganges führen Änderungen des Walzdruckes zu Lageänderun-

i> gen der unteren Stützwalze 2 und damit des Zylindergehäuses 4a. Als Folge bewegt sich die Spule 24 der Fühleinrichtung 15 vertikal auf und ab, zusammen mit dem Zylindergehäuse 4a, wobei eine entsprechende

Relativbewegung gegenüber dem Kern 23 austritt, der ortsfest gehalten ist, so daß die Verlagerung des Zylindergehäuses 4a gegenüber dem Kolben 5 in der an sich bekannten Weise in ein analoges elektrisches Signal umgewandelt werden kann.

Wenn das Zylindergehäuse 4a und mit ihm das Bauteil 9 Vibrationen infolge der Drehung der Walzen und der Reaktion auf den Walzdruck ausgesetzt ist, werden sowohl der Stößel 10 als auch die Stützstange 13 geneigt, wobei die Berührungsstelle zwischen der kugelkalottenförmigen unteren Stirnfläche und der ebenen Oberfläche des Sitzes 11 als Drehpunkt wirkt, oder führen seitliche Gleitbewegungen über den Sitz 11 aus, so daß keine Biegekräfte auf die Stützstange 13 einwirken. Als Folge hiervon kann eine Verlagerung des Kernes 23 infoige von Biegungen der Stützstange 13 sicher vermieden werden, selbst wenn das Zylindergehäuse 4a starken Schwingungen ausgesetzt ist, so daß als Folge eine präzise Erfassung der Verlagerung des Zylindergehäuses 4a gegenüber dem Kolben 5 möglich wird. Darüberhinaus ist der untere Endabschnitt der Stützstange 13 durch den Stößel 10 sicher gehalten, so daß selbst bei Vibrationen des Zylindergehäuses 4a keine übermäßige, unerwünschte Kraft auf die Stützstange 13 einwirkt.

Selbst dann, wenn die Vertikalstellung des Hydraulikzylinders 4 Schwankungen unterworfen ist, wird Arbeitsöl unter Druck in die Druckkammer 20 über die radialen Ölkanäle 22 eingeführt, so daß der Stößel 10 stets gegen den Sitz 11 gedruckt ist, wobei auch die Stützstange 13 im Stößel 10 durch die Druckfeder 14 gegen den Sitz 11 gedruckt ist. Selbst wenn also die Stellung des Kolbens 5 Änderungen unterworfen ist, kann die Verlagerung des Zylindergehäuses 4 gegenüber dem Kolben 5 mit einer höheren Genauigkeit erfaß! werden, als dies bislang möglich war.

In Fig. 6 ist eine zweite Ausführungsform der Erfindung veranschaulicht, die in ihrem Aufbau im

wesentlichen der ersten Ausführungsform entspricht, wie sie im Zusammenhang mit den Fig. 4 und 5 erläutert worden ist, mit Ausnahme des Umstandes, daß anstelle von Hydraulikdruck zur Anpressung des Stößels 10 gegen den Sitz 11 eine Druckfeder 32 verwendet ist. Die Druckfeder 32 ist unter Spannung zwischen dem unteren Ende der Abstützeinrichtung 19 und dem Federhalter im Stößel 10 eingesetzt, so daß letzterer normalerweise nach unten in Richtung auf den Sitz 11 und an diesen angedrückt wird. Ebenso wie bei der ersten Ausführungsform kann auch bei der zweiten Ausführungsform die Verlagerung des Zylindergehäuses 4a gegenüber dem Kolben 5 mit höherer Genauigkeit erfaßt werden.

In einer abgewandelten Ausführungsform kann das Bauteil 9 anstatt am Zyündergehäuse Aa, wie dies im Rahmen der vorstehend erläuterten Ausführungsbeispiele der Fall ist, auch am Kolben 5 befestigt sein.

Selbst dann, wenn der Hydraulikzylinder 4 starken Schwingungen beim Walzvorgang ausgesetzt ist, können somit im Falle der Erfindung die konvexen, beispielsweise kugelkalottenförmigen Stirnflächen des Stößels 10 und der Stützstange 13 an der ebenen Oberfläche des Sitzes 11 abrollen oder darüber gleiten, so daß Biegungen der Stützstange 13 und damit des Kernes 23 vermieden werden und demzufolge eine Verlagerung des Zylindergehäuses 4a gegenüber dem Kolben 5 mit höherer Genauigkeit erfaßt werden kann. Darüberhinaus dient die Andrückvorrichtung 12 für die Abstützeinrichtung und den Stößel dazu, den Stößel 10 normalerweise an den Sitz 11 anzudrücken, während die Druckfeder 14 dazu dient, die Stützstange 13 gegen den Sitz 11 mit vorbestimmtem Druck anzudrücken, so daß bei jeder Einstellung der Position des Kolbens 5 die Verlagerung des Zylindergehäuses 4a gegenüber dem Kolben 5 ohne jegliche Einschränkung erfaßt werden kann.

Hierzu 6 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

t. Steliungsfühler für einen Hydraulikzylinder mit einer ein Stellungssignal erzeugenden Spule und einem darin verschieblichen Kern, wobei ein die "> Spule tragendes hohlzylindrisches Bauteil fest im Gehäuse oder Kolben des Hydraulikzylinders koaxial zu diesem angeordnet ist und sich gleitbeweglich in das andere Teil des Hydraulikzylinders, nämlich in Kolben bzw. Gehäuse, erstreckt, und eine ι» den Kern tragende, koaxial durch das hohlzylindrische Bauteil und zur Spule verlaufende Stützstange mit dem jeweils anderen Teil zusammenwirkt, dadurch gekennzeichnet, daß in dem dem anderen Teil (5) zugewandten Abschnitt des i> hohlzylindrischen Bauteils (9) ein Stößel (10) gleitbeweglich angeordnet ist, der durch eine Andrückvorrichtung (12) federnd gegen einen Sitz (51) des anderen Teils (5) vorgespannt ist und daß die Stützstange (13) am Stößel (10) befestigt ist. _> <>
2. Stellungsfühler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Stützstange (13) eine Haltebohrung (\0a) im Stößel (10) spielfrei durchgreift und von einer sich am Stößel (10) abstützenden Druckfeder(14) gegen den Sitz (11) vorgespannt ist. >>
3. Stellungsfühler nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Andrückvorrichtung (12) aus einer ringförmigen Druckkammer (20) besteht, die zwischen der Innenseite des hohlzylindrischen Bauteils (9), dem inneren Ende (21) des w Stößels (10) und einer in das hohlzylindrische Bauteil

(9) eingesetzten Abstützeinrichtung (19), die einen Abschnitt kleineren Durchmessers aufweist, der in eine Bohrung des Stößels (10) gleitbeweglich eingreift, gebildet ist und über Kanäle (22) mit der s> Arbeitskammer des Hydraulikzylinders (4) in Verbindungsieht.
4. Stellungsfühler nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Andrückvorrichtung (12) aus einer Druckfeder (32) besteht, die "> zwischen einer in das hohlzylindrisehe Bauteil (9) eingesetzten Abstützeinrichtiing (19) und dem Stößel (10) eingespannt ist.
5. Steliungsfühler nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß die Anlagefläche des Stößels 4^r>

(10) am Sitz (11) konvex ausgebildet ist.
6. Steliungsfühler nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Anlagefläche der Stützstange (13) am Sitz (11) konvex ausgebildet ist.