DE2952098C2 - Vorrichtung zur Servo-Steuerung von hydraulischen Antrieben für Transportvorrichtungen - Google Patents

Description

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se, nämlich entgegen der bisher in Fachkreisen herr- standteil einer Servo-Steuervorricätung nach den sehenden Meinung, ergeben, daß das Betriebsverhalten Fig. 1 bis3 bildenden Vierwege-Proportionalventils.
t⁴er hydraulischen Antriebe für Transportvorrichtungen, Inden Fig. 1 bis 3 der Zeichnung ist al« Anwendungsinsbesondere der Differentialzylinder von Hubbalken- beispiel für eine erfindungsgemäße Servo-Steuervor- und Kettenförderanlagen in Stahl- und Walzwerken 5 richtung eine Hubbalken-Transportvorrichtung 1 ge- oder dergleichen, nicht durch die dem Hydrauliksystem zeigt, deren Hubbalken 2 auf Laufschienen' innerhalb innewohnende Eigenfrequenz beeinträchtigt wird, wenn gewisser Grenzen hin und her verfahrbar ist
das Vierwege-Proportionalventil in einem gegen Brand- Als Fahrantrieb für den Hubbalken 2 ist dabei ein gefahr sicheren und auch, wartungsfreundlichen Ab- hydraulischer Differentialzylinder 4 vorgesehen, in dem stand vom hydraulischen Antrieb angeordnet wird. 10 der Kolben 5 mit Hilfe der Druckflüssigkeit wechselwei-

Diese überraschende Erkenntnis macht es daher erst- se hin und her verschoben werden kann. Der Kolben 5 mais möglich, den Aufbau und die Wirkungsweise der ist über die Kolbenstange 6 mit dem Hubbalken 2 der gattungsgemäßen Vorrichtung zur Servosteuerung: HTibfaalfcen-Tramportrrig I gekuppelt

von hydraulischen Antrieben für Transportvorrichtiin- An den sich gegnüeegenden Enden münden die

gen, wie Hubbalken- und Kettenförderanlagen in Stahl- 15 Druckleitungen 7 und 8 in den Differentialzylinder 4, die

und Walzwerken oder dergleichen zu vereinfachen bzw. abwechselnd mit einer Druckflüssigkeits-Zuführleitung

zu verbessern. 9 und einer Flüssigkeits-Rückleitung 10 verbunden wer-

Vorteilhäft ist dabei die hohe Feinfühligkeit und Ge- den können.

nauigkeit der Laststeuerung, weil Richtungs- und Als Richtungs- und Durchflußsteuerorgan der Servo-

Durchflußsteuerung in einem Gerät vereinigt sind, weil 20 Steuervorrichtung ist dabei zwischenden Druckleitun-

lastunabhängige, stufenlose Geschwindigkeitsübergän- gen 7 und 8 einerseits sowie der Druckflüssigkeits-Zu-

ge und eine geringe Hysterese erreicht wird, weil nur führleitung 9 und der Flüssigkeits-Rückleitung 10 ande-

geringe Druckspitzen durch lange Kolbenhübe auftre- rerseits ein Vierwege-Proportionalventil 11 vorgesehen,

ten sowie kurze Beschleunigungs- und Verzögerungs- Der Grundaufbau eines solchen Vierwege-Proportio-

wege ohne Schwingungen erreicht werden können. 25 nalventils 11 ist aus F i g. 4 ersichtlich. Hiernach besteht

Es ergibt sich auch ein geringer Anlagenaufwand, es aus einem elektrohydraulischen Vorsteuerventil 12 weil die kompakte Bauweise einen minimalen Verroh- und einem hydraulischen Hauptventil 13.
rungsaufwand erfordert, weil geringe Leistungsverluste Das elektrohydraulische Vorsteuerventil 12 ist mit den Energieverbrauch vermindern und das Hydraulik- zwei Proportionalmagneten 14', 14" ausgestattet, die aggregat mit kleinem Antriebsmotor und kleiner Pumpe 30 jeweils von einem regelbaren, in öl arbeitenden Gleichwirtschaftlich arbeitet Die Pumpe kann für konstante Strommagnet gebildet werden und welche ein elektri-Fördermenge ausgelegt werden und es sind nur ein klei- sches Signal in eine proportionale Kraft umwandeln, ner Ölkühler und ein kleiner Ölbehälter erforderlich. Eine Erhöhung der Stromaufnahme bewirkt also den

Besonders vorteilhaft wirkt es sich aus, daß die Aufbau einer entsprechend höheren Magnetkraft.
Durchflußeinstellung durch das Eingangssignal bewirkt 35 Der Proportionalmagnet 14' arbeilet mit einem Vorwird, daß die Möglichkeit der Programmierbarkeit für steuerkolben. 15' des Vorsteuerventils 12 zusammen, einen Maschinenzyklus besteht und daß die Stell- bzw. während dem Proportionalmagneten 14" ein entspre-Schaltzeiten variiert werden können. Folglich ergibt chender Vorsteuerkolben 15" zugeordnet ist.
sich eine besonders einfache Einstellung der Betriebspa- Das Vorsteuerventil 12 arbeitet als Druckregelventil, rameter. 40 d. h., die Kraft der Proportionalmagneten 14' und 14"

In manchen Fällen kann es sich auch als zweckmäßig wirkt jeweils im Öffnungssinne auf den zugehörigen

erweisen, entsprechend dem Merkmal des Anspruchs 2 Vorsteuerkolben 15' bzw. 15". Gelangt der Vorsteuer-

das Vorsteuerventil des Vierwege-Proportionalventils kolben 15'in Öffnungsstellung, dann kann öl vom Kanal

in größerem Abstand vom Antrieb zu installieren, wäh- 16 aus in den Kanal 18 fließen, öffnet hingegen der

rend das Hauptventil sich näher dem Antrieb befindet, 45 Vorsteuerkolben 15", dann fließt das öl aus dem Kanal

wobei Vorsteuerventil und Hauptventil über die Rohr- 16 in den Kanal 19.

leitungen verbunden sind. Im Kanal 18 bzw. 19 baut sich dann ein Druck auf.

In diesem Falle ist es dann zweckmäßig, nach dem welcher so lange steigt, bis er der Kraft des Proportio-Merkmal des Anspruchs 3 das Hauptventil im mittleren nalmagneten 14' bzw. 14" entspricht. Übersteigt aber Abstandsbereich zwischen Vorsteuerventil und hydrau- 50 der Druck im Kanal 18 bzw. 19 die jeweilige Kraft des lischem Antrieb einzubauen, weil es in diesem Falle war- Proportionalmagneten 14' bzw. 14" dann wird der Vortungsfreundlich aber noch außerhalb des durch Brand steuerkolben 15' bzw. 15" gegen die Magnetkraft vergefährdeten Bereichs installiert werden kann, schoben und sperrt den Kanal 16. Zugleich öffnet er

Weitere Merkmale und Vorteile der erfindungsgemä- aber eine Verbindung nach dem Kanal 17, und zwar so Ben Servo-Steuervorrichtung ergeben sich nachfolgend 55 lange, bis der Druck im Kanal 18 bzw. 19 wieder propor-

aus der Beschreibung eines Ausführungsbeispieles an- tional der Magnetkraft ist.

hand der Zeichnung. Es zeigt Der Kanal 18 des Vorsteuerventils 12 steht mit dem

Fig. 1 in schematisch vereinfachter Darstellung den Kanal 20 des Hauptventils 13 in Verbindung und der Prinzipaufbau einer Servo-Steuervorrichtung für den Kanal 19 des Vorsteuerventils ist an den Kanal 21 des Differential-Hydraulikzylinder einer Hubbalken-Trans- μ Hauptventils 13 angeschlossen. Der Kanal 20 mündet in

portvorrichtung im Ruhezustand, die Kammer 22' des Hauptventils 13, während der Ka-

F i g. 2 eine der F i g. 1 entsprechende Darstellung, je- nal 21 mit einer entsprechenden Kammer 22" verbun-

doch bei Betrieb für die Transportbewegung des Hub- den ist. In jeder der Kammern 22' und 22" sitzt eine

balkens von rechts nach links. Druckfeder 23' bzw. 23". Beide Druckfedern 23' und 23"

F i g. 3 wiederum eine der F i g. 1 entsprechende Dar- 65 wirken auf den Hauptkolben 24 ein und suchen diesen in Stellung, jedoch für die Rückstellbewegung des Hubbai- seiner Mittelstellung zu halten, was der Betriebsstellung

kens von links nach rechts und nach F i g. 1 entspricht.

F i g. 4 den Grundaufbau eines den wesentlichen Be- Der Hauptkolben 24 hat zwei Kolbenabschnitte 24'

und 24", die zu beiden Seiten einer durch einen Zuleitungskanal 25 mit Drucköl bespeisten Hauptkammer 26 arbeiten.

Im Arbeitsbereich des Kolbenabschnittes 24' liegt neben der Hauptkammer 26 die Kammer 27, welche in den Kanal 28 mündet, an den wiederum die Druckleitung 8 angeschlossen ist.

Neben der Hauptkammer 26 im Arbeitsbereich des Kolbenabschnittes 24" befindet sich die Kammer 29, an die sich der Kanal 30 anschließt, welcher wiederum mit der Druckleitung 7 verbunden ist. An der der Hauptkammer 26 gegenüberliegenden Seite des Kolbenabschnitts 24' ist eine Kammer 31' ausgebildet und an der der Hauptkammer 26 abgewendeten Seite des Kolbenabschnitts 24" ist die Kammer 31" vorhanden. Ein Verbindungskanal 32 ist zwischen den beiden Kammern 31' und 31" vorgesehen und damit an einen gemeinsamen Ölrücklaufkanal 33 angeschlossen.

Der ölzuleitungskanal 25 steht mit der Druckflüssigkeits-Zuführleitung 9 in Verbindung, während der ölrücklaufkanal 33 an die Flüssigkeits-Rückleitung 10 angeschlossen ist.

Jeder der beiden Kolbenabschnitte 24' und 24" des Hauptkolbens 24 ist mit nach seinen beiden Endflächen hin keilförmig divergierenden Steuerkanten 34', 34" bzw. 35', 35" ausgestattet. Diese Steuerkanten 34', 34" bzw. 35', 35" bilden Drosselquerschnitte mit progressiver Durchflußcharakteristik, welche in der Mittelstellung des Hauptkolbens 24 sämtlich unwirksam sind In dieser Stellung sperrt dabei der Hauptkolben 24 sämtliche Durchflußquerschnitte des Hauptventils 13 ab, so daß der die Hubbalken-Transportvorrichtung antreibende Differentialzylinder 4 in seiner gerade eingenommenen Stellung verharrt Wird hingegen der Proportionalmagnet 14' erregt und dementsprechend der Vorsteuerkolben 15' verstellt, dann gelangt durch den Kanal 18 und den Kanal 20 Steueröl in die Kammer 22' und wirkt zusammen mit der Druckfeder 23' der Druckfeder 23" entgegen. Der Hauptkolben 24 verschiebt sich damit von links nach rechts und zwar um ein Maß, welches durch die Kraft des Proportionalmagneten 14' bestimmt wird. Entsprechend diesem Maß gibt dann die Steuerkaivte 35' des Kolbenabschnitts 24' einen Durchströmquerschnitt aus der Kammer 27 in die Kammer 31' frei, während gleichzeitig der Kolbenabschnitt 24" durch seine Steuerkante 34" einen entsprechenden Querschnitt von der Hauptkammer 26 zur Kammer 29 hin öffnet. Damit gelangt einerseits Drucköl aus dem mit der Druckflüssigkeits-Zuführleitung 9 verbundenen Öl-Zuleitungskanal 25 in den Kanal 30 und von dort aus, entsprechend der F i g. 2, in den Differentialzylinder 4, so daß der Kolben 5 von rechts nach links verschoben wird. Das hierbei durch den Kolben 5 aus der linken Kammer des Differentialzylinders 4 verdrängte öl wird über die Druckleitung 8, den Kanal 28 und die Kammer 27 über die Kammer 3 Γ und den ölrücklaufkanal 33 der Flüssigkeits-Rückleitung 10 zugeführt

Wird hingegen der Proportionalmagnet 14" erregt und dementsprechend der Vorsteuerkolben 15" betätigt, dann gelangt Steueröl durch den Kanal 19 und den Kanal 21 in die Kammer 22". Das Steueröl wirkt dann zusammen mit der Druckfeder 23" auf den Hauptkolben 24 ein, und zwar mit einer durch den Proportionalmagneten 14" bestimmten Stellkraft Hierdurch wird der Hauptkolben 24 von rechts nach links in die Stellung nach F i g. 3 geschoben, so daß der Kolbenabschnitt 24" mit seiner Steuerkante 35" einen durch den Schiebeweg bestimmten Durchflußquerschnitt von der Kammer 31" zur Kammer 29 öffnet. Andererseits öffnet die Steuerkante 34' des Kolbenabschnitts 24' einen Durchströmquerschnitt entsprechender Größe von der Hauptkammer 26 zur Kammer 27 hin. Drucköl aus der Druckflüssigkeits-Zuführleitung 9 kann daher durch den ölzuleitungskanal 25, die Hauptkammer 26, die Kammer 27 und den Kanal 28 der Druckleitung 8 zugeführt werden und gelangt so in den linken Teil des Differentialzylinders 4. Der Kolben 5 wird dadurch von links nach rechts ίο verschoben. Das dabei aus der rechten Kammer des Differentialzylinders 4 verdrängte öl strömt durch die Druckleitung 7 und den Kanal 30 in die Kammer 29 und von dort aus durch die Kammer 31" und den Verbindungskanal 32 über die Kammer 31' zum ölrücklaufkanal 33. Von dort läuft dann das öl durch die Flüssigkeits-Rückleitung 10 ab.

Die Besonderheit der dargestellten und beschriebenen Servo-Steuervorrichtung für den Differentialzylinder 4 der Hubbalken-Transportvorrichtung 1 besteht darin, daß das als Richtungs- und Durchfluß-Steuerorgan verwendete Vierwege-Proportional ventil 11 nicht unmittelbar im Arbeitsbereich des Differentialzylinders 4 angeordnet ist, sondern vielmehr in einem relativ großen Abstand von diesem vorgesehen wird. Dieser Abstand kann ohne weiteres in einer Größenordnung zwischen 15 000 und 25 000 mm liegen, ohne daß sich hierdurch funktionell Nachteile beim Betrieb des Differentialzylinders 4 ergeben. Damit ist es möglich, das Vierwege-Proportionalventil 11 wartungsgünstig und gegen Brandgefahr geschützt, im Steuerstand für die Hubbalken-Transportvorrichtung unterzubringen und die Verbindung zum Differentialzylinder 4 über entsprechend lang bemessene Druckleitungen 7 und 8 herzustellen.

In manchen Fällen kann es sich auch als zweckmäßig erweisen, nur das elektro-hydraulische Vorsteuerventil 12 des Vierwege-Proportionalventils 11 in großem Abstand vom Differentialzylinder 4, im Steuerstand, unterzubringen, während das Hauptventil 13 sich näher beim Differentialzylinder 4 befindet, im mittleren Abstandsbereich zwischen dem Vorsteuerventil 12 und dem Differentialzylinder 4 liegt Auch in diesem Falle befinden sich beide Funktionskomponenten des Vierwege-Proportionalventiles 11 noch außerhalb des unmittelbaren Arbeitsbereiches des Differentialzylinders 4, so daß eine wartungsfreundliche und gegen Brandgefahr sichere Unterbringung möglich ist Andererseits wird jedoch die wirksame Länge der beiden Druckleitungen 7 und 8 zwischen dem Hauptventil 13 und dem Differentialzylinder 4 beträchtlich verringert und demzufolge auch die so Federsteife innerhalb des Primärsystems der Servo-Steuervorrichtung beträchtlich verbessert

Da das Sekundärsystem der Servo-Steuervorrichtung einem geringeren Arbeitsdruck unterliegt und auch kleinere Arbeitsquerschnitte hat, ist hier die Federsteife des Systems von entsprechend geringerer Bedeutung.

Der Abstand zwischen dem Vorsteuerventil 12 und dem Hauptventil 13 wird dann im Grunde genommen durch zwei Rohrleitungen überbrückt, von denen die eine den Kanal 18 mit dem Kanal 20 und die andere den Kanal 19 mit dem Kanal 21 verbindet

In jedem Falle wird aber durch das Vierwege-Proportionalventil 11 als Richtungs- und Durchflußsteaerorgan eine sowohl baulich als auch funktionell besonders vorteilhafte Servo-Steuervorrichtung für die Hubbalken-Transportvorrichtung 1 geschaffen.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

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   ,_<f ,,.,;,; Antriebsmotors und ^einer verhältnismäßig großen

   ^; - " ^t-^: Patentansprüche:. V 'ΐ ^fc ?| Pumpe, wie auch,großer ölkühler und ölbehälter vor-

   ^e/ * ^T '"" "aussetzt, daß die Pumpe regelbar ausgeführt werden

   I.VonichtungzurServotSteueningvohhydrauli- inüß. Außerdem ergibt sich wegen hohjer Leistungsver-

   schen Antrieben für Transportvorrichtungen, insbe- 5 lustc ein beträchtlicher EnergieverBrapcji Ferner ist

   sondere für Differentialzylinder von Hubbalken- auch ein beträchtlicher Verrohrungsaufwand für die be-

   und Kettenförderanlagen in Stahl- und Walzwerken triebssichere Auslegung der Servo-Steuervorrichtung

   oder dergleichen, notwendig. - >,

   mittels elektro-hydraulischen Richtungs- und Beim praktischen Einsatz der bekannten Servo-Steu-

   Durchflußventiten, io ervorrichtungen hat sich auch gezeigt, daß die Erzeu-

   dadurch gekennzeichnet, gung lastünabhängiger, stufenloser Geschwindigkeits-

   daß als Richtungs- und Durchflußsteuerorgan ein übergänge Schwierigkeiten bereitet, daß sich eine ver-

   Vierwege-Proportionalventil (11) mit elektro-hy- hältnismäßig hohe Hysterese ergibt, daß hohe Druck-

   draulischem Vorsteuerventil (12) und hydraulischem spitzen auftreten können und relativ lange Beschleuni-

   Hauptventil (13) vorgesehen ist, welches in größe- is gungs- und Verzögerungswege in Kauf genommen wer-

   rem Abstand —bis 25.000 mm—vom hydraulischen den müssen.

   Antrieb (4), z. B. im Steuerstand installiert ist sowie Zweck der Erfindung ist es, die vorstehend erwähnten

   über Druckleitungen (7, 8) mit dem hydraulischen Schwierigkeiten und Unzulänglichkeiten der bekannten

   Antrieb (4) in Verbindung steht Servo-Steuerungsvorrichtungen für hydraulische An-
2. 2. Vorrichtung nach Anspruch I, dadurch gekenn- 20 triebe von Transportvorrichtungen zu beseitigen, wezeichnet, daß das elektro-hydraulische Vorsteuer- nigstens aber wesentlich zu verringern. Die Aufgabe der ventil (12) des Vierwege-Proportionalventils (11) im Erfindung besteht deshalb darin, eine Vorrichtung zur größeren Abstand vom hydraulischen Antrieb (4) in- Servo-Steuerung von hydraulischen Antrieben für stalliert ist, während das hydraulische Hauptventil Transnortvorrichtungen der gattungsgemäßen Art zu (13) sich näher dem hydraulischen Antrieb (4) befin- 25 schaffen, die mit geringem Anlagenaufwand daher kodet, wobei Vorsteuerventil (12) und Hauptventil (13) stengünstig eine feinfühlige und genaue Wechsellast-Ober Rohrleitungen miteinander verbunden sind, steuerung ermöglicht und außerdem noch eine pro-
3. 3. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 und 2, da- blemlose Einstellung der Betriebsparameter zuläßt,
   durch gekennzeichnet, daß das Hauptventil (13) im Die Lösung dieser Aufgabe ist nach dem kennzeichmittleren Abstandsbereich zwischen dem Vorsteu- 30 nenden Merkmal des Anspruchs 1 hauptsächlich daerventil (12) und dem hydraulischen Antrieb (4) liegt. durch erreicht, daß als Richtungs- und Durchflußsteuerorgan ein Vierwege-Proportionalventil mit elektro-hydraulischem Vorsteuerventil und hydraulischem Hauptventil vorgesehen ist, welches in größerem Abstand —

   Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Servo- 35 bis 25 000 mm — vom hydraulischen Antrieb, z. B. im

   Steuerung von hydraulischen Antrieben für Transport- Steuerstand für die Transportvorrichtung, installiert ist

   vorrichtungen, insbesondere für Differentialzylinder sowie über Rohrleitungen mit dem hydraulischen An-

   von Hubbalken- und Kettenförde, anlagen in Stahl- und trieb in Verbindung steht

   Walzwerken oder dergleichen mittels elektro-hydrauli- Es ist zwar an sich bekannt, in hydraulischen Servo-

   schen Richtungs- und Durchflußventilen. 40 Steuervorrichtungen zur Durchführung komplexer

   Es ist bereits bekannt, hydraulische Antriebe für Steuerungsvorgänge die üblicherweise als Funktions-Transportvorrichtungen, und zwar insbesondere für komponenten verwendeten Wegeventile und Strom-Differentialzylinder von Hubbalken- und Kettenförder- ventile durch ein Vierwege-Proportionalventil zu ersetanlagen mit Servo-Steuerungen der gattungsgemäßen zen. Hierbei wird jedoch von der Fachwelt vorausge-Art auszurüsten. Die bekannten Servo-Steuervorrich- 45 setzt, daß das Proportionalventil möglichst dicht beim tungen haben dabei einen verhältnismäßig komplizier- Antrieb, insbesondere unmittelbar am Anlriebszylinder ten und damit teuren sowie wartungsaufwendigen Auf- anzuordnen ist, damit die im gesamten Hydrauliksystem bau. Als funktionsnotwendige Baugruppe weisen näm- und insbesondere dessen Rohrleitung eigentümliche Eilich die bekannten Servo-Steuervorrichtungen ein Vier/ genfrequenz die Wirkungsweise des Proportionalventils Drei-Wegeventil, ein Zwillings-Rückschlagventil, ein 50 nicht beeinträchtigt. Die Eigenfrequenz setzt nämlich Zwillings-Drosselrückschlagventil und einen Stromreg- die Grenzen dafür, ob ein Hydrauliksystem ausführbar ler auf. Während das Vier/Drei-Wegeventil als elek- ist oder nicht.

   trisch ansteuerbares hydraulisches Richtungssteueror- Bei Transportvorrichtungen, und zwar insbesondere gan wirkt, dienen das Zwillings-Rückschlagventil, das Hubbalken- und Kettenförderanlagen, wie sie in Stahl-Zwillings-Drosselrückschlagventil und der Stromregler 55 und Walzwerken oder dergleichen zum Einsatz gelangemeinsam der Durchflußsteuerung und -regelung. gen, ist jedoch die Anordnung der Funktionskomponen-Zwillings-Rückschlagventil und Zwillings-Drosselrück- ten der Servo-Steuervorrichtung unmittelbar im Beschlagventil sind jeweils den beiden mit dem hydrauli- reich des hydraulischen Antriebs, insbesondere der Difschen Antrieb in Verbindung stehenden Druckmittellei- ferentialzylinder nicht möglich, und zwar einerseits destungen zugeordnet. Der Stromregler regelt die durch- 60 halb nicht, weil beträchtliche Wartungsschwierigkeiten strömende maximale ölmenge bei unterschiedlicher der Funktionskomponenten auftreten. Das größte Pro-Viskosität und ebenfalls die für den Beschleunigungs- blem liegt jedoch darin, daß im Arbeitsbereich der Vorgang erforderliche ölmengenzunahme und die aus Transportvorrichtungen, bedingt durch die beträchtlider Massenkraft mögliche ölmengenverringerung für ehe Wärmeabgabe des Transportgutes, erhöhte Brandden Verzögerungsvorgang. 65 gefahr besteht, die den Einbau der Vierwege-Proportio-

   Die Praxis hat gezeigt, daß die optimale Betriebssi- nalventile im unmittelbaren Bereich des Antriebes nicht

   cherheit einer solchen hydraulischen Servo-Steuervor- zuläßt,

   richtung die Verwendung eines verhältnismäßig großen Durchgeführte Versuche haben überraschender Wei-