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Hydraulischer Antrieb an Verschieber
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und Zentriereinrichtungen Die Erfindung betrifft die Steuerung bzw.
Regelung eines hydraulischen Antriebes für Einrichtungen zum Handhaben von strangegossenem
oder gewalztem Material, mit zu beiden Seiten eines Rollganges bzw. eines Rostes
vor und/oder hinter einer Umformmaschine, insbesondere eines Walzgerüstes, befindlichen
Linealpaaren bzw. Andrückeinrichtungen, die einander gegenüberliegend angeordnet
und mit Arbeitszylindern verbunden sind, wobei die Arbeitszylinder an einen Druckmittelstrom
anschließbar und mittels Ventilsteuerungen abwechselnd an ihren Vorhub- und Rückhubräumen
druckmittelbeaufschlagbar sind, derart, daß zu einer Gleichlaufkopplung nach dem
Verdrängerprinzip die Ringfläche des einen Zylinders mit der Kolbenfläche des anderen
Zylinders verbunden wird, wobei die Ringfläche des einen Zylinders die gleiche Größe
hat wie die Kolbenfläche des anderen Zylinders.
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Solche Einrichtungen zur Handhabung von warmem stranggegossenem oder
gewalztem Material werden außer an Walzgerüsten beispielsweise auch an Scheren sowie
Quer- und Längsteil-
brennmaschinen eingesetzt. Es wird damit das
auf einem Rollgng oder auf Roste auf liegende Walzgut so zentriert, daß die Längsachse
des Materials mit der Achse der Umform- oder Bearbeitungsmaschine parallel oder
identisch ist. Danach erfolgt eine Parallelverschiebung des Walzgutes rechtwinklig
zur Achse so, daß eine für den gewünschten Bearbeitungsprozeß günstige Lage des
Walzgutes eingenommen wird. In der Regel besteht eine solche Einrichtung aus zwei
gegenüberliegend angeordneten sogenannten Verschiebelinealen, die rechtwinklig zur
Rollgangsachse derart verschiebbar angeordnet sind, daß sie entweder einzeln zu
oder voneinander weg bewegt werden önnen und darüber hinaus auch gemeinsam mit gleichbleiben
dem Abstand zueinander in beiden Richtungen parallel verschoben werden können. Nach
erfolgter Positionierung des Walzgutes öffnen sich die Verschiebelineale so, daß
das Material entsprechend der vorher gewünschten Lage frei liegt und der weitere
Bearbeitungs- oder Umformprozeß begonnen werden kann.
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Häufig haben solche Verschiebeeinrichtungen auch Führungsaufgaben
für das ein oder auslaufende Material (Walzgut) zu übernahmenO In solchen Fällen
öffnen sich die Verschiebelineale nach erfolgtem Positionierungsvorgang nur geringzügig,
so daß das Werkstück frei liegt und in Längsrichtung, z,B, auf dem Rvollgangn bewegt
werden kann. Wenn bei Verschaebe- und Zentriereinrichtungen die Funktion der Materialführung
nicht erforderlich ist, kann auf die Ausbildung der Verschieber als Lineale verzichtet
werden. In solche Fällen werden häufig einzelne gegenüberliegend angeordnete Schieber
oder Abdrückeinrichtungen benutzt (Fig. 2) Die Ånzahl solcher Schieber richtet sich
nach der Läge des zu verschiebenden Materials. Die Anforderungen an die Durchführbarkeit
der Bewegungen sind aber im Prinzip die gleichen, wie bei Verschiebelineale.
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Es sind zahlreiche mechanische Konstruktionen bekannt, die über Wellen
und Hebel und über Zahnstangengetriebe den dabei gewünschten Gleichlauf der Einzelzentriereinrichtungen
oder Verschiebelineale erfüllen. Fast alle Konstruktionen dieser Art sind aufwendig
und teuer. Da es sich bei den Verschiebebewegungen um translatorische Bewegungen
handelt, werden die Antriebe der genannten Einrichtungen häufig mit Hilfe von hydraulischen
Zylindern durchgeführt. Wird ein Verschiebelineal oder werden einzelne Verschiebeeinrichtungen
mit mehr als einem Zylinder angetrieben, so versteht es sich von selbst, daß dann
auch geeignete Maßnahmen zum Gleichlauf der Zylinder untereinander getroffen werden
müssen und daß die gegenüberliegenden Zylinder durch entsprechende Maßnahmen sich
für den Zentriervorgang gleichmäßig aufeinander zu und voneinander weg bewegen können
und daß für den Vorgang des parallelen Verschiebens ebenso ein Gleichlauf der Zylinder
untereinander erreicht wird. Dazu ist es bekannt, die Zylinder als Einzelantriebe
mit Servoventilen zu steuern, so daß über elektrische Positionsgeher, die am Zylinder
oder an der mechanischen Konstruktion angebracht sind, ein Lage- und Geschwindigkeitsregelkreis
aufgebaut wird und durch Positionsvergleich der Zylinder untereinander eine Gleichlaufregelung
erreicht wird. Derartige Regelungen sind ebenfalls teuer und wegen der empfindlichen
Positionsgeber störanfällig.
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Es ist auch bekannt, nach dem volumetrischen Verdrängerprinzip Verbraucher
derart hintereinander zu schalten, daß ein Zwangs gleichlauf eines Zylinderpaares
gegenüberliegend oder mit mehreren Zylindern nebeneinanderliegend erreicht wird.
Bei der Einrichtung zum Verschieben und Führen von Walzgut gemäß der DE-AS 1 652
978 werden beispielsweise zwei nebeneinander-liegende Zentrierlineale mit nebeneinanderliegenden
Antrieben an nur einer Seite des Rollgangs im Gleichlauf nach dem bekannten Volumen-
Verdrängerprinzip
angetrieben. Hiermit ist insbesondere die kraftschlüssige Kopplung von gegenüberliegenden
Antrieben und das Verschieben unter Spannkraft nicht möglich. Auch kann das gleichmäßige
Aufeinanderzufahren mehrerer Zylinderkolben zur geometrischen Walzmitte hin nicht
erreicht werden. Mit den bekannten Antriebsanordnungen kann entweder zentriert oder
parallel verschoben werden. Ein Verschieben und gleichzeitiges Zentrieren ist jedoch
nicht oder nur mit komplizierten hydraulischen Schaltungen erreichbar.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, mit einfachen Mitteln einen
hydraulischen Antrieb nach dem Verdrängerprinzip zu schaffen, mit dem ohne Anbau
von empfindlichen Weggebern gegenüberliegende Antriebszylinder sowohl gleichmäßig
aufeinander zu oder voneinander weg bewegt werden, als auch gemeinsam in gleicher
Richtung vor-oder zurückgeschoben werden können, d.h., daß mit zwischen den Linealen
eingespanntem Material ein Parallelfahren quer zur Walzrichtung erfolgt und wobei
außerdem im Anschluß an einem vorhergehenden Zentriervorgang und anschließendem
Verschiebevorgang ein Volumenausgleich der/ des dabei unterschiedlich weit von der
hinteren Endstellung entfernten Zylinderkolbens möglich ist.
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Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß an die
den Ringraum mit dem Kolbenraum sich gegenüberliegender Zylinder verbindende Rohrleitung
ein zusätzliches Steuerventil angeschlossen ist. Es ist somit der nach dem bekannten
Verdrängerprinzip, das lediglich die Funktion des Zentrierens möglich macht, für
die gegeneinander gerichtete Bewegung zweier sich gegenüberliegender Zylinderkolben
erreichte Gleichlauf dadurch erweitert, daß die Rohrleitung, die Ringraum und Kolbenraum
zu einem
Volumen konstanter Größe verbindet, durch ein Mehrwege-Steuerventil
ergänzt wird. Durch diese Maßnahme ist es möglich, das nach dem ZentriervorgAng
eingespannte Volumen zwischen dem Ringraum des ersten Zylinders und dem Kolbenraum
der zweiten Zylinders zu verringern oder zu vergrößern. Eine Volumenverminderung
durch dosiertes Ablassen des Druckmediums erwirkt eine Verschiebung der beiden Zylinder
mit dem eingespannten Walzgut in Ausfahrrichtung der Kolbenstange des ersten Zylinders.
Eine Volumenvergrößerung durch Einleiten von Druckmedium bewirkt eine Verschiebung
beider Zylinder mit dem eingespanntem Walzgut in Einfahrrichtung der Kolbens tange
des ersten Zylinders. Von wesentlicher Bedeutung für den Verschiebevorgang ist die
Tatsache, daß die Spannkraft bzw.
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der eingespannte Zustand während der Verschiebung erhalten bleibt.
Nach einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist dem Steuerventil eine den
Druckmittel strom und damit die Verschiebegeschwindigkeit konstant haltende Einrichtung,
bEispielsweise ein Stromregelventil bzw. Stromteiler, sowie ein Volumenmeßgerät
zugeordnet. Der Volumenstromregeler und der Volumensensor sind im Sinne der Erfindung
Komponenten, mit deren Hilfe die Verschiebegeschwindigkeit und die Verschiebeposition
gesteuert werden können. Werden nämlich zwei oder mehr Zylinderpaare von sich gegenüberliegenden
Zylindern zum Antrieb einer Zentrier- und Verschiebeeinrichtung benutzt, so muß
nach erfolgter Zentrierung beim Vershiebevorgang ein Gleichlauf von nebeneinanderliegenden
Zylindern stattfinden. Außerdem muß das Abschalten des Steuerventils für den Verschiebevorgang
pro Zylinderpaar einzeln und positionsgenau erfolgen. Im Sinne der Erfindung ist
die Steuerung der Verschiebegeschwindigkeit nebeneinanderliegender Zylinder mit
Stromregelventile bzw.
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Stromverteilet, die auch ersetzt werden könnten durch Pumpen mit gleichem
konstantem Förderstrom, vorzunehmen und die Positionierung eines Zylinderpaares
erfolgt jeweils
einzeln über das Mehrwege-Steuerventil, das über
einen Positionsvergleich mit Hilfe des Volumensensors abgeschaltet wird. Die konsequente
Trennung von Geschwindigkeitssteuerung (oder Regelung) und Positioniersteuerung
macht es möglich, eine sehr genaue Positionierung des Walzgutes zu erreichen.
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Die Erfindung schlägt weiterhin vor, daß zusätzlich ein Einlaßventil
sowie eine Ventilanordnung zum Auslaß von Druckmittel an die Verbindungsleitung
zwischen den beiden Zylindern angeschlossen wird. Nach einer weiteren Ausgestaltung
der Erfindung ist vorgesehen, daß das Einlaßventil als einfaches Rückschlagventil
ausgebildet ist und über Leitungen sowie über ein weiterhin zwischengeschaltetes
Druckverhältnisventil den Druckanschluß der Ringfläche des kleineren Zylinders mit
der Verbindungsleitung an der Kolbenfläche desselben Zylinders verbindet.
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Weiterhin sieht die Erfindung vor, daß die Ventilanordnung zum Auslassen
des Druckmittels aus einem als Druckbegrenzungsventil ausgeführten Vorsteuerventil
für ein Ablaßventil gebildet ist und daß das Druckbegrenzungsventil mit der Ringfläche
des kleineren Zylinders verbunden ist.
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Die Erfindung sieht noch vor, daß das Ablaßventil ein Brems- oder
Rückschlagventil ist. Mit diesen Maßnahmen ist sichergestellt, daß im Anschluß an
das Zentrieren und danach erfolgtem Verschiebevorgang zum Ausgleich des hierbei
zwischen beiden Zylindern eines Zylinderpaares im Verdrängerraum veränderten unterschiedlichen
Volumens dennoch sämtliche Kolben in ihre hintere Endstellung zu bringen sind. Dieser
Volumenausgleich könnte z.B. auch in der von Gleichlauf zylindern bekannten Weise
derart erfolgen, daß in den Zylinderkolben sogenannte Ausgleichs-oder Volumenergänzungsventile
eingebaut werden, bei denen
durch das Anfahren des Zylinders gegen
seinen hinteren bzw. vorderen Anschlag ein im Kolben eingebautes richtungsabhängiges
Ventil öffnet und den Volumenausgleich vornimmt. Im Sinne der Erfindung ist es allerdings,
diesen evtl. erforderlichen Volumenausgleich mit einfachen hydraulischen Komponenten
in der Steuerung außerhalb der Zylinder vorzunehmen. Dadurch entsteht der wesentliche
Vorteil, daß der Zentrier- oder Verschiebeantrieb mit Norm- oder Standardzylindern
durchgeführt werden kann.
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In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen
Steuerung und Regelung dargestellt, und zwar zeigen Fig. 1 in der Draufsicht schematisch
dargestellt die Anordnung von sich gegenüberliegenden Zylindern mit Verschiebelinealen,
Fig. 2 in der Draufsicht schematisch dargestellt die Anordnung einer Vielzahl von
sich gegenüberliegender Zylinder mit Andrückeinrichtungen, Fig. 3 die Steuerung
für den hydraulischen Antrieb der Einrichtungen gemäß Fig. 1 oder Fig. 2, und Fig.
4 die Steuerung zum Volumenausgleich.
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In den Fig. 1 und 2 erkennt man mehrere Zylinderpaare, bestehend aus
jeweils zwei gegenüberliegend angeordneten und gegeneinanderwirkenden Zylindern
1, 2. Die Zylinder 1,2 sind entweder mit Verschiebelinealen 9 (Fig. 1) oder mit
einzelnen Andrückeinrichtungen 10 (Fig. 2) versehen, die von den Kolbenstangen 21
der Zylinder 1, 2 getragen werden. Der Einsatz von lediglich mit Andrückeinrichtungen
10 ausgerüsteten Zylindern ist immer dann möglich,
wenn bei Verschiebe-
und Zentriereinrichtungen die Funktion der Materialführung, die auf jeden Fall Lineale
voraussetzt, nicht erforderlich ist. Die zu handhabende Bramme 20 befindet sich
in den Fig. 1 und 2 auf einem nicht weiter abgebildeten Rollgang oder Rost einmal
in Schräglage und zum anderen in ausgerichteter Position 206, wobei die Kolben 21
eines Zylinderpaares 1, 2 zur Veranschaulichung in ausgerückter, durch Punktierung
verdeutlichter Lage dargestellt sind.
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Bei den Steuerungen gemäß Fig. 3 und 4 ist zur Betriebsweise nach
dem Verdrängerprinzip der Ringraum 1b des Zylinders 1 mit dem Kolbenraum 2b des
Zylinders 2 über eine Rohrleitung 3 in Verbindung, wobei die Ringfläche 1a notwendigerweise
die gleiche Größe haben muß wie die Kolbenfläche 2a. In die Rohrleitung 3 ist noch
ein Steuerventil 4 sowie ein Stromregler 5 und ein Volumensensor 6 eingesetzt.
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Die Funktionsweise von Steuerung und Antrieb der hydraulischen Verschiebe-
und Zentriereinrichtung nach Fig. 3 ist wie folgt: Die Kolbenfläche lc von Zylinder
1 und die Ringfläche 2c von Zylinder 2 sind zur Richtungssteuerung mit je einem
3/3-Wegeventil 7 bzw. 8 verbunden. Ebenso ist die gemeinsame Leitung 3, die die
Ringfläche 1a von Zylinder 1 mit der Kolbenfläche 2a von Zylinder 2 verbindet über
einen Volumenstromgeber 6 und einem Stromregelventil 5 mit einem 3/3-Wegeventil
4 verbunden.
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Ausgangstellung für den Zentriesorgang ist die hintere Endlage der
beiden Kolben 21 eines sich gegenüberliegenden Zylinderpaares 1, 2. Durch geeignete
Ansteuerung der Ventile 7, 8 wird die Kolbenfläche 1c von Zylinder 1 mit
Druckmedium
beaufschlagt, während die Ringfläche 2c von Zylinder 2 zum Tankanschluß T druckentlastet
ist. Es kann somit von der Pumpe P das Druckmedium über das auf Durchgang zum Verbraucher
geschaltete Ventil 7 über die Leitung 11 in den Kolbenraum 1d gelangen. Das hierdurch
verdrängte bl gelangt über die Leitung 3 in den Kolbenraum 2b. öl aus dem Ringraum
2d fließt über die Leitung 12 und das zum Tank geöffnete Ventil in den Tank T.
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Das 3/3-Wegeventil 4 in der Verbindungsleitung 3 zwischen den beiden
Zylindern 1, 2 bleibt geschlossen. In diesem Zustand bewegen sich beide Zylinder
1, 2 bzw. eine Vielzahl von sich gegenüberliegenden Zylindern gleichmäßig aufeinander
zu, so daß eine zwischen den Zylindern 1, 2 liegende Bramme 20, 20' in der geometrischen
Mitte der Einrichtung zentriert wird.
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Für den Vorgang des Verschiebens wird nun durch entsprechende Ansteuerung
des 3/3-Wegeventils 4 in der Verbindungsleitung 3 zwischen beiden Zylindern 1, 2
durch Zu- oder Abführen von Druckmedium ein Verschieben in die geforderte Bewegungsrichtung
erreicht, was durch Pfeil und die strichpunktierte Lage der Bramme in Fig. 3 verdeutlicht
ist.
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Mit Hilfe des Volumenzählers 6 und einer nicht dargestellten elektrischen
Steuerung wird das Ventil 4 in der gewünschten Position abgeschaltet, d.h., es sind
alle Zylinderkolben gleich weit vorgefahren. Für mehrere nebeneinanderliegende Zylinderpaare
erfolgt der beschriebene Vorgang natürlich sinngemäß gleich bzw. gleichzeitig. Für
das Offnen der Zentrier- bzw. Verschiebevorrichtung wird durch entsprechende Ventilansteuerung
die Ringfläche 2c von Zylinder 2 mit Druckmedium beaufschlagt, während die Kolbenfläche
1c von Zylinder 1 zum Tank T entlastet ist. Das Ventil 4 in der Verbindungsleitung
3 zwischen beiden Zylindern 1, 2 bleibt geschlossen. Dabei bewegen sich beide
Zylinder
in öffnungsrichtung1 d.h. voneinander weg, solange die elektrische Ansteuerung erfolgt
oder bis einer oder beide Zylinderkolben 21 ihre hintere Endstellung erreicht haben.
Bei vorhergehendem Zentrieren ohne Verschiebevorgang erreichen beide Zylinderkolben
ohne weitere Steuerungsmaßnahme ihre hintere Endlage gleichzeitig.
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Bei vorhergehendem Zentrieren und erfolgtem Verschiebevorgang wird
je nach Verschieberichtung nur einer der beiden Kolben 21 seine hintere Endstellung
erreichen. Der zweite Kolben wird dadurch in seine hintere Endstellung gebracht,
daß das beim Verschiebevorgang veränderte Volumen im Vers drängerraum zwischen beiden
Zylindern 1, 2 wieder ausgeglichen wird. Dieser Volumenausgleich wird mit der Steuerung
bzw. Schaltung gemäß Fig. 4 wie folgt erreicht: Außer den zuvor bereits genannten
Hydraulikkomponenten ist zusätzlich ein Einlaßventil 13 und eine Ventilanordnung
15 vorgesehen, die mit der Verbindungsleitung 3 zwischen den beiden Zylindern 1,
2 verbunden werden. Das Einlaßventil 13 ist als einfaches Rückschlagventil ausgebildet
und verbindet über die Leitungen 12p 18 den Druckanschluß der Ringfläche 2c von
Zylinder 2 über ein Druckverhältnisventil 14 (Druckminderung zwischen Ein- und Ausgang
im Verhältnis von = 2:1) mit der Verbindungsleitung 3 an der Kolbenfläche 2a des
Zylinders 2. Hierdurch ist gewährleistet, daß der Kolben von Zylinder 1 in seine
hintere Endstellung weiterfährt1 wenn der Kolben von Zylinder 2 zuerst seine hintere
Endstellung erreicht hat.
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Die Ventilanordnung 15 besteht aus einem vorgesteuerten Ablaßventil
19, das als Rückschlag- bzw. Bremsventil ausgeführt ist. Der Vorsteueranschluß des
dargestellten Bremsventiles 19 iSt über ein Druckbegrenzungsventil 17 mit der Ringfläche
2c von Zylinder 2 verbunden. Da das Druck-
begrenzungsventil 17
nur in einer Richtung, nämlich mit Vorsteueröl zum Ablaßventil 19 durchflossen werden
kann und ein Rückfluß über das Ventil 17 nicht möglich ist, befindet sich das Rückschlagventil
16 in der Ventilanordnung 15. Wenn die Feder den symbolisch dargestellten Kolben
des Auslaßventils 19 in seine Ausgangslage zurückstellt, kann somit das dann verdrängte
Steueröl aus dem Ablaßventil 19 über das Rückschlagventil 16 abfließen.
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Die Druckeinstellung dieses Druckbegrenzungsventiles 17 liegt zwischen
dem Druck, der für das Zurückfahren beider Zylinder 1, 2 am Ringflächenanschluß
von Zylinder 2 erforderlich ist und dem Netzdruck des Versorgungssystems.
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Hierdurch wird gewährleistet, daß der Kolben von Zylinder 2 in seine
Endstellung weiterfährt, wenn der Kolben von Zylinder 1 zuerst seine hintere Stellung
erreicht hat.
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Ein Volumenausgleich nach erfolgtem Zentrier- und Verschiebevorgang
im erfindungsgemäßen Sinne gewährleistet, daß die Kolben 21 der Zylinder 1, 2 immer
wieder ihre hintere Endlage korrekt und positionsgenau erreichen.
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Für die Verschiebesteuerung, die mit Hilfe des Volumensensors bzw.
-zählers 6 erfolgt, werden somit akkumulierende Fehler in der Positionsmessung ausgeschaltet.
Ebenso werden mögliche Positionsfehler durch Leckagen beim Anfahren der hinteren
Endlage kompensiert.