DE3250089C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur exakten Stel­ lungsrückmeldung eines zweiseitig beaufschlagbaren Arbeits­ kolbens in einem Hydraulikarbeitszylinder, der extremen Um­ weltbedingungen, insbesondere hohen Temperaturen ausgesetzt ist, gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Bei einer Einrichtung zur exakten Stellungsrückmeldung eines zweiseitig beaufschlagbaren Arbeitskolbens in einem Hydraulik­ arbeitszylinder, der extremen Umweltbedingungen, insbesondere hohen Temperaturen ausgesetzt ist, wie es bei der Steuerung von Ausgußschiebern von Gießgefäßen für metallurgische Abgüs­ se der Fall ist, ist es für die Steuerung von Wichtigkeit, das nicht nur eine definierte Verschiebung des Arbeitskolbens, sondern auch die erreichte Kolbenposition der Steuerung genau bekannt ist, damit diese bei der nächsten Beaufschlagung des Kolbens entsprechende Steuersignale geben kann, welche die exakte Ausgangsposition des Kolbens voraussetzen.

Bei herkömmlichen Anordnungen hat man bereits daran gedacht, an die Verbindungsleitung zwischen den beiden fluidverbundenen Arbeitsräumen von Arbeits- und Meßzylinder eine unmittelbar mit der Pumpe verbundene Leitung anzuschließen, in der ein Druckbegrenzungsventil angeordnet ist. Ferner wurde an die genannte Verbindungsleitung eine weitere Leitung angeschlos­ sen, die unmittelbar zum Reservoir führt und die ebenfalls ein Druckbegrenzungsventil für die Abführung überschüssigen Druckmittels aus den beiden fluidverbundenen Arbeitsräumen aufweist. Das zuerst erwähnte, unmittelbar vom Pumpendruck gesteuerte Druckbegrenzungsventil soll immer dann öffnen, wenn Druckmittelverluste aus den beiden fluidverbundenen Ar­ beitsräumen von Arbeits- und Meßzylinder ausgeglichen werden sollen.

Versuche haben jedoch gezeigt, daß die Druckbegrenzungsventi­ le sehr schwierig einzustellen sind und im Laufe des Gebrauchs ihren Einstellwert sehr stark durch unterschiedlich anfallen­ de Volumenströme ändern. Außerdem hat sich gezeigt, daß dann, wenn sich in den fluidverbundenen Arbeitsräumen von Arbeits- und Meßzylinder eine Flüssigkeitsübermenge befindet, aufgrund der unmittelbaren Druckbeaufschlagung des sich noch nicht in der Endstellung befindlichen Kolbens durch die Pumpe in der Verbindungsleitung ein Druck entsteht, der dem Einstellwert des in der zum Reservoir führenden Leitung befindlichen Druck­ begrenzungsventils entspricht, bevor die Überschußmenge über dieses Ventil abgeht. Das bedeutet, daß in diesem Fall z. B. der Arbeitszylinder nur mit dem Differenzdruck zwischen dem Pumpendruck und dem Einstelldruck dieses Druckbegrenzungsven­ tils bewegt wird. Eine derartig bekannte Anordnung bietet so­ mit keine absolute Garantie dafür, daß z. B. der Arbeitskol­ ben tatsächlich die jeweilige Endstellung erreicht hat. Bei einer Blockade z. B. eines an die Arbeitskolbenstange ange­ koppelten Schieberverschlusses einer Gießpfanne verbleibt der Arbeitskolben in einer Zwischenstellung und täuscht durch Druckanstieg eine Endstellung vor. Dieser Druckanstieg würde eine Öffnung des oben erwähnten pumpengesteuerten Druckbe­ grenzungsventils und somit eine Bewegung des Meßkolbens in die jeweilige Endstellung bewirken. Der Meßkolben würde somit eine Endstellung anzeigen, obwohl der Arbeitskolben seine Endstellung überhaupt noch nicht erreicht hat.

Zur Vermeidung der vorgenannten Nachteile ist in der DE 30 14 432 A1 vorgeschlagen, in der Verbindungsleitung zwi­ schen Arbeits- und Meßzylinder sowie in der zwischen Arbeits­ zylinder und Steuerventil angeordneten Druckmittelleitung jeweils einen Druckbegrenzungsschalter anzuordnen, und sowohl den Arbeitskolben als auch den Meßkolben mit einer ventilge­ steuerten Quittungspassage auszurüsten, mittels der zwischen den beiden Arbeitsräumen von Arbeits- bzw. Meßzylinder eine Fluidverbindung herstellbar ist. Auf diese Weise wird eine zwangsläufige Verknüpfung der absoluten Endstellung von Ar­ beits- und Meßkolben hergestellt. Darüber hinaus ist noch vorgesehen, daß in Anschlag- bzw. Endstellung des Arbeitskol­ bens und des Meßkolbens deren ventilgesteuerte Quittungspas­ sagen unter Freihalten eines ständigen Kühl-Ölflusses geöff­ net bleiben. Auf diese Weise ist eine Ölkühlung möglich, wenn sich sowohl Meßkolben als auch Arbeitskolben in ihrer Endstel­ lung befinden und die Pumpe angeschlossen ist. Dies ist insbe­ sondere dann von großem Vorteil, wenn sich der Arbeitszylinder in einer Umgebung sehr hoher Temperaturen befindet und der Arbeitskolben sehr häufig und relativ lange in den Endstellun­ gen verharrt. Den vorgenannten Druckbegrenzungsschaltern kann jeweils noch eine Druckmeßeinrichtung zugeordnet sein. Diese stehen vorzugsweise mit einem Signalwandler in Wirkverbindung, der die Druckwerte in entsprechende elektrische Signale um­ wandelt, die z. B. in einem Funktionsrechner zur Ansteuerung bzw. Aufrechterhaltung einer Sollwertstellung des Arbeitskol­ bens verarbeitet werden können.

Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, die bekannte Einrichtung da­ hingehend zu verbessern, daß bei der Stellungsrückmeldung für den Arbeitskolben auch mechanisch bedingtes Spiel, insbeson­ dere Gestängespiel, berücksichtigt wird, so daß unter Berück­ sichtigung des festgestellten Gestängespiels eine exaktere An­ steuerung des Arbeitskolbens in eine vorbestimmte Betriebs­ position möglich ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst, wobei eine vorteil­ hafte Verarbeitung der durch die Erfindung erhaltenen Daten in Patentanspruch 2 beschrieben ist.

Nachstehend wird ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Einrichtung anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 ein hydraulisches Schaltschema der Einrichtung gemäß Erfindung;

Fig. 2a die schematische Darstellung einer Zusatz-Schaltung, mit der Einflüsse des Gelenk- und Verbindungsspiels zwischen dem Arbeitskolben und dem damit betätigten Maschinenelement steuerungsmäßig kompensiert werden, und

Fig. 2b eine schematische Wiedergabe der Einflüsse des Ge­ lenk- und Verbindungsspiels auf die tatsächlichen Be­ wegungen des vom Arbeitskolben betätigten Maschinen­ elements.

Die Einrichtung zur exakten Stellungsrückmeldung gemäß Fig. 1 umfaßt einen Arbeitszylinder 108, der extremen Umgebungsbe­ dingungen, insbesondere hohen Temperaturen ausgesetzt ist. Innerhalb des Arbeitszylinders 108 ist ein zweiseitig beauf­ schlagbarer Arbeitskolben 114 angeordnet, der an einer Seite mit einer aus dem Arbeitszylinder 108 herausragenden Kolben­ stange 114′ verbunden ist. Die Kolbenstange 114′ ist z. B. mit einem Gießpfannenschieber zu dessen Verstellung verbunden. Abseits von dem Ort extremer Umgebungsbedingungen ist ein dem Arbeitszylinder 108 volumenmäßig äquivalenter Meßzylinder 102 angeordnet, wobei es zweckmäßig ist, die Kolben- und Kol­ benstangendurchmesser im gleichen Verhältnis gegenüber dem Arbeitszylinder zu verkleinern, um damit die Hublänge analog zu vergrößern, was eine bessere Auflösung des Hubes des dem Meßzylinder 102 zugeordneten Meßkolbens 112 ermöglicht.

Dadurch, daß der Meßzylinder 102 dem rauhen Stahlwerksbetrieb oder dgl. nicht direkt ausgesetzt ist, kann er in seiner Aus­ führung kostengünstiger gestaltet werden als der Arbeitszylin­ der 108, insbesondere bezüglich der Kolbendichtungen. Auch der Meßkolben 112 ist an einer Seite mit einer aus dem Meß­ zylinder 102 herausragenden Kolbenstange 103 verbunden.

Wie Fig. 1 deutlich zeigt, sind die jeweils von den Kolben­ stangen 114′ bzw. 103 durchsetzten Arbeitsräume 116 bzw. 117′ von Arbeitszylinder 108 und Meßzylinder 102 durch eine Ver­ bindungsleitung 110 unmittelbar miteinander fluidverbunden. Wenn sich der Arbeitskolben 114 in Fig. 1 nach links bewegt, bewegt sich der Meßkolben 112 nach unten und umgekehrt. Durch die Fluidverbindung 110 beeinflußt die Rücklaufflüssigkeit im Arbeitszylinder 108 unmittelbar die Stellung des Meßkolbens 112 im Meßzylinder 102. Auf diese Art und Weise ist eine exak­ te Stellungsrückmeldung des Arbeitskolbens 114 im Arbeitszy­ linder 108 gewährleistet. Am freien bzw. aus dem Meßzylinder 102 heraustretenden Ende der Kolbenstange 103 des Meßkolbens 112 ist eine Blende 135 angeordnet, die in den Block eines Gabelkopplers 104 hineinragt. Die Blende 135 ist dabei in Richtung der Meßkolbenstange 3 verstellbar angeordnet, wobei die Verstellung in einfacher Weise durch eine Justiermutter 105 erfolgen kann. Die Justiermutter 105 ermöglicht bei einem Feingewinde jederzeit eine genaue Synchronisation der Hubwege der beiden Kolben 112, 114. Der Gabelkoppler 104 ist mit einer nicht dargestellten elektronischen Positionsanzeige und/oder einem Funktionsrechner verbunden.

Die nicht unmittelbar miteinander fluidverbundenen Arbeitsräu­ me 118, 119 von Arbeits- und Meßzylinder sind über ein 4/3-Wegeventil 101 mit einer Pumpe P bzw. einem Reservoir T verbindbar. Die Druckmittelleitung zwischen dem Steuerventil 101 und dem Arbeitszylinder 108 bzw. Arbeitsraum 118 ist mit der Bezugsziffer 117 gekennzeichnet. In der Verbindungslei­ tung 110 sowie in der zwischen Arbeitszylinder 108 und Steuer­ ventil 101 angeordneten Druckmittelleitung 117 ist jeweils ein Druckbegrenzungsschalter 109, 110′ angeordnet, die bei einem vorbestimmten Überdruck die Fluidverbindung 110, 117 unterbre­ chen oder die Pumpe P abschalten. Den beiden Druckbegrenzungs­ schaltern ist jeweils noch eine Druckanzeigeeinrichtung bzw. ein Manometer 111, 113 zugeordnet, diese Manometer stellen eine zusätzliche Kontrolle für die Bedienungsperson dar. Ins­ besondere ist dadurch frühzeitig ein überdurchschnittlicher Druckanstieg erkennbar, was darauf hindeutet, daß der Arbeits­ kolben 114 blockiert bzw. sehr schwergängig ist (z. B. wenn ein an die Arbeitskolbenstange angekoppelter Gießpfannenschie­ ber in seiner Stellung verklebt). Wenn einer der Druckbegren­ zungsschalter 109 oder 110′ wirksam wird, bedeutet dies, daß der Arbeitskolben seine Endstellung nicht erreicht hat, unab­ hängig davon, ob der Meßkolben 112 sich bereits in der End­ stellung befindet oder nicht. Durch die Druckbegrenzungsschal­ ter ist auf jeden Fall gewährleistet, daß der Druck nicht noch weiter ansteigt und Undichtigkeiten an den Hydraulik-Kupplun­ gen, Kolbendichtungen, etc., entstehen.

Sowohl der Arbeitskolben 114 als auch der Meßkolben 112 weisen jeweils eine ventilgesteuerte Quittungspassage 107 bzw. 115 auf, mittels der zwischen den beiden Arbeitsräumen 116, 118 bzw. 117′, 119 von Arbeits- bzw. Meßzylinder eine Fluidverbin­ dung herstellbar ist. Die Ventilsteuerung ist dabei so aufge­ baut, daß diese Fluidverbindung nur in den Endstellungen der Kolben und bei entsprechender Strömungsrichtung des Druck­ mittels herstellbar ist. Hinsichtlich des Aufbaus der Quit­ tungspassage 107 bzw. 115 wird auf die DE 30 14 432 A1 (Fig. 2) verwiesen.

Die Meßstrecke des Gabelkopplers 104 ist in Fig. 1 mit der Bezugsziffer 123 gekennzeichnet. Dem Gabelkoppler 104 noch zugeordnete Endschalter weisen die Bezugsziffern 151 und 152 auf.

Wie oben bereits ausgeführt, läßt sich ein Bewegungsspiel auf­ grund mechanischer Toleranzen zwischen der Kolbenstange 114′ des Arbeitskolbens 114 und dem damit beaufschlagten Mechanis­ mus, z. B. Gießpfannenschieber, nicht gänzlich vermeiden. Verschleißbedingt nimmt ein derartiges Bewegungsspiel mit der Betriebsdauer zu. Die Ansteuerung des mit dem Arbeitskolben bzw. dessen Kolbenstange 114′ verbundenen Maschinenelements, wie z. B. Gießpfannenschieber, wird dadurch erheblich ver­ fälscht.

Für die Überwindung dieses Bewegungsspiels ist nur ein gerin­ ger Arbeitsdruck im Arbeitszylinder 108 notwendig, z. B. ca. 10 bar, während für die Bewegung des Gießpfannenschiebers selbst ein weit höherer Druck, z. B. 120 bzw. 160 bar, nötig ist.

Durch Anschluß einer Verbindungsleitung 140 und einer dazu parallel geschalteten Verbindungsleitung 141 an die Verbin­ dungsleitung 110 und die Druckmittelleitung 117 können auf diese zwei verschieden hohen Druckstufen eingestellte Druck­ schalter 142 und 143 betätigt werden, welche mit einem Relais 144 gekoppelt sind. Es wird dazu auf die Fig. 2a und 2b verwiesen. Über dieses Relais 144 werden elektrische Signale, welche vorzugsweise als Zeittaktimpulse vorliegen (z. B. als in Anzahl Impulse umgesetzte Bewegungszeit), in den auf das Gestängespiel und das echte Arbeitsspiel zurückzuführenden Arbeitshub des Arbeitskolbens aufgeteilt und über einen Pro­ zeßrechner gesondert berücksichtigt. Bei Ansprechen des Druck­ schalters 143 auf einen niedrigen Druck wird ein Schalter 145 geschlossen. Bei einem Arbeitshub unter erhöhtem Druck schließt der Schalter 146. Damit werden über den Schalter 145 durch Bewegungsspiel bedingte Leerhübe und über den Schalter 146 die in tatsächliche Bewegung des mit dem Arbeitskolben ge­ koppelten Maschinenelements umgesetzte Arbeitshübe in Zähler Y und X jeweils getrennt festgehalten und in den in Fig. 2a nur angedeuteten Prozeßrechner C eingegeben.

Der Prozeßrechner C kompensiert dann gemäß Fig. 2b die durch das freie Bewegungsspiel des Betätigungsgestänges verursach­ ten Leerbewegungen des Arbeitskolbens. Beginnend bei B in Fig. 2b erfolgt zunächst in der Reihenfolge der Pfeile eine Leerbewegung a′ des Arbeitskolbens, dann eine echte Bewegung a des mit dem Arbeitskolben verbundenen Maschinenelements, z. B. Gießpfannenschiebers, dann wieder eine Leerbewegung b′ usw. bis zum Erreichen des Endpunktes E der Bewegung des mit dem Arbeitskolben verbundenen Maschinenelements. Mit jeder Bewegungsumkehr ist also eine Leerbewegung durch das Gestän­ gespiel meßbar, welche je nach Bewegungsrichtung addiert oder subtrahiert wird.

Durch Sichtanzeigegeräte 147 und 148 wird der Bedienungsper­ son angezeigt, wann durch unzulässig hohen Verschleiß des Ge­ stänges, also durch hohe Werte des Leerspiels, eine Reparatur des Betätigungsgestänges notwendig ist, um eine genaue Steue­ rung des mit dem Arbeitskolben verbundenen Maschinenelements, z. B. Gießpfannenschiebers, nicht zu gefährden.

Die in Fig. 2a noch verwendeten Bezugszeichen "G", "P", "M_p" bedeuten Wegimpulse, Phase bzw. Mittelpunktsleiter.

Claims (2)

1. Einrichtung zur exakten Stellungsrückmeldung eines zweisei­ tig beaufschlagbaren Arbeitskolbens (114) in einem Hydrau­ likarbeitszylinder (108), der extremen Umweltbedingungen, insbesondere hohen Temperaturen ausgesetzt ist, mit einem dem Arbeitszylinder (108) volumenmäßig äquivalenten, eben­ falls zweiseitig beaufschlagbaren Meß- bzw. Folgezylinder (102) mit einem Meßkolben (112), dessen Stellung elektrisch abgreifbar ist, wobei zwei Arbeitsräume (116; 117′) von Ar­ beits- und Meßzylinder durch eine Verbindungsleitung (110) miteinander fluidverbunden sind, während die jeweils ande­ ren Arbeitsräume (118; 119) über ein Steuerventil (101) mit einer Druckmittelpumpe (P) oder einem Reservoir (T) ver­ bindbar sind, wobei in der Verbindungsleitung (110) sowie in der zwischen Arbeitszylinder (108) und Steuerventil (101) angeordneten Druckmittelleitung (117 ) jeweils ein Druckbe­ grenzungsschalter (109, 110′) angeordnet ist, und wobei fer­ ner sowohl der Arbeitskolben (114) als auch der Meßkolben (112) jeweils eine ventilgesteuerte Quittungspassage (107, 115) aufweist, mittels der zwischen den beiden Arbeitsräu­ men (116, 118 bzw. 117′, 119) von Arbeits- bzw. Meßzylinder eine Fluidverbindung herstellbar ist, derart, daß in An­ schlag- bzw. Endstellung des Arbeitskolbens (114) und des Meßkolbens (112) deren ventilgesteuerte Quittungspassagen (107 bzw. 115) unter Freihalten eines ständigen Kühl-Öl­ flusses geöffnet bleiben, gekennzeichnet durch

• - Druckschalter (142, 143), welche über Anschlüsse (140, 141) an die Verbindungsleitung (110) bzw. Druckmittellei­ tung (117 ) angeschlossen sind,
• - ein durch die Druckschalter (142, 143) betätigbares Relais (144) derart, daß bei durch mechanisches Spiel bedingtem Leerhub des Arbeitskolbens (114) ein erster Kontakt (145) des Relais (144) geschlossen bleibt, während bei einem eine Bewegung eines mit dem Arbeitskolben (114) gekoppel­ ten Maschinenelements, insbesondere Gießpfannenschiebers, bewirkendem Arbeitshub bzw. entsprechend erhöhtem Arbeits­ druckniveau der erste Kontakt (145) geöffnet und ein zweiter Kontakt (146) des Relais (144) geschlossen wird, und durch
• - dem ersten (145) sowie zweiten (146) Kontakt jeweils zu­ geordnete Zählwerke (Y bzw. X), die den Leer- und Arbeits­ hüben entsprechende Impulse registrieren.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Prozeßrechner (C), in dem die beiden unterschiedlichen Im­ pulssignale zu einem korrigierten, tatsächlichen Wert für die Stellung des vom Arbeitskolben (114) bewegten Maschinen­ elements kompensiert werden.