EP1105235B1 - Vorrichtung zum hydraulischen anstellen der rollen von strangführungssegmenten einer stranggiessanlage - Google Patents

Vorrichtung zum hydraulischen anstellen der rollen von strangführungssegmenten einer stranggiessanlage Download PDF

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EP1105235B1
EP1105235B1 EP99944388A EP99944388A EP1105235B1 EP 1105235 B1 EP1105235 B1 EP 1105235B1 EP 99944388 A EP99944388 A EP 99944388A EP 99944388 A EP99944388 A EP 99944388A EP 1105235 B1 EP1105235 B1 EP 1105235B1
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switching valves
piston
hydraulic
valves
rollers
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Ralf Hartmann
Berthold Hild
Meinhard Watzlaw
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SMS Schloemann Siemag AG
Schloemann Siemag AG
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D11/00—Continuous casting of metals, i.e. casting in indefinite lengths
    • B22D11/16—Controlling or regulating processes or operations
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D11/00—Continuous casting of metals, i.e. casting in indefinite lengths
    • B22D11/12—Accessories for subsequent treating or working cast stock in situ
    • B22D11/128—Accessories for subsequent treating or working cast stock in situ for removing

Definitions

  • the invention relates to a device for the hydraulic adjustment of components, in particular the roles of strand guide segments of a continuous caster, with hydraulic cylinders, each through a piston with piston rod in a cylinder space and an annular cylinder space are divided, the cylinder spaces through tax organs alternately and in opposite directions and simultaneously with one Pressure source and a pressure sink are connectable.
  • the casting process begins in a mold. Emerges from this the superficially solidified cast strand extends vertically and is divided into segments of the strand deflected by a certain radius by 90 ° and to a subsequent one horizontally arranged directional drivers.
  • the leadership of the Cast strand is done by means of guide rollers that can be adjusted by hydraulic cylinders are. This can cause, among other things, roller wear and changed Casting parameters are taken into account.
  • To control the hydraulic cylinders generally used continuous valves; these require due to their exact Fits fine-filtered hydraulic oil. The one associated with oil filtering Effort is considerable. There is also hydraulic oil in the casting machine and rolling mill area always risk of fire.
  • the invention has for its object a hydraulic system for adjustment of strand guide segments to create a comparatively small Demand for the cleanliness of the operating fluid and a low fire risk having.
  • the task is solved in that only 2/2-way valves as control elements are provided. Switching valves are either closed or open, while continuous valves can also take any intermediate position. That is why switching valves tolerate coarse dirt particles without clogging, while the possible gap opening of a continuous valve on clean working medium is instructed to prevent seat contamination. Moreover need the valve pistons of the switching valves in contrast to the continuous valves no tight fit, as they open and close at the stop Center closed position in the seat itself. This is another requirement the cleanliness and also the lubricity of the working fluid switching valves are significantly lower than continuous valves. That means less Filtering effort and trouble-free use of water oil emulsions as working fluid. In addition to the lower effort for the switching valves and fire safety is important for the type and the cleanliness of the working fluid a decisive advantage of the solution according to the invention.
  • the switching valves can be controlled via a three-point controller are.
  • the three-point controller only works with the plus, minus and zero positions. at Plus, one switching valve pair is energized, the other one is negative, while it is zero both switching valves are de-energized and therefore closed. This results in a simple controller structure.
  • the solenoids of the switching valves have a three-point controller or pulse width modulation can be controlled. While with the three-point control the opening time interval of the switching valves as a whole is varied, is the number of constant short opening intervals for pulse width modulation variable (variable duty cycle).
  • An advantageous embodiment of the invention provides that the three-point controller and the pulse width modulators as electrical hardware or as software in one Computers are integrated. This optimizes the duty cycle in the direction of switching frequency reduction. With pulse width modulation As with the three-point control, there is always an outlet and inlet switching valve at the same time controlled because the inflow volume of a cylinder space is always the same Discharge volume of the other corresponds.
  • each piston has a connecting rod to one Position sensor is connected, which after exceeding an upper or lower Limit of the piston position triggers the control.
  • the position transmitter enable a closed control loop for the piston position. It follows from the determination of a hysteresis of the permissible piston position by an upper one and the lower limit thereof a simple structure and a simple one Commissioning of the three-point controller.
  • FIG. 1 shows the switching valves (1a, b, c, d) the hydraulic circuit of a hydraulic cylinder (2) leading to a valve block (3) are summarized.
  • the switching valves (1a, b) are over a first Link point (4) with a pressure sink (5), the switching valves (1c, d) via a second connection point (6) can be connected to a pressure source (7).
  • the switching valves (1a, c) are also via a third connection point (8) with a Cylinder chamber (9), the switching valves (lb, d) via a fourth connection point (10) connected to an annular cylinder chamber (11) of the hydraulic cylinder (2).
  • the cylinder chamber (9) and the ring cylinder chamber (11) are sealed by a piston (12) divided, the one emerging from the ring cylinder chamber (11) piston rod (13) having. From Fig. 1 is the very compact and with little effort realized arrangement of the valve block (3).
  • FIG. 2 is a valve block with a hydraulic cylinder (2) and a simplified Representation of the electrical control of the switching valves (1a, b, c, d).
  • Fig. 2 also shows the connection points (4, 6, 8, 10) for connecting the Switching valves (1a, b, c, d) with the pressure sink (5) and the pressure source (7), the Cylinder chamber (9) and the ring cylinder chamber (11).
  • the piston (12) is through a Connecting rod (14) with a position sensor (15) connected to the respective Position of the piston (12) relative to the hydraulic cylinder (2) indicates.
  • the switching valves (1a, b, c, d) each have an electromagnet (16) which is connected to electrical lines (17a, b, c, d) with a three-point controller (18) or a pulse width modulator (19) connected is. Three-point controller (18) and pulse width modulator (19) are as Realized electronic hardware or integrated as software in a computer (20).
  • the switching valves (1a, b, c, d) have springs (21) which they have when there is no current Shoot the electromagnet (16).
  • the piston rods (13) are through glands (22) sealed, which is also used to support the hydraulic cylinder (2) on one half the strand guide segments (35, Fig. 4) are used. They carry at their free end an articulated head (23) for connection to the other half of the Strand guide segments (35).
  • FIG 3 shows a simplified circuit diagram of the hydraulic oil circuit and the Control of the valve blocks (3) for the four hydraulic cylinders (2) one Strand guide segment (35, Fig. 4). In the same way you can Straighteners and saws are turned on.
  • a control cabinet (24) is with a Computer (25) connected, by means of the software, the switching valve blocks (3) by means of Three-point controller or pulse width modulation can be controlled.
  • the control cabinet (24) has, among other things, a network card (26), a central processor unit (CPU) (27), a memory (28), an interface (29).
  • an SSI interface for connection to the position transmitter (15).
  • Figure 4 basically shows the same as Fig. 3, but with a Strand guide segment (35) in perspective. This has rolls (36) on, between which the cast strand (37) to be guided is located and the Have supports (38). The latter are by the hydraulic cylinders (2) and by the piston (12) by means of the piston rod (13). In the Hydraulic lines between the switching valve blocks (3) and the hydraulic cylinders (2) pressure transmitters (39) are installed to monitor the process. Your signals together with those of the switching valve block (3) in one input / output Assembly (40) collected and passed on to the digital / analog converter (30). The signals from the position sensors (15) are routed to the interface (29).
  • the system according to the invention works as follows: If the position transmitter (15) indicate a deviation of the target position of the rollers (36) will be exceeded a certain upper or lower limit by means of three-point control or Pulse width modulation by controlling the corresponding switching valves (1a, b, c, d) the target position is restored.

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Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum hydraulischen Anstellen von Bauteilen, insbesondere der Rollen von Strangführungssegmenten einer Stranggießanlage, mit Hydraulikzylindern, die durch je einen Kolben mit Kolbenstange in einen Zylinderraum und einen Ringzylinderraum unterteilt sind, wobei die Zylinderräume durch Steuerorgane abwechselnd und gegensinnig sowie gleichzeitig mit einer Druckquelle und einer Drucksenke verbindbar sind.
Bei Stranggießanlagen beginnt der Gießprozess in einer Kokille. Aus dieser tritt der oberflächlich erstarrte Gussstrang vertikal aus und wird in Strangfühnrugssegmenten mit einem bestimmten Radius um 90° umgelenkt und zu einem anschließenden horizontal angeordneten Richttreiber geleitet. Die Führung des Gussstranges geschieht mittels Führungsrollen, die durch Hydraulikzylinder anstellbar sind. Dadurch können unter anderem Rollenverschleiß und geänderte Gießparameter berücksichtigt werden. Zur Steuerung der Hydraulikzylinder werden im allgemeinen Stetigventile verwendet; diese erfordern aufgrund ihrer genauen Passungen feinstgefiltertes Hydrauliköl. Der mit der Ölfilterung verbundene Aufwand ist beträchtlich. Außerdem besteht bei Hydrauliköl im Gießmaschinen- und Walzwerksbereich immer Brandgefahr.
Durch die DE-A 1 3835010 ist es bekannt geworden, vier unterschiedliche Ventile vorzusehen, und zwar ein 4/2-Umschaltventil, ein 4/3-Wegeventil, ein erstes Druckregelventil und ein weiteres Druckregelventil, wobei die beiden Druckregelventile Stetigventile sind.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Hydrauliksystem zur Verstellung von Strangführungssegmenten zu schaffen, das einen vergleichsweise geringen Anspruch an die Sauberkeit der Betriebsflüssigkeit und eine geringe Brandgefahr aufweist.
Die gestellte Aufgabe wird dadurch gelöst, dass als Steuerorgane nur 2/2-Schaltventile vorgesehen sind. Schaltventile sind entweder geschlossen oder geöffnet, während Stetigventile auch jede Zwischenstellung einnehmen können. Deswegen vertragen Schaltventile auch gröbere Schmutzpartikel, ohne zu verstopfen, während die mögliche Spaltöffnung eines Stetigventils auf sauberes Arbeitsmedium angewiesen ist, um eine Sitzverschmutzung zu verhindem. Außerdem benötigen die Ventilkolben der Schaltventile im Gegensatz zu den Stetigventilen keine enge Passung, da sie sich im geöffneten Zustand am Anschlag und bei geschlossenem Zustand im Sitz selbst zentrieren. Auch dadurch ist der Anspruch an die Sauberkeit und darüber hinaus an die Schmierfähigkeit der Arbeitsflüssigkeit bei Schaltventilen deutlich niedriger als bei Stetigventilen. Das bedeutet weniger Aufwand bei der Filterung und die problemlose Verwendung von Wasserölemulsionen als Arbeitsflüssigkeit. Neben dem geringeren Aufwand für die Schaltventile und für die Art sowie die Reinhaltung der Arbeitsflüssigkeit ist die Brandsicherheit ein entscheidender Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung.
Durch die Anordnung von vier Schaltventilen in Vollbrückenschaltung wird eine einfache Führung und geringe Länge der Hydraulikleitungen mit entsprechend geringem Installationsaufwand erreicht.
Von Vorteil ist auch, dass die Schaltventile über einen Dreipunktregler ansteuerbar sind. Der Dreipunktregler arbeitet nur mit den Stellungen Plus, Minus und Null. Bei Plus ist das eine Schaltventilpaar erregt, bei Minus das andere, während bei Null beide Schaltventile stromlos und somit geschlossen sind. Dadurch ergibt sich ein einfacher Regleraufbau.
Da die Schaltventile eine Drossel aufweisen, kann trotz voll geöffneter Schaltventile eine überschwingfreie Einstellung der Kolbenposition verwirklicht werden.
Vorteilhaft ist auch, wenn die Elektromagnete der Schaltventile über einen Dreipunktregler oder Pulsweitenmodulation ansteuerbar sind. Während bei der Dreipunktregelung das Öffnungszeitintervall der Schaltventile als Ganzes variiert sind, ist bei der Pulsweitenmodulation die Zahl der konstanten kurzen Öffnungsintervalle variabel (variables Tastverhältnis).
Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die Dreipunktregler und die Pulsweitenmodulatoren als Elektrohardware oder als Software in einen Rechner integriert sind. Diese optimiert das Tastverhältnis in Richtung Schalthäufigkeitreduktion. Bei der Pulsweitenmodulation werden wie bei der Dreipunktregelung immer zugleich ein Aus- und Einlassschaltventil angesteuert, da dem Zuflussvolumen eines Zylinderraumes immer das gleiche Abflussvolumen des anderen entspricht.
Es ist ferner von Vorteil, dass jeder Kolben über eine Verbindungsstange mit einem Positionsgeber verbunden ist, der nach überschreiten eines oberen oder unteren Grenzwertes der Kolbenstellung die Regelung auslöst. Die Positionsgeber ermöglichen einen geschlossenen Regelkreis für die Kolbenlage. Dabei ergibt sich aus der Festlegung einer Hysterese der zulässigen Kolbenlage durch einen oberen und unteren Grenzwert derselben ein einfacher Aufbau und ein einfaches Inbetriebsetzen des Dreipunktreglers.
Dadurch, dass die vier Schaltventile zu einem Schaltventilblock zusammengefaßt sind, ergibt sich ein platzsparender, kostengünstiger Aufbau der Schaltventile.
Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen, der folgenden Figurenbeschreibung und den Zeichnungen, in denen Ausführungbeispiele der Erfindung schematisch dargestellt sind.
Es zeigen:
Fig. 1
ein Schaltschema der Brückenschaltung des Hydraulikölkreislaufs eines Hydraulikzylinders,
Fig. 2
ein Schaltschema des Hydraulikölkreislaufs und der Ansteuerung der Schaltventile eines Hydraulikzylinders,
Fig. 3
ein vereinfachtes Schaltschema des Hydraulikölkreislaufs und der Ansteuerung der Schaltventile der vier Hydraulikzylinder eines Strangführungssegmentes,
Fig. 4
wie Fig. 3, jedoch mit perspektivischer Darstellung eines Strangführungselementes.
Figur 1 zeigt die in Brückenschaltung zusammengeschalteten Schaltventile (1a, b, c, d) des Hydraulikkreislauf eines Hydraulikzylinders (2), die zu einem Ventilblock (3) zusammengefaßt sind. Die Schaltventile (1a, b) sind über einen ersten Verknüpfungspunkt (4) mit einer Drucksenke (5), die Schaltventile (1c, d) über einen zweiten Verknüpfungspunkt (6) mit einer Druckquelle (7) verbindbar. Die Schaltventile (1a, c) sind außerdem über einen dritten Verknüpfungspunkt (8) mit einem Zylinderraum (9), die Schaltventile (lb, d) über einen vierten Verknüpfungspunkt (10) mit einem Ringzylinderraum (11) des Hydraulikzylinder (2) verbunden. Der Zylinderraum (9) und der Ringzylinderraum (11) sind durch einen Kolben (12) dichtend geteilt, der eine aus dem Ringzylinderraum (11) austretende Kolbenstange (13) aufweist. Aus Fig. 1 geht die sehr kompakte und mit geringem Leitungsaufwand verwirklichte Anordnung des Ventilblocks (3) hervor.
In Figur 2 ist ein Ventilblock mit einem Hydraulikzylinder (2) und einer vereinfachten Darstellung der elektrischen Ansteuerung der Schaltventile (1a, b, c, d) dargestellt. Fig. 2 zeigt auch die Verknüpfungspunkte (4, 6, 8, 10) zur Verbindung der Schaltventile (1a, b, c, d) mit der Drucksenke (5) und der Druckquelle (7), dem Zylinderraum (9) und dem Ringzylinderraum (11) auf. Der Kolben (12) ist durch eine Verbindungsstange (14) mit einem Positionsgeber (15) verbunden, der die jeweilige Lage des Kolbens (12) gegenüber dem Hydraulikzylinder (2) angibt. Die Schaltventile (1a, b, c, d) besitzen je einen Elektromagneten (16), der über elektrische Leitungen (17a, b, c, d) mit einem Dreipunktregler (18) oder einem Pulsweitenmodulator (19) verbunden ist. Dreipunktregler (18) und Pulsweitenmodulator (19) sind als Elektronikhardware verwirklicht oder als Software in einem Rechner (20) integriert. Die Schaltventile (1a, b, c, d) weisen Federn (21) auf, die sie bei stromlosen Elektromagneten (16) schießen. Die Kolbenstangen (13) sind durch Stopfbüchsen (22) abgedichtet, die auch zur Abstützung der Hydraulikzylinder (2) auf einer Hälfte der Strangführungssegmente (35, Fig. 4) dienen. Sie tragen an ihrem freien Ende einen Gelenkkopf (23) zu ihrer Verbindung mit der anderen Hälfte der Strangführungssegmente (35).
Figur 3 zeigt ein vereinfachtes Schaltschema des Hydraulikölkreislaufs und der Ansteuerung der Ventilblöcke (3) für die vier Hydraulikzylinder (2) eines Strangführungssegmentes (35, Fig. 4). In gleicher Weise können auch Richtmaschinen und Sägen angestellt werden. Ein Schaltschrank (24) ist mit einem Rechner (25) verbunden, durch dessen Software die Schaltventilblöcke (3) mittels Dreipunktregler oder Pulsweitenmodulation angesteuert werden. Der Schaltschrank (24) weist unter anderem eine Netzwerk-Karte (26), eine zentrale Prozessoreinheit (CPU) (27), einen Speicher (28), eine Schnittstelle (29). beispielsweise eine SSI-SchnittstelLe zur Verbindung mit den Positionsgebem (15)., einen Digital/Analog-Wandler bzw. Schaltverstärker (30) für die Schaltventilsignale, einen digitalen Ein/Ausgang (31) für eine Steuertafel (32) vor Ort und für eine Klemmleiste (33) zum Anschluß der Signale der Anlage auf; hinzu kommt ferner ein Netzteil (34).
Figur 4 zeigt grundsätzlich das Gleiche wie Fig. 3, jedoch mit einem Strangführungssegment (35) in perspektivischer Darstellung. Dieses weist Rollen (36) auf, zwischen denen sich der zu führende Gußstrang (37) befindet und die Abstützungen (38) aufweisen. Letztere werden durch die Hydraulikzylinder (2) und durch die Kolben (12) mittels der Kolbenstange (13) angestellt. In den Hydraulikleitungen zwischen den Schaltventilblöcken (3) und den Hydraulikzylindem (2) sind Druckgeber (39) zur Überwachung des Prozesses eingebaut. Ihre Signale werden zusammen mit denen des Schaltventilblocks (3) in einer Eingang/Ausgang Baugruppe (40) gesammelt und an die Digital/Analog-Wandler (30) weitergegeben. Die Signale der Positionsgeber (15) werden zur Schnittstelle (29) geleitet.
Die erfindungsgemäße Anlage funktioniert folgendermaßen: Wenn die Positionsgeber (15) eine Abweichung der Solllage der Rollen (36) anzeigen, wird nach Überschreiten eines bestimmten oberen oder unteren Grenzwertes mittels Dreipunktregelung oder Pulsweitenmodulation durch Ansteuern der entsprechenden Schaltventile (1a, b, c, d) die Solllage wieder hergestellt.
Durch die Verwendung von Schaltventilen anstelle von Stetigventilen kann als Arbeitsflüssigkeit eine Wasser-ÖI-Emulsion verwendet werden, wodurch die Brandgefahr bei Leckage entscheidend verringert wird. Außerdem kann auf eine Feinstfilterung der Arbeitsflüssigkeit verzichtet werden, wodurch die erfindungsgemäße Anlage in Anschaffung und Betrieb verbilligt wird.

Claims (7)

  1. Vorrichtung zum hydraulischen Anstellen von Bauteilen, insbesondere der Rollen (36) von Strangführungssegmenten (35) einer Stranggießanlage, mit Hydraulikzylindern (2), die durch je einen Kolben (12) mit Kolbenstange (13) in einen Zylinderraum (9) und einen Ringzylinderraum (11) unterteilt sind, wobei die Zylinderräume (9, 11) durch Steuerorgane abwechselnd und gegensinnig sowie gleichzeitig mit einer Druckquelle (7) und einer Drucksenke (5) verbindbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass als Steuerorgane nur 2/2 Schaltventile (1a, 1b, 1c, 1d) vorgesehen sind.
  2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Hydraulikzylinder (2) vier Schaltventile (1a, 1b, 1c, 1d) in Vollbrückenschaltung aufweist.
  3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltventile (1a, 1b, 1c, 1d) eine Drossel aufweisen.
  4. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektromagnete (16) der Schaltventile (1a, 1b, 1c, 1d) über einen Dreipunktregler (18) oder über einen Pulsweitenmodulator (19) ansteuerbar sind.
  5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Dreipunktregler (18) und die Pulsweitenmodulatoren (19) als Elektronikhardware oder als Software in einen Rechner (20) integriert sind.
  6. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Kolben (12) über eine Verbindungsstange (14) mit einem Positionsgeber (15) verbunden ist, der nach überschreiten eines oberen oder unteren Grenzwertes der Kolbenstellung die Regelung auslöst.
  7. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die vier Schaltventile (1a, 1b, 1c, 1d) zu einem Schaltventilblock (3) zusammengefasst sind.
EP99944388A 1998-08-14 1999-08-13 Vorrichtung zum hydraulischen anstellen der rollen von strangführungssegmenten einer stranggiessanlage Revoked EP1105235B1 (de)

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DE19836843 1998-08-14
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EP1105235A1 EP1105235A1 (de) 2001-06-13
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