JP2008504499A - 圧力増幅を伴う圧力媒体シリンダー - Google Patents

Abstract

多くの用途に対して、圧力媒体シリンダーは、大きなピストンの断面及びシリンダー容量のために、そのようなシリンダーのダイナミクスをしばしば害するような、高い調整力を達成しなければならず、及び／又は、圧力媒体は、非常に高い圧力で供給されなければならない。本発明は、短い反応時間、高い調整力、及び小さい全体の大きさを有する圧力媒体シリンダーを示し、この圧力媒体シリンダーは、圧力媒体シリンダー１の中に２つのシリンダー５、８が配置され、これらシリンダーが互いに独立して駆動可能であることによって達成される。

Description

本発明は、圧力増幅を伴う圧力媒体シリンダーに関し、この圧力媒体シリンダーには２つのシリンダーが配置され、これら２つのシリンダーは、互いに分離しているとともに、それぞれにピストンが配置されており、第１のシリンダーのピストンは、圧力の増大のための第２のシリンダーに作用上接続されているピストンロッドを有している。また、本発明は、このような圧力媒体シリンダーの、圧延機スタンド内の調製シリンダーとしての使用と、また、圧力媒体シリンダーを操作し調整する方法とに関している。

特定の用途に対して、例えば圧延機スタンドにおいては、圧力媒体シリンダーは大きな力を加えることができなければならず、及び／又は所定の位置に正確に調製可能でなければならない。この目的のために、大きな断面積のピストンを有する、例えば油圧シリンダーのような圧力媒体シリンダーを設けることができ、及び／又は圧力媒体シリンダーは、高圧下にある圧力媒体を供給される必要がある。第１に、圧力媒体シリンダーが非常に大きくなり、第２に、圧力媒体システムの操作に高い支出を伴う。また、大きなシリンダーということになれば、大量の圧力媒体を移動させなければならず、結果としてそのようなシリンダーのダイナミクス、即ちシリンダーの動きの調整を行う時間は長くなる。

例えば、特許文献１は、油圧シリンダーへの液体供給ラインの圧力を増大させる圧力増幅について記載している。しかし、ここでは圧力増幅器は空圧式で操作され、よって２つの異なる供給媒体とこれら供給媒体に関する設備とを必要とする。しかし、上述の問題は、このような圧力増幅器によって解決することはできない。

特許文献２は、液体の、又は液体・気体併用の圧力増幅器を開示し、液体・気体併用の圧力増幅器は、低圧シリンダーと作動シリンダーとを一のハウジング内で組み合わせている。しかし、このような圧力増幅器においては、２つのピストンは互いに独立して稼動させることができない。作動ピストンに動きを伝える低圧シリンダーのみを稼動することができる。しかし、これはまた作動シリンダーの動作の許容範囲を制限し、又は大きな体積及び寸法が必要とされ、結果としてダイナミクスが悪化する。さらに、作動シリンダーのための圧力媒体は外部から供給されず、圧力増幅器の中に密閉されており、漏れによる損失の問題を引き起こす場合があり、圧力媒体が常に一杯に満たされている必要がある。
独国特許出願公開第３６３０７２５号明細書 国際公開第０２／０５３９２０号パンフレット

よって、本発明の目的は、小型の構成で、調整された大きな力を生成し、高いダイナミクスを有する油圧シリンダーを特定化することである。

この目的は、本発明の手段によって達成することができ、本発明において、シリンダーは互いに独立して稼動させることができる。２つのシリンダーを互いに独立して稼動することができるので、比較的小さいシリンダー容量、よって小さい全体的大きさで、大きな動作の許容範囲を実現することができる。例えば、高圧化において、高いダイナミクスを有しつつ、一方のシリンダーを粗位置決めに、第２のシリンダーを微細位置決めに使用することが可能である。よって、これらの手段によって、全体的なシリンダーの大きさを実質的に削減することができ、圧力媒体シリンダーを、例えば圧延機スタンドの中に一体化するように、ロングストロークタイプに設計し、重量の観点及び製造コストの観点で実質的な節約をすることをも可能とする。

また、２つのシリンダーを互いに独立して稼動することができるので、このような圧力媒体シリンダーは、特に融通の利く簡単な方法で操作し、稼動することができ、このような圧力媒体シリンダーにおいては、高圧化において、短い応答時間で、一方のシリンダーが粗位置決めに、第２のシリンダーが微細位置決めに使用されている。

また、特に好都合なことに、圧力媒体シリンダーは行程測量システムを有して設けられ、この工程測量システムによって２つのシリンダーピストンのうちの少なくとも一方の位置を検知することができ、検知可能な実際のピストンの位置を調製又は制御のために直接使用することができる。

本発明は、典型的な、限定されるわけではない、概念図で表された図１及び図２を参照して後述されている。

図１による圧力媒体シリンダー（ここでは油圧シリンダー１）は、ハウジング２を有し、このハウジング２内には、２つのシリンダー、すなわち圧力増幅シリンダー５と調製シリンダー８とが配置されている。２つのシリンダー５、８には、それぞれに対してピストン、即ち圧力増幅ピストン３及び調製ピストン６が配置されている。このような油圧シリンダーは十分に既知であり、非常に多様な可能な方法で設計することができるので、シリンダー５、８及びこれらシリンダーに関連するピストン３、６の正確な構造構成はここでは省略する。

この場合、圧力増幅シリンダー５及び調製シリンダー８は、互いから水力学的に分離されており、それぞれ圧媒液に対する特定の供給ライン９、１１、及び排出ライン１０、１２を介して、互いに独立して駆動されている。調製ピストン６は調製ピストンロッド７を有し、この調製ピストンロッド７は油圧シリンダー１のハウジング２から外部へ貫通しており、例えば、望ましい駆動手段とすることができ、又はそのような手段に結合することができる。また、調製ピストンは、図１に示されるように、圧力増幅ピストンロッド４の断面の大きさの凹部１５を有し、例えば故障の際に、圧力増幅ピストンロッド４と調製ピストン６との間の接触を避け、圧力増幅ピストンロッド４及び調製ピストン６の破損の可能性を回避している。

圧力増幅ピストン３は圧力増幅ピストンロッド４に接続され、この圧力増幅ピストンロッド４は、圧力増幅シリンダー５と調整シリンダー８との間に位置し、ハウジング２の一部分によって形成された隔壁の中で案内されるとともに、前記隔壁を貫通し、よって調製シリンダー８又は調製シリンダー８の圧媒液容積に作用的に接続されている。圧力増幅ピストン３及び圧力増幅ピストンロッド４は、ここでは、圧力増幅ピストン３の最上位置において、圧力増幅ピストンロッド４が調整シリンダーの空間の中に侵入しないように寸法を決められている。ピストン側の圧力は、圧力増幅ピストン３の断面と圧力増幅ピストンロッドの断面との比率において、結果的に増幅され、即ち増加し、よってこのように増加した圧力は、このピストン側の調製ピストン６に作用する。

また、調製ピストン６は、センサーロッドアセンブリ１３に接続されており、ここでセンサーロッドアセンブリ１３は、圧力増幅ピストンロッド４、圧力増幅ピストン３、及び油圧シリンダー１のハウジングを貫通し、例えば十分に既知である電気的又は光学的システムのような好適な行程（path）測定システム１４に接続されている。しかし、ここに記載されたもの以外のいかなる望ましい行程測定システム１４、又はいかなる望ましい行程測定装置が設けられ得ることは言うまでもない。例えば、行程測定システム１４は、油圧シリンダー１の制御装置、及び／又は、例えば実測値伝達装置としての、例えば圧延機スタンドの圧延機のような、油圧シリンダー１によって駆動される装置の制御装置に結合することができる。

本発明による油圧シリンダー１の機能が例示の方法によって後述されている。両方のピストン３、６は、ピストンの側方で、すなわち供給ライン９、１１で、例えば２９０バール（bar）の圧力の下にある油圧系統に接続されている。よって、両方のシリンダーは同一の油圧系統からの供給を受けることができる。両方のシリンダー５、８の場合には、例えば、約５０バールの圧力のような一定の減圧が、ピストンロッドの側方で、即ち排出ライン１０、１２において行われている。十分に知られているように、シリンダー５、８の駆動は、供給ライン９、１１及び／又は排出ライン１０、１２に配置された既知のサーボバルブによって行うことができる。

最初のステップとして、調製シリンダー８のサーボバルブを介して、調製ピストンロッド７と共に調製ピストン６が前以て決められた位置に動く。この位置は、調製ピストン６に強固に接続されているとともに圧力増幅ピストン３を貫通するセンサーロッドアセンブリ１３を介して、行程測定システム１４に伝達される。行程測定システム１４は好適な制御装置に接続することができる。調製ピストン６の位置決めの際に、圧力増幅ピストン３はその最も高い位置にあり、作動していない。調製シリンダー８の駆動の結果としての調製ピストン６の位置決め、したがって調製ピストンロッド７の位置決めの後、調製ピストン６の油圧供給ライン１１は、例えば遮断可能な弁によって油圧系統から分離され、次いで、油圧シリンダー１の制御機能が、圧力増幅シリンダー５のサーボバルブを介した圧力増幅シリンダー５によって働く。

圧力増幅ピストン３及び調製ピストン６の本発明による配置の故に、圧力増幅ピストンロッド４（その直径は圧力増幅ピストンの直径に対して特定の比率である）は、調製ピストン６のシリンダーの空間の中に侵入し、その結果として圧力増幅ピストンロッドの断面に対する圧力増幅ピストンの断面の比率だけ乗じられた油圧がそこに形成される。圧力増幅器の通常径路は、この場合、同じ比率を乗じられる。よって、圧力増幅シリンダー５の駆動の結果として、乗じられた圧力で調製ピストン６を駆動し、動かすことができる。よって、本発明による油圧シリンダーの方法によれば、比較的低圧の、小さい寸法の油圧系統を使用して、調節ピストン６を油圧系統の圧力のｘ倍で作用させることが可能である。この例においては、増幅比は約１から４であり、すなわち圧力増幅器の２９０バールのピストン圧力は、調整シリンダー８中に１１６０バールを生成する。

このような油圧シリンダー１は、図２に図示するような、圧延機スタンド中の調整シリンダー２８として特に好都合に使用することができる。ここで、圧延機スタンド２０は、２つのワークロール２２と２つのサポートロール２１とからなり、２つのワークロール２２の間を流れる圧延ストリップ２３が圧延される。このような装置は十分に知られており、ここで詳細に説明する必要は無い。圧延機スタンド２０は、本発明による油圧シリンダー１を上に配置され、油圧シリンダー１の調製シリンダー７が（ここに単に示されているだけの）調整装置２４を駆動している。

制御ユニット２５は、行程測定システム１４からの測定データを受け取り、油圧シリンダー１を駆動している。また、制御ユニット２５は、図２に示すように、更なる設備部品を制御することもでき、さらなるセンサー２６からのデータを受け取ることもできる。また、制御ユニット２５は、例えば設備制御装置のような最重要制御装置２７に同様に接続されていても良い。

よって、上述のように、制御ユニット２５の手段によって、油圧シリンダー１は、入力に従って、かつ圧力増幅シリンダー５の駆動によって、異なる圧延加重の結果として生じるすべてのロール間隙のばらつきを十分な反応時間で一様としている。この目的のために、必要とされる測定値はセンサー２６によって検出し、制御ユニット２５に供給することができる。経験によれば、１ｍｍから５ｍｍの径路は圧延機スタンド２０の中で一様とされなければならない。圧延ストリップ２３が圧延機スタンド２０から放出された後、圧力増幅ピストン３は直ちに最も上の位置に再度動かされ、制御は油圧シリンダー１の調整シリンダー８へ再度移行する。次のサイクルが調整シリンダー８の更新された位置決めとともに開始する。

しかし、両方のシリンダー５、８を同時に駆動する、すなわち、特定の用途が必要とする場合には、両方のシリンダーを同時に圧媒液で作動することも勿論考えられる。

２つのシリンダー５、８の小さな容積の故に、油圧シリンダー１は、非常に高い到達可能な圧力を有するにもかかわらず、十分に早い応答時間を有している。

同時に、２つのシリンダー５、８を互いに独立して駆動する可能性の故に、油圧シリンダー１の制御可能性が損なわれることは無い。よって、このような圧力媒体シリンダー１を、小さいスペース要求に加えて、すなわち、例えば、鍛造プレス又は鍛造ローラにいかなる制限も加えずに、圧延機スタンドに加えて、大きな力が要求されるところに使用することが適切である。

本発明による圧力媒体シリンダーが油圧シリンダー１を例にとって上記に記載されてきたが、勿論、例えばエアシリンダーに対する空気又はガスのような、他の好適な圧力媒体もまた使用することができ、その場合、いかなる機能上の制限をしない、軽微な構造変更が可能である。

本発明による圧力媒体シリンダーの断面図である。 本発明による圧力媒体シリンダーを有する圧延機スタンドの図である。

符号の説明

１・・・圧力媒体シリンダー
２・・・ハウジング
３・・・圧力増幅ピストン
４・・・圧力増幅ピストンロッド
５・・・圧力増幅シリンダー
６・・・調製ピストン
７・・・調製ピストンロッド
８・・・調製シリンダー
９、１１・・・供給ライン
１０、１２・・・排出ライン
１３・・・センサーロッドアセンブリ
１４・・・行程測定システム
２０・・・圧延機スタンド
２１・・・圧延ロール
２８・・・調製シリンダー

Claims (15)

1. 好ましくは油圧シリンダー又はエアシリンダーである圧力増幅を伴う圧力媒体シリンダーであって、
   該圧力媒体シリンダー（１）は、中に二のシリンダー（５、８）を配置され、これらシリンダー（５、８）は互いに分離されているとともに、それぞれにピストン（３、６）が配置され、第１の前記シリンダー（５）の前記ピストン（３）は、圧力を増加させるための第２の前記シリンダー（８）に作用的に接続されたピストンロッド（４）を有し、前記シリンダー（５、８）は、互いに独立して駆動できることを特徴とする圧力媒体シリンダー。
2. それぞれの前記シリンダー（５、８）は、圧力媒体のための特定の供給ライン（９、１１）と、圧力媒体のための特定の排出ライン（１０、１２）とを有することを特徴とする請求項１に記載の圧力媒体シリンダー。
3. 前記第１のピストン（３）の前記ピストンロッド（４）は、前記第１のピストン（３）より小さい断面積を有することを特徴とする請求項１又は２に記載の圧力媒体シリンダー。
4. 前記第１のピストン（３）の前記ピストンロッド（４）は、前記圧力媒体シリンダー（１）のハウジング（２）中で案内されるように配置されていることを特徴とする請求項３に記載の圧力媒体シリンダー。
5. 前記第２のピストン（６）は、ピストンロッド（７）を有し、該ピストンロッド（７）は、前記圧力媒体シリンダー（１）から外へ貫通していることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の圧力媒体シリンダー。
6. 前記圧力媒体シリンダー（１）は、上に行程測定システム（１４）を配置され、該行程測定システムによって、前記二のピストン（３、６）のうちの少なくとも一方の、好ましくは前記第２のピストン（６）の移動量を測定することができることを特徴とする、請求項１〜５のいずれか一項に記載の圧力媒体シリンダー。
7. センサーロッドアセンブリ（１３）が設けられ、該センサーロッドアセンブリ（１３）は、前記第１のピストン（３）及び前記第１のピストンロッド（４）を貫通するとともに、一方の端部で前記第２のピストン（６）又は該第２のピストン（６）のピストンロッド（７）に接続され、他方の端部で前記行程測定システム（１４）に接続されていることを特徴とする、請求項６に記載の圧力媒体シリンダー。
8. 圧延機スタンド（２０）の圧延ロール（２１）の調製シリンダー（２８）としての、請求項１〜７のいずれか一項に記載の圧力媒体シリンダーの使用。
9. 前記第２のピストンロッド（７）は、圧延機スタンド（２０）の圧延ロール（２１）又は圧延ロール（２１）の架台に動作的に接続されていることを特徴とする請求項８に記載の使用。
10. 前記二のシリンダー（５、８）は、互いに独立して圧力媒体で作動されることを特徴とする、請求項１〜７のいずれか一項に記載の圧力媒体シリンダーを操作する方法。
11. 最初に、第２のシリンダー（８）の第２のピストン（７）が、前記第２のシリンダー（８）の圧力媒体供給ライン（１１）及び／又は圧力媒体排出ライン（１２）中のバルブの開放／遮断の結果として、前以て決められた位置に動かされ、
    続いて、第１のシリンダー（５）の前記第１のピストン（３）が、前記第１のシリンダー（５）の圧力媒体供給ライン（９）及び／又は圧力媒体排出ライン（１０）中のバルブの開放及び／又は遮断の結果として動かされ、
    結果として、前記第２のピストン（６）もまた同時に動かされることを特徴とする、請求項１０に記載の方法。
12. 前記二のシリンダー（５、８）は、互いに独立して圧力媒体で作動されることを特徴とする、請求項１〜７のいずれか一項に記載の圧力媒体シリンダーを制御する方法。
13. 第２のシリンダー（８）の第２のピストン（６）の動きは行程測定システム（１４）によって検出され、前記第２のシリンダー（８）の前記圧力媒体供給ライン（１１）及び／又は圧力媒体排出ライン（１２）中のバルブは、前記第２のピストン（６）が前以て決められた位置に動かされるように駆動され、次いで、前記第２のピストン（６）の動きが第１のシリンダー（５）の第１のピストン（３）の動きによって制御され、前記第１のシリンダー（５）の前記圧力媒体供給ライン（９）及び／又は前記圧力媒体排出ライン（１０）中のバルブが駆動されることを特徴とする、請求項１２に記載の方法。
14. 前記第１のピストン（３）は、前記第２のピストン（３）の予備位置決めの間は固定されていることを特徴とする請求項１０〜１３のいずれか一項に記載の方法。
15. 前記第２のシリンダー（８）の圧力媒体供給ライン（１１）及び／または圧力媒体排出ライン（１２）は、前記第１のピストン（３）の動きの間は遮断されていることを特徴とする、請求項１０〜１４のいずれか一項に記載の方法。

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