WO1993019302A1 - Mehrstufiger hydraulischer zylinder - Google Patents

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Heinz Guido
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MAN Gutehoffnungshütte Aktiengesellschaft
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F15—FLUID-PRESSURE ACTUATORS; HYDRAULICS OR PNEUMATICS IN GENERAL
    • F15B—SYSTEMS ACTING BY MEANS OF FLUIDS IN GENERAL; FLUID-PRESSURE ACTUATORS, e.g. SERVOMOTORS; DETAILS OF FLUID-PRESSURE SYSTEMS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F15B15/00—Fluid-actuated devices for displacing a member from one position to another; Gearing associated therewith
    • F15B15/08—Characterised by the construction of the motor unit
    • F15B15/14—Characterised by the construction of the motor unit of the straight-cylinder type
    • F15B15/16—Characterised by the construction of the motor unit of the straight-cylinder type of the telescopic type
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F15—FLUID-PRESSURE ACTUATORS; HYDRAULICS OR PNEUMATICS IN GENERAL
    • F15B—SYSTEMS ACTING BY MEANS OF FLUIDS IN GENERAL; FLUID-PRESSURE ACTUATORS, e.g. SERVOMOTORS; DETAILS OF FLUID-PRESSURE SYSTEMS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F15B11/00—Servomotor systems without provision for follow-up action; Circuits therefor
    • F15B11/02—Systems essentially incorporating special features for controlling the speed or actuating force of an output member
    • F15B11/028—Systems essentially incorporating special features for controlling the speed or actuating force of an output member for controlling the actuating force
    • F15B11/036—Systems essentially incorporating special features for controlling the speed or actuating force of an output member for controlling the actuating force by means of servomotors having a plurality of working chambers
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F15—FLUID-PRESSURE ACTUATORS; HYDRAULICS OR PNEUMATICS IN GENERAL
    • F15B—SYSTEMS ACTING BY MEANS OF FLUIDS IN GENERAL; FLUID-PRESSURE ACTUATORS, e.g. SERVOMOTORS; DETAILS OF FLUID-PRESSURE SYSTEMS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F15B2211/00—Circuits for servomotor systems
    • F15B2211/70—Output members, e.g. hydraulic motors or cylinders or control therefor
    • F15B2211/705—Output members, e.g. hydraulic motors or cylinders or control therefor characterised by the type of output members or actuators
    • F15B2211/7051—Linear output members
    • F15B2211/7055—Linear output members having more than two chambers
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F15—FLUID-PRESSURE ACTUATORS; HYDRAULICS OR PNEUMATICS IN GENERAL
    • F15B—SYSTEMS ACTING BY MEANS OF FLUIDS IN GENERAL; FLUID-PRESSURE ACTUATORS, e.g. SERVOMOTORS; DETAILS OF FLUID-PRESSURE SYSTEMS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F15B2211/00—Circuits for servomotor systems
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    • F15B2211/705—Output members, e.g. hydraulic motors or cylinders or control therefor characterised by the type of output members or actuators
    • F15B2211/7051—Linear output members
    • F15B2211/7057—Linear output members being of the telescopic type

Definitions

  • the invention relates to a multi-stage hydraulic cylinder and a method for moving a load with different degrees of load (back pressure) and different stroke paths with the aid of this multi-stage hydraulic cylinder.
  • Multi-stage hydraulic cylinders for moving loads are generally known.
  • Telescopic cylinders of known types according to the preamble have the disadvantage that they require space for the necessary supporting structure in addition to the overall length of the cylinder.
  • all components of the telescopic cylinder must be designed so that they can absorb the forces generated by each cylinder stage. With a large difference in force between the individual cylinder stages, this characteristic of the telescopic cylinder inevitably leads to an elaborate structural design of the cylinder.
  • the object of the invention is to provide a multi-stage hydraulic cylinder which is able to move loads with different load levels and stroke paths, which has a compact design, the smallest possible height and can be manufactured more cost-effectively than multi-stage lifting cylinders known design.
  • a multi-stage hydraulic cylinder is created that can generate high pressure with a short stroke in the first stroke stage. This first lifting stage is based on the
  • This hollow piston is designed according to the invention such that it simultaneously represents the cylinder tube of the multi-stage telescopic cylinder arranged in its interior.
  • pressurization at the connection piece of the first lifting stage moves a large load during the initial lifting movement.
  • This load consists of a physical load, increased by
  • the piston of stage III runs up to the load and takes over the same. Levels II and III extend and finally move the load up to
  • Such a multi-stage hydraulic cylinder can be used as a three-stage lifting system, for example on a direct-current arc furnace, around a 3 approx. 26.0 ton bottom electrode Corresponding wear or burning out of the refractory lining of the electric furnace and thus push it into the interior of the furnace space.
  • the pressure to be applied in the first stage of the three-stage system can be up to approx. 100 t in order to loosen the ground electrode that is firmly sintered and stamped into the stove base and to raise it by approx. 300 mm.
  • the detached floor electrode can be raised by the two inner lifting cylinders (stages II and III) by approx. 2000 mm in order to be picked up by another lifting device, e.g. an indoor crane, and taken to a storage or repair location in the Hall of the steel mill to be driven and dropped off there.
  • Fig. 3 shows a section of the three-stage lifting cylinder in the extended state
  • Fig. 4 shows the arrangement of the three-stage lifting cylinder below the bottom electrode of a DC arc furnace.
  • the hydraulic cylinder shown in Figures 1 to 3 is a three-stage cylinder, consisting of a first cylinder stage I, which is designed as a hollow piston cylinder with a cylinder tube (1), the piston (2) and the hollow piston rod (3).
  • Two long-stroke cylinders (4, 6) are arranged as telescopic cylinders in the hollow piston rod (3).
  • the hollow piston rod (3) has a stroke limitation (5) for the telescopic piston (4) of stage II and the telescopic piston (4) in turn has a stroke limitation (7) for the telescopic cylinder (6) of stage III.
  • Pressure medium connections (8) for lifting and (9) for lowering stage I are provided on the cylinder tube (1).
  • the corresponding connections (10, 11) for the pressure medium for stages II and III are (for lifting) below the hollow piston rod (3) and (for lowering) laterally in the upper area of the hollow piston rod (3).
  • (13) denotes a stationary support on which the stage I cylinder can be supported.
  • Fig. 1 shows the three-stage lifting cylinder in the retracted state.
  • Fig. 3 shows the three-stage lifting cylinder in the fully extended state, ie here are both Telescopic cylinder (4, 6) extended up to their stroke limits.
  • Patent figures 1 to 3 generally show the use of the hydraulic cylinder according to the invention as a lifting cylinder for lifting and lowering a load (12).
  • the device according to the invention can in principle also be used for moving loads in other directions.
  • Fig. 4 shows the use of a three-stage lifting system using a practical example, namely for pressing out the bottom electrode from the furnace hearth of a DC arc furnace in accordance with the information in the introduction to the description.
  • the bottom electrode (14) is in the hearth of a DC arc furnace and should be replaced by a new or reconditioned bottom electrode after wear.
  • the base electrode With the help of the multi-stage cylinders (16) arranged below the furnace vessel on the circumference of the base electrode and pressing from below against the base plate (15) of the base electrode (14), the base electrode is initially under high back pressure (weight of the base electrode approx. 26 t) the hollow piston cylinder (1, 2, 3) is pressurized with pressure medium. It is thereby achieved that the bottom electrode (14) is broken off from the composite with the surrounding refractory material of the stove. The long-stroke cylinders then lift the bottom electrode into the interior of the furnace of the arc furnace with less back pressure. The worn bottom electrode can then be removed from the furnace by a gripper.

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen mehrstufigen hydraulischen Zylinder zum Bewegen von Lasten. Ein erster Zylinder ist als Hohlkolbenzylinder (1, 2, 3) ausgebildet, in dessen hohler Kolbenstange (3) mindestens ein weiterer langhubiger Zylinder (4) angeordnet ist. Die Hohlkolbenstange (3) bildet gleichzeitig das Zylinderrohr des oder der langhubigen Zylinder (4, 6). Das Verhältnis von Wirkfläche des Hohlkolbenzylinders zur Wirkfläche des langhubigen Zylinders bzw. der langhubigen Zylinder beträgt 2:1 bis maximal 50:1. Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Bewegen einer Last mit verschiedenen Belastungsgraden und unterschiedlichen Hubwegen mit Hilfe des mehrstufigen hydraulischen Zylinders wird zunächst der Hohlkolbenzylinder (1, 2, 3) unter anfangs hohem Gegendruck mit Druckmedium beaufschlagt und dann wird zum Bewegen der Last unter geringem Gegendruck der langhubige Zylinder mit Druckmedium beaufschlagt.

Description

Mehrstufiger hydraulischer Zylinder
Die Erfindung betrifft einen mehrstufigen hydraulischen Zylinder und ein Verfahren zum Bewegen einer Last mit verschiedenen Belastungsgraden (Gegendrücken) und unterschiedlichen Hubwegen mit Hilfe dieses mehrstufigen hydraulischen Zylinders.
Mehrstufige hydraulische Zylinder zum Bewegen von Lasten sind grundsätzlich bekannt. Teleskopzylinder bekannter Bauarten nach dem Oberbegriff weisen jedoch den Nachteil auf, daß sie zusätzlich zu der Zylinderbaulänge noch Platz für die erforderliche Tragkonstruktion benötigen. Darüber hinaus müssen alle Bauteile des Teleskopzylinders so gestaltet sein, daß sie die Kräfte aufnehmen können, die von einer jeden Zylinderstufe erzeugt werden. Bei einem großen Kraftunterschied zwischen den einzelnen Zylinderstufen führt diese Eigenart der Teleskopzylinder zwangsläufig zu einer aufwendigen konstruktiven Gestaltung des Zylinders.
Die Aufgabe der Erfindung ist darin zu sehen, einen mehrstufigen hydraulischen Zylinder zu schaffen, der in der Lage ist, Lasten mit verschiedenen Belastungsgraden und Hubwegen zu bewegen, der eine kompakte Bauform aufweist, eine möglichst geringe Bauhöhe besitzt und sich kostengünstiger herstellen läßt als mehrstufige Hubzylinder bekannter Bauart.
Die Lösung der Aufgabe erfolgt in der Weise, wie es in den Patentansprüchen angegeben ist. 1 Entsprechend der Aufgabenstellung wird somit ein mehrstufiger hydraulischer Zylinder geschaffen, der in der ersten Hubstufe einen hohen Druck bei kurzem Hubweg erzeugen kann. Diese erste Hubstufe basiert auf dem an
_- sich bekannten Prinzip des Hohlkolbenzylinders, wobei die Last auf einem Hohlkolben aufgelagert ist. Dieser Hohlkolben ist erfindungsgemäß so ausgestaltet, daß er gleichzeitig das Zylinderrohr des in seinem Inneren angeordneten mehrstufigen Teleskopzylinders darstellt.
10
Im Ausführungsbeispiel bewegt eine Druckbeaufschlagung am Anschlußstutzen der ersten Hubstufe bei der anfänglichen Hubbewegung eine große Last. Diese Last besteht aus einer physikalischen Last, vergrößert um
-je ein bestimmtes Losbrechmoment. Nach Beendigung des kurzen Hubes innerhalb der ersten Hubstufe ist das Losbrechmoment überwunden und es braucht in der oder den weiteren Stufen der Hubbewegung nur noch die Last allein bewegt zu werden. Hierzu werden die entsprechenden Hubstufen II und III am
Druckmediumanschluß druckbeaufschlagt. Im Ausführungsbeispiel fährt der Kolben der Stufe III bis gegen die Last und übernimmt dieselbe. Die Stufen II und III fahren aus und bewegen die Last schließlich bis
2 in ihre Endstellung.
Beim Zurückfahren bzw. Absenken des beispielsweise dreistufigen Hubzylinders sind nur niedrige Gegendrücke bzw. Lasten aufzunehmen und in die gewünschte 30 Endposition zurückzufahren.
ein solcher mehrstufiger hydraulischer Zylinder kann als dreistufiges Hubsystem beispielsweise an einem Gleichstromlichtbogenofen eingesetzt werden, um eine 3 ca. 26,0 Tonnen schwere Bodenelektrode nach entsprechendem Verschleiß bzw. Abbrand aus dem mit Feuerfestmaterial ausgekleideten Herdboden des Elektroofens heraus- und somit in das Innere des Ofenraumes hineinzudrücken.
Der aufzuwendende Druck der ersten Stufe des insgesamt dreistufigen Systems kann bis zu ca. 100 t betragen, um die mit dem Herdboden fest versinterte und eingestampfte Bodenelektrode zu lösen und um ca. 300 mm anzuheben. In der zweiten und dritten Stufe kann die losgelöste Bodenelektrode durch die beiden inneren Hubzylinder (Stufen II und III) um ca. 2000 mm angehoben werden, um von einem anderen Hebezeug, beispielsweise einem Hallenkran, aufgenommen und zu einem Abstell- bzw. Reparaturplatz in der Halle des Stahlwerkes gefahren und dort abgesetzt zu werden.
In den Patentfiguren ist die Erfindung anhand von im Prinzip dargestellten Ausführungsbeispielen erläutert.
Es zeigen:
Fig. 1 einen Schnitt des dreistufigen Hubzylinders in eingefahrenem Zustand,
Fig. 2 einen Schnitt des dreistufigen Hubzylinders mit ausgefahrener Stufe I,
Fig. 3 einen Schnitt des dreistufigen Hubzylinders im ausgefahrenen Zustand und
Fig. 4 die Anordnung der dreistufigen Hubzylinder unterhalb der Bodenelektrode eines Gleichstromlichtbogenofens. Bei dem in den Figuren 1 bis 3 dargestellten hydraulischen Zylinder handelt es sich um einen dreistufigen Zylinder, bestehend aus einer ersten Zylinderstufe I, die als Hohlkolbenzylinder mit einem Zylinderrohr (1), dem Kolben (2) und der Hohlkolbenstange (3) ausgebildet ist.
In der Hohlkolbenstange (3) sind zwei langhubige Zylinder (4, 6) als Teleskopzylinder angeordnet.
Die Hohlkolbenstange (3) weist eine Hubbegrenzung (5) für den Teleskopkolben (4) der Stufe II auf und der Teleskopkolben (4) wiederum eine Hubbegrenzung (7) für den Teleskopzylinder (6) der Stufe III.
An dem Zylinderrohr (1) sind Druckmediumanschlüsse (8) für das Heben und (9) für das Senken der Stufe I vorgesehen. Die entsprechenden Anschlüsse (10, 11) für das Druckmedium für die Stufen II und III befinden sich (für das Heben) unterhalb der Hohlkolbenstange (3) und (für das Senken) seitlich im oberen Bereich der Hohlkolbenstange (3).
Mit (13) ist eine stationäre Abstützung bezeichnet, auf der sich der Zylinder der Stufe I abstützen kann.
Fig. 1 zeigt den dreistufigen Hubzylinder in eingefahrenem Zustand.
In Fig. 2 erkennt man, daß die Hohlkolbenstange (3) als Stufe I nach oben ausgefahren ist.
Fig. 3 zeigt den dreistufigen Hubzylinder im voll ausgefahrenen Zustand, d.h. hier sind beide Teleskopzylinder (4, 6) bis zu ihren Hubbegrenzungen ausgefahren.
In den Patentfiguren 1 bis 3 ist allgemein die Anwendung des erfindungsgemäßen hydraulischen Zylinders als Hubzylinder zum Heben und Absenken einer Last (12) dargestellt. Selbstverständlich läßt sich die erfindungsgemäße Vorrichtung grundsätzlich auch für die Bewegung von Lasten in andere Richtungen verwenden.
Fig. 4 zeigt die Verwendung eines dreistufigen Hubsystems an einem praktischen Beispiel, nämlich zum Ausdrücken der Bodenelektrode aus dem Ofenherd eines Gleichstromlichtbogenofens entsprechend dem Hinweis in der Beschreibungseinleitung.
Die Bodenelektrode (14) befindet sich im Herd eines Gleichstromlichtbogenofens und soll nach Verschleiß durch eine neue oder überholte Bodenelektrode ersetzt werden. Mit Hilfe der unterhalb des Ofengefäßes am Umfang der Bodenelektrode angeordneten mehrstufigen Zylinder (16), die von unten gegen das Bodenblech (15) der Bodenelektrode (14) drücken, wird gemäß Patentanspruch 5 die Bodenelektrode unter anfänglich hohem Gegendruck (Gewicht der Bodenelektrode ca. 26 t) der Hohlkolbenzylinder (1, 2, 3) mit Druckmedium beaufschlagt. Dadurch wird erreicht, daß die Bodenelektrode (14) aus dem Verbund mit dem sie umgebenden feuerfesten Material des Ofenherdes losgebrochen wird. Anschließend heben die langhubigen Zylinder unter geringerem Gegendruck die Bodenelektrode ins Innere des Ofengefäßes des Lichtbogenofens. Die verschlissene Bodenelektrode kann sodann von einem Greifer aus dem Ofen entnommen werden. Bezugsziffernliste:
1 Zylinderrohrstufe I
2 Kolbenstufe I
3 Hohlkolbenstange I
4 Teleskopkolben, Stufe II
5 Hubbegrenzung, Stufe II
6 Teleskopkolben, Stufe III
7 Hubbegrenzung, Stufe III
8 Druckmediumanschluß für Heben, Stufe I
9 Druckmediumanschluß für Senken, Stufe I
10 Druckmediumanschluß für Heben, Stufen II und III
11 Druckmediumanschluß für Senken, Stufen II und III
12 Last
13 Abstützung
14 Bodenelektrode eines Gleichstromlichtbogenofens
15 Bodenblech von 14
16 mehrstufige hydraulische Zylinder
ERSATZBLATT

Claims

Patentansprüche:
1. Mehrstufiger hydraulischer Zylinder zum Bewegen von Lasten mit verschiedenen Belastungsgraden und Hubwegen, dadurch gekennzeichnet, daß ein erster Zylinder als Hohlkolbenzylinder (1, 2, 3) ausgebildet ist, in dessen hohler Kolbenstange (3) mindestens ein weiterer langhubiger Zylinder (4) angeordnet ist, daß die hohle Kolbenstange (3) gleichzeitig das Zylinderrohr des langhubigen Zylinders (4) ist und daß Druckmedienanschlüsse (8, 9, 10, 11) für das Bewegen der Zylinder angeordnet sind.
2. Mehrstufiger hydraulischer Zylinder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der in der hohlen Kolbenstange (3) angeordnete langhubige Zylinder ein mehrstufiger Teleskopzylinder (4, 6) ist.
3. Mehrstufiger hydraulischer Zylinder nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis von Wirkfläche des Hohlkolbenzylinders zur Wirkfläche des langhubigen Zylinders bzw. der langhubigen Zylinder 2 : 1 bis max. 50 : 1 beträgt.
4. Mehrstufiger hydraulischer Zylinder nach den
Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß für das Bewegen des Hohlkolbenzylinders (1, 2, 3) und für das Bewegen des langhubigen Zylinders
ERSÄTZBLATT (4) bzw. der langhubigen Zylinder (4, 6) getrennte Druckmedienanschlüsse (8, 9, 10, 11) angeordnet sind.
Verfahren zum Bewegen einer Last mit verschiedenen Belastungsgraden (Gegendrücken) und unterschiedlichen Hubwegen mit Hilfe eines mehrstufigen hydraulischen Zylinders nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß zum Bewegen der Last (12) unter anfänglich hohem Gegendruck zuerst der Hohlkolbenzylinder (1, 2, 3) mit Druckmedium beaufschlagt wird, danach zum Bewegen der Last (12) unter geringerem Gegendruck der langhubige Zylinder (4) bzw. die langhubigen Zylinder (4, 6) mit Druckmedium beaufschlagt werden.
ERSATZBLATT
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