WO2010063661A2 - Verfahren und vorrichtung zur aktiven unterdrückung von druckschwingungen in einem hydrauliksystem - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zur aktiven unterdrückung von druckschwingungen in einem hydrauliksystem Download PDF

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Siemens Vai Metals Technologies Gmbh & Co
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Definitions

  • the present invention relates to a method and apparatus for active suppression of pressure oscillations or pressure pulsations in a hydraulic system of a cold or hot rolling mill or a strip processing plant for iron, steel or aluminum materials.
  • pressure oscillations can either be induced internally in the hydraulic system, e.g. caused by the non-uniformity of the delivery rate of pumps or by the control of valves, etc., but also externally, e.g. due to periodic load fluctuations in hydraulic cylinders or motors. It is further known that it is especially at
  • Hydraulic systems with high dynamics for example, consisting of a steady hydraulic valve (for example, an electrically controlled proportional or servo valve) and a hydraulic cylinder or motor, can cause strong pressure oscillations in the hydraulic system.
  • a steady hydraulic valve for example, an electrically controlled proportional or servo valve
  • a hydraulic cylinder or motor can cause strong pressure oscillations in the hydraulic system.
  • Hydraulic systems high dynamics are used and on the other hand - due to higher demands on the reaction time and economy - the damping in the Hydraulic systems (eg the viscous damping in the seals of cylinders) is reduced.
  • From DE 4 302 977 Al is a device for the active suppression of pressure oscillations in one
  • Hydraulic unit known, which has a pressure sensor, a control device with associated amplifier and a volume compensator. Concrete regulations for the procedure to be carried out or further indications for an advantageous application of the device in one
  • Hydraulic system of a rolling mill or strip processing plant can not be taken from the disclosure.
  • the object of the invention is to provide a method and a device for the active suppression of pressure oscillations or pressure pulsations in a hydraulic system of a cold or hot rolling mill or a strip treatment plant, with which occurring pressure oscillations or pulsations can be suppressed particularly effectively by means of a simple and inexpensive device ,
  • a pressure signal by means of a pressure transducer (eg with a piezoelectric, piezoresistive or strain gauge (Dehn measuring strip) measuring cell) by permanently measuring a pressure in a hydraulic system of a cold or hot rolling mill or a strip processing plant for iron, steel or aluminum materials detected , Under a pressure transducer (eg with a piezoelectric, piezoresistive or strain gauge (Dehn measuring strip) measuring cell) by permanently measuring a pressure in a hydraulic system of a cold or hot rolling mill or a strip processing plant for iron, steel or aluminum materials detected , Under a
  • Hydraulic system refers to a portion (typically a hydraulic circuit or a hydraulic axis) of a hydraulic system, which is hydraulically connected to each other, for example, the area between a hydraulic valve and a hydraulic cylinder incl
  • an alternating component is determined from the pressure signal, ie. it is the DC component of the pressure signal removed, and fed to a controller.
  • the determination of the alternating component can be carried out either by an electronic filter module or by a digital filter (eg removal of the DC component by means of a viewing window English, "sliding window", consisting of n measured values of the pressure signal (filter order n), of course, however, the removal of the DC component
  • the determination of the alternating component can also be carried out by means of a piezoelectric pressure transducer and a charge amplifier which is either connected downstream of the pressure sensor or integrated in the pressure transducer .
  • the controller determines taking into account at least one reference value and the alternating component of the pressure signal, at least one temporally variable manipulated variable, which is used to load at least one variable volume actuator, by acting on the manipulated variable, the actuator releases a volume, which communicates with the Ste ll size corresponds.
  • the volume of the hydraulic system is changed via the actuator, whereby the with the Pressure oscillation accompanying volumetric flow oscillation at least partially compensated and in consequence the pressure oscillation is suppressed.
  • a manipulated variable of zero for example, an average volume, ie.
  • a neutral or undeflected position of the actuator correspond;
  • a manipulated variable of zero corresponds to a minimum volume;
  • a maximum manipulated variable can then, for example, with a max. Volume go along.
  • the transfer of the manipulated variable signal from the controller to the actuator can be wired or wireless (eg via radio).
  • high-pass filtering By means of high-pass filtering is the targeted decoupling of the suppression of pressure oscillations of optionally existing in the system further control circuits, e.g. a position or force control of a hydraulic cylinder, possible.
  • a bandpass filtering allows targeted suppression of certain frequency ranges of the
  • Pressure oscillations (which, for example, coincide with a natural frequency of the rolling mill or of a subsystem, or have a high amplitude or intensity);
  • adaptive bandpass filters which are e.g. automatically isolate a frequency band with high amplitude - possible.
  • the controller uses the setpoint zero when determining the manipulated variable.
  • each real actuator has a phase shift in the transmission behavior, it is possible to supply the time-variable manipulated variable to a lead / lag element and thereby specifically change the phase position.
  • Hurry e.g. of the
  • a further advantageous embodiment of the method is that the time-variable variable is supplied to the actuator after a gain. This makes it possible to separate the signal processing part in the controller from the power unit, which can be high performance on the actuator connect with high control accuracy.
  • a further advantageous embodiment is to filter different frequency bands from the alternating component, to supply these frequency bands to at least one controller for determining time-variable manipulated variables, then to feed the manipulated variables to at least one actuator having a volume corresponding to the manipulated variable and communicating with the hydraulic system changed, whereby the pressure oscillations are suppressed in the hydraulic system.
  • the device comprises: at least one communicating with the hydraulic system pressure sensor for
  • Detecting a pressure signal a member for determining a change portion of the pressure signal to which the pressure signal can be supplied, at least one control device, the Alternating component and a setpoint can be supplied and with the aid of which at least one manipulated variable can be determined and at least one associated with the hydraulic system actuator with variable volume to which the manipulated variable can be supplied.
  • Piezoelectric actuators are familiar to the expert; magnetostrictive actuators, e.g. Actuators from the material Terfenol-D ® from Etrema, have excellent dynamic properties and can also be used with advantage.
  • an actuator is equipped with a pressure transducer for detecting a pressure signal.
  • a pressure transducer is located in an actuator designed as a hollow cylinder.
  • the device according to the invention in a hydraulic system of a rolling mill at least consisting of a hydraulic valve, a hydraulic cylinder and a hydraulic line or a hose, integrate when the device with the hydraulic valve and the hydraulic cylinder a
  • Roller adjustment of the rolling stand is in communication.
  • the installation is particularly compact when the device is installed in an intermediate plate of the hydraulic valve.
  • the method according to the invention or the device can be used in cast roll composite systems, in particular in thin strip casting machines, very particularly preferably in two-roll casting machines.
  • Casting plants, or in thin slab casters of the type ESP (Endless Strip Production) are used.
  • Fig. 1 Scheme of a controlled system for the active suppression of pressure oscillations in a hydraulic system of a
  • Fig. 1 shows the basic structure of a controlled system for suppressing pressure oscillations in a hydraulic system of a rolling train.
  • a pressure sensor 2 detects a pressure signal 2 in a hydraulic system 10, the pressure signal 2 a high-pass filter 3 (see, for example, P. 35 in P. Horowitz, W. Hill, The Art of Electronics, Cambridge University Press, Second edition, 1989), which determines the alternating component of the pressure signal 2 'and supplies it to a controller 4.
  • This controller 4 calculates in real time by means of a control law, taking into account the alternating component 2 'and a desired value 5, a time-variable manipulated variable 6, which is fed to a lead / lag member 7.
  • the phase position of the manipulated variable 6 is changed, whereby the phase shift of an actuator 9 is at least partially compensated.
  • the phase-shifted manipulated variable signal is amplified by means of an amplifier 8 with respect to the voltage amplitude and current, and then supplied to the actuator 9.
  • the actuator 9 is one of the manipulated variable corresponding and connected to the hydraulic system 10 Volume changes, which at least partially compensates for the associated with the pressure oscillations flow oscillations, whereby the pressure oscillations are compensated.
  • FIG. 2 is a schematic device for suppressing pressure oscillations in a hydraulic system of a scaffold for rolling iron or steel materials is shown.
  • a pressure signal 2 is detected by means of a pressure transducer 1 by permanently measuring a pressure in a hydraulic system 10 for adjusting a roller 14 for rolling a rolling stock 15 made of iron or steel materials, wherein the hydraulic system consists of a hydraulic valve 11, a hydraulic cylinder 12 and a hydraulic line 13 ,
  • the pressure transducer 1 can be located either in the section between a piezoelectric actuator 9 'and the hydraulic cylinder 12 (as shown) or in the section between the hydraulic valve 11 and the actuator 9'.
  • a plurality of pressure transducers between the piezoelectric actuator 9 'and the hydraulic cylinder 12 or between the hydraulic valve 11 and the actuator 9 are arranged.
  • the pressure signal 2 is transmitted to a digital controller 4, which determines a frequency band of the alternating component and calculates, taking into account a desired value 5 and with the aid of a control algorithm, a temporally variable manipulated variable 6.
  • the manipulated variable is supplied after amplification in an amplifier, not shown, the piezoelectric actuator 9 ', which corresponds to the manipulated variable 6 and with the hydraulic line 13 in
  • Connection standing volume releases, so that the associated with the pressure oscillations volumetric flow oscillations are at least partially compensated, whereby the pressure oscillations are compensated.
  • FIGS. 3 and 4 show schematic representations of a magnetostrictive actuator 9 "with an integrated pressure transducer 1.
  • the actuator 9 '' as Hollow cylinder is formed, the pressure transducer 1 is in a cavity of the actuator 9 '' integrated, which is sealed relative to a hydraulic system 10 by means of a piston 16, a seal 17 and a housing.
  • the pressure transducer 1 is in the actuator 9 '' integrated, whereby the installation of the assembly consisting of pressure transducer 1 and actuator 9 '', is further simplified.
  • the actuator 9 is powered by an electrical lead 18; an electrical line 19 supplies the pressure transducer 1 and transmits the measured data to a filter or a regulator with an integrated filter.
  • inventive method or device can be used in any hydraulic systems of the mobile or industrial hydraulics.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur aktiven Unterdrückung von Druckschwingungen oder Druckpulsationen in einem Hydrauliksystem (10) einer Kalt- oder Warmwalzstraße oder einer Bandbehandlungsanlage für Eisen-, Stahl- oder Aluminiumwerkstoffe. Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur aktiven Unterdrückung von Druckschwingungen oder Druckpulsationen in einem Hydrauliksystem einer Kalt- oder Warmwalzstraße bzw. einer Bandbehandlungsanlage zu schaffen, mit denen auftretende Druckschwingungen bzw. -pulsationen mittels einer einfachen und kostengünstigen Vorrichtung besonders effektiv unterdrückt werden können. Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren gelöst, bei dem folgende Verfahrensschritte durchgeführt werden: a) Erfassung eines Drucksignals (2) mittels eines Druckaufnehmers (1) durch permanentes Messen eines Drucks im Hydrauliksystem; b) Ermittlung eines Wechselanteils des Drucksignals (2); c) Ermittlung zumindest einer zeitlich veränderlichen Stellgröße (6) in Echtzeit mit Hilfe eines Reglers (4) unter Berücksichtigung wenigstens eines Sollwerts und des Wechselanteils; d) Beaufschlagung mindestens eines Aktuators (9) mit der Stellgröße (6), wobei der Aktuator (9) ein mit der Stellgröße (6) korrespondierendes und mit dem Hydrauliksystem in Verbindung stehendes Volumen verändert, wodurch die Druckschwingungen im Hydrauliksystem (10) unterdrückt werden.

Description

Verfahren und Vorrichtung zur aktiven Unterdrückung von Druckschwingungen in einem Hydrauliksystem
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur aktiven Unterdrückung von Druckschwingungen oder Druckpulsationen in einem Hydrauliksystem einer Kaltoder Warmwalzstraße oder einer Bandbehandlungsanlage für Eisen-, Stahl- oder Aluminiumwerkstoffe.
Es ist bekannt, dass periodisch auftretende Druckschwingungen oder aperiodische Druckpulsationen in Hydrauliksystemen verschiedene Probleme verursachen, beispielsweise übermäßige Geräuschentwicklung, Reduktion der Lebensdauer von Komponenten, Störung von Regelkreisen etc. Druckschwingungen bzw. -pulsationen können entweder im Hydrauliksystem intern hervorgerufen werden, z.B. durch die Ungleichförmigkeit der Fördermenge von Pumpen oder durch die Ansteuerung von Ventilen usw., aber auch extern verursacht werden, z.B. durch periodische Lastschwankungen bei Hydraulikzylindern oder - motoren. Es ist weiters bekannt, dass es insbesondere bei
Hydrauliksystemen mit hoher Dynamik, beispielsweise bestehend aus einem stetigen Hydraulikventil (z.B. ein elektrisch angesteuertes Proportional- oder Servoventil) und einem Hydraulikzylinder oder -motor, zu starken Druckschwingungen im Hydrauliksystem kommen kann.
Es hat sich gezeigt, dass es auch in den Hydrauliksystemen moderner Walzstraßen oder Bandbehandlungsanlagen - z.B. bei der hydraulischen Walzenanstellung - zu starken Druckschwingungen kommen kann, welche zu einer Reduktion der Lebensdauer von Komponenten, aber auch zu erheblichen Schäden an den Gerüsten einer Walzstraße und/oder zu Defekten am Walzgut führen können. Dies wird vor allem dadurch bedingt, dass auf der einen Seite - bedingt durch höhere Walzkräfte oder -geschwindigkeiten - immer schneller reagierende
Hydrauliksysteme (höhere Dynamik) verwendet werden und auf der anderen Seite - bedingt durch höhere Anforderungen an die Reaktionszeit und Wirtschaftlichkeit - die Dämpfung in den Hydrauliksystemen (z.B. die viskose Dämpfung in den Dichtungen von Zylindern) reduziert wird.
Aus der DE 4 302 977 Al ist eine Vorrichtung zur aktiven Unterdrückung von Druckschwingungen in einem
Hydraulikaggregat bekannt, welche einen Drucksensor, eine Regeleinrichtung mit zugeordnetem Verstärker und einen Volumen-Kompensator aufweist. Konkrete Vorschriften für das durchzuführende Verfahren bzw. weitergehende Hinweise für eine vorteilhafte Anwendung der Vorrichtung in einem
Hydrauliksystem einer Walzstraße bzw. Bandbehandlungsanlage können der Offenbarung allerdings nicht entnommen werden.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur aktiven Unterdrückung von Druckschwingungen oder Druckpulsationen in einem Hydrauliksystem einer Kaltoder Warmwalzstraße bzw. einer Bandbehandlungsanlage zu schaffen, mit denen auftretende Druckschwingungen bzw. - pulsationen mittels einer einfachen und kostengünstigen Vorrichtung besonders effektiv unterdrückt werden können.
Im Folgenden wird nicht mehr zwischen periodisch auftretenden Druckschwingungen und aperiodisch auftretenden
Druckpulsationen unterschieden; beide Schwingungstypen werden pauschal als Druckschwingungen bezeichnet.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren der eingangs genannten Art gelöst, bei dem folgende Verfahrensschritte in der genannten Reihenfolge durchgeführt werden: a) Erfassung eines Drucksignals mittels eines Druckaufnehmers durch permanentes Messen eines Drucks im Hydrauliksystem; b) Ermittlung eines Wechselanteils des Drucksignals; c) Ermittlung zumindest einer zeitlich veränderlichen Stellgröße in Echtzeit mit Hilfe eines Reglers unter Berücksichtigung wenigstens eines Sollwerts und des Wechselanteils; d) Beaufschlagung mindestens eines Aktuators mit der Stellgröße, wobei der Aktuator ein mit der Stellgröße korrespondierendes und mit dem Hydrauliksystem in Verbindung stehendes Volumen verändert, wodurch die Druckschwingungen im Hydrauliksystem unterdrückt werden
Hierbei wird ein Drucksignal mittels eines Druckaufnehmers (z.B. mit einer piezoelektrischen, piezoresistiven oder DMS (Dehn-Mess-Streifen) Messzelle) durch permanentes Messen eines Drucks in einem Hydrauliksystem einer Kalt- oder Warmwalzstraße oder einer Bandbehandlungsanlage für Eisen-, Stahl- oder Aluminiumwerkstoffe erfasst. Unter einem
Hydrauliksystem versteht man einen Abschnitt (typischerweise ein hydraulischer Kreis bzw. eine hydraulische Achse) einer Hydraulikanlage, welche hydraulisch miteinander in Verbindung steht, beispielsweise der Bereich zwischen einem Hydraulikventil und einem Hydraulikzylinder inkl. der
Hydraulikleitungen bzw. -schlauche. Anschließend wird aus dem Drucksignal ein Wechselanteil ermittelt, dh. es wird der Gleichanteil des Drucksignals entfernt, und einem Regler zugeführt. Die Ermittlung des Wechselanteils kann entweder durch einen elektronischen Filterbaustein oder durch einen digitalen Filter erfolgen (z.B. Entfernung des Gleichanteils mittels eines Betrachtungsfensters engl, „sliding window", bestehend aus n Messwerten des Drucksignals (Filterordnung n) ; selbstverständlich kann die Entfernung des DC Anteils aber auch erst im Algorithmus des Reglers erfolgen) ; alternativ kann die Ermittlung des Wechselanteils auch mittels eines piezoelektrischen Druckaufnehmers und eines Ladungsverstärkers, der entweder dem Druckaufnehmer nachgeschaltet oder in den Druckaufnehmer integriert ist, erfolgen. . Der Regler ermittelt unter Berücksichtigung wenigstens eines Sollwerts und des Wechselanteils des Drucksignals mindestens eine zeitlich veränderliche Stellgröße, welche zur Beaufschlagung mindestens eines Aktuators mit veränderlichem Volumen verwendet wird. Durch die Beaufschlagung mit der Stellgröße gibt der Aktuator ein Volumen frei, welches mit der Stellgröße korrespondiert. Mit anderen Worten wird über den Aktuator das Volumen des Hydrauliksystems verändert, wodurch die mit der Druckschwingung einhergehende Volumenstromschwingung zumindest teilweise kompensiert und in Folge auch die Druckschwingung unterdrückt wird. Eine Stellgröße von Null kann beispielsweise einem mittleren Volumen, dh. einer neutralen oder nicht ausgelenkten Stellung des Aktuators, entsprechen; selbstverständlich ist es aber auch möglich, dass eine Stellgröße von Null mit einem minimalen Volumen korrespondiert; eine maximale Stellgröße kann dann beispielsweise mit einem max . Volumen einhergehen. Die Übertragung des Stellgrößensignals vom Regler zum Aktuator kann kabelgeführt oder kabellos (z.B. über Funk) erfolgen.
Es ist vorteilhaft, den Wechselanteil des Drucksignals entweder einer Hochpass- oder Bandpassfilterung zu unterziehen. Mittels einer Hochpassfilterung ist die gezielte Entkopplung der Unterdrückung von Druckschwingungen von im System gegebenenfalls vorhandenen weiteren Regelkreisen, z.B. einer Positions- oder Kraftregelung eines Hydraulikzylinders, möglich. Eine Bandpassfilterung ermöglicht eine gezielte Unterdrückung von bestimmten Frequenzbereichen der
Druckschwingungen (welche z.B. mit einer Eigenfrequenz des Walzgerüsts bzw. eines Subsystems zusammenfallen, oder eine hohe Amplitude bzw. Intensität aufweisen); selbstverständlich ist die Verwendung von adaptiven Bandpassfiltern - welche z.B. selbsttätig ein Frequenzband mit hoher Amplitude isolieren - möglich.
Ist eine vollständige Auslöschung der auftretenden Druckschwingungen gewünscht, so verwendet der Regler bei der Ermittlung der Stellgröße den Sollwert Null.
Da jeder reale Aktuator eine Phasenverschiebung im Übertragungsverhalten aufweist, ist es möglich, die zeitlich veränderliche Stellgröße einem Lead/Lag Glied zuzuführen und dabei gezielt die Phasenlage zu verändern. Eilt z.B. der
Frequenzgang eines Aktuators bei einer bestimmten Frequenz f um 30° nach, so kann mittels eines Lead Glieds, welche bei f eine Phasenverschiebung von 30° aufweist, die Phasenverschiebung des Aktuators bei f vollständig kompensiert werden.
Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform des Verfahrens besteht darin, dass die zeitlich veränderliche Stellgröße nach einer Verstärkung dem Aktuator zugeführt wird. Dadurch ist es möglich, den Signalverarbeitungsteil im Regler vom Leistungsteil zu trennen, wodurch sich hohe Leistungen am Aktuator mit hoher Regelgenauigkeit verbinden lassen.
Da die Druckschwingungen in Hydrauliksystemen der Anstellzylinder einen direkten Einfluss auf die Qualität des Walzguts haben und daher besonders störend sind, ist es vorteilhaft, das erfindungsgemäße Verfahren auf ein Hydrauliksystem eines Anstellzylinders eines Walzgerüsts anzuwenden .
Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform besteht darin, aus dem Wechselanteil verschiedene Frequenzbänder zu filtern, diese Frequenzbänder mindestens einem Regler zur Ermittelung von zeitlich veränderlichen Stellgrößen zuzuführen, dann die Stellgrößen wenigstens einem Aktuator zuzuführen, der ein mit der Stellgröße korrespondierendes und mit dem Hydrauliksystem in Verbindung stehendes Volumen verändert, wodurch die Druckschwingungen im Hydrauliksystem unterdrückt werden. Dadurch ist es möglich nicht nur einen Frequenzanteil der Druckschwingungen zu unterdrücken, sondern mehrere - z.B. ganzzahlige Harmonische einer Grundschwingung - Frequenzanteile gleichzeitig zu unterdrücken.
Um eine möglichst unmittelbare Umsetzung des erfindungsgemäßen Verfahrens zu ermöglichen, welche die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe löst, ist es vorteilhaft, dass die Vorrichtung aufweist: wenigstens einen mit dem Hydrauliksystem in Verbindung stehenden Druckaufnehmer zur
Erfassung eines Drucksignals, ein Glied zur Ermittlung eines Wechselanteils des Drucksignals, dem das Drucksignal zuführbar ist, wenigstens eine Regelvorrichtung, dem der Wechselanteil und ein Sollwert zuführbar sind und mit dessen Hilfe zumindest eine Stellgröße ermittelbar ist und wenigstens einen mit dem Hydrauliksystem in Verbindung stehenden Aktuator mit veränderlichem Volumen, dem die Stellgröße zuführbar ist.
Besonders robuste und hochdynamische Aktuatoren, welche zudem auch noch hohe Kräfte aufbringen können, lassen sich erzielen, wenn der Aktuator als piezoelektrischer oder magnetostriktiver Aktuator ausgeführt ist. Piezoelektrische Aktuatoren sind dem Fachmann geläufig; magnetostriktive Aktuatoren, wie z.B. Aktuatoren aus dem Material Terfenol-D ® der Fa. Etrema, weisen hervorragende dynamische Eigenschaften auf und können ebenfalls mit Vorteil eingesetzt werden.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführung der erfindungsgemäßen Vorrichtung, ist ein Aktuator mit einem Druckaufnehmer zur Erfassung eines Drucksignals ausgestattet. In einer Ausführungsform befindet sich ein Druckaufnehmer in einem als Hohlzylinder ausgebildeten Aktuator. Durch diese speziellen Anordnungen werden kompakte Baueinheiten aus Aktuator und Druckaufnehmer geschaffen, welche nur einmal elektrisch angeschlossen werden müssen.
In besonders vorteilhafter Weise lässt sich die erfindungsgemäße Vorrichtung in ein Hydrauliksystem einer Walzanlage, zumindest bestehend aus einem Hydraulikventil, einem Hydraulikzylinder und einer Hydraulikleitung bzw. einem -schlauch, integrieren, wenn die Vorrichtung mit dem Hydraulikventil und dem Hydraulikzylinder einer
Walzenanstellung des Walzgerüsts in Verbindung steht. Der Einbau ist dann besonders kompakt, wenn die Vorrichtung in eine Zwischenplatte des Hydraulikventils eingebaut wird.
Mit Vorteil kann das erfindungsgemäße Verfahren bzw. die Vorrichtung bei Gießwalzverbundanlagen, insbesondere bei Dünnbandgießanlagen, ganz besonders bevorzugt bei Zweirollen- Gießanlagen, oder bei Dünnbrammengießanlagen des Typs ESP (Endless Strip Production) eingesetzt werden.
Weitere Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung nicht einschränkender Ausführungsbeispiele, wobei auf die folgenden Figuren Bezug genommen wird, die Folgendes zeigen:
Fig. 1 Schema einer Regelstrecke zur aktiven Unterdrückung von Druckschwingungen in einem Hydrauliksystem einer
Walzstraße
Fig. 2 Schema einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur
Unterdrückung von Druckschwingungen in einem Hydrauliksystem einer Walzstraße Fig. 3 und 4 Schemen eines Aktuators mit integrierter
Messeinrichtung
Fig. 1 zeigt den grundsätzlichen Aufbau einer Regelstrecke zur Unterdrückung von Druckschwingungen in einem Hydrauliksystem einer Walzstraße. Über einen Druckaufnehmer 1 wird eine Drucksignal 2 in einem Hydrauliksystem 10 erfasst, das Drucksignal 2 wird einem Hochpassfilter 3 (Details zur elektronischen Schaltung siehe z.B. S. 35 in P. Horowitz, W. Hill. The Art of Electronics, Cambridge University Press, Second edition, 1989) zugeführt, welcher den Wechselanteil des Drucksignals 2' bestimmt und einem Regler 4 zuführt. Dieser Regler 4 errechnet in Echtzeit mittels eines Regelgesetzes unter Berücksichtigung des Wechselanteils 2' und einer Sollgröße 5 eine zeitlich veränderliche Stellgröße 6, welche einem Lead/Lag Glied 7 zugeführt wird. Durch das Lead/Lag Glied 7 wird die Phasenlage der Stellgröße 6 verändert, wodurch die Phasenverschiebung eines Aktuators 9 zumindest teilweise kompensiert wird. Im Anschluss an das Lead/Lag Glied 7 wird das phasenverschobene Stellgrößensignal mittels eines Verstärkers 8 bzgl. der Spannungsamplitude und Stromstärke verstärkt und anschließend dem Aktuator 9 zugeführt. Durch den Aktuator 9 wird ein der Stellgröße korrespondierendes und mit dem Hydrauliksystem 10 verbundenes Volumen verändert, welches die mit den Druckschwingungen einhergehenden Volumenstromschwingungen zumindest teilweise kompensiert, wodurch auch die Druckschwingungen kompensiert werden .
In Fig. 2 ist eine schematische Vorrichtung zur Unterdrückung von Druckschwingungen in einem Hydrauliksystem eines Gerüsts zum Walzen von Eisen- oder Stahlwerkstoffen dargestellt. Ein Drucksignal 2 wird mittels eines Druckaufnehmers 1 durch permanentes Messen eines Drucks in einem Hydrauliksystem 10 zur Anstellung einer Walze 14 zum Walzen eines Walzguts 15 aus Eisen- oder Stahlwerkstoffen erfasst, wobei das Hydrauliksystem aus einem Hydraulikventil 11, einem Hydraulikzylinder 12 und einer Hydraulikleitung 13 besteht. Dabei kann sich der Druckaufnehmer 1 entweder im Abschnitt zwischen einem piezoelektrischen Aktuator 9' und dem Hydraulikzylinder 12 (wie gezeichnet) oder im Abschnitt zwischen dem Hydraulikventil 11 und dem Aktuator 9' befinden. Selbstverständlich ist es auch möglich, dass mehrere Druckaufnehmer zwischen dem piezoelektrischen Aktuator 9' und dem Hydraulikzylinder 12 oder zwischen dem Hydraulikventil 11 und dem Aktuator 9 angeordnet sind. Das Drucksignal 2 wird an einen digitalen Regler 4 übertragen, welcher ein Frequenzband des Wechselanteils bestimmt und unter Berücksichtigung eines Sollwerts 5 und unter Zuhilfenahme eines Regelalgorithmus eine zeitlich veränderliche Stellgröße 6 errechnet. Die Stellgröße wird nach einer Verstärkung in einem nicht dargestellten Verstärker dem piezoelektrischen Aktuator 9' zugeführt, welcher ein mit der Stellgröße 6 korrespondierendes und mit der Hydraulikleitung 13 in
Verbindung stehendes Volumen freigibt, sodass die mit den Druckschwingungen einhergehenden Volumenstromschwingungen zumindest teilweise kompensiert werden, wodurch auch die Druckschwingungen kompensiert werden.
In den Fig. 3 und 4 sind schematische Darstellungen eines magnetostriktiven Aktuators 9' ' mit einem integrierten Druckaufnehmers 1 gezeigt. In Fig. 3 ist der Aktuator 9'' als Hohlzylinder ausgebildet, der Druckaufnehmer 1 ist in einen Hohlraum des Aktuators 9' ' integriert, welcher gegenüber einem Hydrauliksystem 10 mittels eines Kolbens 16, einer Dichtung 17 und einem Gehäuse abgedichtet ist. In Fig. 4 ist der Druckaufnehmer 1 in den Aktuator 9' ' integriert, wodurch der Einbau der Baugruppe, bestehend aus Druckaufnehmer 1 und Aktuator 9'', nochmals vereinfacht wird. In beiden Fig. 3 und 4 wird der Aktuator 9'' über eine elektrische Leitung 18 versorgt; eine elektrische Leitung 19 versorgt den Druckaufnehmer 1 und überträgt die Messdaten an einen Filter bzw. einen Regler mit integriertem Filter.
Selbstverständlich kann das erfindungsgemäße Verfahren oder die Vorrichtung in beliebigen Hydrauliksystemen der Mobil- oder Industriehydraulik eingesetzt werden.
Bezugs zeichenliste
1 Druckaufnehmer
2 Drucksignal 2' Wechselanteil des Drucksignals
3 Bandpassfilter
4 Regler
5 Sollgröße
6 Stellgröße 7 Lead/Lag Glied
8 Verstärker
9 Aktuator
9' Piezoelektrischer Aktuator
9' ' Magnetostriktiver Aktuator 10 Hydrauliksystem
11 Hydraulikventil
12 Hydraulikzylinder
13 Hydraulikleitung
14 Walze 15 Walzgut
16 Kolben
17 Dichtung
18 Elektrische Leitung
19 Elektrische Leitung

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur aktiven Unterdrückung von Druckschwingungen in einem Hydrauliksystem einer Kalt- oder Warmwalzstraße oder einer Bandbehandlungsanlage für Eisen-, Stahl- oder
Aluminiumwerkstoffe, umfassend folgende Verfahrensschritte in der genannten Reihenfolge: a) Erfassung eines Drucksignals mittels eines Druckaufnehmers durch permanentes Messen eines Drucks im Hydrauliksystem; b) Ermittlung eines Wechselanteils des Drucksignals; c) Ermittlung zumindest einer zeitlich veränderlichen Stellgröße in Echtzeit mit Hilfe eines Reglers unter Berücksichtigung wenigstens eines Sollwerts und des Wechselanteils; d) Beaufschlagung mindestens eines Aktuators mit der Stellgröße, wobei der Aktuator ein mit der Stellgröße korrespondierendes und mit dem Hydrauliksystem in Verbindung stehendes Volumen verändert, wodurch die Druckschwingungen im Hydrauliksystem unterdrückt werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Wechselanteil entweder einer Hochpass- oder Bandpassfilterung unterzogen wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Regler bei der Ermittlung der Stellgröße den Sollwert Null verwendet.
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zeitlich veränderliche Stellgröße einem Lead/Lag Glied zugeführt und dabei die Phasenlage verändert wird.
5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zeitlich veränderliche Stellgröße nach einer Verstärkung dem Aktuator zugeführt wird.
6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren auf ein Hydrauliksystem eines Anstellzylinders eines Walzgerüsts angewendet wird.
7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass aus dem Wechselanteil verschiedene Frequenzbänder gefiltert werden, diese Frequenzbänder mindestens einem Regler zur Ermittelung von zeitlich veränderlichen Stellgrößen zugeführt werden, die Stellgrößen wenigstens einem Aktuator zugeführt werden, der ein der Stellgröße korrespondierendes und mit dem Hydrauliksystem in Verbindung stehendes Volumen verändert, wodurch die Druckschwingungen im Hydrauliksystem unterdrückt werden .
8. Vorrichtung zur aktiven Unterdrückung von Druckschwingungen in einem Hydrauliksystem einer Kalt- oder Warmwalzstraße oder einer Bandbehandlungsanlage für Eisen-, Stahl- oder Aluminiumwerkstoffe, aufweisend wenigstens einen mit dem Hydrauliksystem in Verbindung stehenden Druckaufnehmer zur Erfassung eines Drucksignals, ein Glied zur Ermittlung eines Wechselanteils des Drucksignals, dem das Drucksignal zuführbar ist, wenigstens eine Regelvorrichtung, dem der Wechselanteil und ein Sollwert zuführbar sind und mit dessen Hilfe zumindest eine Stellgröße ermittelbar ist und wenigstens einen mit dem Hydrauliksystem in Verbindung stehenden Aktuator mit veränderlichem Volumen, dem die Stellgröße zuführbar ist.
9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Aktuator als piezoelektrischer oder magnetostriktiver Aktuator ausgeführt ist.
10. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass ein Aktuator mit einem Druckaufnehmer zur Erfassung eines Drucksignals ausgestattet ist.
11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass sich ein Druckaufnehmer in einem als Hohlzylinder ausgebildeten Aktuator befindet.
12. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung mit einem Hydraulikventil und einem Hydraulikzylinder einer Anstellung eines Walzgerüsts einer Walzstraße in Verbindung steht.
13. Anwendung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 7 oder der Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 12 bei der Bearbeitung und/oder Herstellung metallischer Stoffe, insbesondere bei einer Gießwalzverbundanlage .
14. Anwendung nach Anspruch 13, wobei die Gießwalzverbundanlage eine Dünnbandgießanlage oder eine Dünnbrammengießanlage (ESP) ist.
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