WO2011157462A1 - Kolben-zylindereinheit als schaltbarer stufen-zylinder - Google Patents

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WO2011157462A1
WO2011157462A1 PCT/EP2011/055881 EP2011055881W WO2011157462A1 WO 2011157462 A1 WO2011157462 A1 WO 2011157462A1 EP 2011055881 W EP2011055881 W EP 2011055881W WO 2011157462 A1 WO2011157462 A1 WO 2011157462A1
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pressure
pressure chamber
cylinder
medium
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PCT/EP2011/055881
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Martina Bald
Ralf Seidel
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Sms Siemag Ag
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    • F15B11/08—Servomotor systems without provision for follow-up action; Circuits therefor with only one servomotor
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    • F15B11/121—Servomotor systems without provision for follow-up action; Circuits therefor with only one servomotor providing distinct intermediate positions; with step-by-step action providing distinct intermediate positions
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    • B21B—ROLLING OF METAL
    • B21B41/00—Guiding, conveying, or accumulating easily-flexible work, e.g. wire, sheet metal bands, in loops or curves; Loop lifters
    • B21B41/08—Guiding, conveying, or accumulating easily-flexible work, e.g. wire, sheet metal bands, in loops or curves; Loop lifters without overall change in the general direction of movement of the work
    • B21B41/10—Loop deflectors
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    • F15B2211/30565—Assemblies of multiple valves having multiple valves for a single output member, e.g. for creating higher valve function by use of multiple valves like two 2/2-valves replacing a 5/3-valve
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F15B2211/765—Control of position or angle of the output member
    • F15B2211/7653—Control of position or angle of the output member at distinct positions, e.g. at the end position

Definitions

  • Piston-cylinder unit as a switchable step cylinder
  • the invention relates to a piston-cylinder unit which is designed as a switchable step-cylinder, comprising a first piston with a first piston rod arranged on one side, a second piston with a second piston rod arranged on one side in the form of a first cylinder, in which the first piston is slidably mounted , In this case, the first piston rod projects out of a first opening of the first cylinder.
  • a first pressure chamber is arranged with a first medium connection.
  • a third pressure chamber is formed between the first piston rod opposite side of the first piston and the first cylinder. It is arranged a second cylinder, in which the second piston is mounted axially displaceable.
  • the second piston rod in the form of the first cylinder protrudes from an opening of the second cylinder.
  • a second pressure chamber is arranged with a second medium connection, and between the second piston rod opposite side of the second piston and the second cylinder, a fourth pressure chamber with a third medium connection.
  • the medium connections are designed for supplying and discharging a medium into the pressure chambers.
  • the invention relates to a Schiingenheger with a piston-Zyl invention indian unit and a method for operating the piston-cylinder unit, which is designed as a switchable step-cylinder.
  • a hydraulic drive device for ski jacks which is used in a continuously operated belt line.
  • the piston-cylinder unit is designed as a tandem-piston-cylinder unit, which is pivotally mounted on an anchorage.
  • the pistons of the tandem piston-cylinder unit can be acted upon by selective controllable valves and arranged such that at least when acted upon by the second piston in the forward direction, this entrains the first piston.
  • EP 0 862 697 B1 relates to a method for controlling a multi-stage hydraulic cylinder acting against a load, which has at least two optionally switchable active surfaces.
  • DE 1 402 71 0 describes a loop lifter for rolling mills for tensioning a continuously passing between two devices belt by means of a tensioning roller, which is arranged at one end of an arm to a pivot pivotally mounted lever. To pivot the lever is a piston-cylinder unit.
  • the invention has for its object to reduce the space of a piston-cylinder unit, which is designed as a switchable step-cylinder.
  • the piston-cylinder unit, a loop lifter and a method for operating the piston-cylinder unit are to be provided which enable a flexible adaptation to changing load requirements quickly and easily.
  • This object is achieved with respect to the piston-cylinder unit by the subject matter of claim 1.
  • This is characterized in that between the second pressure chamber and the third pressure chamber, a connecting channel for carrying out the medium is arranged.
  • An advantage of this arrangement according to the invention is that the second piston is designed as a housing for the first piston, and thus space is saved. Through the connecting channel, which links the pressure chambers together, advantageously only one medium connection for the two pressure chambers is needed, which in turn saves additional components and space. Since the first piston is smaller than the second piston, a smaller load can be transmitted with the first piston than with the second large piston. This allows a precise adaptation and adjustment of the clamping forces by the step cylinder to the force or pressure requirement of a product to be acted upon with force or pressure. With the different load levels that are different over the large pistons can be produced, a flexible and quick adaptation to changing load conditions is possible.
  • both pistons can be moved or blocked independently of each other.
  • only one piston or both pistons can be moved simultaneously in operation according to the respective load specification. If only one piston is to be moved, the other piston is blocked. Since the pistons are stored in each other, the effective length of the piston-cylinder unit and thus the necessary space, based on the length of the piston-cylinder unit, compared to a tandem cylinder advantageously much less.
  • the invention provides that servo valves for controlling the supply of the medium for actuating the piston, and a controller for controlling the servo valves are arranged.
  • a controller for controlling the servo valves are arranged.
  • the control of the servo valves, the pressure chambers to the respective pistons individually or jointly controlled and pressurized or relieved to the required load e.g. Apply clamping force individually.
  • the medium for actuating the pistons is designed as air, gas, oil or hydraulic fluid.
  • the piston-cylinder unit is preferably arranged as a hydraulic drive device in a continuously operated rolling mill for actuating a ski lifter for lifting and tensioning a rolled strip.
  • a controlled longitudinal tension can be exerted on the rolling strip arranged between the rolling stands with the arrangement according to the invention.
  • Rolled strips with different rolled strip thicknesses require different clamping forces between the rolling stands to allow loop formation.
  • the clamping force of the stepped cylinder can advantageously be flexibly adjusted with the arrangement according to the invention by actuating only the first or the second piston or both pistons simultaneously.
  • the step cylinder can easily be retrofitted into existing systems. This allows a versatile use of the piston-cylinder unit as a clamping cylinder even in lower load ranges, for example when winding materials such as aluminum, copper, brass, paper or foil.
  • the above object is further achieved by a method for actuating a piston-cylinder unit, which is designed as a switchable step cylinder, wherein the introduced via the second medium connection in the second pressure chamber medium for actuating the piston via the Vietnamesesungska- channel simultaneously in the third Pressure chamber is passed, whereby in the second and in the third pressure chamber, the same pressure prevails.
  • the inventive method for operating the device further provides that the two pistons can be moved or blocked independently. Furthermore, the method provides that the supply of the medium for actuating the pistons is controlled by servo valves and the servo valves are controlled by a controller.
  • the method provides that the pistons are actuated with a medium in the form of air, gas, oil or hydraulic fluid.
  • the piston-cylinder unit is provided as a drive device for a ski lift, which is arranged within a continuously operated rolling mill for lifting and tensioning a rolled strip.
  • the compact design of the piston-cylinder unit designed as very beneficial.
  • the drive device can be quickly retrofitted within a small installation space usually without costly conversion measures. Even during maintenance, there are advantages due to the compact installation space.
  • the drive device is relatively simple and easy to remove and install, and can be quickly replaced if necessary.
  • the method provides the following steps: pressurization of the first pressure chamber via the first medium connection, pressure relief in the second and third pressure chamber or pressurization of the second and third pressure chamber via the second medium connection, wherein in the third pressure chamber through the Pressure generated force on the first piston must be smaller than the force generated by the pressure in the first pressure chamber on the first piston, and pressure relief in the fourth pressure chamber via the third medium port by opening the first servo valve.
  • the extension of the first piston takes place by pressurizing the second pressure chamber and the third pressure chamber via the second medium connection and the connecting channel, and pressure relief in the first pressure chamber via the first medium connection by opening the first servo valve.
  • the retraction of the first piston takes place by pressurization of the first pressure chamber via the first medium connection and pressure relief of the second and third pressure chamber by opening the second servo valve.
  • the extension of the second piston alone takes place by pressurization of the fourth pressure chamber via the third medium connection, and pressure relief in the second pressure chamber by opening the second servo valve.
  • the blocking of the first piston during extension of the second piston is optionally carried out by the pressurization of the first pressure chamber via the first medium port for holding the first piston in its initial position, wherein the force generated by the pressure in the first pressure chamber on the first piston must be smaller than the force generated by the pressure in the fourth pressure chamber on the second piston.
  • the retraction of the second piston takes place by pressurization of the first and third pressure chambers via the second medium connection, pressure relief of the fourth pressure chamber via the third medium connection by opening the third servo valve.
  • the blocking of the first piston during retraction of the second piston is optionally carried out by pressurization in the first Pressure chamber via the first medium connection, wherein the pressure generated in the first pressure chamber by the pressure on the first piston must be greater than the force generated in the third pressure chamber by the force on the first piston.
  • the method further provides that the pressure chambers are controlled such that each of the two pistons, regardless of the other fully or partially extended or each piston individually or both pistons together can be driven to block in the starting position.
  • FIG. 1 shows the structure of the switchable stepped cylinder
  • Figures 2a, 2b, 2c exemplary installation situations of a stepped cylinder for
  • Actuation of a lever arm. 1 shows a piston-cylinder unit 100 is shown as a switchable step cylinder.
  • the construction describes a first piston 22 with a first piston rod 24 arranged on one side and a second piston 23 with a second piston rod 31 arranged on one side, which is designed as a first cylinder 36, the first piston 22 axially in the cylindrical installation space of the second piston rod 31 is slidably mounted.
  • the first piston rod 24 projects out of a first opening 33 of the cylindrically shaped second piston rod 31. Since the profile cross section of the first piston rod 24 is smaller than the inner profile cross section of the cylindrical second piston rod 31, a coaxially circumferential first pressure space P1 results between the first piston rod 24 and the second piston rod 31.
  • a first medium port 26 is arranged, for supplying a pressure medium, for example in the form of air, gas, oil or hydraulic fluid, in the first pressure chamber P1.
  • a pressure medium for example in the form of air, gas, oil or hydraulic fluid
  • the first medium connection 26 is formed in the first upper part 32 of the first cylinder 36.
  • a third pressure chamber P3 can be formed between the first piston rod 24 opposite piston side 25 of the first piston 22 and the first cylinder 36.
  • the piston-cylinder unit 100 shown in Figure 1 further shows a second cylinder 37, in which the second piston 23 is mounted axially displaceable.
  • the second piston rod 31 of the second piston 23 in the form of the first cylinder 36 projects out of a second opening 35 of the second cylinder 37.
  • a second piston rod 31 preferably coaxially enclosing second pressure chamber P2.
  • Via a second medium connection 27, which is preferably in the second upper part 34 of the cylinder housing 21 of the second cylinder Ders 37 is arranged, the second pressure chamber P2 is supplied with the pressure medium.
  • a fourth pressure chamber P4 is arranged between the second piston rod 31 opposite piston side 36 of the second piston 23, a fourth pressure chamber P4 is arranged.
  • the pressure chamber P4 is acted upon via a third medium port 28, which is arranged as shown in Figure 1, opposite the second piston 23 in the housing bottom of the second cylinder 37, with the pressure medium.
  • connection channel 29 which connects the pressure chambers P2 and P3.
  • the pressure medium is introduced into the pressure space P2 and at the same time into the pressure space P3.
  • the connecting channel 29 ensures a pressure equalization in the pressure chambers P2 and P3.
  • a medium connection 27 ' may be provided in the wall of the second piston rod 31, which leads into the connecting channel 29 and pressurized via the two pressure chambers P2 and P3 with the introduced medium.
  • FIG. 1 shows servo valves (41, 1, 41, 2, 41, 3), via which the medium is conducted to the individual medium connections (26, 27, 28).
  • a control unit (40) serves to control the servo valves (41 .1, 41 .2, 41 .3).
  • the individual pressure chambers (P1, P2, P3, P4) are sealed pressure-tight via corresponding piston sealing rings 50.
  • the piston sealing rings 50 are arranged between the piston rods 24, 31 and the respective cylinders 36, 37 in the region of the openings 33, 35, which are arranged to pass through the piston rods 24, 31 and between the respective pistons 22, 23 and the guide surfaces of Cylinders 36, 37, on which the pistons 22, 23 are axially guided.
  • FIG. 2a describes by way of example the installation of the piston-cylinder unit 100 as a step cylinder.
  • the cylinder housing 21 of the piston-cylinder unit 1 00 relative to the first piston rod 24 is rotatably mounted on an anchorage 55.
  • the first piston rod 24 is rotatable on an actuator 56, e.g. the lifting arm of a ski lift, arranged.
  • the illustration in FIG. 2 a shows the second piston 23 retracted in a starting position and the first piston 22 with the first piston rod 24 partially extended.
  • the illustration in FIG. 2b shows the extended first piston 22 in an end position.
  • both pistons 22, 23 are extended with the respective piston rods 24, 31 at the same time for actuating or adjusting the actuating element 56.
  • the respective arrival angle ⁇ of the actuating element 56 can be different from the illustration in FIGS. 2a, 2b, 2c, depending on the installation situation.
  • the arrangement according to the invention makes it possible for the actuating element 56 to be connected to the first piston 22 and the first piston 22 first piston rod 24 or with the second piston 23 and the second piston rod 31 can be operated independently.

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Abstract

Kolben-Zylindereinheit (100) als schaltbarer Stufen-Zylinder, aufweisend: einen ersten Kolben (22) mit einer ersten Kolbenstange (24), einen zweiten Kolben (23) mit einer zweiten Kolbenstange (31) in Form eines ersten Zylinders (36), in welchem der erste Kolben (22) verschiebbar gelagert ist. Zwischen der ersten Kolbenstange (24) und dem ersten Zylinder (36) ist ein erster Druckraum (P1) angeordnet. Zwischen der der ersten Kolbenstange (24) gegenüberliegenden Seite des ersten Kolbens (22) und dem ersten Zylinder (36) ist ein dritter Druckraum (P3) angeordnet. In einem zweiten Zylinder (37) ist der zweite Kolben (23) mit der zweiten Kolbenstange (31) axial verschiebbar gelagert. Zwischen der zweiten Kolbenstange (31) und dem zweiten Zylinder (37) ist ein zweiter Druckraum (P2), und zwischen der der zweiten Kolbenstange (31) gegenüberliegenden Seite des zweiten Kolbens (23) und dem zweiten Zylinder (37) ein vierter Druckraum (P4) angeordnet. Die Druckräume (P1, P2, P3, P4) werden jeweils über zugeordnete Medium-Anschlüsse (26, 27, 28) mit Druckmedium versorgt. Um eine flexible Anpassung der Kolben-Zylindereinheit (100) an wechselnde Lastanforderungen realisieren zu können, sind der zweite und der dritte Druckraum (P1, P3) über einen Verbindungskanal miteinander verbunden.

Description

Kolben-Zylindereinheit als schaltbarer Stufen-Zylinder
Die Erfindung betrifft eine Kolben-Zylindereinheit die als schaltbarer Stufen- Zylinder ausgebildet ist, aufweisend einen ersten Kolben mit einer einseitig angeordneten ersten Kolbenstange, einen zweiten Kolben mit einer einseitig angeordneten zweiten Kolbenstange in Form eines ersten Zylinders, in welchem der erste Kolben verschiebbar gelagert ist. Dabei ragt die erste Kolbenstange aus einer ersten Öffnung des ersten Zylinders heraus. Zwischen der ersten Kolbenstange und dem ersten Zylinder ist ein erster Druckraum mit einem ersten Mediumanschluss angeordnet. Zwischen der der ersten Kolbenstange gegenüberliegenden Seite des ersten Kolbens und dem ersten Zylinder ist ein dritter Druckraum ausgebildet. Es ist ein zweiter Zylinder angeordnet, in welchem der zweite Kolben axial verschiebbar gelagert ist. Die zweite Kolbenstange in Form des ersten Zylinders ragt aus einer Öffnung des zweiten Zylinders heraus. Zwischen der zweiten Kolbenstange und dem zweiten Zylinder ist ein zweiter Druckraum mit einem zweiten Mediumanschluss angeordnet, und zwischen der der zweiten Kolbenstange gegenüberliegenden Seite des zweiten Kolbens und dem zweiten Zylinder ein vierter Druckraum mit einem dritten Mediumanschluss. Die Mediumanschlüsse sind ausgebildet zum Zu- und Ableiten eines Mediums in die Druckräume.
Darüber hinaus betrifft die Erfindung einen Schiingenheger mit einer erfindungsgemäßen Kolben-Zyl indereinheit und ein Verfahren zum Betreiben der Kolben-Zylindereinheit, die als schaltbarer Stufen-Zylinder ausgebildet ist. Stand der Technik
Aus der DE 38 36 371 C2 ist eine hydraulische Antriebsvorrichtung für Schiingenheber bekannt, die in einer kontinuierlich betriebenen Bandstraße einge- setzt ist. Die Kolbenzylindereinheit ist als eine Tandem-Kolben-Zylindereinheit ausgebildet, die schwenkbar an einer Verankerung gelagert ist. Die Kolben der Tandem-Kolben-Zylindereinheit sind über selektive steuerbare Ventile beaufschlagbar und derart angeordnet, dass mindestens bei Beaufschlagung des zweiten Kolbens in Vorlaufrichtung dieser den ersten Kolben mitnimmt.
Die EP 0 862 697 B1 betrifft ein Verfahren zur Ansteuerung eines gegen eine Last wirkenden mehrstufigen Hydrozylinders, der zumindest zwei wahlweise zuschaltbare Wirkflächen aufweist. Die DE 1 402 71 0 beschreibt einen Schiingenheber für Walzwerke zum Spannen eines zwischen zwei Einrichtungen kontinuierlich durchlaufenden Bandes mittels einer Spannrolle, die an einem Ende eines Arms an einen Drehzapfen schwenkbar gelagerten Hebels angeordnet ist. Zur Verschwenkung des Hebels dient eine Kolben-Zylindereinheit.
Die Nachteile der bisherigen Konstruktionen von Kolben-Zylindereinheiten, insbesondere für den Einsatz in Schlingenhebern innerhalb einer Walzanlage, sind die teilweise aufwendigen Konstruktionen, die gleichzeitig einen sehr großen Bauraum beanspruchen, sowie die begrenzte Übertragung der notwendigen Kräfte. Die gestiegenen Anforderungen an Schiingenheber lassen sich mit den bekannten Lösungen nicht erfüllen, da die Forderungen bezüglich der Dynamik der aufzubringenden Kräfte und des hohen Antriebsmomentes bei unterschiedlichen Produkten nicht gleichzeitig erfüllt werden können.
Beschreibung der Erfindung
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den Bauraum einer Kolben- Zylindereinheit, die als schaltbarer Stufen-Zylinder ausgebildet ist, zu reduzieren. Gleichzeitig soll die Kolben-Zylindereinheit, ein Schiingenheber und ein Verfahren zum Betrieb der Kolben-Zylindereinheit bereitgestellt werden, die ei- ne flexible Anpassung an wechselnde Lastanforderungen schnell und einfach ermöglichen.
Diese Aufgabe wird bezüglich der Kolben-Zylindereinheit gelöst durch den Gegenstand des Anspruchs 1 . Dieser ist dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem zweiten Druckraum und dem dritten Druckraum ein Verbindungskanal zum Durchführen des Mediums angeordnet ist. Vorteilhaft für diese erfindungsgemäße Anordnung ist, dass der zweite Kolben als Gehäuse für den ersten Kolben ausgelegt ist, und damit Bauraum eingespart wird. Durch den Verbindungskanal, der die Druckräume miteinander verknüpft, wird vorteilhafterweise nur ein Mediumanschluß für die beiden Druckräume benötigt, was wiederum zusätzliche Bauteile und Bauraum einspart. Da der erste Kolben kleiner als der zweite Kolben ausgebildet ist, kann mit dem ersten Kolben eine kleinere Last übertragen werden als mit dem zweiten großen Kolben. Das ermöglicht eine genaue Anpassung und Abstimmung der Spannkräfte durch den Stufenzylinder an den Kraft- bzw. Druckbedarf eines mit Kraft oder Druck zu beaufschlagenden Produktes. Mit den verschiedenen Laststufen, die über die unterschiedlich großen Kolben erzeugt werden können, ist eine flexible und schnelle Anpassung an wechselnde Lastverhältnisse möglich.
Gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, dass beide Kolben unabhängig voneinander verfahrbar oder blockierbar sind. Damit können im Betrieb entsprechend der jeweiligen Lastvorgabe nur ein Kolben oder auch beide Kolben gleichzeitig verfahren werden. Soll nur ein Kolben verfahren werden, wird der andere Kolben geblockt. Da die Kolben ineinander gelagert sind, ist die Wirklänge der Kolben-Zylindereinheit und damit der notwendige Bauraum, bezogen auf die Länge der Kolben-Zylindereinheit, vergleichsweise zu einem Tandem-Zylinder vorteilhafterweise wesentlich geringer.
Weiterhin sieht die Erfindung vor, dass Servoventile zum Steuern der Zufuhr des Mediums zum Betätigen der Kolben, und eine Steuerung zum Steuern der Servoventile angeordnet sind. Angepasst an die jeweils erforderliche Last, z.B. eine aufzubringende Spannkraft zum Spannen eines Walzbandes zwischen zwei Walzgerüsten in Abhängigkeit von der Dicke des Walzbandes, können mit der Steuerung über die Servoventile die Druckräume zu den jeweiligen Kolben einzeln oder zusammen angesteuert und mit Druck beaufschlagt oder entlastet werden, um die erforderliche Last, z.B. Spannkraft individuell aufzubringen.
Nach einem weiteren Ausgestaltungsmerkmal ist vorgesehen, dass das Medium zum Betätigen der Kolben als Luft, Gas, Öl oder Hydraulikflüssigkeit ausgebildet ist. Anlagenbedingt kann hierbei je nach Verfügbarkeit vorteilhafterweise das effektivste und kostengünstigste Medium zum Betätigen der Kolben einge- setzt werden. Die oben gestellte Aufgabe wird weiterhin dadurch erfüllt, dass d ie Kolben- Zylindereinheit vorzugsweise als hydraulische Antriebsvorrichtung in einer kontinuierlich betriebenen Walzanlage zum Betätigen eines Schiingenhebers zum Heben und Spannen eines Walzbandes angeordnet ist. Besonders bei dieser Anwendung kann mit der erfindungsgemäßen Anordnung ein kontrollierter Längszug auf das zwischen den Walzgerüsten angeordnete Walzband ausgeübt werden. Walzbänder mit unterschiedlichen Walzbandstärken erfordern zwischen den Walzgerüsten unterschiedliche Spannkräfte um eine Schlingenbildung zu ermöglichen. Die Spannkraft des Stufenzylinders kann mit der erfindungsgemäßen Anordnung vorteilhafterweise flexibel eingestellt werden, indem nur der erste oder der zweite Kolben oder beide Kolben gleichzeitig betätigt werden. Der Stufenzylinder ist leicht in vorhandene Anlagen nachrüstbar. Das ermöglicht eine vielseitige Einsatzmöglichkeit der Kolben-Zylindereinheit als Spannzylinder auch in geringeren Lastbereichen, z.B. beim Aufwickeln von Materialien, wie z.B. Aluminium, Kupfer, Messing, Papier oder Folie.
Die oben genannte Aufgabe wird weiterhin gelöst durch ein Verfahren zum Betätigen einer Kolben-Zylindereinheit, die als schaltbarer Stufenzylinder ausgebildet ist, bei dem das über den zweiten Mediumanschluß in den zweiten Druckraum eingeleitete Medium zum Betätigen der Kolben über den Verbindungska- nal gleichzeitig in den dritten Druckraum geleitet wird, wodurch in dem zweiten und in dem dritten Druckraum derselbe Druck herrscht.
Das erfindungsgemäße Verfahren zum Betreiben der Vorrichtung sieht weiterhin vor, dass die beiden Kolben unabhängig voneinander verfahren oder blo- ckiert werden können. Weiterhin sieht das Verfahren vor, dass die Zufuhr des Mediums zum Betätigen der Kolben durch Servoventile gesteuert wird und die Servoventile von einer Steuerung gesteuert werden.
Weiterhin sieht das Verfahren vor, dass die Kolben mit einem Medium in Form von Luft, Gas, Öl oder Hydraulikflüssigkeit betätigt werden.
Im Übrigen ist die Kolben-Zylindereinheit als Antriebsvorrichtung für einen Schiingenheber vorgesehen, der innerhalb einer kontinuierlich betriebenen Walzstraße zum Heben und Spannen eines Walzbandes angeordnet wird. In diesem Anwendungsbeispiel gestaltet sich die kompakte Bauform der Kolben- Zylindereinheit als sehr vorteilhaft. Besonders als Nachrüstkomponente in vorhandene Walzanlagen kann die Antriebsvorrichtung innerhalb eines geringen Einbauraums in der Regel ohne aufwendige Umbaumaßnahmen schnell nachgerüstet werden. Auch bei Wartungsarbeiten ergeben sich Vorteile aufgrund des kompakten Bauraumes. Die Antriebsvorrichtung ist relativ einfach und ohne großen Aufwand aus- und einzubauen, und kann ggf. schnell ersetzt werden.
Zum Verfahren beider Kolben in eine Ausgangsstellung sieht das Verfahren folgende Schritte vor: Druckbeaufschlagung des ersten Druckraums über den ersten Mediumanschluss, Druckentlastung in dem zweiten und dritten Druckraum oder Druckbeaufschlagung des zweiten und dritten Druckraums über den zweiten Mediumanschluss, wobei die in dem dritten Druckraum durch den Druck erzeugte Kraft auf den ersten Kolben kleiner sein muss als die durch den Druck in dem ersten Druckraum auf den ersten Kolben erzeugte Kraft, und Druckentlastung in dem vierten Druckraum über den dritten Mediumanschluss durch Öffnen des ersten Servoventils. Verfahrenstechnisch erfolgt das Ausfahren des ersten Kolbens durch Druckbeaufschlagung des zweiten Druckraums und des dritten Druckraums über den zweiten Mediumanschluss und den Verbindungskanal, sowie Druckentlastung im ersten Druckraum über den ersten Mediumanschluss durch Öffnen des ersten Servoventils.
Das Einfahren des ersten Kolbens erfolgt durch Druckbeaufschlagung des ersten Druckraums über den ersten Mediumanschluss und Druckentlastung des zweiten und dritten Druckraums durch Öffnen des zweiten Servoventils. Das Ausfahren des zweiten Kolbens alleine erfolgt durch Druckbeaufschlagung des vierten Druckraums über den dritten Mediumanschluss, und Druckentlastung in dem zweiten Druckraum durch Öffnen des zweiten Servoventils.
Das Blockieren des ersten Kolbens beim Ausfahren des zweiten Kolbens, wie zuvor beschrieben, erfolgt optional durch die Druckbeaufschlagung des ersten Druckraums über den ersten Mediumanschluss zum Halten des ersten Kolbens in seiner Ausgangsstellung, wobei die durch den Druck im ersten Druckraum erzeugte Kraft auf den ersten Kolben kleiner sein muss als die durch den Druck im vierten Druckraum erzeugte Kraft auf den zweiten Kolben.
Das Einfahren des zweiten Kolbens erfolgt durch Druckbeaufschlagung des ersten und dritten Druckraums über den zweiten Mediumanschluss, Druckentlastung des vierten Druckraums über den dritten Mediumanschluss durch Öffnen des dritten Servoventils.
Das Blockieren des ersten Kolbens beim Einfahren des zweiten Kolbens, wie zuvor beschrieben, erfolgt optional durch Druckbeaufschlagung in den ersten Druckraum über den ersten Mediumanschluss, wobei die im ersten Druckraum durch den Druck erzeugte Kraft auf den ersten Kolben größer sein muss als die im dritten Druckraum durch den Druck erzeugte Kraft auf den ersten Kolben.
Das Verfahren sieht weiterhin vor, dass die Druckräume derart angesteuert werden, dass jeder der beiden Kolben unabhängig von dem anderen ganz oder teilweise ausgefahren oder jeder Kolben einzeln oder beide Kolben zusammen auf Block in die Ausgangsstellung gefahren werden können.
Die Vorteile der beschriebenen Verfahrensschritte entsprechen den oben mit Bezug auf die zugehörige Vorrichtung genannten Vorteilen. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Vorrichtung und des Verfahrens sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Beschreibung der Figuren
Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Figuren 1 und 2 detailliert beschrieben. Es zeigen:
Figur 1 : den Aufbau des schaltbaren Stufen-Zylinders,
Figuren 2a, 2b, 2c: beispielhafte Einbausituationen eines Stufenzylinders zum
Betätigen eines Hebelarms. In der Figur 1 ist eine Kolben-Zylindereinheit 100 als schaltbarer Stufenzylinder dargestellt. Die Konstruktion beschreibt einen ersten Kolben 22 mit einer einseitig angeordneten ersten Kolbenstange 24 und einen zweiten Kolben 23 mit einer einseitig angeordneten zweiten Kolbenstange 31 , die als ein erster Zylinder 36 ausgebildet ist, wobei der erste Kolben 22 in dem zylindrischen Bauraum der zweiten Kolbenstange 31 axial verschiebbar gelagert ist. Dabei ragt die erste Kolbenstange 24 aus einer ersten Öffnung 33 der zylindrisch ausgebildeten zweiten Kolbenstange 31 heraus. Da der Profilquerschnitt der ersten Kolbenstange 24 kleiner ausgebildet ist als der innere Profilquerschnitt der zylindrischen zweiten Kolbenstange 31 , ergibt sich ein koaxial umlaufender erster Druckraum P1 zwischen der ersten Kolbstange 24 und der zweiten Kolbenstange 31 . An der zweiten Kolbenstange 31 ist ein erster Mediumanschluss 26 angeordnet, zum Zuführen eines Druckmediums, z.B. in Form von Luft, Gas, Öl oder Hydraulikflüssigkeit, in den ersten Druckraum P1 . In der dargestellten Ansicht ist der erste Mediumanschluss 26 im ersten Oberteil 32 des ersten Zylin- ders 36 ausgebildet. Zwischen der der ersten Kolbenstange 24 gegenüberliegenden Kolbenseite 25 des ersten Kolbens 22 und dem ersten Zylinder 36 ist ein dritter Druckraum P3 ausbildbar.
Die in der Figur 1 dargestellte Kolben-Zylindereinheit 100 zeigt weiterhin einen zweiten Zylinder 37, in welchem der zweite Kolben 23 axial verschiebbar gelagert ist. Die zweite Kolbenstange 31 des zweiten Kolbens 23 in Form des ersten Zylinders 36 ragt aus einer zweiten Öffnung 35 des zweiten Zylinders 37 heraus. Zwischen der zweiten Kolbenstange 31 und dem zweiten Zylinder 37 befindet sich ein die zweite Kolbenstange 31 , vorzugsweise koaxial umschließen- der zweiter Druckraum P2. Über einen zweiten Mediumanschluss 27, der vorzugsweise im zweiten Oberteil 34 des Zylindergehäuses 21 des zweiten Zylin- ders 37 angeordnet ist, wird der zweite Druckraum P2 mit dem Druckmedium versorgt. Zwischen der der zweiten Kolbenstange 31 gegenüberliegenden Kolbenseite 36 des zweiten Kolbens 23 ist ein vierter Druckraum P4 angeordnet. Der Druckraum P4 wird über einen dritten Mediumanschluss 28, der wie in der Figur 1 dargestellt, gegenüber dem zweiten Kolbens 23 in dem Gehäuseboden des zweiten Zylinders 37 angeordnet ist, mit dem Druckmedium beaufschlagt.
Zwischen dem Druckraum P2 - angeordnet zwischen der zweiten Kolbenstange 31 und dem zweiten Zylinder 37 - und dem Druckraum P3 - angeordnet zwischen dem ersten Kolben 22 und der zweiten Kolbenstange 31 - befindet sich ein Verbindungskanal 29, der die Druckräume P2 und P3 miteinander verbindet. Über den zweiten Mediumanschluß 27 und den Verbindungskanal 29 wird das Druckmedium in den Druckraum P2 und gleichzeitig in den Druckraum P3 eingeleitet. Der Verbindungskanal 29 gewährleistet einen Druckausgleich in den Druckräumen P2 und P3. Alternativ kann auch ein Mediumanschluß 27' in der Wandung der zweiten Kolbenstange 31 vorgesehen sein, der in den Verbindungskanal 29 führt und über d iesen die beiden Druckräume P2 und P3 mit dem eingeleiteten Medium druckbeaufschlagt.
Bezüglich der Funktionsweise bzw. dem Verfahren zum Betreiben der Kolben- Zylindereinheit wie nachfolgend näher beschrieben, wird darüber hinaus auf den allgemeinen Teil der Beschreibung verwiesen.
Die Figur 1 zeigt Servoventile (41 .1 , 41 .2, 41 .3), über die das Medium zu den einzelnen Mediumanschlüssen (26, 27, 28) geleitet wird . Eine Steuereinheit (40) dient zum Steuern der Servoventile (41 .1 , 41 .2, 41 .3). Üblicherweise sind die einzelnen Druckräume (P1 , P2, P3, P4) über entsprechende Kolbendichtringe 50 druckdicht abgedichtet. Die Kolbendichtringe 50 sind angeordnet zwischen den Kolbenstangen 24, 31 und den jeweiligen Zylindern 36, 37 im Bereich der Öffnungen 33, 35, welche zur Durchführung der Kolbenstangen 24, 31 angeordnet sind und zwischen den jeweiligen Kolben 22, 23 und den Führungs- flächen der Zylinder 36, 37, an denen die Kolben 22, 23 axial geführt werden.
Die Figur 2a beschreibt beispielhaft den Einbau der Kolben-Zylindereinheit 100 als Stufenzylinder. Dabei ist das Zylindergehäuse 21 der Kolben-Zylindereinheit 1 00 gegenüber der ersten Kolbenstange 24 drehbar an einer Verankerung 55 gelagert. Die erste Kolbenstange 24 ist drehbar an einem Betätigungselement 56, z.B. dem Hebearm eines Schiingenhebers, angeordnet. Die Darstellung in Figur 2a zeigt den zweiten Kolben 23 in einer Ausgangsstellung eingefahren und den ersten Kolben 22 mit der ersten Kolbenstange 24 teilweise ausgefahren. Die Darstellung in Figur 2b zeigt den ausgefahrenen ersten Kolbens 22 in einer Endposition.
Es können aber auch, wie in der Figur 2c dargestellt, beide Kolben 22, 23 mit den jeweiligen Kolbenstangen 24, 31 gleichzeitig zum Betätigen bzw. Anstellen des Betätigungselementes 56 ausgefahren werden. Der jeweils erreichte An- Stellwinkel α des Betätigungselementes 56 kann in Abhängig der Einbausituation abweichend von der Darstellung in den Figuren 2a, 2b, 2c sein.
Wie aus den Figuren 2a, 2b, 2c ersichtlich, ermöglicht die erfindungsgemäße Anordnung, dass das Betätigungselement 56 mit dem ersten Kolben 22 und der ersten Kolbenstange 24 oder mit dem zweiten Kolben 23 und der zweiten Kolbenstange 31 unabhängig voneinander betätigt werden kann.
Bezugszeichenliste
100 Kolben-Zylindereinheit 21 Zylindergehäuse
22 erster Kolben
23 zweiter Kolben
24 erste Kolbenstange
25 Kolbenseite des ersten Kolbens 26 erster Mediumanschluß
27 zweiter Mediumanschluß
27' alternativer zweiter Mediumanschluß
28 dritter Mediumanschluß
29 Verbindungskanal 31 zweite Kolbenstange
32 erstes Oberteil
33 erste Öffnung
34 zweites Oberteil
35 zweite Öffnung 36 erster Zylinder
37 zweiter Zylinder
38 Kolbenseite des zweiten Kolbens 40 Steuereinheit
41 .1 erstes Servoventil 41 .2 zweites Servoventil
41 .3 drittes Servoventil
50 Kolbendichtring
55 Verankerung
56 Betätigungselement 60 Schiingenheber
P1 erster Druckraum P2 zweiter Druckraum P3 dritter Druckraum P4 vierter Druckraum

Claims

Kolben-Zylindereinheit (100) als schaltbarer Stufen-Zylinder, aufweisend: einen ersten Kolben (22) mit einer einseitig angeordneten ersten Kolbenstange (24),
einen zweiten Kolben (23) mit einer einseitig angeordneten zweiten Kolbenstange (31 ) in Form eines ersten Zylinders (36), in welchem der erste Kolben (22) verschiebbar gelagert ist, wobei die erste Kolbenstange (24) aus einer ersten Öffnung (33) des ersten Zylinders (36) herausragt und wobei zwischen der ersten Kolbenstange (24) und dem ersten Zylinder (36) ein erster Druckraum (P1 ) mit einem ersten Mediumanschluß (26) und zwischen der der ersten Kolbenstange (24) gegenüberliegenden Seite des ersten Kolbens (22) und dem ersten Zylinder (36) ein dritter Druckraum (P3) ausbildbar ist; und
einen zweiten Zylinder (21 ) in welchem der zweite Kolben (23) axial verschiebbar gelagert ist, wobei die zweite Kolbenstange (31 ) in Form des ersten Zylinders (36) aus einer zweiten Öffnung (35) des zweiten Zylinders (37) herausragt und wobei zwischen der zweiten Kolbenstange (31 ) und dem zweiten Zylinder (37) ein zweiter Druckraum (P2) mit einem zweiten Mediumanschluß (27) und zwischen der der zweiten Kobenstange (31 ) gegenüberliegenden Seite des zweiten Kolbens (23) und dem zweiten Zylinder (37) ein vierter Druckraum (P4) mit einem dritten Mediumanschluß (28) ausbildbar ist; und
wobei die Medium-Anschlüsse (26, 27, 28) zum Zu- und Ableiten eines Mediums in die Druckräume (P1 , P2, P3, P4) dienen;
dadurch gekennzeichnet,
dass zwischen dem zweiten Druckraum (P2) und dem dritten Druckraum (P3) ein Verbindungskanal (29) zum Durchführen des Mediums ange- ordnet ist.
2. Kolben-Zylindereinheit (100) nach Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet,
dass beide Kolben (22,23) unabhängig voneinander verfahrbar oder blockierbar sind.
3. Kolben-Zylindereinheit (100) nach Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet, dass
Servoventile (41 .1 , 41 .2, 41 .3) zum Steuern der Zufuhr des Mediums zum Betätigen der Kolben (22, 23), und
eine Steuerung (40) zum Steuern der Servoventile (41 .1 , 41 .2, 41 .3) angeordnet sind.
4. Kolben-Zylindereinheit (100) nach Anspruch 1 oder 3,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Medium als Luft, Gas, Öl oder Hydraulikflüssigkeit ausgebildet ist.
5. Schiingenheber in einer kontinuierlich betriebenen Walzstraße zum Heben und Spannen eines Walzbandes, gekennzeichnet durch eine Kolben-Zylindereinheit (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, die vorzugsweise als hydraulische Antriebsvorrichtung zum Betätigen des Schiingenhebers (30) angeordnet ist.
6. Verfahren zum Betätigen einer Kolben-Zylindereinheit (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet, dass
das über den zweiten Mediumanschluß (27) in den zweiten Druckraum (P2) eingeleitete Medium zum Betätigen der Kolben (22, 23) über den Verbindungskanal (29) gleichzeitig in den dritten Druckraum (P3) geleitet wird, und dass in beiden Druckräumen (P2, P3) derselbe Druck herrscht.
7. Verfahren nach Anspruch 6,
dadurch gekennzeichnet, dass
die beiden Kolben (22, 23) unabhängig voneinander verfahren oder blockiert werden.
8. Verfahren nach Anspruch 6,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Zufuhr des Mediums zum Betätigen der Kolben (22, 23) durch Servoventile (41 .1 , 41 .2, 41 .3) gesteuert wird, und die Servoventile (41 .1 , 41 .2, 41 .3) von einer Steuerung (40) gesteuert werden.
9. Verfahren zum Betätigen nach einem der Ansprüche 6 oder 8,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Kolben (22, 23) mit einem Medium in Form von Luft, Gas, Öl oder Hydraulikflüssigkeit betätigt werden.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 9,
dadurch gekennzeichnet, dass
mit der Kolben-Zylindereinheit (100) vorzugsweise ein Schiingenheber (30) für Walzband innerhalb einer kontinuierlich betriebenen Walzstraße betrieben wird.
1 1 .Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 10,
gekennzeichnet durch folgende Schritte zum Verfahren beider Kolben (22, 23) in eine Ausgangsstellung:
Druckbeaufschlagung des ersten Druckraums (P1 ) über den ersten Mediumanschluß (26);
Druckentlastung in dem zweiten und dritten Druckraum (P2,P3) oder Druckbeaufschlagung des zweiten und dritten Druckraums (P2,P3) über den zweiten Mediumanschluß (27); wobei die durch den Druck in dem dritten Druckraum (P3) erzeugte Kraft auf den ersten Kolben (22) kleiner sein muss als die durch den Druck in dem ersten Druckraum erzeugte Kraft (P1 ) auf den ersten Kolben (22); und
Druckentlastung in dem vierten Druckraum (P4) über den dritten Mediumanschluß (28) durch Öffnen des ersten Servoventils (41 .1 ).
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 10,
gekennzeichnet durch die folgenden Schritte zum Ausfahren des ersten Kolbens (22):
Druckbeaufschlagung des zweiten Druckraums (P2) und des dritten Druckraums (P3) über den zweiten Mediumanschluß (27) und den Verbindungskanal (29); und
Druckentlastung im ersten Druckraum (P1 ) über den ersten Mediumanschluß (26) durch Öffnen des ersten Servoventils (41 .1 );
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 10,
gekennzeichnet durch die folgenden Schritte zum Einfahren des ersten Kolbens (22):
Druckbeaufschlagung des ersten Druckraums (P1 ) über den ersten Mediumanschluß (26); und
Druckentlastung des zweiten und dritten Druckraums (P2, P3) durch Öff- nen des zweiten Servoventils (41 .2).
14. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 10,
gekennzeichnet durch folgende Schritte zum Ausfahren des zweiten Kolbens (23):
Druckbeaufschlagung des vierten Druckraums (P4) über den dritten Mediumanschluß (28); und
Druckentlastung des zweiten Druckraums (P2) durch Öffnen des zweiten Servoventils (41 .2).
15. Verfahren nach Anspruch 14,
gekennzeichnet durch die folgenden Schritte zum Blockieren des ersten Kolbens (22) gegen Ausfahren:
Druckbeaufschlagung des ersten Druckraums (P1 ) über den ersten Me- diumanschluss (26) zum Halten des ersten Kolbens in seiner Ausgangs- Stellung, wobei die durch den Druck im ersten Druckraum erzeugte Kraft auf den ersten Kolben (22) kleiner sein muss als die durch den Druck im vierten Druckraum (P4) erzeugte Kraft auf den zweiten Kolben (23).
16. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 10,
gekennzeichnet durch folgende Schritte zum Einfahren des zweiten Kolbens (23):
Druckbeaufschlagung des zweiten und dritten Druckraums (P2,P3) über den zweiten Mediumanschluß (27); und
Druckentlastung des vierten Druckraumes (P4) über den dritten Medium- anschluss (28) durch Öffnen des dritten Servoventils (41 .3) erfolgt
17. Verfahren nach Anspruch 16,
gekennzeichnet durch folgende Schritte zum Blockieren des ersten Kolbens (22) gegen Ausfahren:
Druckbeaufschlagung des ersten Druckraums (P1 ) über den ersten Mediumanschluß (26), wobei die im ersten Druckraum (P1 ) durch den Druck erzeugte Kraft auf den ersten Kolben (22) größer sein muss als die im dritten Druckraum (P3) durch den Druck erzeugte Kraft auf den ersten Kolben (22).
18. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 13,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Druckräume (P1 , P2, P3, P4) derart angesteuert werden, dass jeder der beiden Kolben (22, 23) unabhängig von dem anderen ganz o- der teilweise ausgefahren oder jeder Kolben (22, 23) einzeln oder beide Kolben (22, 23) zusammen auf Block in die Ausgangsstellung gefahren werden können.
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