[0001] Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Steuerung eines langhubigen, hydraulischen
Stellzylinders, insbesondere eines Anstellzylinders für ein Stauchgerüst, wobei der
beidseitig beaufschlagbare, entlang seines Stellweges in verschiedenen Arbeitsstellungen
hydraulisch verriegelbare Kolben nach seiner Verriegelung mit einer äußeren Kraft
schlagartig belastet wird.
[0002] Langhubige, hydraulische Zylinder, wie sie insbesondere zum Einstellen des Walzspaltes
von Stauchgerüsten eingesetzt werden, werden in der jeweils entlang des Kolbenstellweges
gewählten Arbeitsstellung verriegelt. Trotz dieser Verriegelung kommt es bei einer
stoßartigen Belastung der Kolben beispielsweise durch den Walzkraftanstieg unmittelbar
nach dem Anstich zu einer Kolbenverlagerung aufgrund der Kompressibilität des Hydraulikmittels
und des elastischen Verhaltens der das Hydraulikmittel führenden Konstruktionsteile.
Eine für das Ansteuern der jeweiligen Arbeitsstellung und ein Nachführen der Kolben
bei sich ändernden Verhältnissen vorgesehene Regelung kann erst mit der ihr eigenen
Regelverzögerung eingreifen, so. daß bei einer stoßartigen Belastung der Kolben mit
einem kurzzeitigen Nachgeben des Stellzylinders zu rechnen ist, was bei höheren Anforderungen
an die Genauigkeit der Einhaltung der jeweiligen Arbeitsstellung zu Schwierigkeiten
führt.
[0003] Der Erfindung liegt demnach die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Steuerung eines
langhubigen, hydraulischen Stellzylinders, insbesondere eines Anstellzylinders für
ein Stauchgerüst, der eingangs geschilderten Art so auszugestalten, daß die Verlagerung
des hydraulisch verriegelten Kolbens bei einer stoßartigen Kolbenbelastung auf ein
vergleichsweise geringes Maß beschränkt werden kann.
[0004] Die Erfindung löst die gestellte Aufgabe dadurch, daß der Kolben unter einem in Abhängigkeit
von der jeweiligen Arbeitsstellung gewählten Hydraulikdruck verriegelt wird, der von
einer Anschlagstellung des kolbens auf der bei der äußeren Kraft entlasteten Kolbenseite
bis zur gegenüberliegenden Anschlagstellung über den Stellweg abnimmt.
[0005] Die Erfindung geht von der Erkenntnis aus, daß in einer Arbeitsstellung des Kolbens
mit einem vergleichsweise geringen Zylindervolumen auf der bei einer äußeren Stoßbelastung
einer Entlastung ausgesetzten Kolbenseite der Hydraulikmitteldruck auf dieser Kolbenseite
wegen des vergleichsweise geringen Volumens bei einer Kolbenverlagerung erheblich
schneller abgebaut wird, als sich der Hydraulikmitteldruck auf der gegenüberliegenden
Kolbenseite im Bereich des größeren Hydraulikmittelvolumens erhöht. Tritt die äußere
Stoßbelastung des Kolbens jedoch in einer Arbeitsstellung mit einem vergleichsweise
großen Zylindervolumen auf der bei einer Stoßbelastung entlasteten Kolbenseite auf,
so stellt sich im Bereich des vergleichsweise geringen Hydraulikmittelvolumens auf
der gegenüberliegenden Kolbenseite ein schneller Druckanstieg ein, während der Hydraulikmitteldruck
im Bereich des größeren Zylindervolumens auf der anderen Kolbenseite entsprechend
langsamer abgebaut wird. Dies bedeutet bei einer Arbeitsstellung mit einem entgegen
der Stoßrichtung gegen das Stellwegende hin verstellten Kolben eine vergleichsweise
große Kolbenverlagerung bei der Stoßbelastung, während diese stoßbedingte Verlagerung
im gegenüberliegenden Endbereich des Stellweges zufolge des sich rasch aufbauenden
Gegendruckes vergleichsweise klein bleibt.
[0006] Um die stoßbedingte Kolbenverlagerung zu begrenzen, ist für einen entsprechenden
Gegendruck über das Hydraulikmittel zu sorgen, ohne eine Überlastung des Zylinders
durch die stoßbedingten Druckerhöhungen befürchten zu müssen. Aus diesen Forderungen
folgt, daß zur Begrenzung der stoßbedingten Kolbenverlagerungen der Hydraulikmitteldruck,
unter dem der Kolben in der jeweiligen Arbeitsstellung verrieget wird, entgegen der
Wirkungsrichtung der äußeren, auf den Kolben einwirkenden Kraft über den Stellweg
abnehmen soll. So kann der Kolben im der Stoßbelastung zugekehrten Endbereich des
Stellweges mit dem größten Hydraulikmitteldruck verriegelt werden, weil eben der bei
einer äußeren Stoßbelastung auftretende Druckanstieg begrenzt bleibt. Wegen des hohen
Druckanstieges bei einer schlagartigen Beaufschlagung des im Bereich des gegenüberliegenden
Stellwegendes verriegelten Kolbens muß jedoch der Verriegelungsdruck entsprechend
niedrig gewählt werden, um durch den durch die äußere Krafteinwirkung bedingten Druckanstieg
im Hydraulikmittel auf der einen Kolbenseite nicht den Zylinder zu gefährden. Trotzdem
bleibt die Kolbenverlagerung wegen der rasch ansteigenden Gegenkraft klein. Durch
die Verriegelung des Kolbens unter einem von der jeweiligen Arbeitsstellung des Kolbens
entlang seines Stellweges abhängigen Verriegelungsdruck kann folglich ohne zusätzliche
Maßnahmen die stoßbedingte Kolbenverlagerung auf ein für die meisten Anwendungsfälle
zulässiges Maß beschränkt werden.
[0007] Um den Kolben in der jeweiligen Arbeitsstellung unter einem für diese Stellung vorgesehenen
Hydraulikdruck verriegeln zu können, kann der Kolben bereits zum Anfahren der jeweiligen
Arbeitsstellung mit dem für diese Arbeitsstellung vorgesehenen Verriegelungsdruck
beaufschlagt werden, so daß sich im Zusammenwirken mit der Lageregelung ein entsprechender
Gegendruck aufbauen muß, wenn der Kolben in der jeweiligen Arbeitsstellung verschiebefest
gehalten werden soll.
[0008] Anhand der Zeichnung wird das erfindungsgemäße Verfahren näher erläutert. Es zeigen
- Fig. 1
- einen nach dem erfindungsgemäßen Verfahren steuerbaren Anstellzylinder für ein Stauchgerüst
in einem schematischen Blockschaltbild,
- Fig. 2
- den Verlauf des Verriegelungsdruckes und der zufolge dieses Verriegelungsdruckes beschränkten,
stoßbedingten Kolbenverlagerung über den Stellweg,
- Fig. 3
- den zeitlichen Verlauf der Kolbenstellung und des Hydraulikmitteldruckes auf beiden
Kolbenseiten und
- Fig. 4
- eine der Fig. 3 entsprechende Darstellung, jedoch für eine Kolbenstellung im Bereich
des der Stoßbelastung zugekehrten Stellwegendes.
[0009] Gemäß dem Ausführungsbeispiel nach der Fig. 1 wird der Walzspalt eines Stauchgerüstes
mit Hilfe von hydraulischen Stellzylindern 1 eingestellt, die an den Einbaustücken
2 für die endseitige Lagerung der Stauchwalze 3 angreifen. Zu diesem Zweck können
die Kolben 4 der Stellzylinder 1 über einen Druckspeicher 5 beidseitig beaufschlagt
werden, der über eine an einen Hydraulikmittelbehälter 6 angeschlossene Pumpe 7 geladen
wird. Die Beaufschlagung der Kolben 4 erfolgt über Mehrwegeventile 8, die in die Anschlußleitungen
9 und 10 der Stellzylinder 1 eingeschaltet sind. Da die jeweilige Stellung der Kolben
4 über einen Weggeber 11 erfaßt und an eine Regeleinrichtung 12 weitergeleitet wird,
der über eine Eingabe 13 eine anzufahrende Arbeitsstellung für die Kolben 4 vorgegeben
werden kann, können die Ventile 8 über die Regeleinrichtung 12 so angesteuert werden,
daß die Kolben 4 die jeweilige Arbeitsstellung einnehmen, in der sie über die Ventile
8 hydraulisch verriegelt werden, wie dies in der Fig. 1 angedeutet ist.
[0010] Gemäß der Fig. 2 soll der Verriegelungsdruck p
v über den Stellweg s zunehmen, wobei der niedrigste Verriegelungsdruck p
v bei eingefahrener Kolbenstange 14 und der größte Verriegelungsdruck p
v bei ausgefahrener Kolbenstange 14 erreicht wird. Der Stellweg s wird demnach in der
Fig. 2 von der Anschlagstellung des Kolbens 4 für die eingezogene Kolbenstange 14
aus gezählt. In dieser Kolbenstellung ist das Hydraulikvolumen V
1 auf der Kolbenstangenseite der Kolben 4 am größten. In der entgegengesetzten Anschlagstellung
der Kolben 4 nimmt hingegen das Hydraulikmittelvolumen V
2 auf der der Kolbenstange 14 gegenüberliegenden Kolbenseite ein Maximum ein, während
das kolbenseitige Hydraulikmittelvolumen V
1 ein Minimum darstellt. Dies bedeutet, daß bei einer durch den Anstich bedingten,
stoßartigen Belastung der Stauchwalze 3 die Kolben 4 über die Kolbenstangen 14 ebenfalls
stoßartig belastet werden, was wegen der Kompressibilität des Hydraulikmittels und
der elastischen Eigenschaften der das Hydraulikmittel führenden Konstruktionsteile
zu einer Kolbenverlagerung mit der für diese Arbeitsstellung bezeichnenden Wirkung
führt, daß der Druck im Bereich des Hydraulikvolumens V
1 sehr rasch abgebaut wird, während sich der Druck im Bereich des Hydraulikmittelvolumens
V
2 vergleichsweise langsam aufbaut. Wird folglich in diesem Bereich entsprechend der
Fig. 2 ein hoher Verriegelungsdruck gewählt, so kann der stoßkraftbedingten Verlagerung
der Kolben 4 ein entsprechend hoher Gegendruck entgegengesetzt werden, der die Kolbenverlagerung
auf ein zulässiges Maß beschränkt, ohne die Stellzylinder 1 zu überlasten. Mit größer
werdendem V
1 und kleiner werdendem V
2 ändern sich jedoch diese Verhältnisse, weil bei kleinem V
2 bereits eine geringfügige Verlagerung der Kolben 4 einen hohen Druckanstieg im Bereich
von V
2 verursacht, so daß eine der Stoßbelastung entgegenwirkende Gegenkraft rasch aufgebaut
wird. Diese Gegenkraft muß jedoch wegen der begrenzten Belastbarkeit der Stellzylinder
1 beschränkt werden. Aus diesem Grunde sind die Kolben 4 in Arbeitsstellungen mit
größerem V
1 und kleinerem V
2 unter einem vergleichsweise niedrigen Verriegelungsdruck p
v hydraulisch zu verriegeln, wie dies der Fig. 2 entnommen werden kann.
[0011] Die sich bei einer stoßartigen Erhöhung der Walzkraft W ergebenden Verhältnisse sind
in den Fig. 3 und 4 veranschaulicht. Diese Fig. 3 und 4 beziehen sich wie die Fig.
2 auf einen Stellzylinder mit einem maximalen Stellweg von 800 mm. Während die Fig.
3 eine mittlere Arbeitsstellung des Kolbens bei einem Stellweg von 407 mm und einem
stoßartigen Anstieg der Walzkraft W von 0 auf 5500 kN zeigt, sind in der Fig. 4 die
Verhältnisse für eine Arbeitsstellung des Kolbens für den Stellweg s = 780 mm bei
gleichem Walzkraftanstieg dargestellt. Der Verriegelungsdruck p
v wurde entsprechend der Fig. 2 für die mittlere Arbeitsstellung mit 140 bar gewählt.
Aus der Fig. 3 läßt sich erkennen, daß der Druck p
v1 im Bereich des Volumens V
1 innerhalb von 0,1 Sek auf etwa 50 bar absinkt, während der Druck p
v2 auf der gegenüberliegenden Kolbenseite auf etwa 265 bar ansteigt. Der Kolben wird
dabei während einer Zeitspanne von ca. 0,05 Sek um 2,5 mm verlagert.
[0012] In der ausgefahrenen Kolbenstellung gemäß der Fig. 4 kann ein erheblich höherer Verriegelungsdruck
von 240 bar gewählt werden, weil der Druck auf der der Kolbenstange abgewandten Kolbenseite
nur geringfügig auf ca. 265 bar ansteigt. Der Druck p
v1 fällt allerdings stark ab, wobei sich eine geringfügige Kolbenverlagerung von 1 mm
ergibt.
[0013] In der Fig. 2 sind die Kolbenverlagerungen s
v bei Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens über den Stellweg s aufgetragen. Daraus
ergibt sich, daß im Bereich der mittleren Arbeitsstellung eine größte Verlagerung
s
v im Bereich von 2,5 mm zu erwarten ist, während sich diese Verlagerungen s
v gegen die Endbereiche hin entsprechend verringern. Bei hydraulischen Kolbenverriegelungen
gemäß dem Stand der Technik müßte mit Kolbenverlagerungen im Bereich des Zehnfachen
dieser Werte gerechnet werden.
[0014] Um in einfacher Weise die Kolben 4 unter dem vorgegebenen, von der Arbeitsstellung
der Kolben 4 abhängigen Verriegelungsdruck p
v verriegeln zu können, werden nach der Fig. 1 über das Ventil 8 in der Anschlußleitung
9 die Kolben 4 auf der Kolbenstangenseite mit dem vorgegebenen Verriegelungsdruck
p
v beaufschlagt, während über die Anschlußleitung 10 auf der gegenüberliegenden Kolbenseite
der Beaufschlagungsdruck über das zugehörige Ventil 8 so gewählt wird, daß die Kolben
4 in die vorgesehene Arbeitsstellung verschoben werden, die über den Weggeber 11 erfaßt
wird. Da der Druck auf der Kolbenstangenseite dem gewählten, über einen Druckgeber
15 überwachten Beaufschlagungsdruck p
v entspricht, muß nach dem Erreichen der Arbeitsstellung der Beaufschlagungsdruck p
v auf der der Kolbenstange 14 gegenüberliegenden Kolbenseite dem Verriegelungsdruck
entsprechen, wenn keine Verlagerung der Kolben 4 zugelassen wird. Werden demnach die
Hydraulikanschlüsse 9 und 10 der Stellzylinder 1 unter diesen Umständen über die Ventile
8 gesperrt, so werden die Kolben 4 unter dem jeweils gewählten Verriegelungsdruck
p
v hydraulisch verriegelt. Es braucht wohl nicht besonders hervorgehoben zu werden,
daß zunächst die gewählte Arbeitsstellung der Kolben 4 angefahren werden kann, bevor
der erforderliche Beaufschlagungsdruck p
v eingestellt wird, unter dem die Kolben 4 verriegelt werden sollen. Es kommt ja lediglich
darauf an, daß ein vom Stellweg s abhängiger Verriegelungsdruck p
v sichergestellt wird, um die auf die zulässige Zylinderbelastung abgestellte, maximale
Gegenkraft für die stoßartig auftretende Walzkraft sicherstellen zu können.
[0015] Über die Regeleinrichtung 12 können selbstverständlich auch sich ändernde Verhältnisse
im Bereich des Walzspaltes berücksichtigt werden. Zu diesem Zweck wird die Kolbenbeaufschlagung
über die Stauchwalze 3 mit Hilfe beispielsweise einer Druckmeßdose 16 erfaßt, so daß
diese Beaufschlagungskraft als Führungsgröße für die Stellzylinder 1 herangezogen
werden kann. Da die Regelung jedoch Kolbenverlagerungen zufolge stoßartiger Kolbenbelastungen
aufgrund der ihr eigenen, unvermeidbaren Regelverzögerungen nicht rechtzeitig berücksichtigen
kann, werden die Kolben 4 mit einem vom Stellweg s der Stellzylinder 1 abhängigen
Verriegelungsdruck p
v hydraulisch verriegelt.
1. Procédé de commande d'un vérin de réglage hydraulique, à course longue, en particulier
d'un vérin de calage pour un bâti d'écrasement, le piston, verrouillable hydrauliquement
en différentes positions de travail le long de sa course de réglage, pouvant être
sollicité de part et d'autre, après son verrouillage, étant chargé d'un coup par une
force extérieure, caractérisé en ce que le piston est verrouillé sous une pression hydraulique choisie en fonction de la
pression de travail respective, qui va en diminuant sur la valeur de la course de
réglage, d'une position de mise en butée du piston sur la face de piston déchargée
en cas d'application de force extérieure, jusqu'à une position de mise en butée opposée.
2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le piston est sollicité pour l'approche de la position de travail respective, en
utilisant une pression de verrouillage prévue pour cette position de travail.