EP1033498B1 - Verfahren zur Steuerung eines langhubigen hydraulischen Stellzylinders - Google Patents

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EP1033498B1
EP1033498B1 EP00890038A EP00890038A EP1033498B1 EP 1033498 B1 EP1033498 B1 EP 1033498B1 EP 00890038 A EP00890038 A EP 00890038A EP 00890038 A EP00890038 A EP 00890038A EP 1033498 B1 EP1033498 B1 EP 1033498B1
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EP
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piston
pressure
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hydraulic
pistons
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Friedrich Dipl.-Ing. Deininger
Johann Oberhumer
Werner Dipl.-Ing. Rab
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Primetals Technologies Austria GmbH
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Voest Alpine Industrienlagenbau GmbH
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    • B21B31/16—Adjusting or positioning rolls
    • B21B31/20—Adjusting or positioning rolls by moving rolls perpendicularly to roll axis
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21B—ROLLING OF METAL
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    • B21B38/10—Methods or devices for measuring, detecting or monitoring specially adapted for metal-rolling mills, e.g. position detection, inspection of the product for measuring roll-gap, e.g. pass indicators

Definitions

  • the invention relates to a method for controlling a long-stroke, hydraulic actuating cylinder, in particular an actuating cylinder for a Compression scaffold, with the loadable on both sides, along its travel Hydraulically lockable pistons according to his in various working positions Lock is suddenly loaded with an external force.
  • the invention is therefore based on the object of a method for Control of a long-stroke, hydraulic actuating cylinder, especially one Setting cylinder for a compression frame, of the type described at the beginning, that the displacement of the hydraulically locked piston at one shock-like piston loading is limited to a comparatively low level can be.
  • the invention solves the problem in that the piston under a hydraulic pressure selected depending on the respective working position is locked, the from a stop position of the piston on the at the external force unloaded piston side to the opposite stop position over the travel range.
  • the invention is based on the knowledge that in a working position of the piston with a comparatively small cylinder volume on the an external shock load of a discharge side of the piston Hydraulic medium pressure on this piston side because of the comparatively low Volume is reduced significantly faster with a piston displacement than the hydraulic fluid pressure on the opposite side of the piston Area of the larger hydraulic fluid volume increased. Occurs the external shock load of the piston, however, in a working position with a comparatively large cylinder volume on the piston side, which is relieved in the event of a shock load on, so arises in the area of the comparatively low hydraulic medium volume a rapid increase in pressure on the opposite side of the piston on, while the hydraulic medium pressure in the area of the larger cylinder volume on the other side of the piston is broken down correspondingly more slowly.
  • the locking pressure can be chosen to be low by accordingly the pressure increase in the hydraulic medium caused by the external force not to endanger the cylinder on one side of the piston. Nevertheless, it remains Piston displacement small due to the rapidly increasing counterforce.
  • the piston under one of the respective working position of the Piston-dependent locking pressure along its travel can consequently the shock-related piston displacement to a for without additional measures most use cases are limited to the allowable dimension.
  • the piston can lock the intended hydraulic pressure already for moving to the respective working position with the one for this working position provided locking pressure are applied so that in In cooperation with the position control, build up a corresponding back pressure must, if the piston is fixed in the respective working position to be held.
  • the roll gap a compression frame with the help of hydraulic actuating cylinders 1, which attack on the chocks 2 for the end storage of the upsetting roller 3.
  • the pistons 4 of the actuating cylinder 1 can Pressure accumulator 5 are acted upon on both sides, via a to a hydraulic fluid container 6 connected pump 7 is loaded.
  • the application the piston 4 takes place via multi-way valves 8, which in the connecting lines 9 and 10 of the actuating cylinder 1 are switched on.
  • valves 8 can be controlled via the control device 12 are controlled so that the pistons 4 assume the respective working position, in which they are hydraulically locked via the valves 8, as in the Fig. 1 is indicated.
  • the locking pressure p v is to increase over the actuating travel s, the lowest locking pressure p v being reached when the piston rod 14 is retracted and the greatest locking pressure p v being reached when the piston rod 14 is extended.
  • the travel s is accordingly counted in FIG. 2 from the stop position of the piston 4 for the retracted piston rod 14.
  • the hydraulic volume V 1 is greatest on the piston rod side of the piston 4.
  • the hydraulic medium volume V 2 on the piston side opposite the piston rod 14 takes a maximum, while the piston-side hydraulic medium volume V 1 represents a minimum.
  • FIGS. 3 and 4. 3 and 4 like FIG. 2, relate to an actuating cylinder with a maximum actuation travel of 800 mm.
  • 3 shows an average working position of the piston with a travel of 407 mm and a sudden increase in the rolling force W from 0 to 5500 kN
  • the locking pressure p v was selected in accordance with FIG. 2 for the middle working position with 140 bar. From Fig.
  • a significantly higher locking pressure of 240 bar can be selected because the pressure on the side of the piston remote from the piston rod rises only slightly to approximately 265 bar.
  • the pressure p v1 drops sharply, resulting in a slight piston displacement of 1 mm.
  • the piston displacements s v are plotted over the travel path s when using the method according to the invention. It follows from this that in the region of the middle working position a largest displacement s v in the region of 2.5 mm is to be expected, while these displacements s v decrease correspondingly towards the end regions. With hydraulic piston locks according to the prior art, piston displacements in the range of ten times these values would have to be expected.
  • the pistons 4 are hydraulically locked under the respectively selected locking pressure p v .
  • the selected working position of the pistons 4 can first be approached before the required pressure p v is set, under which the pistons 4 are to be locked.
  • a locking pressure p v which is dependent on the travel path s is ensured in order to be able to ensure the maximum counterforce for the abruptly occurring rolling force which is based on the permissible cylinder load.
  • Changing conditions in the area of the roll gap can of course also be taken into account via the control device 12.
  • the piston action is detected via the upsetting roller 3 with the aid of, for example, a pressure cell 16, so that this application force can be used as a reference variable for the actuating cylinder 1.
  • the pistons 4 are hydraulically locked with a locking pressure p v that is dependent on the travel s of the actuating cylinder 1.

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Description

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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
Gemäß der Fig. 2 soll der Verriegelungsdruck pv über den Stellweg s zunehmen, wobei der niedrigste Verriegelungsdruck pv bei eingefahrener Kolbenstange 14 und der größte Verriegelungsdruck pv 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 V1 auf der Kolbenstangenseite der Kolben 4 am größten. In der entgegengesetzten Anschlagstellung der Kolben 4 nimmt hingegen das Hydraulikmittelvolumen V2 auf der der Kolbenstange 14 gegenüberliegenden Kolbenseite ein Maximum ein, während das kolbenseitige Hydraulikmittelvolumen V1 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 V1 sehr rasch abgebaut wird, während sich der Druck im Bereich des Hydraulikmittelvolumens V2 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 V1 und kleiner werdendem V2 ändern sich jedoch diese Verhältnisse, weil bei kleinem V2 bereits eine geringfügige Verlagerung der Kolben 4 einen hohen Druckanstieg im Bereich von V2 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 V1 und kleinerem V2 unter einem vergleichsweise niedrigen Verriegelungsdruck pv hydraulisch zu verriegeln, wie dies der Fig. 2 entnommen werden kann.
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 pv wurde entsprechend der Fig. 2 für die mittlere Arbeitsstellung mit 140 bar gewählt. Aus der Fig. 3 läßt sich erkennen, daß der Druck pv1 im Bereich des Volumens V1 innerhalb von 0,1 Sek auf etwa 50 bar absinkt, während der Druck pv2 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.
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 pv1 fällt allerdings stark ab, wobei sich eine geringfügige Kolbenverlagerung von 1 mm ergibt.
In der Fig. 2 sind die Kolbenverlagerungen sv bei Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens über den Stellweg s aufgetragen. Daraus ergibt sich, daß im Bereich der mittleren Arbeitsstellung eine größte Verlagerung sv im Bereich von 2,5 mm zu erwarten ist, während sich diese Verlagerungen sv 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.
Um in einfacher Weise die Kolben 4 unter dem vorgegebenen, von der Arbeitsstellung der Kolben 4 abhängigen Verriegelungsdruck pv 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 pv 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 pv entspricht, muß nach dem Erreichen der Arbeitsstellung der Beaufschlagungsdruck pv 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 pv 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 pv eingestellt wird, unter dem die Kolben 4 verriegelt werden sollen. Es kommt ja lediglich darauf an, daß ein vom Stellweg s abhängiger Verriegelungsdruck pv sichergestellt wird, um die auf die zulässige Zylinderbelastung abgestellte, maximale Gegenkraft für die stoßartig auftretende Walzkraft sicherstellen zu können.
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 pv hydraulisch verriegelt.

Claims (2)

  1. 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, dadurch gekennzeichnet, 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.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben zum Anfahren der jeweiligen Arbeitsstellung mit dem für diese Arbeitsstellung vorgesehenen Verriegelungsdruck beaufschlagt wird.
EP00890038A 1999-03-01 2000-02-15 Verfahren zur Steuerung eines langhubigen hydraulischen Stellzylinders Expired - Lifetime EP1033498B1 (de)

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