DE19836843A1 - Vorrichtung zum hydraulischen Anstellen der Rollen von Strangführungssegmenten einer Stranggießanlage - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum hydraulischen Anstellen von Bauteilen, insbesondere der Rollen von Strangführungssegmenten einer Stranggießanlage mit Hydraulikzylindern (2), die durch je einen Kolben (12) mit Kolbenstange (13) in einen Zylinderraum (9) und einen Ringzylinderraum (11) unterteilt sind, wobei die Zylinderräume (9, 11) durch Steuerorgane abwechselnd und gegensinnig sowie gleichzeitig mit einer Druckquelle (7) und einer Drucksenke (5) verbindbar sind. Die Nachteile der bisher als Steuerorgane verwendeten Stetigventile, vor allem große Empfindlichkeit bezüglich Reinheit und Schmierfähigkeit der Arbeitsflüssigkeit, werden dadurch vermieden, dass als Steuerorgane Schaltventile vorgesehen sind. Diese sind unempfindlich bezüglich Reinheit und der Verwendung von Wasser-Öl-Emulsion als Arbeitsflüssigkeit.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum hydraulischen Anstellen von Bauteilen, insbesondere der Rollen von Strangführungssegmenten einer Stranggießanlage, mit Hydraulikzylindern, die durch je einen Kolben mit Kolbenstange in einen Zylinderraum und einen Ringzylinderraum unterteilt sind, wobei die Zylinderräume durch Steuerorgane abwechselnd und gegensinnig sowie gleichzeitig mit einer Druckquelle und einer Drucksenke verbindbar sind.

Bei Stranggießanlagen beginnt der Gießprozess in einer Kokille. Aus dieser tritt der oberflächlich erstarrte Gussstrang vertikal aus und wird in Strangführungssegmenten min einem bestimmten Radius um 90° umgelenkt und zu einem anschließenden horizontal angeordneten Richttreiber geleitet. Die Führung des Gussstranges geschieht mittels Führungsrollen, die durch Hydraulikzylinder anstellbar sind. Dadurch können unter anderem Rollenverschleiß und geänderte Gießparameter berücksichtigt werden. Zur Steuerung der Hydraulikzylinder werden im allgemeinen Stetigventile verwendet; diese erfordern aufgrund ihrer genauen Passungen feinst gefiltertes Hydrauliköl. Der mit der ölfilterung verbundene Aufwand ist beträchtlich. Außerdem besteht bei Hydrauliköl im Gießmaschinen- und Walzwerksbereich immer Brandgefahr.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Hydrauliksystem zur Verstellung von Strangführungssegmenten zu schaffen, das einen vergleichsweise geringen Anspruch an die Sauberkeit der Betriebsflüssigkeit und eine geringe Brandgefahr aufweist.

Die gestellte Aufgabe wird dadurch gelöst, dass als Steuerorgane Schaltventile vorgesehen sind. Schaltventile sind entweder geschlossen oder geöffnet, während Stetigventile auch jede Zwischenstellung einnehmen können. Deswegen vertragen Schaltventile auch gröbere Schmutzpartikel, ohne zu verstopfen, während die mögliche Spaltöffnung eines Stetigventils auf sauberes Arbeitsmedium angewiesen ist, um eine Sitzverschmutzung zu verhindern. Außerdem benötigen die Ventilkolben der Schaltventile in Gegensatz zu den Stetigventilen keine enge Passung, da sie sich im geöffneten Zustand am Anschlag und bei geschlossenem Zustand im Sitz selbst zentrieren. Auch dadurch ist der Anspruch an die Sauberkeit und darüber hinaus an die Schmierfähigkeit der Arbeitsflüssigkeit bei Schaltventilen deutlich niedriger als bei Stetigventilen. Das bedeutet weniger Aufwand bei der Filterung und die problemlose Verwendung von Wasser­ ölemulsionen als Arbeitsflüssigkeit. Neben dem geringeren Aufwand für die Schaltventile und für die Art sowie die Reinhaltung der Arbeitsflüssigkeit ist die Brandsicherheit ein entscheidender Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung.

Durch die Anordnung von vier Schaltventilen in Vollbrückenschaltung wird eine einfache Führung und geringe Länge der Hydraulikleitungen mit entsprechend geringen - Installationsaufwand erreicht.

Von Vorteil ist auch, dass die Schaltventile über einen Dreipunktregler ansteuerbar sind. Der Dreipunktregler arbeitet nur mit den Stellungen Plus, Minus und Null. Bei Plus ist das eine Schaltventilpaar erregt, bei Minus das andere, während bei Null beide Schaltventilpaare stromlos und somit geschlossen sind. Dadurch ergibt sich ein einfacher Regleraufbau.

Da die Schaltventile eine Drossel aufweisen, kann trotz voll geöffneter Schaltventile eine überschwingfreie Einstellung der Kolbenposition verwirklicht werden.

Vorteilhaft ist auch, wenn die Schaltventile über Pulsweitenmodulation ansteuerbar sind. Während bei der Dreipunktregelung das öffnungszeitintervall der Schaltventile als Ganzes variiert wird, ist bei der Pulsweitenmodulation die Zahl der konstanten, kurzen Öffnungsintervalle variabel (variables Tastverhältnis). Dies geschieht ähnlich wie beim Dreipunktregler mittels diskreter Schaltsignale einer separaten Elektronik-Hardware oder mittels Software eines Rechners. Diese optimiert das Tastverhältnis in Richtung Schalthäufigkeitreduktion. Bei der Pulsweitenmodulation werden wie bei der Dreipunktregelung immer zugleich ein Aus- und Einlassschaltventil angesteuert, da dem Zuflussvolumen eines Zylinderraumes immer das gleiche Abflussvolumen des anderen entspricht.

Es ist ferner von Vorteil, dass jeder Kolben über eine Verbindungsstange mit einem Positionsgeber verbunden ist, der nach Überschreiten eines oberen oder unteren Grenzwertes der Kolbenstellung die Regelung auslöst. Die Positionsgeber ermöglichen einen geschlossenen Regelkreis für die Kolbenlage. Dabei ergibt sich aus der Festlegung einer Hysterese der zulässigen Kolbenlage durch einen oberen und unteren Grenzwert derselben ein einfacher Aufbau und ein einfaches Inbetriebsetzen des Dreipunktreglers.

Dadurch, dass die vier Schaltventile zu einem Schaltventilblock zusammengefasst sind, ergibt sich ein platzsparender, kostengünstiger Aufbau der Schaltventile.

Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen, der folgenden Figurenbeschreibung und den Zeichnungen, in denen Ausführungbeispiele der Erfindung schematisch dargestellt sind.

Es zeigen:

Fig. 1 ein Schaltschema der Brückenschaltung des Hydraulikölkreislaufs eines Hydraulikzylinders,

Fig. 2 ein Schaltschema des Hydraulikölkreislaufs und der Ansteuerung der Schaltventile eines Hydraulikzylinders,

Fig. 3 ein vereinfachtes Schaltschema des Hydraulikölkreislaufs und der Ansteuerung der Schaltventile der vier Hydraulikzylinder eines Strangführungssegmentes,

Fig. 4 wie Fig. 3, jedoch mit perspektivischer Darstellung eines Strangführungselementes.

Fig. 1 zeigt die in Brückenschaltung zusammengeschalteten Schaltventile (1a, b, c, d) des Hydraulikkreislaufs eines Hydraulikzylinders (2), die zu einem Ventilblock (3) zusammengefasst sind. Die Schaltventile (1a, b) sind über einen ersten Verknüpfungspunkt (4) mit einer Drucksenke (5), die Schaltventile (1c, d) über einen zweiten Verknüpfungspunkt (6) mit einer Druckquelle (7) verbindbar. Die Schaltventile (1a, c) sind außerdem über einen dritten Verknüpfungspunkt (8) mit einem Zylinderraum (9), die Schaltventile (1b, d) über einen vierten Verknüpfungspunkt (10) mit einem Ringzylinderraum (11) des Hydraulikzylinder (2) verbunden. Der Zylinderraum (9) und der Ringzylinderraum (11) sind durch einen Kolben (12) dichtend geteilt, der eine aus dem Ringzylinderraum (11) austretende Kolbenstange (13) aufweist. Aus Fig. 1 geht die sehr kompakte und mit geringem Leitungsaufwand verwirklichte Anordnung des Ventilblocks (3) hervor.

In Fig. 2 ist ein Ventilblock mit einem Hydraulikzylinder (2) und einer vereinfachten Darstellung der elektrischen Ansteuerung der Schaltventile (1a, b, c, d) dargestellt. Fig. 2 zeigt auch die Verknüpfungspunkte (4, 6, 8, 10) zur Verbindung der Schaltventile (1a, b, c, d) mit der Drucksenke (5) und der Druckquelle (7), dem Zylinderraum (9) und dem Ringzylinderraum (11) auf. Der Kolben (12) ist durch eine Verbindungsstange (14) mit einem Positionsgeber (15) verbunden, der die jeweilige Lage des Kolbens (12) gegenüber dem Hydraulikzylinder (2) angibt. Die Schaltventile (1a, b, c, d) besitzen je einen Elektromagneten (16), der über elektrische Leitungen (17a, b, c, d) mit einem Dreipunktregler (18) oder einem Pulsweitenmodulator (19) verbunden ist. Dreipunktregler (18) und Pulsweitenmodulator (19) sind als Elektronikhardware verwirklicht oder als Software in einem Rechner (20) integriert. Die Schaltventile (1a, b, c, d) weisen Federn (21) auf, die sie bei stromlosen Elektromagneten (16) schließen. Die Kolbenstangen (13) sind durch Stopfbüchsen (22) abgedichtet, die auch zur Abstützung der Hydraulikzylinder (2) auf einer Hälfte der Strangführungssegmente (35, Fig. 4) dienen. Sie tragen an ihrem freien Ende einen Gelenkkopf (23) zu ihrer Verbindung mit der anderen Hälfte der Strangführungssegmente (35).

Fig. 3 zeigt ein vereinfachtes Schaltschema des Hydraulikölkreislaufs und der Ansteuerung der Ventilblöcke (3) für die vier Hydraulikzylinder (2) eines Strangführungssegmentes (35, Fig. 4). In gleicher Weise können auch Richtmaschinen und Sägen angestellt werden. Ein Schaltschrank (24) ist mit einem Rechner (25) verbunden, durch dessen Software die Schaltventilblöcke (3) mittels Dreipunktregler oder Pulsweitenmodulation angesteuert werden. Der Schaltschrank (24) weist unter anderem eine Netzwerk-Karte (26), eine zentrale Prozessoreinheit (CPU) (27), einen Speicher (28), eine Schnittstelle (29), beispielsweise eine SSI-Schnittstelle zur Verbindung mit den Positionsgebern (15), einen Digital/Analog-Wandler bzw. Schaltverstärker (30) für die Schaltventilsignale, einen digitalen Ein/Ausgang (31) für eine Steuertafel (32) vor Ort und für eine Klemmleiste (33) zum Anschluss der Signale der Anlage auf; hinzu kommt ferner ein Netzteil (34).

Fig. 4 zeigt grundsätzlich das Gleiche wie Fig. 3, jedoch mit einem Strangführungssegment (35) in perspektivischer Darstellung. Dieses weist Rollen (36) auf, zwischen denen sich der zu führende Gussstrang (37) befindet und die Abstützungen (38) aufweisen. Letztere werden durch die Hydraulikzylinder (2) und durch die Kolben (12) mittels der Kolbenstange (13) angestellt. In den Hydraulikleitungen zwischen den Schaltventilblöcken (3) und den Hydraulikzylindern (2) sind Druckgeber (39) zur Überwachung des Prozesses eingebaut. Ihre Signale werden zusammen mit denen des Schaltventilblocks (3) in einer Eingang/Ausgang Baugruppe (40) gesammelt und an die Digital/Analog-Wandler (30) weitergegeben. Die Signale der Positionsgeber (15) werden zur Schnittstelle (29) geleitet.

Die erfindungsgemäße Anlage funktioniert folgendermaßen: Wenn die Positionsgeber (15) eine Abweichung der Solllage der Rollen (36) anzeigen, wird nach Überschreiten eines bestimmten oberen oder unteren Grenzwertes mittels Dreipunktregelung oder Pulsweitenmodulation durch Ansteuern der entsprechenden Schaltventile (1a, b, c, d) die Solllage wieder hergestellt.

Durch die Verwendung von Schaltventilen anstelle von Stetigventilen kann als Arbeitsflüssigkeit eine Wasser-Öl-Emulsion verwendet werden, wodurch die Brandgefahr bei Leckage entscheidend verringert wird. Außerdem kann auf eine Feinstfilterung der Arbeitsflüssigkeit verzichtet werden, wodurch die erfindungsgemäße Anlage in Anschaffung und Betrieb verbilligt wird.

Claims (7)

1 Vorrichtung zum hydraulischen Anstellen von Bauteilen, insbesondere der Rollen (36) von Strangführungssegmenten (35) einer Stranggießanlage, mit Hydraulikzylindern (2), die durch je einen Kolben (12) mit Kolbenstange (13) in einen Zylinderraum (9) und einen Ringzylinderraum (11) unterteilt sind, wobei die Zylinderräume (9, 11) durch Steuerorgane abwechselnd und gegensinnig sowie gleichzeitig mit einer Druckquelle (7) und einer Drucksenke (5) verbindbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass als Steuerorgane Schaltventile (1a, b, c, d) vorgesehen sind.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Hydraulikzylinder (2) vier Schaltventile (1a, b, c, d) in Vollbrückenschaltung aufweist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltventile (1a, b, c, d) über einen Dreipunktregler ansteuerbar sind.

4. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltventile (1a, b, c, d) eine Drossel aufweisen.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltventile (1a, b, c, d) über Pulsweitenmodulation ansteuerbar sind.

6. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Kolben (12) über eine Verbindungsstange (14) mit einem Positionsgeber (15) verbunden ist, der nach Überschreiten eines oberen oder unteren Grenzwertes der Kolbenstellung die Regelung auslost.

7. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die vier Schaltventile (1a, b, c, d) zu einem Schaltventilblock (3) zusammengefasst sind