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Die
Erfindung betrifft ein Walzwerk zum Herstellen von Rohren und Stäben oder
dergleichen Langprodukten, mit einem Walzwerkständer, einer Anzahl von Walzen
und Mitteln zur Anstellung der Walzen relativ zu dem Walzwerkständer.
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Walzwerke
dieser Art sind im Stand der Technik hinlänglich bekannt. In dem Beitrag „The PQF
Mill (Premium Quality Finishing Mill) – The Ultimate Process for
High Quality Seamless Tube Production" von V. Palma et al. in 41st MWSP
Conf. Proc., ISS; Vol. XXXVII, 1999, S. 585 ff., wird der Aufbau
eines Walzwerks beschrieben, bei dem eine Walzeinheit in einer Walzeinheitsaufnahme
angeordnet ist, wobei diese Aufnahme tunnelförmig im Walzwerkständer ausgebildet
ist. Die beim Walzen entstehenden Kräfte müssen vom Walzwerkständer aufgenommen
werden, weshalb er relativ steif konzipiert ist. Für die genaue
Positionierung der Walzen im Walzwerkständer sind Anstellzylinder vorgesehen, mit
denen die Walzen in die benötigte
Position gebracht werden können.
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In
nachteiliger Weise sind bei dem vorbekannten Walzwerk die Anstelleinheiten
also im Walzwerkständer
angeordnet und befestigt, was einen entsprechend aufwändigen Aufbau
des Ständers
bedingt. Eine ausreichend stabile Ständerbauweise ist für das Erreichen
einer hinreichenden Walzqualität unabdingbar.
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Aus
der
DE 14 52 010 A ist
ein Walzwerk der gattungsgemäßen Art
bekannt, bei dem ein die Walzen tragendes Walzgerüst in den
Walzwerkständer eingesetzt
wird. Für
die genaue Positionierung des Walzgerüsts sind im Walzwerkständer Führungsleisten
angeordnet, an denen das Walzgerüst
anliegt und hierdurch ausgerichtet ist. Eine ähnliche Lösung geht aus der
DE 100 15 285 C2 hervor.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Walzwerk der eingangs
genannten Art so weiterzubilden, dass eine erhöhte Steifigkeit des Walzsystems
vorliegt, ohne dass es einer besonders steifen und damit aufwändigen Konstruktion
des Walzwerkständers
bedarf. Es soll insbesondere möglich
sein, vorhandene Walzwerke in vorteilhafter Weise umrüstbar zu
machen.
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Die
Lösung
dieser Aufgabe durch die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass
die Walzen in einem Walzgerüst
angeordnet sind, das im Walzwerkständer positioniert ist, wobei
zumindest ein Teil der Mittel zur Anstellung der Walzen im Walzwerkständer um
eine in Richtung der Längsachse
der Langprodukte weisende Achse schwenkbar oder translatorisch verfahrbar
und in einer Verriegelungsposition arretierbar angeordnet ist. Die
Schwenkachse ist dabei also in Walzrichtung angeordnet. Dabei ist
das Walzgerüst
insbesondere als auswechselbare Einheit ausgebildet. Ferner ist
das Walzgerüst
bevorzugt frei von Anstellmitteln für die Walzen. Indes weist das
Walzgerüst
mit Vorteil die Lagerungen und/oder Führungen für die Walzen auf.
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Nach
einer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Walzgerüst mittels
der Mittel zur Anstellung relativ zum Walzwerkständer beweglich ist.
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Die
Mittel zur Anstellung der Walzen weisen bei dieser Lösung bevorzugt
mindestens einen Aktuator auf, mit dem eine Verstellbewegung auf
das Walzgerüst – relativ
zum Walzwerkständer – ausgeübt werden
kann. Der mindestens eine Aktuator kann dabei als hydraulisches
oder mechanisches Verstellelement ausgebildet sein.
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Eine
alternative Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die Mittel
zur Anstellung des Walzgerüsts
als feste, im Walzwerkständer
angeordnete Anschläge
ausgebildet sind.
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Zumindest
ein Teil der Mittel zur Anstellung der Walzen und das Walzgerüst können mit
Zentriermitteln, auch in Form von Federmitteln, ausgestattet sein,
die bei der Annäherung
der Mittel und des Walzgerüsts
eine definierte Relativlage herstellen. Dabei ist mit Vorteil vorgesehen,
dass die Zentriermittel zweistufig wirken; d. h. es gibt ein Vorzentrierelement und
ein Endzentrierelement.
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Ferner
kann zumindest ein Teil der Mittel zur Anstellung der Walzen so
verschwenkbar sein, dass eine, insbesondere seitlich ausgerichtete,
Einschuböffnung
für das
Walzgerüst
freigegeben werden kann. Dabei können
die Mittel so schwenkbar im Walzwerkständer angeordnet sein, dass
sie zur Schaffung der Einschuböffnung
entsprechend verschwenkt werden. Für den Wechsel des Walzgerüsts ist
bevorzugt ein neben dem Walzwerk positionierbarer Wechselwagen für das Walzgerüst vorgesehen.
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Die
Erfindung stellt also auf eine lösbare
Verbindung zwischen den Anstelleinheiten und dem Walzgerüst ab. Die
Anstelleinheiten werden bevorzugt im Walzwerkständer nur positioniert, ohne
daran fest verbunden zu sein. Eine feste, untrennbare Verbindung
liegt zwischen den Anstelleinheiten und dem Walzgerüst erst
während
des Walzvorganges vor.
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Die
Krafteinleitung erfolgt im Walzgerüst. Der Walzwerkständer wird
hingegen hierdurch nicht belastet und unterliegt nicht einer durch
die Walzkraft hervorgerufenen Formänderung.
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Der
Erfindungsvorschlag eignet sich besonders für Rohr- und Stabwalzwerke,
wobei insbesondere eine Umbaumöglichkeit
eines Walzwerks mit festen Gerüsten
auf ein solches mit anstellbaren Gerüsten von Vorteil ist. Damit
kann in wirtschaftlicher Weise ein bestehendes Walzwerk im Wege
des Umbaus mit den erläuterten
Vorteilen versehen werden.
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Es
wird ferner eine Ausbaufähigkeit
des Walzwerkes geschaffen. Es sind sowohl feste als auch anstellbare
Walzgerüste
denkbar. Hinsichtlich der Anstellung (hydraulisch, mechanisch) sind
alternative Lösungen
möglich.
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In
der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der
Erfindung dargestellt. Es zeigen:
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1 schematisch
ein Walzwerk, in Walzrichtung betrachtet;
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2 das
Walzgerüst
des Walzwerks samt dreier Mittel zur Anstellung der Walzen, in Walzrichtung
betrachtet;
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3 die
Darstellung gemäß 2 mit
eingetragenen Kräften;
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4 ein
Mittel zur Anstellung einer Walze mit einigen Details;
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5 das
Mittel gemäß 4 in
der Seitenansicht und in der Draufsicht;
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6 das
Walzwerk in der Position für
den Walzgerüstwechsel;
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7 das
Walzgerüst
samt der Mittel zur Anstellung der Walzen in der Position für den Walzgerüstwechsel;
und
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8a, 8b das
Walzgerüst
des Walzwerks samt dreier Mittel zur Anstellung der Walzen, in Walzrichtung
betrachtet, wobei gemäß dem einen Konzept
der Erfindung eine Verstell- bzw. Einstellbewegung von den Mitteln
auf das Walzgerüst
ausgeübt
wird; und
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9 eine
zu den 8a bzw. 8b korrespondierende
Ansicht, wobei gemäß dem anderen Konzept
der Erfindung die Mittel einen festen Anschlag für das Walzgerüst bilden.
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In
den 1, 2 und 3 sind ein
Walzwerk 1 bzw. seine Teile zu sehen. Bei dem Walzwerk 1 handelt
es sich um ein Kontiwalzwerk, Maßwalzwerk oder Streckreduzierwalzwerk.
Das Walzwerk 1 hat einen Walzwerkständer 2, der als Schweißkonstruktion
ausgeführt
ist. Im Walzwerkständer 2 sind drei
Mittel 6, 7, 8 zur Anstellung dreier
Walzen 3, 4, 5 vorgesehen, wobei sich
die Walzen 3, 4, 5 in einem Walzgerüst 9 befinden.
In bekannter Weise sind Antriebe 16, 17, 18 – ausgebildet
als Elektromotore – vorgesehen,
mit denen die Walzen 3, 4, 5 angetrieben
werden können.
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Die
Ausstattungsmerkmale der PQF-Technologie (s. den eingangs genannten
Beitrag) bezüglich
der Umformparameter, der Umformsteuerung, der Toleranzkontrolle
und der Deformation des Walzwerkes können vollständig genutzt werden.
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Im
Ausführungsbeispiel
ist ein Walzwerk mit 3-Walzen-Technik dargestellt, wenngleich der
Erfindungsvorschlag hierauf nicht beschränkt ist.
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Wesentlich
ist, dass die Walzen 3, 4, 5 in dem als
auswechselbare Einheit ausgebildeten Walzgerüst 9 angeordnet sind,
wobei das Walzgerüst 9 frei
von Anstellmitteln für
die Walzen 3, 4, 5 ist. Hingegen ist
das Walzgerüst 9 – bei diesem
Ausführungsbeispiel – mittels
der Mittel 6, 7, 8 relativ zum Walzwerkständer 2 beweglich.
Die Anstellung des Walzgerüstes 9 und
damit auch der Walzen 3, 4, 5 relativ
zum Walzwerkständer 2 erfolgt
somit durch die Mittel 6, 7, 8, wobei
sowohl eine hydraulische als auch eine mechanische Stelleinheit,
s. u., zum Einsatz kommen kann. Einsetzbar ist auch eine Gerüststaffel
mit festen und anstellbaren Gerüsten 9.
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Der
Walzwerkständer 2,
die Walzenanstellungen 6, 7, 8 und das
Walzgerüst 9 samt
Walzen 3, 4, 8 sind die Kernkomponenten
des Walzwerks 1. Während
des Walzprozesses befinden sich die genannten Komponenten in einer
definierten Relativposition bzw. sie wirken zusammen.
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Das
Walzgerüst 9 selbst
besitzt, wie erläutert,
keine Mittel zum Anstellen der Walzen. Das Gerüst 9 hat ein rechteckiges,
als solches bekanntes Gehäuse
mit hoher Festigkeit, das die Walzenlagerungen und die Führungen
für die
drei Walzeneinheiten enthält
und die auftretenden Walzkräfte
in vollem Umfang aufnehmen kann.
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Die
Ableitung der Walzkräfte
innerhalb des Walzgerüsts 9 erfolgt über die
Walzenanstellungen, d. h. durch die Mittel 6, 7, 8.
Wie zu sehen ist, sind pro Walzgerüst 9 drei Anstellmittel 6, 7, 8 vorgesehen, die
im Walzwerkständer 2 angeordnet
sind, allerdings nicht starr.
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In 3 stellen
die radial nach außen
gerichteten Pfeile die Walzkraft dar, die vom Walzgerüst 9 aufgenommen
wird. Die radial nach innen gerichteten Pfeile stellen die Anstellkraft
(Klemmkraft/Vorspannkraft) dar, die von den Mitteln 6, 7, 8 auf
das Walzgerüst 9 aufgebracht
wird.
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Wie
in 4 und in 5 gesehen
werden kann, ist das Mittel 6 zur Walzenanstellung (entsprechendes
gilt für
die Mittel 7 und 8) an einem Schwenkarm 19 angeordnet,
der um eine in horizontale Richtung, und zwar in Walzrichtung, weisende
Achse 20 schwenken kann. Die Anstelleinheit 6 weist
zwei Aktuatoren 10 und 11 in Form von Hydraulikkapseln
auf. Das Gehäuse 21 der
beiden Aktuatoren 10, 11 ist die Haupteinheit
der Anstelleinheit 6 und ist vorliegend als parallelepipedischer
Körper
ausgeführt.
Die Positionierung des Mittels 6 erfolgt durch entsprechende Verschwenkung
des Schwenkarms 19. Bei der Kontaktierung mit dem Walzgerüst 9 sorgt
ein Zentriermittel 12 in Form einer Vorzentrierung (im
Zusammenwirken mit einer entsprechenden Ausnehmung im Walzgerüst 9)
für die
richtige Relativlage von Anstelleinheit 6 und Gerüst 9.
Vor Erreichen der Endlage zwischen Mittel 6 und Gerüst 9 sorgt
ein weiteres Zentriermittel 13 in Form einer Endzentrierung
für die exakte
Relativposition. Es können
Federelemente 22 vorgesehen sein, die einen eventuellen
Versatz zum Walzgerüst 9 ausgleichen.
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Ferner
kann vorgesehen werden, dass zur Kopplung bzw. Klemmung der beiden
zu koppelnden Teile, also der Anstelleinheit 6 und des
Walzgerüsts 9,
separate Elemente vorgesehen sind, z. B. ein nur sehr schematisch
angedeuteter Kniehebelmechanismus 23, der eine formschlüssige Verbindung
zwischen Anstellelement 6 und Gerüst 9 herstellt und eine
Vorspannung für
die Verbindung aufbringt.
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Das
Aufnehmen der Walzkräfte
innerhalb des Walzgerüstes 9 wirkt
sich insbesondere auf die konstruktive Gestaltung des Walzwerkständers 2 aus.
Relevant ist diesbezüglich
das Ständergewicht, das
im Verhältnis
zu den vorbekannten Lösungen
reduziert werden kann. Da der Walzwerkständer 2 nicht mehr
die Umformbelastung aufnehmen muss, ist die Konstruktion des Ständers 2 nur
von der Aufnahme der axialen Kräfte
und von der Funktionalität
des Walzwerkes bestimmt. Ferner ist die elastische Deformation eines
Walzgerüsts 9 erheblich
geringer als die Deformation eines massiven Ständers. Dieses Verhalten der
unterschiedlich großen
Körper
führt in vorteilhafter
Weise zu einer besseren Steuerung und Kontrolle der Walzenposition.
Dies wiederum ist die Voraussetzung für bessere Toleranzen der Fertigprodukte.
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Zum
Wechsel des Walzgerüsts 9 samt
Walzen 3, 4, 5 wird auf die 6 und 7 hingewiesen: Ein
Gerüst-Wechselwagen 15 befindet
sich bei Bedarf, d. h. zum Wechseln, seitlich neben dem Walzwerk 1.
Der Wechselwagen 15 kann parallel mit dem Walzwerk 1 fahren.
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Der
Walzwerkständer 2 kann
durch Schwenken der Anstelleinheiten 6, 7, 8 in
die in den 6 und 7 dargestellten
Positionen (gezeigt für
zwei unterschiedliche Anordnungen des Walzgerüsts 9) eine Einschuböffnung 14 schaffen,
die horizontal angeordnet ist und es ermöglicht, dass das Walzgerüst 9 samt
Walzen 3, 4, 5 in Richtung der in 7 dargestellten
Pfeile verschoben werden kann. Der Walzwerkständer 2 ist damit zum
Gerüstwechsel
zur Bedienseite hin geöffnet,
wodurch der Wechsel ermöglich
wird.
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Nach
dem Einschieben des eingewechselten Walzgerüsts 9 werden die Anstellmittel 6, 7, 8 wieder in
ihre Betriebsposition (s. 2, 3)
gefahren und in dieser fixiert. Während im Ausführungsbeispiel das
Verschwenken der Mittel 6, 7, 8 vorgesehen
ist, kann genauso auch eine rein translatorische Bewegung hierfür vorgesehen
werden.
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In
den 8a und 8b einerseits
und 9 andererseits sind nochmals die beiden grundsätzlichen
Konzepte schematisch illustriert:
Nach den 8a und 8b (die
beiden Figuren zeigen lediglich andere Verschwenkmöglichkeiten der
Mittel 6, 7, 8) ist vorgesehen, dass
die Mittel 6, 7, 8 eine Verstellbewegung
erzeugen können,
mit der das Walzgerüst 9 relativ
zum Walzwerkständer 2 bewegt
und in der gewünschten
Position festgelegt werden kann.
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Die
Betriebsstellung des Walzgerüstes 9 wird
hier durch die Position der Schwenkarme 19 und der Anstellmittel 6, 7, 8 definiert.
Im vorgespannten Zustand der Klemmmechanismen 23 (s. o.)
und bei definierter Winkelstellung der Schwenkarme 19 ist die
Position des Walzgerüstes 9 nicht
mehr von der ursprünglichen
Gerüstaufnahme
im Walzwerkständer 2 abhängig. In
verriegelter Betriebsstellung besitzen die Mittel 6, 7, 8 nur
einen Bewegungsfreiheitsgrad relativ zu den Schwenkarmen 19.
Der Positionsausgleich wird gemäß 8a und 8b
durch Ausgleichselemente 12 (oben als Zentriermittel bezeichnet)
in Form von Federelementen in radiale Richtung ermöglicht.
Das Gerüstgewicht
wird von dem Walzwerkständer über die
Schwenkarme 19 und deren Rotationsachse 20 übernommen.
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Nach 9 ist
vorgesehen, dass die Mittel 6, 7, 8 als
feste Anschläge
im Walzwerkständer 2 ausgebildet
sind und damit das Walzgerüst 9 relativ
zum Walzwerkständer 2 fixieren,
wenn es in dieses eingesetzt ist. Eine Bewegungsmöglichkeit
des Walzgerüsts 9 durch
die Mittel 6, 7, 8 ist – im Unterschied
zur Ausführung
gemäß 1 bis 8b – nicht
vorgesehen.
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Das
Walzgerüst 9 wird
im Walzwerkständer 2 gegen
einen genauen Anschlag festgelegt bzw. festgeklemmt. Die Klemmvorrichtung
befindet sich im Ständer 2 und
ist nicht Bestandteil der Mittel 6, 7, 8 bzw.
der Arme 19 (s. o.). Das Walzgerüst 9 befindet sich
im permanenten Kontakt mit der Gerüstaufnahme im Walzwerkständer 2.
Die Betriebsposition der Anstellmittel 6, 7, 8 wird
durch die Stellung des Walzgerüsts
9 im geklemmten Zustand gegeben bzw. definiert. Die Position der
Anstellmittel 6, 7, 8 relativ zum jeweiligen
Arm 19 wird mittels eingebauter Ausgleichselemente 12 in
Form von Federelementen gewährleistet.
Die Federelemente 12 sichern einen Positionsausgleich in
radialer und transversaler Richtung bezogen auf die Rotationsachse
der Walze. Das Gerüstgewicht
wird von dem Walzwerkständer über die
Gerüst-Aufnahmefläche übernommen.
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Bei
der Ausführung
eines Walzwerkes mit festen und/oder anstellbaren Walzgerüsten und
eigenständigen
Verstelleinheiten zur Walzenanstellung kommen folgende beiden Lösungen in
Betracht:
Einerseits ist das Walzgerüst 9 im Walzwerkständer 2 fixiert;
es wird in definierter Betriebsstellung im Walzwerkständer 2 angeordnet.
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Andererseits
ist das Walzgerüst 9 zwar
auch im Walzwerkständer
fixiert, es wird aber relativ zum Walzwerkständer 2 durch die Klemmmechanismen 23 und
die Schwenkarme 19 bzw. die Mittel 6, 7, 8 in der
gewünschten
Stellung positioniert und festgelegt.
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Für beide
Ausführungsmöglichkeiten
gilt, dass sich das Walzgerüst 9 während des
Betriebs in einer festen Position befindet und keine Bewegung relativ
zu dem Walzwerkständer 2 aufweist.
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Das
Konzept eignet sich in besonderer Weise für Walzwerke mit eigenständigem Ständer und wechselbaren
Walzgerüsten.
Hierzu zählen
insbesondere Kontiwalzwerke, PQF-Walzwerke, Reduzier- und Kalibrierwalzwerke
sowie Streckreduzier- oder Maßwalzwerke.
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Besondere
Vorteile ergeben sich aus Kombination der folgenden Merkmale: Die
Walzen-Anstelleinheiten sind im Walzwerkständer angeordnet. Die Walzgerüste sind
als wechselbare Einheiten ohne Walzenanstellung ausgebildet. Die
im Walzwerkständer
angeordneten Walzen-Anstelleinheiten werden mittels geeigneter Mechanismen
am Walzgerüst
positioniert und festgelegt, d. h. fixiert. Die Kraftaufnahme erfolgt
im Walzgerüst.
Die Walzkraft wird nicht in den Walzwerkständer weitergeleitet.
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Es
eröffnen
sich daher sowohl dem Betreiber als auch dem Hersteller des Walzwerkes
neue Möglichkeiten.
Das Walzwerk wird zum ausbaufähigen Produkt,
das im Anfangsstadium mit einer Staffel von festen und (hydraulisch)
anstellbaren Kalibriergerüsten
betrieben und später
komplett mit (hydraulischer) Anstelltechnik aufgerüstet werden
kann. Die Anstelleinheiten 6, 7, 8 können an
beliebigen Plätzen
eingesetzt werden, d. h. bevorzugt ist ein modularer Aufbau der
gesamten Anlage vorgesehen.
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- 1
- Walzwerk
- 2
- Walzwerkständer
- 3
- Walze
- 4
- Walze
- 5
- Walze
- 6
- Mittel
zur Anstellung der Walze
- 7
- Mittel
zur Anstellung der Walze
- 8
- Mittel
zur Anstellung der Walze
- 9
- Walzgerüst
- 10
- Aktuator
- 11
- Aktuator
- 12
- Zentriermittel
(Federelement)
- 13
- Zentriermittel
- 14
- Einschuböffnung
- 15
- Wechselwagen
- 16
- Antrieb
- 17
- Antrieb
- 18
- Antrieb
- 19
- Schwenkarm
- 20
- Achse
- 21
- Gehäuse
- 22
- Federelement
- 23
- Kniehebelmechanismus