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Die
Erfindung betrifft ein Walzgerüst, eine Walzstraße
sowie die Verwendung eines Walzgerüsts und/oder einer Walzstraße
zum Reduzieren, insbesondere zum Streckreduzieren von Stäben und/oder
Rohren.
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Aus
der Praxis ist es bekannt, zum Walzen von stab- oder rohrförmigem
Walzgut ein Walzgerüst, bzw. eine Walzstraße mit
mehreren Walzgerüsten einzusetzen, bei denen ein Walzgerüst
zwei oder mehr Walzen aufweist, die derart ausgebildet und angeordnet
sind, dass sie ein Kaliber bilden. Beim Walzen von rohrförmigem
Walzgut und stabförmigem Walzgut mit rundem oder im Wesentlichen
ovalen Außendurchmesser werden in der Regel Walzen eingesetzt,
die zur Bildung des Kalibers Ausnehmungen an ihren Oberflächen
aufweisen, die die Form eines Kreissegments oder eines Segments
eines Ovals haben. Dabei wird der tiefste Punkt dieser Ausnehmung häufig
als Kalibergrund bezeichnet, während man bei den den Auslauf
der Ausnehmung begrenzenden Abschnitten der Walze häufig
von Walzenrändern spricht. Die die Ausnehmung bildende
(begrenzende) Oberfläche der Walze verläuft im
Querschnitt gesehen also von einem ersten Walzenrand über
den Kalibergrund zu einem zweiten Walzenrand.
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Das
Walzen von stab- oder rohrförmigen Walzgut mit einem Walzgerüst
mit mindestens zwei Walzen, die ein Kaliber bilden, hat systembedingt Nachteile.
Beim Reduzieren eines Rohres ohne Innenwerkzeug wäre die
Veränderung der Wanddicke über den Umfang gesehen
beim Walzen nur dann gleichförmig, wenn der Spannungszustand
und der Umformverlauf radialsymmetrisch wären, wie zum Beispiel
beim Ziehen eines Rohres durch eine im Querschnitt kreisrunde Düse.
Bei einem durch Walzen gebildetes Kaliber (Walzkaliber) wird die
Radialspannung an den Walzenrändern auf 0 abgebaut. Die
Reibungsschubspannungen sind ebenfalls am Umfang nicht konstant.
Das Kaliber ist in der Regel nicht kreisrund. Dies führt
zu einer ungleichmäßigen Wandveränderung
vom Kalibergrund zum Walzenrand. Das rohrförmige Walzgut
verlässt das Walzgerüst in der Regel mit über
den Umfang ungleichförmiger Wanddicke. Das stabförmige
Walzgut verlässt das Walzgerüst in der Regel nicht
kreisrund.
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Dieser
Nachteil verstärkt sich dadurch, dass das Walzgut in der
Regel in einer Walzstraße mit mehreren nacheinander angeordneten
Walzgerüsten gewalzt wird. Zwar wird in der Praxis versucht,
durch die Anordnung der Walzen der jeweiligen Walzgerüste
eine verbesserte Bearbeitung zu erreichen, nämlich dadurch,
dass die Anordnung der Walzen eines ersten Walzgerüsts
nicht der Anordnung der Walzen eines zweiten, unmittelbar nachfolgenden
Walzgerüsts entspricht. Da aber auch in dem zweiten und den
nachfolgenden Walzgerüsten die Wanddicke nicht gleichförmig
gewalzt wird, überlagern sich die durch das jeweilige Walzgerüst
eingebrachten Formfehler. Dies führt bei der üblicherweise
eingesetzten Anordnung der Walzgerüste mit sich ändernder
Anordnung der Walzen zu einer polygonen Ausbildung der Innenbohrung,
wobei erfahrungsgemäß die Zahl der Seiten des
Polygons gleich der doppelten Zahl der Walzen pro Kaliber ist. Bei
einem Drei-Walzen-Walzgerüst bildet sich in der Innenbohrung
somit ein Sechseck aus. Es hat sich insbesondere gezeigt, dass dieses
Polygon umso deutlicher sichtbar wird, je dicker die Wand im Verhältnis
zum Durchmesser ist.
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Aus
der Praxis ist es beispielsweise bekannt, in einer Walzstraße
Walzgerüste mit jeweils drei Walzen vorzusehen, die Y-förmig
(sternförmig) um das Kaliber angeordnet sind. Die Walzgerüste
der Walzstraße werden dabei mit wechselnder Anordnung der Walzen
eingebaut, nämlich beispielsweise in einem ersten Gerüst
mit einer Y-Anordnung und in einem zweiten, dem ersten unmittelbar
nachfolgenden Gerüst mit einer Anti-Y-Anordnung.
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Vor
diesem Hintergrund liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein
Walzgerüst und eine Walzstraße zu schaffen, die
ein formgenaues Walzen des stab- oder rohrförmigen Walzguts
erlauben.
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Diese
Aufgabe wird durch das Walzgerüst gemäß Anspruch
1 und die Walzstraße gemäß Anspruch 8
gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind in
den Unteransprüchen und der hier nachfolgenden Beschreibung
angegeben.
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Die
Erfindung geht von dem Grundgedanken aus, dem Walzgut beim Durchtritt
durch das Kaliber aufgrund der Anordnung der Walzen eine Rotationsbewegung,
insbesondere um die Mittelachse des Walzguts aufzugeben. Diese aufgebrachte
Rotationsbewegung ist vorzugsweise so auf den Abstand der einander
folgenden Walzgerüste einer Walzstraße abgestimmt,
dass das Walzgut zwischen dem Austritt aus dem ersten Walzgerüst
und dem Eintritt in das nächste Walzgerüst um
einige Grad um seine Mittelachse rotiert wird, beispielsweise um
mehr als 1°, vorzugsweise um mehr als 3°, und
ganz besonders bevorzugt um mehr als 5°.
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Das
erfindungsgemäße Walzgerüst weist mindestens
zwei Walzen auf, die derart ausgebildet und angeordnet sind, dass
sie ein Kaliber zum Walzen von stab- oder rohrförmigen
Walzgut bilden. Im Betrieb durchläuft das Walzgut das Walzgerüst
in einer Walzrichtung. Bei dem erfindungsgemäßen Walzgerüst
verläuft die Walzenachse zumindest einer Walze nicht in
oder parallel zu einer Ebene, zu der die Walzrichtung die Normale
bildet. Bei den aus der Praxis bekannten Walzgerüsten ist
es vorgesehen, dass die das Kaliber bildenden Walzen so angeordnet
sind, dass ihre Walzenachsen senkrecht zur Walzrichtung stehen.
Die Walzenachsen verlaufen bei Walzgerüsten des Standes
der Technik in einer Ebene, zu der die Walzrichtung die Normale
bildet. Ordnet man nun die Walzenachse eines solchen Walzgerüsts
in einem anderen Winkel als rechtwinklig zur Walzrichtung an, so
führt dies dazu, dass die Walzenoberfläche der
Walzgutoberfläche eine Bewegung aufprägt, die
sowohl eine Komponente in Walzrichtung, als auch eine senkrecht
dazu stehende Komponente aufweist. Diese senkrecht zur Walzrichtung
weisende Komponente führt zu einer Rotationsbewegung des
Walzguts um seine Mittelachse.
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Unter
einem Kaliber wird die Öffnung verstanden, die zumindest
im Wesentlichen von zum Kontakt mit dem Walzgut vorgesehenen Oberflächenabschnitten
der Walzen begrenzt wird. Dabei sind die zum Kontakt mit dem Walzgut
vorgesehenen Oberflächenabschnitte in einer bevorzugten
Ausführungsform Oberflächenabschnitte der Umfangsfläche von
im Wesentlichen zylindrischen, bzw. bei geringer Längserstreckung
scheibenförmigen Walzen, die aber durch an der Umfangsfläche
vorgesehene, in der Regel um die Walzenachse rotationssymmetrische
Ausnehmungen von der zylinderförmigen, bzw. scheibenförmigen
Grundform abweichen können. In einer bevorzugten Ausführungsform
sind die Walzen nicht kegel- oder kegelstumpfförmig, bzw.
nicht aus kegelstumpfförmigen Abschnitten zusammengesetzt.
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Die
als Kaliber bezeichnete Öffnung wird in der Regel nur im
Wesentlichen von den zum Kontakt mit dem Walzgut vorgesehnen Oberflächenabschnitten
der Walzen begrenzt, da die Walzen, beispielsweise im Bereich der
Walzenränder zueinander beabstandet angeordnet werden.
Dies vermeidet Berührungen der Walzen miteinander. Das
Maß mit dem die Walzen an ihren Rändern von einander
beabstandet sind, kann bei Walzgerüsten mit anstellbaren
Walzen eingestellt werden. In einer bevorzugten Ausführungsform
wird das Walzgerüst so ausgelegt, dass die Spaltdicke des
Walzspalts zwischen den Rändern zweier Walzen geringer
ist, als die Längserstreckung des mit dem Walzgut in Kontakt
kommenden Oberflächenabschnitts. Dabei wird das Walzgerüst
so ausgestaltet, dass der Abstand zwischen den durch Parallelprojektion
entlang der Walzrichtung auf eine zur Walzrichtung senkrechten Ebene
erzeugten Projektionen der Ränder der Walzen geringer als 25%
der Länge der durch Parallelprojektion entlang der Walzrichtung
auf eine zur Walzrichtung senkrechten Ebene erzeugte Projektion
des Oberflächenabschnitts ist, der für den Kontakt
mit dem Walzgut vorgesehnen ist, insbesondere bevorzugt kleiner
als 10% und ganz besonders bevorzugt kleiner als 5%.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform sind alle Walzen des
Walzgerüsts derart angeordnet, dass ihre Walzenachsen nicht
in oder parallel zu einer Ebene verlaufen, zu der die Walzrichtung
die Normale bildet. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform sind
die Walzenachsen rotationssymmetrisch um die Walzrichtung angeordnet.
Diese gleichartige Anordnung der Walzenachsen relativ zur Walzrichtung
führt in vorteilhafter Weise dazu, dass sich die von den
einzelnen Walzen auf das Walzgut aufgeprägte Rotationsbewegung
mit der von den anderen Walzen aufgeprägten Rotationsbewegung
ergänzt. Dies kann zu einer gleichmäßigen
Rotationsbewegung des Walzguts um seine Mittelachse führen.
In einer alternativen Ausführungsform ist mindestens eine
Walze der Walzen des Walzgerüsts in einem anderen Winkel
zu den Ebenen angeordnet, zu denen die Walzrichtung die Normale
bildet, als die übrigen Walzen.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform verläuft mindestens
eine Walzenachse in einem Winkel von mehr als 0,1° zu den
Ebenen, zu denen die Walzrichtung die Normale bildet. Insbesondere
bevorzugt verläuft die Walzenachse in einem Winkel von
mehr als 0,2°, insbesondere bevorzugt von mehr als 0,5° und
ganz besonders bevorzugt in einem Winkel von mehr als 1° zu
den Ebenen, zu denen die Walzrichtung die Normale bildet. Insbesondere
bevorzugt wird der Winkel, in dem zumindest eine Walzenachse zu
den Ebenen verläuft, zu denen die Walzrichtung die Normale
bildet, in Abhängigkeit von der gewünschten, aufzuprägenden
Rotationsgeschwindigkeit gewählt. Die aufzuprägende
Rotationsgeschwindigkeit wird dabei insbesondere in Abhängigkeit
von dem Abstand der einander folgenden Walzgerüste und
in Abhängigkeit des gewünschten Rotationswinkels,
um den sich das Walzgut zwischen den beiden Walzgerüsten
drehen soll, gewählt. Es ist zu erwarten, dass mit zunehmendem
Winkel, in dem die Walzenachse zu der Ebene verläuft, zu
der die Walzenrichtung die Normale bildet, auch die aufgeprägte
Rotationsgeschwindigkeit zunimmt.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform des Walzgerüsts
weist dies mehr als zwei Walzen auf, die derart ausgebildet und
angeordnet sind, dass sie ein Kaliber zum Walzen von stab- oder
rohrförmigem Walzgut bilden.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform weist das Walzgerüst
drei Walzen auf, die sternförmig auf das Kaliber zulaufen
und zwischen sich einen Winkel von 120° einschließen.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform weisen die Walzen zur
Bildung des Kalibers Ausnehmungen an ihrer Oberfläche auf.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform hat die
Ausnehmung im Wesentlichen die Form eines Kreissegments oder eines
Segments eines Ovals, insbesondere eines Ellipsensegments. Es ist
zu erwarten, dass die gleichen Walzen, die derzeit in den aus der
Praxis bekannten Einsätzen mit senkrecht zur Walzrichtung
verlaufenden Walzenachsen verbaut werden, auch in dem erfindungsgemäßen
Walzgerüst verbaut werden können. Ebenso können
zu den herkömmlichen Walzen vergleichbare Walzen eingesetzt
werden, die aber beispielsweise mit einer weiter geöffneten
Ausnehmung ausgeführt sind.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform weist das Walzgerüst
mindestens eine Eintriebswelle sowie Übertragungselemente,
die eine Rotation der Eintriebswelle auf mindestens eine Walze übertragen,
auf. Das Antreiben der aus dem Stand der Technik bekannten Walzgerüste
erfolgt in der Regel nach einer von zwei grundsätzlichen
Antriebsmethoden. Beide Antriebsmethoden können auch bei
dem erfindungsgemäßen Walzgerüst eingesetzt
werden. Gemäß der ersten Alternative ist eine
einzige Eintriebswelle vorgesehen. Bei einem so ausgerüsteten
Walzgerüst sitzt in der Regel die erste Walze auf der Eintriebswelle.
Diese erste Welle kann über zweite Übertragungselemente,
beispielsweise Zahnräder, eine zweite Welle antreiben,
auf der eine zweite Walze des Walzgerüsts sitzt. Sind weitere
Walzen im Walzgerüst verbaut, so kann die erste Welle beispielsweise
dritte Übertragungselemente, beispielsweise Zahnräder,
aufweisen, die eine dritte Welle antreiben, auf der die dritte Walze
sitzt. Ebenso können weitere Wellen mit darauf sitzenden
Walzen vorgesehen sein, die mit Übertragungselementen,
beispielsweise Zahnrädern, durch eine der ersten, zweiten,
dritten oder eine der anderen weiteren Wellen angetrieben werden
können.
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Gemäß einer
zweiten Alternative kann für jede Walze eine eigene Welle
vorgesehen sein, die über Übertragungselemente,
beispielsweise eine Kupplung, mit einem eigenen Antrieb oder einem
Getriebe verbunden sein kann. Die Wahl zwischen der ersten und der
zweiten Alternative erfolgt insbesondere im Hinblick auf den durch
die erste Alternative möglichen einfach aufgebauten Antrieb
oder im Hinblick auf die durch die zweite Alternative mögliche Steigerung
der Antriebsleistung.
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Gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform weist jede Eintriebswelle einen
eigenen Antrieb auf. Alternativ ist es möglich, die Eintriebswellen
einzelner Walzgerüste zu Gruppen zusammenzufassen und durch
einen Antrieb und zwischengeschaltete Übertragungsmittel
anzutreiben. Ebenfalls ist es möglich, eine gesamte Walzstraße
mit mehreren Walzgerüsten lediglich mit einem einzigen
Antrieb oder zumindest weniger Antrieben als maximal einsetzbare
Walzgerüste zu versehen und die Eintriebswellen über
zwischengeschaltete Übertragungsmittel anzutreiben. Innerhalb
der Walzstraße können Walzgerüste bzgl.
ihres Antriebs zu Gruppen zusammengefasst werden, so dass ein Antrieb über Übertragungsmittel
die eine vom Antrieb erzeugte Rotationsbewegung auf mindestens eine
Eintriebswelle eines ersten Walzgerüsts und eine Eintriebswelle
eines zweiten Walzgerüsts überträgt,
wobei das ”erste Walzgerüst” nicht zwingend
das erste Walzgerüst der Walzstraße sein muss.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform ist zumindest eine Walze
des Walzgerüsts anstellbar gelagert. Dies erlaubt es, das
Kaliber für den gewünschten Stich anzustellen.
Das Anstellen der Walzen kann beispielsweise mit dem aus
DE 37 03 756 A1 bekannten
Exzenterbuchsen erfolgen, wobei die zwischen den Wellen der Walzen
vor gesehene Übertragungsmittel der neuen Ausrichtung der
Wellenachsen anzupassen sind, beispielsweise durch achsversetzte
Kegelräder. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform
sind alle Walzen eines Walzgerüsts anstellbar gelagert.
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Die
erfindungsgemäße Walzstraße weist mindestens
zwei erfindungsgemäße Walzgerüste auf.
Das Walzgut kann die erfindungsgemäße Walzstraße
durchlaufen, indem dem Walzgut in dem ersten Walzgerüst
eine Rotationsgeschwindigkeit um seine Mittelachse aufgeprägt
wird, die das Walzgut bis zum Auslauf aus der Walzstraße
beibehält. Die Rotation des Walzguts bewirkt, dass das
Walzgut um einen Rotationswinkel rotiert in das nächste
Walzgerüst einläuft. Je nach Wahl des Winkels,
in dem die Walzenachse zu den Ebenen verläuft, zu denen
die Walzrichtung die Normale bildet, ändert sich die Rotationslage
des Rohrs zwischen dem Auslauf aus dem einen Walzgerüst
und dem Einlauf in das nächste Walzgerüst mehr
oder weniger. Es ist zu erwarten, dass bei einer Schräglage
der Walzenachsen von 0,5° bis 0,6° das Rohr in
den ersten acht bis neun Walzgerüsten um 30° gedreht
wird. In den weiteren Walzgerüsten erfolgt eine Drehung
um 30° in immer weniger Gerüsten. Dies hängt
damit zusammen, dass der Umfang des rohrförmigen oder stabförmigen
Walzgut von Walzgerüst zu Walzgerüst kleiner wird.
Am Ende der Reduktionsreihe können möglicherweise
fünf Gerüste ausreichen, um das Rohr um 30° zu
drehen. Die Drehung des Rohrs bewirkt eine weitgehende Vermischung
des Polygoneffekts. Zugleich kann die Drehung pro Kaliber jedoch
so gering gewählt werden, dass kalibrierungstechnische
Probleme vermieden werden können.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen
Walzstraße ist die Anordnung der Walzen eines ersten Gerüsts
entsprechend der Anordnung der Walzen eines zweiten, dem ersten Walzgerüst
in Walzrichtung unmittelbar nachfolgen Walzgerüst. Alternativ
kann die derzeit in der Praxis angewandte Methode, auf einander
folgenden Gerüstplätzen (so genannte geradzahlige
und ungeradzahlige Gerüstplätze) identische, jedoch
um 180° gedrehte Walzgerüste einzusetzen (bei
Drei-Walzen-Gerüsten so genannte Y- und Anti-Y-Stellung) mit
den erfindungsgemäßen Walzgerüsten eingesetzt
werden. Dies erlaubt es, so ausgeführte Walzstraßen
mit minimalen Umbaumaßnahmen, insbesondere der Anpassung
des Eintriebs an die Schrägstellung der Walzenachse, mit
den erforderungsgemäßen Walzgerüsten
auszurüsten.
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Das
erfindungsgemäße Walzgerüst und/oder die
erfindungsgemäße Walzstraße werden bevorzugt zum
Reduzieren, insbesondere zum Streckreduzieren von Stäben
und/oder Rohren eingesetzt.
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Nachfolgend
wird die Erfindung anhand einer lediglich ein Ausführungsbeispiel
darstellenden Zeichnung näher erläutert. Darin
zeigen:
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1 eine
schematische Darstellung der Anordnung der Walze eines erfindungsgemäßen Walzgerüsts
relativ zur Walzrichtung des Walzguts;
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2A eine
schematische Darstellung der Anordnung der ein Kaliber zwischen
sich bildenden drei Walzen eines Walzgerüsts nach dem Stand
der Technik
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2B eine
schematische Darstellung der Anordnung der ein Kaliber zwischen
sich bildenden drei Walzen eines Walzgerüsts gemäß der
Erfindung.
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In 1 dargestellt
ist eine Walze 1 die neben weiteren, nicht dargestellten
Walzen in einem nicht dargestellten Walzgerüst derart verbaut
ist, dass sie mit den weiteren nicht dargestellten Walzen ein Kaliber
zum Walzen des rohrförmigen Walzguts 2 bildet.
Im Betrieb durchläuft das Walzgut 2 das Walzgerüst
in Walzrichtung W. Der Figur ist zu entnehmen, dass die Walzachse
A nicht parallel zu einer Ebene E verläuft, zu der die
Walzrichtung die Normale bildet. Die Walzenachse A ist um den Winkel
ALPHA zur Ebene E verschwenkt. Die Walze 1 hat an ihrer
Oberfläche eine Ausnehmung 3, die sich von einem
Walzenrand 4 über den Kalibergrund 5 zu
dem gegenüberliegenden Walzenrand 6 erstreckt.
Die Ausnehmung 3 hat im Wesentlichen die Form eines Kreissegments.
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2A zeigt,
dass das Kaliber K im Wesentlichen von zum Kontakt mit dem Walzgut
vorgesehenen Oberflächenabschnitten 7, 8, 9 begrenzt
wird. Der jeweilige Oberflächenabschnitt 7, 8, 9 erstreckt sich
dabei von einem Walzenrand 4 über einen Walzengrund 5 zu
einem Walzenrand 6. Die zum Kontakt mit dem Walzgut vorgesehenen
Oberflächenabschnitte 7, 8, 9 sind
Oberflächenabschnitte der Umfangsfläche von im
Wesentlichen zylindrischen Walzen. Die Walzen weichen durch die
Form der Oberflächenabschnitte 7, 8, 9,
die eine an der Umfangsfläche vorgesehene, um die Walzenachse
rotationssymmetrische Ausnehmungen bilden, von der zylinderförmigen
Grundform ab.
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Das
Kaliber K wird nicht vollständig von den Oberflächenabschnitten 7, 8, 9 der
Walzen begrenzt, da die Walzen im Bereich der Walzenränder
zueinander beabstandet angeordnet werden und hier einen Spalt 10 bilden.
Der Abstand 11 zwischen den durch Parallelprojektion entlang
der Walzrichtung auf eine zur Walzrichtung senkrechten Ebene erzeugten
Projektionen der Ränder der Walzen ist geringer, als 25%
der Länge der durch Parallelprojektion entlang der Walzrichtung
auf eine zur Walzrichtung senkrechten Ebene erzeugte Projektion
des Oberflächenabschnitts 12, der für
den Kontakt mit dem Walzgut vorgesehen ist.
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In
der 2B kann man erkennen, dass – im Gegensatz
zur Darstellung des Standes der Technik in 2A – die
Walzenachsen der Walze nicht in oder parallel zu einer Ebene verlaufen,
zu der die Walzrichtung die Normale bildet.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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