DE102011052739A1

DE102011052739A1 - Pilgerwalzanlage

Info

Publication number: DE102011052739A1
Application number: DE201110052739
Authority: DE
Inventors: Thomas Froböse; Josef Paul
Original assignee: Sandvik Materials Technology Deutschland GmbH
Current assignee: Alleima GmbH
Priority date: 2011-08-16
Filing date: 2011-08-16
Publication date: 2013-02-21
Anticipated expiration: 2031-08-17
Also published as: DE102011052739B4

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Pilgerwalzanlage mit einem Walzgerüst und einem Kurbeltrieb, wobei der Kurbeltrieb eine Kurbelwelle, die um eine Drehachse drehbar gelagert ist und die einen radial von der Drehachse beabstandeten Kurbelzapfen aufweist, und eine Schubstange mit einem ersten und einem zweiten Ende aufweist, wobei das erste Ende der Schubstange verschwenkbar an dem Kurbelzapfen befestigt ist und wobei das zweite Ende der Schubstange verschwenkbar an dem Walzgerüst befestigt ist, so dass im Betreib der Pilgerwalzanlage eine Drehbewegung der Kurbelwelle in eine Translationsbewegung des Walzgerüsts umgesetzt wird. Um einen gleichmäßigen Lauf des Walzgerüsts zu ermöglichen und somit eine hohe Qualität des ausgewalzten Rohrs zu ermöglichen, gilt es einen Antrieb für das Walzgerüst bereitzustellen, der im Wesentlichen keine freien Kräfte und freien Momente aufweist beziehungsweise in dem die freien Kräfte und freien Momente minimiert sind. Zur Lösung dieser Aufgabe wird erfindungsgemäß eine Pilgerwalzanlage der oben bezeichneten Art vorgeschlagen, wobei die Pilgerwalzanlage darüber hinaus eine Ausgleichswelle aufweist, die um eine Drehachse drehbar gelagert ist, wobei die Ausgleichswelle eine in Bezug auf ihre Drehachse nicht rotationssymmetrische Massenverteilung aufweist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Pilgerwalzanlage mit einem Walzgerüst und einem Kurbeltrieb, wobei der Kurbeltrieb eine Kurbelwelle, die um eine Drehachse drehbar gelagert ist und die einen radial von der Drehachse beabstandeten Kurbelzapfen aufweist, und eine Schubstange mit einem ersten und einem zweiten Ende aufweist, wobei das erste Ende der Schubstange verschwenkbar an dem Kurbelzapfen befestigt ist und wobei das zweite Ende der Schubstange verschwenkbar an dem Walzgerüst befestigt ist, so dass im Betreib der Pilgerwalzanlage eine Drehbewegung der Kurbelwelle in eine Translationsbewegung des Walzgerüsts umgesetzt wird.
Zur Herstellung von präzisen Metallrohren, insbesondere aus Stahl, wird ein ausgedehnter hohlzylindrischer Rohling durch Druckspannungen reduziert. Dabei wird der Rohling zu einem Rohr mit definiertem reduzierten Außendurchmesser und einer definierten Wanddicke umgeformt.
Das am weitesten verbreitete Reduzierverfahren für Rohre ist als Kaltpilgern bekannt, wobei der Rohling Luppe genannt wird. Die Luppe wird, im vollständig erkalteten Zustand, beim Walzen über einen kalibrierten, das heißt den Innendurchmesser des fertigen Rohrs aufweisenden Walzdorn geschoben und dabei von außen von zwei kalibrierten, das heißt den Außendurchmesser des fertigen Rohrs definierenden Walzen umfasst und in Längsrichtung über den Walzdorn ausgewalzt.
Während des Kaltpilgerns erfährt die Luppe einen schrittweisen Vorschub in Richtung auf den Walzdorn hin bzw. über diesen hinweg, während die Walzen drehend über den Dorn und damit über die Luppe horizontal hin- und herbewegt werden. Dabei wird die Horizontalbewegung der Walzen durch ein Walzgerüst vorgegeben, an dem die Walzen drehbar gelagert sind. Die Walzen wiederum erhalten ihre Drehbewegung durch eine relativ zum Walzgerüst feststehende Zahnstange, in die fest mit den Walzenachsen verbundene Zahnräder eingreifen. Der Vorschub der Luppe über den Dorn erfolgt mit Hilfe eines Vorschubspannschlittens, welcher eine Translationsbewegung in einer Richtung parallel zur Achse des Walzdorns ermöglicht. Der lineare Vorschub des Vorschubspannschlittens in den bekannten Kaltpilgerwalzanlagen wird mit Hilfe eines Gewindetriebs erreicht.
Die im Walzgerüst übereinander angeordneten konisch kalibrierten Walzen drehen sich entgegen der Vorschubrichtung des Vorschubspannschlittens. Das von den Walzen gebildete so genannte Pilgermaul erfasst die Luppe und die Walzen drücken von außen eine kleine Werkstoffwelle ab, die vom Glättkaliber der Walzen und dem Walzdorn zu der vorgesehenen Wanddicke ausgestreckt wird, bis das Leerlaufkaliber der Walzen das fertige Rohr freigibt.
Während des Walzens bewegt sich das Walzgerüst mit den daran befestigten Walzen entgegen der Vorschubrichtung der Luppe. Mit Hilfe des Vorschubspannschlittens wird die Luppe nach dem Erreichen des Leerlaufkalibers der Walzen um einen weiteren Schritt auf den Walzdorn hinvorgeschoben, während die Walzen mit dem Walzgerüst in ihre horizontale Ausgangslage zurückkehren. Gleichzeitig erfährt die Luppe eine Drehung um ihre Achse, um eine gleichmäßige Form des Rohrs in Umfangsrichtung zu erreichen. Durch mehrfaches Überwalzen jedes Rohrabschnitts werden eine gleichmäßige Wanddicke und Rundheit des Rohrs sowie gleichmäßige Innen- und Außendurchmesser erreicht.
Während wie oben beschrieben der lineare Vorschub des Vorschubspannschlittens in bekannten Kaltpilgerwalzanlagen mit Hilfe eines Kugelgewindetriebs oder alternativ auch mit Hilfe eines Linearantriebs bewirkt wird, wird die horizontale Hin- und Herbewegung des Walzgerüsts mit Hilfe eines Kurbeltriebs erreicht.
Dabei besteht der Kurbeltrieb zumindest aus einer Kurbelwelle, die um eine Drehachse drehbar gelagert ist und die einen radial von der Drehachse beabstandeten Kurbelzapfen aufweist und einer Schubstange mit einem ersten und einem zweiten Ende, wobei das erste Ende der Schubstange verschwenkbar an dem Kurbelzapfen befestigt ist und das zweite Ende der Schubstange verschwenkbar an dem Walzgerüst befestigt ist. Auf diese Weise wird im Betrieb der Pilgerwalzanlage eine Drehbewegung der Kurbelwelle in eine oszillatorische Translationsbewegung des Walzgerüsts umgesetzt. Dabei ist die Translationsrichtung des Walzgerüsts durch Führungsschienen vorgegeben.
Zur Herstellung präzise gefertigter Rohre ist sowohl ein genauer und kontrollierter schrittweiser Vorschub des Vorschubspannschlittens als auch eine kontrollierte oszillatorische Translationsbewegung des Walzgerüstes notwendig. Insbesondere die Umwandlung eines großen Drehmoments in eine lineare Kraft in Translationsrichtung des Walzgerüsts unterliegt dabei hohen Ansprüchen.
Daher wird zum Antreiben des Kurbeltriebs zumeist ein Antriebsstrang mit einer Untersetzung zwischen dem eigentlichen Antriebsmotor und der Kurbelwelle gewählt. Die Untersetzung verhindert allerdings geringe Translationsgeschwindigkeiten des Walzgerüstes und führt in Kombination mit dem durch die Untersetzung implizierten Spiel dazu, dass eine genaue Positionierung des Walzgerüsts erschwert wird. Ein solches langsames und präzises Verfahren des Walzgerüstes wird jedoch zum Kaltpilgern von Rohren mit kleinem Nenndurchmesser benötigt, da es sonst zu Unregelmäßigkeiten bei der Herstellung dieser Rohrer mit kleinen Durchmessern kommen kann. Daher sind zwischenzeitlich Direktantriebe bekannt, bei denen die Motorwelle des Antriebsmotors und die Antriebswelle so miteinander verbunden sind, dass eine Drehbewegung der Motorwelle unmittelbar zu einer Drehbewegung der Antriebswelle führt.
Um einen gleichmäßigen Lauf des Walzgerüsts zu ermöglichen und somit eine hohe Qualität des ausgewalzten Rohrs zu ermöglichen, gilt es darüber hinaus einen Antrieb für das Walzgerüst bereitzustellen, der im Wesentlichen keine freien Kräfte und freien Momente aufweist beziehungsweise in dem die freien Kräfte und freien Momente minimiert sind.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Pilgerwalzanlage gelöst mit einem Walgerüst und einem Kurbeltrieb, wobei der Kurbeltrieb eine Kurbelwelle, die um eine Drehachse drehbar gelagert ist und die einen radial von der Drehachse beabstandeten Kurbelzapfen aufweist, und eine Schubstange mit einem ersten und einem zweiten Ende aufweist, wobei das erste Ende der Schubstange verschwenkbar an dem Kurbelzapfen befestigt ist und wobei das zweite Ende der Schubstange verschwenkbar an dem Walzgerüst befestigt ist, so dass im Betrieb der Pilgerwalzanlage eine Drehbewegung der Kurbelwelle in eine Translationsbewegung des Walzgerüsts umgesetzt wird und wobei die Pilgerwalzanlage darüber hinaus eine Ausgleichswelle aufweist, die um eine Drehachse drehbar gelagert ist, wobei die Ausgleichswelle eine in Bezug auf ihre Drehachse nicht rotationssymmetrische Massenverteilung aufweist.
Eine solche Ausgestaltung der Pilgerwalzanlage mit einem Kurbeltrieb zum Antreiben des Walzgerüsts und einer Ausgleichswelle mit einer in Bezug auf ihre Drehachse nicht rotationssymmetrischen Massenverteilung ermöglicht es, die beim Betrieb der Pilgerwalzanlage auftretenden Kräfte und Momente zweiter Ordnung zumindest teilweise zu kompensieren.
In einer Ausführungsform sind die Kurbelwelle und die Ausgleichswelle in Lagern aufgenommen, wobei das Lager der Kurbelwelle und das Lager der Ausgleichswelle derart miteinander verbunden sind, dass Kräfte zwischen den Lagern übertragen werden. Durch eine solche Verbindung, die eine Kraftübertragung zwischen den Lagern der Kurbelwelle und der Ausgleichswelle ermöglicht, kann eine Kraft- beziehungsweise Momentkompensation vor dem Eintrag der entsprechenden Kräfte beziehungsweise Momente in andere Gebäudeteile erfolgen.
Die nicht rotationssymmetrische Massenverteilung ist in einer Ausführungsform durch die Ausbildung einer Ausgleichsmasse an der Ausgleichswelle realisiert. Dabei ist es insbesondere möglich, die Ausgleichsmasse und die Ausgleichswelle einstückig auszugestalten. Bei der Rotation einer Kurbelwelle mit Schubstange und ohne Massenausgleich auf der Kurbelwelle treten aufgrund der sich drehenden, in Bezug auf die Drehachse exzentrischen Anordnung des Kurbelzapfens Kräfte auf, die sich als Vibration der Welle radial zur Drehachse bemerkbar machen. Die auftretenden Vibrationskräfte werden von der Kurbelwelle auf deren Lager übertragen und von diesen in ein Gestell beziehungsweise den Boden der Fabrikationshalle eingeleitet.
Diese Kräfte können mit Hilfe einer sich auf der Kurbelwelle des Kurbeltriebs mitdrehenden Ausgleichsmasse kompensiert werden. Dabei gilt es zu berücksichtigen, dass neben dem Eigengewicht der Kurbelwelle auch die Schubstange eine Masse aufweist, die während des Betriebs der Pilgerwalzanlage in Drehbewegung versetzt wird. Daher gilt es mit Hilfe der Ausgleichsmasse auf der Kurbelwelle die gesamte sich drehende Masse des Kurbeltriebs aus Kurbelwelle und Schubstange zu kompensieren.
Daher weist in einer Ausführungsform der Erfindung die Kurbelwelle des Kurbeltriebs eine Ausgleichsmasse auf. Diese Ausgleichsmasse führt zu einer in Bezug auf die Drehachse der Kurbelwelle rotationssymmetrischen Massenverteilung der Kurbelwelle mit Schubstange und sorgt für einen Momentausgleich erster Ordnung.
Der während des Betriebs der Pilgerwalzanlage im Wesentlichen linear oszillierenden Massenanteil der Schubstange und die linear oszillierende Masse des Walzgerüsts kann mit Hilfe einer Ausgleichsmasse auf dem Kurbeltrieb ebenfalls weitgehend ausgeglichen werden. Dies erfordert eine entsprechende Dimensionierung der Ausgleichsmasse auf der Kurbelwelle.
Die aus den linear oszillierenden Massen resultierenden nicht kompensierten Kräfte, die über die Schubstange und die Kurbelwelle in die Lager der Kurbelwelle eingeleitet werden, werden als freie (Massen-)Kräfte erster Ordnung bezeichnet. Soweit diese Kräfte über die Schubstange auf die Kurbelwelle wirken, wird von einem freien (Massen-)Moment erster Ordnung gesprochen.
Die freien Massenkräfte erster Ordnung lassen sich durch die Anordnung zweier Pilgerwalzanlagen, deren oszillierende Bewegungen der Walzgerüste eine Phasenverschiebung zueinander aufweisen, weiter minimieren oder kompensieren.
Daher weist die Pilgerwalzanlage in einer Ausführungsform mindestens zwei Walzgerüste und mindestens zwei Kurbeltriebe auf, wobei jeder Kurbeltrieb eine Kurbelwelle, die um eine Drehachse drehbar gelagert ist und die einen radial von der Drehachse beabstandeten Kurbelzapfen aufweist, und eine Schubstange mit einem ersten und einem zweiten Ende aufweist, wobei das erste Ende der Schubstange verschwenkbar an dem Kurbelzapfen befestigt ist und wobei das zweite Ende der Schubstange verschwenkbar an dem jeweiligen Walzgerüst befestigt ist.
Mit einer solchen Anordnung, bei der effektiv zwei Walzanlagen auf einem gemeinsamen Träger oder einem gemeinsamen Fundament als eine Anlage betrieben werden, lassen sich die in den gemeinsamen Träger oder das Fundament eingeleiteten freien Kräfte erster Ordnung minimieren. Dies gilt insbesondere, da in einer Ausführungsform die voneinander getrennten Kurbelwellen mit Hilfe von Direktantrieben, beispielsweise Torquemotoren, angetrieben werden können und eine elektronische Welle, das heißt eine elektronische Steuerung für einen phasenverschobenen Betrieb der beiden Walzgerüste sorgt.
Die bisher beschriebenen Ausführungsformen dienen alle nur der Kompensation von freien Massenkräften erster Ordnung bzw. der daraus auf die Kurbelwelle wirkenden Momente. Hinzu kommen jedoch beim Betrieb einer Pilgerwalzanlage mit einer oszillierenden linearen Bewegung des Walzgerüstes freie Massenkräfte zweiter Ordnung, die über die Schubstange Momente auf die Kurbelwelle übertragen. Diese Momente zweiter Ordnung beeinflussen den gleichmäßigen Lauf der Kurbelwelle negativ und führen über das Lager zum Eintrag von freien Kräften in das umgebende Bauwerk.
Anschaulich gesprochen ist für die freie Massenkraft zweiter Ordnung der linear bewegten Massen von Walzgerüst und Schubstange die voneinander verschiedenen Geschwindigkeiten des Walzgerüsts um seine beiden in Translationsrichtigung voneinander beabstandeten Umkehrpunkte herum verantwortlich.
Mathematisch ausgedrückt lässt sich die Oszillationsbewegung des mit Hilfe eines Kurbeltriebs angetriebenen Walzgerüsts nicht als einfache Kosinusfunktion darstellen, sondern sie ist vielmehr durch eine Reihenentwicklung von Kosinusfunktionen zu beschreiben: F = mrω²(cos(ωt) + λcos(2ωt) + ...), wobei F die freie Kraft des linear bewegten Walzgerüsts und des linear bewegten Massenanteils der Schubstange ist, m die Summe der Massen des Walzgerüsts und des linear bewegten Massenanteils der Schubstange ist und ω die Winkelgeschwindigkeit der Kurbelwelle ist. t beschreibt die Zeit, während ω ein Wichtungsfaktor ist.
Der zweite Term in der mathematischen Beschreibung der freien Kräfte, nämlich mrω²λcos(2ωt) beschreibt die freien Kräfte zweiter Ordnung aufgrund des von einer Kosinusfunktion abweichenden Verlaufs der oszillatorischen Bewegung des Walzgerüsts gegen die Zeit. Diese Kräfte zweiter Ordnung lassen sich mit Hilfe der erfindungsgemäßen Ausgleichswelle minimieren beziehungsweise kompensieren.
Das Maß an Kompensation der freien Kräfte zweiter Ordnung durch die Ausgleichswelle hängt maßgeblich von der Konstruktion der Ausgleichswelle und ihrer Drehfrequenz ab.
In einer Ausführungsform der Erfindung ist das im Betrieb der Pilgerwalzanlage von dem sich bewegenden Walzgerüst auf die Kurbelwelle ausgeübte Drehmoment doppelt so groß wie das Trägheitsmoment der Ausgleichswelle.
In einer Ausführungsform ist die Masse der Ausgleichswelle halb so groß wie die Summe der Massen von Kurbelwelle und Schubstange des Kurbeltriebs.
In einer weiteren Ausführungsform ist die Masse der Ausgleichswelle halb so groß wie die sich drehende Masse des Kurbeltriebs. Dabei ist unter der sich drehenden Masse des Kurbeltriebs die Masse der Kurbelwelle zuzüglich des Bruchteils der Masse der Schubstange, der auf die Drehbewegung entfällt, zu verstehen.
In einer Ausführungsform der Erfindung sind die Kurbelwelle und die Ausgleichswelle derart wirksam miteinander verbunden, das sich im Betrieb der Kaltpilgerwalzanlage die Ausgleichswelle mit der doppelten Drehfrequenz der Kurbelwelle dreht.
Dieses erweist sich als vorteilhaft, da die zu kompensierenden Kräfte und Momente zweiter Ordnung mit der doppelten Kreisfrequenz der Drehbewegung des Kurbeltriebs oszillieren.
Für eine Kompensation der Kräfte und Momente zweiter Ordnung sind in einer weiteren Ausführungsform die Kurbelwelle und die Ausgleichswelle derart wirksam miteinander verbunden, dass sich im Betrieb der Kaltpilgerwalzanlage die Ausgleichswelle und die Kurbelwelle winkelsynchron drehen.
Der winkelsynchrone Lauf von Kurbelwelle und Ausgleichswelle bedeutet, dass beispielsweise die Ausgleichsmasse der Ausgleichswelle und die Ausgleichsmasse der Kurbelwelle von einer gleichen Winkelposition startend nach einer Umdrehung der Kurbelwelle beide wieder in der gleichen Winkelposition ankommen. Dabei hat in dieser Zeit die Ausgleichsmasse der Ausgleichswelle zwei vollständige Umdrehungen um die Drehachse der Ausgleichswelle erfahren.
Es versteht sich, dass in einer Ausführungsform die wirksame Verbindung zwischen Kurbelwelle und Ausgleichswelle mechanisch erfolgen kann.
In einer alternativen Ausführungsform ist die Kurbelwelle mit einem ersten Antriebsmotor verbunden während die Ausgleichswelle mit einem zweiten Antriebsmotor verbunden ist und die Pilgerwalzanlage eine Steuerung aufweist, die mit dem ersten und dem zweiten Antriebsmotor verbunden ist, wobei die Steuerung so eingerichtet ist, dass sie im Betrieb der Kaltpilgerwalzanlage den ersten und den zweiten Antriebsmotor so steuert, dass sich die Ausgleichswelle mit der doppelten Drehfrequenz der Kurbelwelle dreht.
Bei einer solchen Ausführungsform lässt sich nicht nur das Verhältnis der Drehfrequenz der Ausgleichswelle zur Drehfrequenz der Kurbelwelle exakt steuern, sondern auch gegebenenfalls der Betrieb winkelsynchron einregeln.
In einer Ausführungsform der Erfindung weist die Pilgerwalzanlage zwei sich gegenläufig drehende Ausgleichswellen mit jeweils einer in Bezug auf die Drehachse nicht rotationssymmetrischen Massenverteilung auf. In einer speziellen Ausgestaltung einer solchen Ausführungsform sind die Massen bzw. die Massenverteilungen der beiden Ausgleichswellen gleich. Auch in einer Ausführungsform mit zwei Ausgleichswellen ist es zweckmäßig, wenn die beiden Wellen sich winkelsynchron drehen.
Weitere Vorteile, Merkmale und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden Erfindung werden anhand der folgenden Beschreibung einer Ausführungsform und der dazugehörigen Figuren deutlich.
1 zeigt eine schematische Ansicht einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Kaltpilgerwalzanlage mit einer Ausgleichswelle.
2 zeigt eine schematische Ansicht einer weiteren Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Kaltpilgerwalzanlage mit zwei Ausgleichswellen.
In den Figuren sind identische Elemente mit identischen Bezugszeichen gekennzeichnet. Die Kaltpilgerwalzanlage besteht aus einem Walzgerüst 1 mit Walzen 2, 3, einem kalibrierten Walzdorn 4 sowie einem Antrieb für das Walzgerüst 1. Der Antrieb für das Walzgerüst 1 weist einen Antriebsmotor 5 sowie einen Kurbeltrieb 6 auf. Der Kurbeltrieb 6 wiederum setzt sich zusammen aus einer Kurbelwelle 7 mit einem radial von der Drehachse 8 beabstandeten Kurbelzapfen 9 sowie eine Schubstange 10. Die Schubstange 10 ist an ihrem ersten Ende verschwenkbar mit dem Kurbelzapfen 9 verbunden, während das zweite Ende 12 der Schubstange 10 verschwenkbar mit dem Walzgerüst 1 verbunden ist. Auf diese Weise führt eine Drehbewegung der Kurbelwelle 7 zu einer linearen Translationsbewegung des Walzgerüsts 1.
In der dargestellten Ausführungsform fällt die Drehachse 8 des Kurbeltriebs 6 mit der Drehachse der Antriebswelle des Motors 5 zusammen. Die Kurbelwelle 7 und die Antriebswelle des Motors 5 sind über eine Kupplung miteinander verbunden. In der dargestellten Ausführungsform ist der Antriebsmotor 5 ein Torquemotor, der einen direkten Antrieb der Kurbelwelle 7 ohne zwischengeschaltetes Getriebe ermöglicht.
Dreht sich der Rotor des Antriebsmotors 5, so bildet sich ein Drehmoment aus, das auf die mit dem Rotor verbundenen Antriebswelle übertragen wird. Die Antriebswelle ist mit der Kurbelwelle 7 des Antriebstrangs verbunden, das das Drehmoment auf die Kurbelwelle 7 übertragen wird. In Folge des übertragenen Drehmoments dreht sich die Kurbelwelle 7 um ihre Drehachse. Die an ihrem ersten Ende 11 mit dem Kurbelzapfen 9 der Kurbelwelle 7 verbundene Schubstange 10 erfährt eine tangentiale Kraft und überträgt diese auf das zweite Schubstangenende 12, so dass sich das mit dem zweiten Schubstangenende 12 verbundene Walzgerüst 1 entlang der durch seine Führungsschiene festgelegten Verfahrrichtung oszillierend bewegt.
Während des Kaltpilgerns auf der in 1 gezeigten Walzanlage erfährt die Luppe 14 einen schrittweisen Vorschub in Richtung auf den Walzdorn 4 hin- bzw. über diesen hinweg, während die Walzen 2, 3 drehend über den Dorn und damit über die Luppe 14 horizontal hin- und herbewegt werden. Dabei wird die Horizontalbewegung der Walzen 2, 3 durch ein Walzgerüst 1 vorgegeben, an dem die Walzen 2, 3 drehbar gelagert sind. Das Walzgerüst 1 wird in einer Richtung parallel zum Walzdorn 4 hin- und herbewegt, während die Walzen 2, 3 selbst ihre Drehbewegung durch eine relativ zum Walzgerüst 1 feststehende Zahnstange erhalten, in die fest mit den Walzenachsen verbundene Zahnräder eingreifen. Der Vorschub der Luppe 14 über den Dorn erfolgt mit Hilfe des Vorschubspannschlittens 15. Dieser ermöglicht eine Translationsbewegung in eine Richtung parallel zur Achse des Walzdorns 4. Die im Walzgerüst 1 übereinander angeordneten konisch kalibrierten Walzen 2, 3 drehen sich entgegen der Vorschubrichtung des Vorschubspannschlittens 15. Das von den Walzen 2, 3 gebildete Pilgermaul erfasst die Luppe 14 und die Walzen 2, 3 drücken von außen eine kleine Werkstoffwelle ab, die von einem Glättkaliber der Walzen 2, 3 und dem Walzdorn 4 zu der vorgesehenen Wanddicke ausgestreckt wird, bis ein Leerlaufkaliber der Walzen 2, 3 das fertige Rohr frei gibt. Während des Walzens bewegt sich das Walzgerüst mit den daran befestigten Walzen 2, 3 entgegen der Vorschubrichtung der Luppe 14. Mit Hilfe des Vorschubspannschlittens 15 wird die Luppe 14 nach dem Erreichen des Leerlaufkalibers der Walzen 2, 3 um einen weiteren Schritt auf den Walzdorn 4 hin vorgeschoben, während die Walzen 2, 3 mit dem Walzgerüst 1 in ihre horizontale Ausgangslage zurückkehren. Gleichzeitig erfährt die Luppe 14 eine Drehung um ihre Achse, um eine gleichmäßige Form des fertigen Rohrs zu erreichen. Durch mehrfaches Überwalzen jedes Rohrabschnittes werden eine gleichmäßige Wanddicke und Rundheit des Rohrs sowie gleichmäßige Innen- und Außendurchmesser erreicht.
Bei der oszillierenden Hin- und Herbewegung des Walzgerüsts 1 entstehen aufgrund der beschleunigten und abgebremsten Masse des Walzgerüsts 1 freie Kräfte, die über die Schubstange 10 als Drehmomente auf die Kurbelwelle 7 einwirken. Diese freien Massenkräfte sind in erster Ordnung als Kosinusfunktion gegenüber der Zeit beziehungsweise gegenüber dem Drehwinkel der Kurbelwelle 7 zu beschreiben. Zur Kompensation der freien Massenkräfte beziehungsweise der freien Momente erster Ordnung weist die Kurbelwelle 7 eine Ausgleichsmasse 16 auf. Dabei ist die Ausgleichsmasse 16 eine exzentrisch, das heißt radial von der Drehachse 8 der Kurbelwelle 7 beabstandete, Masse. Mit anderen Worten ausgedrückt weist die Kurbelwelle 7 eine in Bezug auf ihre Drehachse 8 nicht rotationssymmetrische Massenverteilung auf.
Auch nach diesem Ausgleich verbleiben aber freie Massenkräfte aufgrund der Terme höherer Ordnung aus der Bewegungsgleichung für das Walzgerüst 1. Von diesen Termen höherer Ordnung ist jedoch nur der der zweiten Ordnung in einer nennenswerten, das heißt störenden Größenordnung. Um die freien Massenkräfte zweiter Ordnung und das durch diese über die Schubstange 10 auf die Kurbelwelle 7 wirkende Moment zweiter Ordnung zu kompensieren, weist die dargestellte Ausführungsform eine Ausgleichswelle 17 mit einer nicht rotationssymmetrischen Massenverteilung auf.
Die nicht rotationssymmetrische Massenverteilung der Ausgleichswelle 17 ist in der dargestellten Ausführungsform durch eine exzentrisch zur Drehachse 18 der Ausgleichswelle 17 angeordnete Ausgleichsmasse 19 realisiert. In der dargestellten Ausführungsform beträgt die Masse der Ausgleichswelle 17 mit der Ausgleichsmasse 19 in etwa die Hälfte der Masse der Kurbelwelle 7 mit der Ausgleichsmasse 16.
Die Ausgleichswelle 17 verfügt, wie zuvor für die Kurbelwelle 7 beschrieben, über einen Direktantrieb mit einem Antriebsmotor 20, wobei die Antriebswelle des Antriebsmotors 20 unmittelbar über eine Kupplung mit der Ausgleichswelle 17 verbunden ist, so dass eine Umdrehung der Antriebswelle des Antriebsmotors 20 zu einer Umdrehung der Ausgleichswelle 17 führt.
In der dargestellten Ausführungsform ist weiterhin eine zentrale Steuerung 21 vorgesehen, die sowohl mit dem Antriebsmotor 20 der Ausgleichswelle 17 als auch mit dem Antriebsmotor 5 der Kurbelwelle 7 verbunden ist. Die Steuerung 21 steuert nun die Motoren 5, 20 so, dass sich ihre Antriebswellen mit gleicher Drehrichtung drehen, wobei die Drehfrequenz der Ausgleichswelle 17 doppelt so groß ist wie die Drehfrequenz der Kurbelwelle 7.
Darüber hinaus garantiert die Steuerung 21 eine winkelsynchrone Rotation der beiden Ausgleichsmassen 16, 19 von Kurbelwelle 7 und Ausgleichswelle 17. Das heißt die beiden Ausgleichsmassen 16, 19 liegen nach einer Umdrehung der Kurbelwelle 7 winkelgleich, wobei die Ausgleichsmasse 19 der Ausgleichswelle 17 in der Zeit, die die Kurbelwelle 7 für eine Umdrehung benötigt, zwei volle Umdrehungen ausgeführt hat.
Startet man beispielsweise in einer Situation, in der beide Ausgleichsmassen 16, 19 oben, das heißt auf der Zwölfuhrposition liegen, so liegen beide Ausgleichsmassen 16, 19 nach einer bestimmten Zeit beide wieder gleichzeitig auf der Zwölfuhrposition, wobei die Ausgleichsmasse 16 der Kurbelwelle 7 eine Umdrehung um die Drehachse 8 der Kurbelwelle 7 beschrieben hat, während die Ausgleichsmasse 19 der Ausgleichswelle 17 zwei Umdrehungen um die Drehachse 18 der Ausgleichswelle 7 beschrieben hat.
2 zeigt eine weitere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Kaltpilgerwalzanlage mit zwei Ausgleichswellen 17’ und 22. Dabei ist die erste Ausgleichswelle 17’ aufgebaut wie die Ausgleichswelle 17 der Ausführungsform mit nur einer Ausgleichswelle aus 1. Die zweite Ausgleichswelle 22 weist eine identische Ausgestaltung auf wie die erste Ausgleichswelle 17’.
Die nicht rotationssymmetrische Massenverteilung der Ausgleichswellen 17’, 22 ist in der dargestellten Ausführungsform durch exzentrisch zu den Drehachsen 18’, 23 der Ausgleichswellen 17’, 22 angeordnete Ausgleichsmassen 19’, 24 realisiert. In der dargestellten Ausführungsform betragen die Massen der Ausgleichswellen 17’, 22 mit ihren Ausgleichsmassen 19’, 24 jeweils in etwa die Hälfte der Masse der Kurbelwelle 7 mit der Ausgleichsmasse 16.
Die Ausgleichswellen 17’, 22 verfügen, wie zuvor unter Bezugnahme auf 1 für die Kurbelwelle 7 beschrieben, über einen Direktantrieb mit Antriebsmotoren 20’, 25, wobei die Antriebswellen der Antriebsmotoren 20’, 25 unmittelbar über Kupplungen mit den Ausgleichswellen 17’, 22 verbunden sind, so dass eine Umdrehung der Antriebswellen der Antriebsmotoren 20’, 25 zu einer Umdrehung der Ausgleichswellen 17’, 22 führt.
Auch in der Ausführungsform aus 2 ist eine zentrale Steuerung 21 vorgesehen, die sowohl mit den Antriebsmotoren 20’, 25 der Ausgleichswellen 17’, 22 als auch mit dem Antriebsmotor 5 der Kurbelwelle 7 verbunden ist. Die Steuerung 21 steuert nun die Motoren 5, 20’, 25 so, dass sich der Kurbeltrieb 6 und die erste Ausgleichwelle 17’ mit gleicher Drehrichtung drehen und sich der Kurbeltrieb 6 und die zweite Ausgleichswelle 22 mit entgegengesetzter Drehrichtung drehen. Dabei ist die Drehfrequenz der Ausgleichswellen 17’, 22 jeweils doppelt so groß wie die Drehfrequenz der Kurbelwelle 7.
Darüber hinaus garantiert die Steuerung 21 eine winkelsynchrone Rotation der Ausgleichsmassen 16, 19’, 24 von Kurbelwelle 7, erster Ausgleichswelle 17’ und zweiter Ausgleichswelle 22. Das heißt alle Ausgleichsmassen 16, 19’, 24 liegen nach einer Umdrehung der Kurbelwelle 7 winkelgleich, wobei die Ausgleichsmassen 19’, 24 der Ausgleichswellen 17’, 22 in der Zeit, welche die Kurbelwelle 7 für eine Umdrehung benötigt, zwei volle Umdrehungen ausführen.
Für Zwecke der ursprünglichen Offenbarung wird darauf hingewiesen, dass sämtliche Merkmale, wie sie sich aus der vorliegenden Beschreibung, den Zeichnungen und den Ansprüchen für einen Fachmann erschließen, auch wenn sie konkret nur im Zusammenhang mit bestimmten weiteren Merkmalen beschrieben wurden, sowohl einzeln als auch in beliebigen Zusammenstellungen mit anderen der hier offenbarten Merkmalen oder Merkmalsgruppen kombinierbar sind, soweit dies nicht ausdrücklich ausgeschlossen wurde oder technische Gegebenheiten derartige Kombinationen unmöglich oder sinnlos machen. Auf die umfassende, explizite Darstellung sämtlicher denkbarer Merkmalskombinationen wird hier nur der Kürze und der Lesbarkeit der Beschreibung wegen verzichtet.
Während die Erfindung im Detail in den Zeichnungen und der vorangehenden Beschreibung dargestellt und beschrieben wurde, erfolgt diese Darstellung und Beschreibung lediglich beispielhaft und ist nicht als Beschränkung des Schutzbereichs gedacht, so wie er durch die Ansprüche definiert wird. Die Erfindung ist nicht auf die offenbarten Ausführungsformen beschränkt. Abwandlungen der offenbarten Ausführungsformen sind für den Fachmann aus den Zeichnungen, der Beschreibung und den beigefügten Ansprüchen offensichtlich. In den Ansprüchen schließt das Wort „aufweisen“ nicht andere Elemente oder Schritte aus, und der unbestimmte Artikel „eine“ oder „ein“ schließt eine Mehrzahl nicht aus. Die bloße Tatsache, dass bestimmte Merkmale in unterschiedlichen Ansprüchen beansprucht sind, schließt ihre Kombination nicht aus. Bezugszeichen in den Ansprüchen sind nicht als Beschränkung des Schutzbereichs gedacht.
Bezugszeichenliste

1: Walzgerüst
2, 3: Walzen
4: Walzdorn
5: Antriebsmotor der Kurbelwelle 7
6: Kurbeltrieb
7: Kurbelwelle
8: Drehachse der Kurbelwelle 7
9: Kurbelzapfen
10: Schubstange
11: erstes Ende der Schubstange 10
12: zweites Ende der Schubstange 10
14: Luppe
15: Vorschubspannschlitten
16: Ausgleichsmasse der Kurbelwelle 7
17: Ausgleichswelle
18: Drehachse der Ausgleichswelle 17
19: Ausgleichsmasse der Ausgleichswelle 17
20: Antriebsmotor der Ausgleichswelle 17
21: zentrale Steuerung
17’: erste Ausgleichswelle
18’: Drehachse der ersten Ausgleichswelle 17’
19’: Ausgleichsmasse der ersten Ausgleichswelle 17’
20’: Antriebsmotor der ersten Ausgleichswelle 17’
21: zentrale Steuerung
22: zweite Ausgleichswelle
23: Drehachse der zweiten Ausgleichswelle 22
24: Ausgleichsmasse der zweiten Ausgleichswelle 22
25: Antriebsmotor der zweiten Ausgleichswelle 22

Claims

Pilgerwalzanlage mit einem Walzgerüst (1) und einem Kurbeltrieb (6), wobei der Kurbeltrieb (6) eine Kurbelwelle (7), die um eine Drehachse (8) drehbar gelagert ist und die einen radial von der Drehachse (8) beabstandeten Kurbelzapfen (9) aufweist, und eine Schubstange (10) mit einem ersten und einem zweiten Ende (11, 12) aufweist, wobei das erste Ende der Schubstange (11) verschwenkbar an dem Kurbelzapfen (9) befestigt ist und wobei das zweite Ende der Schubstange (12) verschwenkbar an dem Walzgerüst (1) befestigt ist, so dass im Betrieb der Pilgerwalzanlage eine Drehbewegung der Kurbelwelle (7) in eine Translationsbewegung des Walzgerüsts (1) umgesetzt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Pilgerwalzanlage darüber hinaus eine Ausgleichswelle (17) aufweist, die um eine Drehachse (18) drehbar gelagert ist, wobei die Ausgleichswelle (17) eine in Bezug auf ihre Drehachse (18) nicht rotationssymmetrische Massenverteilung aufweist.
Pilgerwalzanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kurbelwelle (7) und Ausgleichswelle (17) in Lagern aufgenommen sind, wobei das Lager der Kurbelwelle (7) und das Lager der Ausgleichswelle (17) derart miteinander verbunden sind, dass Kräfte zwischen den Lagern übertragen werden.
Pilgerwalzanlage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das im Betrieb der Pilgerwalzanlage von dem sich bewegenden Walzgerüst (1) auf die Kurbelwelle (7) ausgeübte Drehmoment doppelt so groß ist wie das Trägheitsmoment der Ausgleichswelle (17).
Pilgerwalzanlage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Masse der Ausgleichswelle (17) halb so groß ist wie die Summe aus der Masse der Kurbelwelle (7), der Masse der Schubstange (10) und der Masse des Walzgerüsts (1).
Pilgerwalzanlage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Masse der Ausgleichswelle (17) halb so groß ist wie die Summe aus sich drehenden Masse des Kurbeltriebs (6) und der Masse des Walzgerüsts (1).
Pilgerwalzanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Kurbelwelle (7) und die Ausgleichswelle (17) derart wirksam miteinander verbunden sind, dass sich im Betrieb der Kaltpilgerwalzanlage die Ausgleichswelle (17) mit der doppelten Drehfrequenz der Kurbelwelle (7) dreht.
Pilgerwalzanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Kurbelwelle (7) und die Ausgleichswelle (17) derart wirksam miteinander verbunden sind, dass sich im Betrieb der Kaltpilgerwalzanlage die Ausgleichswelle (17) und die Kurbelwelle (7) winkelsynchron drehen.
Pilgerwalzanlage nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Kurbelwelle (7) und die Ausgleichswelle (17) mechanisch miteinander verbunden sind.
Pilgerwalzanlage nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Kurbelwelle (7) mit einem ersten Antriebsmotor (5) verbunden ist, die Ausgleichswelle (17) mit einem zweiten Antriebsmotor (20) verbunden ist und die Pilgerwalzanlage eine Steuerung (21) aufweist, die mit dem ersten und dem zweiten Antriebsmotor (5, 20) verbunden ist, und wobei die Steuerung (21) so eingereichtet ist, dass die im Betrieb der Kaltpilgerwalzanlage den ersten und den zweiten Antriebsmotor (5, 20) so steuert, dass sich die Ausgleichswelle (17) mit der doppelten Drehfrequenz der Kurbelwelle (7) dreht.
Pilgerwalzanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Kurbelwelle (7) des Kurbeltriebs (6) eine Ausgleichsmasse (16) aufweist.
Pilgerwalzanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass sie zwei Ausgleichswellen (17) aufweist, die sich im Betrieb der Pilgerwalzanlage gegenläufig drehen.
Pilgerwalzanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass sie mindestens zwei Walzgerüste (1) und mindestens zwei Kurbeltriebe (6) aufweist, wobei jeder Kurbeltrieb (6) eine Kurbelwelle (7), die um eine Drehachse (8) drehbar gelagert ist und die einen radial von der Drehachse (8) beabstandeten Kurbelzapfen (9) aufweist, und eine Schubstange (10) mit einem ersten und einem zweiten Ende (11, 12) aufweist, wobei das erste Ende der Schubstange (11) verschwenkbar an dem Kurbelzapfen (9) befestigt ist und wobei das zweite Ende der Schubstange (12) verschwenkbar an dem jeweiligen Walzgerüst (1) befestigt ist.