DE102013112371A1

DE102013112371A1 - Kaltpilgerwalzanlage sowie Verfahren zum Umformen einer Luppe zu einem Rohr

Info

Publication number: DE102013112371A1
Application number: DE201310112371
Authority: DE
Inventors: Thomas Froböse
Original assignee: Sandvik Materials Technology Deutschland GmbH
Current assignee: Alleima GmbH
Priority date: 2013-11-11
Filing date: 2013-11-11
Publication date: 2015-05-13
Also published as: US20160288180A1; KR20160085295A; WO2015067576A1; EP3068554B1; JP6479838B2; US9796007B2; KR102234877B1; CN105722613B; ES2672473T3; EP3068554A1; JP2016535680A; CN105722613A

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Kaltpilgerwalzanlage zum Umformen einer Luppe zu einem Rohr mit einem Paar von Walzen, die drehbar an einem Walzgerüst befestigt sind, und einem Walzdorn als Werkzeug, einem Vorschubspannschlitten zum Aufnehmen der Luppe, wobei der Vorschubspannschlitten im Betrieb der Anlage zwischen einer ersten und einer zweiten Extremposition derart bewegbar ist, dass sich die Luppe schrittweise in Richtung auf das Werkzeug zu bewegt, einem Kurbeltrieb auf einer Antriebswelle, welcher um eine Drehachse drehbar gelagert ist, einer in einem radialen Abstand von der Drehachse an dem Kurbeltrieb befestigten Ausgleichsmasse, und einer Schubstange mit einem ersten und einem zweiten Ende, wobei das erste Ende der Schubstange in einem radialen Abstand von der Drehachse um einen Kurbelzapfen drehbar an dem Kurbeltrieb befestigt ist und wobei das zweite Ende der Schubstange an dem Walzgerüst befestigt ist, so dass im Betrieb der Anlage eine Drehbewegung des Kurbeltriebes in eine Translationsbewegung des Walzgerüsts zwischen einer ersten und einer zweiten Umkehrposition umgesetzt wird. Vor diesem Hintergrund liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Kaltpilgerwalzanlage zu entwickeln, so dass mit einer einzigen Kaltpilgerwalzanlage mit geringem Umstellungsaufwand Rohre unterschiedlichen Typs gewalzt werden können. Zur Lösung dieser Aufgabe wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, die eingangs erwähnte Walzanlage dahingehend zu verändern, der radiale Abstand des ersten Endes der Schubstange von der Drehachse einstellbar ist, so dass der Abstand zwischen den beiden Umkehrpositionen der Translationsbewegung des Walzgerüsts einstellbar ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Kaltpilgerwalzanlage zum Umformen einer Luppe zu einem Rohr mit einem Paar von Walzen, die drehbar an einem Walzgerüst befestigt sind, und einem Walzdorn als Werkzeug, einem Vorschubspannschlitten zum Aufnehmen der Luppe, wobei der Vorschubspannschlitten im Betrieb der Anlage zwischen einer ersten und einer zweiten Extremposition derart bewegbar ist, dass sich die Luppe schrittweise in Richtung auf das Werkzeug zu bewegt, einem Kurbeltrieb auf einer Antriebswelle, welcher um eine Drehachse drehbar gelagert ist, einer in einem radialen Abstand von der Drehachse an dem Kurbeltrieb befestigten Ausgleichsmasse, und einer Schubstange mit einem ersten und einem zweiten Ende, wobei das erste Ende der Schubstange in einem radialen Abstand von der Drehachse um einen Kurbelzapfen drehbar an dem Kurbeltrieb befestigt ist und wobei das zweite Ende der Schubstange an dem Walzgerüst befestigt ist, so dass im Betrieb der Anlage eine Drehbewegung des Kurbeltriebes in eine Translationsbewegung des Walzgerüsts zwischen einer ersten und einer zweiten Umkehrposition umgesetzt wird.
Die Erfindung betrifft zudem ein Verfahren zum Umformen einer Luppe zu einem Rohr welches zumindest die folgenden Schritte aufweist:
Bereitstellen einer Kaltpilgerwalzanlage mit einem Paar von Walzen, die drehbar an einem Walzgerüst befestigt sind, und einem Walzdorn als Werkzeug sowie einem Vorschubspannschlitten mit daran aufgenommener Luppe,
Bewegen des Vorschubspannschlittens zwischen einer ersten und einer zweiten Extremposition derart, dass sich die Luppe schrittweise in Richtung auf das Werkzeug zu bewegt,
Umformen der Luppe zu einem Rohr unter Verwendung des Werkzeugs, wobei eine Drehbewegung eines Kurbeltriebes in eine Translationsbewegung des Walzgerüsts zwischen einer ersten und einer zweiten Umkehrposition umgesetzt wird, wobei der Kurbeltrieb um eine Drehachse drehbar gelagert auf einer Antriebswelle angeordnet ist, eine Ausgleichsmasse in einem radialen Abstand von der Drehachse an dem Kurbeltrieb befestigt ist, und eine Schubstange mit einem ersten und einem zweiten Ende so angeordnet ist, dass das erste Ende der Schubstange in einem radialen Abstand von der Drehachse um einen Kurbelzapfen drehbar an dem Kurbeltrieb und das zweite Ende der Schubstange an dem Walzgerüst befestigt ist.
Zur Herstellung von präzisen Metallrohren, insbesondere aus Edelstahl, wird ein rohrförmiger bzw. in einer Längsrichtung ausgedehnter hohlzylindrischer Rohling verwendet, welcher durch Druckspannungen reduziert wird. Dabei wird von außen und von innen Druck auf den Rohling ausgeübt, was zu einer Reduktion seines Außendurchmessers und seiner Wanddicke führt. Auf diese Weise erfolgt eine Umformung des Rohlings zu einem Rohr mit definiertem Außendurchmesser und definierter Wanddicke.
Bei dem am weitesten verbreitete Reduzierverfahren für Rohre wird der Rohling, welcher auch als Luppe bezeichnet wird, im vollständig erkalteten Zustand durch Druckspannungen kalt reduziert. Dieses Verfahren ist als Kaltpilgern bekannt. Hierbei wird die Luppe über einen kalibrierten, d.h. zumindest abschnittsweise den Innendurchmesser des fertigen Rohres aufweisenden, Walzdorn geschoben und von außen von zwei kalibrierten, d.h. den Außendurchmesser des fertigen Rohres definierenden, Walzen umfasst und in Längsrichtung über dem Walzdorn ausgewalzt.
Während dem Kaltpilgern erfährt die Luppe einen schrittweisen Vorschub in Richtung auf den Walzdorn hin bzw. über diesen hinweg. Zwischen zwei Vorschubschritten werde die Walzen drehend in einer Richtung parallel zur Achse des Walzdorns über den Dorn und damit die Luppe bewegt, wobei sie die Luppe auswalzen. Die Horizontalbewegung der Walzen wird durch ein Walzgerüst vorgegeben, an welchem die Walzen drehbar gelagert sind und welches zwischen zwei Umkehrpunkten in einer Richtung parallel zur Achse des Walzdorns hin- und herbewegt wird. An jedem Umkehrpunkt des Walzgerüsts gegeben die Walzen die Luppe frei und diese wird um einen weiteren Schritt in Richtung auf das Werkzeug hin vorgeschoben. Gleichzeitig erfährt die Luppe eine Drehung um ihre Achse, um eine gleichmäßige Form des fertigen Rohres zu erreichen. Die beiden kalibrierten Walzen des Walzgerüsts sind übereinander angeordneten, sodass die Luppe zwischen ihnen hindurchgeführt wird. Das von den Walzen gebildete sogenannte Pilgermaul erfasst die Luppe und die Walzen drücken von außen eine kleine Werkstoffwelle ab. Diese Werkstoffwelle wird von dem Glättkaliber der Walzen und dem Walzdorn zu der vorgesehenen Wanddicke ausgestreckt, bis das Leerlaufkaliber der Walzen das fertige Rohr freigibt.
Durch mehrfaches Überwalzen jedes Rohrabschnitts werden eine gleichmäßige Wanddicke und Rundheit des Rohres sowie gleichmäßige Innen- und Außendurchmesser erreicht.
In Kaltpilgerwalzanlagen wird das Walzgerüst mit den beiden Walzen mit Hilfe eines Kurbeltriebs in einer Richtung parallel zur Achse des Walzdorns hin- und herbewegt. Die Walzen selbst erhalten ihre Drehbewegung im Allgemeinen durch eine relativ zum Walzgerüst feststehende Zahnstange, in die fest mit den Achsen der Walzen verbundene Zahnräder eingreifen.
Der Vorschub der Luppe über den Dorn erfolgt mit Hilfe eines oder mehrerer translatorisch angetriebener Vorschubspannschlittens, welcher eine Translationsbewegung in einer Richtung parallel zur Achse des Walzdorns ausführt und diese auf die Luppe überträgt.
Während des Walzens, d.h. des Bewegens des Walzgerüsts mit den drehenden Walzen über die Luppe, ist der bzw. sind die Vorschubspannschlitten im Wesentlichen stationär und nehmen die von dem Werkzeug, d.h. den Walzen und dem Walzdorn, auf die Luppe übertragenen Kräfte auf.
Um die Luppe zu halten und sie in eine Translationsbewegung auf den Walzdorn hin sowie eine Drehbewegung um den Walzdorn versetzen zu können, weist der bzw. weisen die Vorschubspannschlitten ein Spannfutter auf, mit welchem die Luppe zwischen Spannbacken gehalten wird.
Zur Herstellung präzise gefertigter Rohre ist sowohl ein genauer und kontrollierter schrittweiser Vorschub des Vorschubspannschlittens als auch eine genaue und kontrollierte Translationsbewegung des Walzgerüsts unerlässlich.
Bekannte Kaltpilgerwalzanlagen ermöglichen jeweils nur das Auswalzen von Rohren mit einem einzigen Rohrdurchmesser sowie einer einzigen durch den jeweiligen Walzdorn vorgegebenen Wandstärke des Rohres. Für die Herstellung von Rohren unterschiedlichen Typs sind somit unterschiedlich ausgestaltete und kalibrierte Anlagen notwendig. Sollen demgegenüber mit der gleichen Kaltpilgerwalzanlage Rohre unterschiedlichen Typs gewalzt werden, so erfordert die Umstellung der Produktion auf einen anderen Rohrtyp mit einem anderen Durchmesser und/oder einer anderen Wandstärke einen aufwendigen Umbau der gesamten Anlage.
Vor diesem Hintergrund liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Kaltpilgerwalzanlage bereitzustellen, mit welcher mit einem geringen Umstellungsaufwand Rohre unterschiedlichen Typs gewalzt werden können.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass bei der Kaltpilgerwalzanlage der radiale Abstand des ersten Endes der Schubstange von der Drehachse einstellbar ist, so dass der Abstand zwischen den beiden Umkehrpositionen der Translationsbewegung des Walzgerüsts einstellbar ist.
Das Walzenpaar des Walzgerüsts drückt beim Kaltpilgern, wenn es die Luppe erfasst, von außen eine kleine Werkstoffwelle ab. Diese Werkstoffwelle wird von einem Glättkaliber der Walzen und dem Walzendorn zu der vorgesehen Wanddicke des Rohres ausgestreckt. Dieser Vorgang wird beendet, wenn das Leerlaufkaliber der Walzen das fertige Rohr freigibt. Die Größe der Materiawelle ist abhängig von dem Verhältnis zwischen der Dimensionierung der hohlzylindrischen Luppe und dem zu erzielenden Rohrdurchmesser einerseits sowie andererseits der zu erzielenden Wandstärke des Rohres. Zudem ist die Größe der erzeugten Werkstoffwelle abhängig von dem Hub des Walzgerüsts, d. h. von der Distanz, die das Walzgerüst im Zuge seiner Translationsbewegung von einer ersten zu einer zweiten Umkehrposition zurücklegt.
Somit wird zum Herstellen eines Rohres mit definiertem Rohrdurchmesser und definierter Wandstärke zweckmäßigerweise eine Kaltpilgerwalzanlage verwendet, deren Walzgerüsthub auf die zu erzielenden Rohrmaße genau abgestimmt ist. Andernfalls besteht die Gefahr, dass die im Zuge des Auswalzens aufgeworfene Werkstoffwelle zu groß wird und der dadurch erzeugte Widerstand den Auswälzvorgang und das erzielte Ergebnis beeinträchtigt oder den Vorgang gar zum Erliegen bringt.
Ein Wechsel zu einer anderen Anlage oder ein aufwendiger Umbau derselben Anlage zur Anpassung des Walzgerüsthubs kann vermieden werden, wenn die Kaltpilgerwalzanlage eine Möglichkeit bietet, den Walzgerüsthub entsprechend der zu erzielenden Rohrdurchmessern und Wandstärken anzupassen. Erfindungsgemäß wird hierzu vorgeschlagen die Position der Schubstange an dem Kurbeltrieb einstellbar auszugestalten. Durch Änderung des radialen Abstands des ersten Endes der Schubstange von der Drehachse des Kurbeltriebs lässt sich der Hub, d.h. die zurückgelegte Strecke der Translationsbewegung des zweiten Endes der Schubstange in einer Richtung parallel zur Achse des Walzdorns einstellen, welcher wiederum damit den Walzgerüsthub festlegt. Somit ist eine Möglichkeit gegeben auf schnelle und kostengünstige Weise die Anlage für die Herstellung von Rohre unterschiedlichen Typs anzupassen.
Dabei ist es zweckmäßig, wenn der Kurbeltrieb auch eine oder mehrere Ausgleichsmassen aufweist, welche wie der Kurbelzapfen von der Drehachse des Kurbeltriebs beabstandet ist. Insbesondere zweckmäßig ist es, wenn diese Ausgleichsmasse von dem Kurbelzapfen um etwa 180° versetzt relativ zur Drehachse angeordnet ist.
Das horizontale Hin- und Herbewegen des Walzgerüsts in einer Richtung parallel zur Achse des Walzdorns wird mit Hilfe eines Kurbeltriebs erreicht. Dabei besteht der Kurbeltrieb aus einer um eine Drehachse drehbaren Kurbelwelle, welchen einen radial von der Drehachse beabstandeten Kurbelzapfen aufweist. Zur Umsetzung der Drehbewegung des Kurbeltriebs in eine Translationsbewegung des Walzgerüsts ist eine Schubstange mit einem ersten und einem zweiten Ende vorgesehen. Die Schubstange ist an ihrem ersten Ende verschwenkbar an dem Kurbelzapfen der Kurbelwelle angelenkt und an ihrem zweiten Ende verschwenkbar an dem Walzgerüst angelenkt.
Die horizontale Bewegungsrichtung des Walzgerüsts parallel zur Achse des Walzdorns ist durch Führungsschienen festgelegt. Der Abstand des Kurbelzapfens von der Drehachse des Kurbeltriebs, genauer gesagt der Kurbelwelle, legt die maximale Distanz fest, welche der Kurbelzapfen in horizontaler Richtung parallel zur Achse des Walzdorns zurücklegt. Diese Distanz entspricht dem doppelten Abstand des Kurbelzapfens von der Drehachse. Wird die Drehbewegung des Kurbelzapfens im einfachsten Fall direkt mittels der Schubstange auf das Walzgerüst übertragen, so ist der translatorische Walzgerüsthub gleich der maximale Distanz, welche der Kurbelzapfen in horizontaler Richtung parallel zur Achse des Walzdorns zurücklegt. Durch Ändern des Abstands des Kurbelzapfens von der Drehachse des Kurbeltriebs kann somit direkt der Walzgerüsthub eingestellt und dem herzustellenden Rohrtyp angepasst werden. Auch im Falle einer Übertragung der Drehbewegung des Kurbeltriebs auf das Walzgerüst mittels einer aufwendigeren Mechanik, welche mehr beweglichen Teile als nur die Schubstange umfasst, ist der Walzgerüst zumindest abhängig vom Abstand des Kurbelzapfens von der Drehachse des Kurbeltriebs.
Unter einer Kurbelwelle im Sinne der vorliegenden Anmeldung wird jede Art von Welle mit einem konzentrisch daran angeordneten Kurbelzapfen zur Aufnahme der Schubstange verstanden. Insbesondere fällt unter eine Kurbelwelle im Sinne der vorliegenden Anmeldung eine konventionelle Konstruktion mit drehbar gelagerten Wellenzapfen, welche die Drehachse definieren, sowie einer oder mehreren die Wellenzapfen und den Kurbelzapfen verbindenden Kurbelwangen. Darüber hinaus wird unter einer Kurbelwelle im Sinne der vorliegenden Anmeldung aber insbesondere auch ein Kurbel- bzw. Schwungrad verstanden, welches auf einer Achse drehbar gelagert ist, wobei an dem Rad selbst der Kurbelzapfen exzentrisch zur Drehachse befestigt ist.
Eine solche Ausgestaltung der Kurbelwelle als Schwungrad weist eine Reihe von Vorteilen auf. Zum einen sind die Montage und Instandhaltung deutlich vereinfacht, zum anderen lässt sich mit Hilfe einer als Schwungrad ausgestalteten Kurbelwelle die Kurbelwelle als zusätzliche Schwungmasse nutzen, die für eine verbesserte Laufruhe des Walzgerüsts sorgt.
Der Kurbeltrieb wird vorteilhafterweise von einem Torque- oder Hohlwellenmotor angetrieben. Hierbei kann die Kurbelwelle, beispielweise ein Schwungrad, direkt, d.h. ohne Getriebe angetrieben werden, wodurch Reibungsverluste und Verschleißerscheinungen reduziert werden.
In einer Ausführungsform ist der radiale Abstand des ersten Endes der Schubstange von der Drehachse in diskreten Schritten oder kontinuierlich einstellbar.
Eine Ausführungsform, bei der der radiale Abstand in diskreten Schritte einstellbar ist, ist insbesondere zweckmäßig, wenn unterschiedliche Rohre standardisierten Typs mit derselben Kaltpilgerwalzanlage hergestellt werden sollen. In diesem Fall sind die diskreten Schritte den entsprechenden Standards für den Rohrdurchmesser und die Wandstärke angepasst, sodass eine Materialwelle in einem vorbestimmten Größenbereich von den Walzen erzeugt wird, welcher auf die konkreten Leistungsdaten der Anlange möglichst optimal abgestimmt ist.
Eine kontinuierliche Einstellbarkeit ist demgegenüber insbesondere zweckmäßig, wenn sehr unterschiedliche Rohre, insbesondere auch individuelle Spezialanfertigungen, mit derselben Anlage hergestellt werden sollen. Zudem bietet eine kontinuierliche Einstellbarkeit die Möglichkeit einer präzisen Feinabstimmung des Walzgerüsthubs.
In einer Ausführungsform weist der Kurbeltrieb eine Mehrzahl von Aufnahmen für den Kurbelzapfen zur Befestigung des ersten Endes der Schubstange auf, wobei die Aufnahmen in voneinander verschiedenen radialen Abständen zu der Drehachse angeordnet sind.
Durch eine Mehrzahl von Aufnahmen für den Kurbelzapfen, kann die relative Position des Kurbelzapfens zu der Drehachse entsprechend den radialen Abständen der Aufnahmen in diskreten Schritten frei gewählt werden.
In einer Ausführungsform sind die Aufnahmen für den Kurbelzapfen in radialer Richtung auf einer Geraden angeordnet.
Bei einer Anordnung der Aufnahmen auf einer Geraden, kann die Position des Kurbelzapfens entlang dieser Geraden in diskreten Schritten frei gewählt werden. Weist der Kurbeltrieb auch eine Ausgleichsmasse auf, so kann durch diese Anordnung beispielweise sichergestellt werden, dass auch bei einer Veränderung der Position des Kurbelzapfens die Ausgleichsmasse weiterhin in vorteilhafter Weise von dem Kurbelzapfen um etwa 180° versetzt relativ zur Drehachse angeordnet bleibt.
In einer Ausführungsform sind die Abstände zwischen benachbarten Aufnahmen für den Kurbelzapfen gleich groß.
Durch gleichgroße Abstände zwischen benachbarten Aufnahmen für den Kurbelzapfen wird erreicht, dass die Einstellung des Walzgerüsthubs in diskreten Schritten identischer Schrittlänge gewählt werden kann.
In einer Ausführungsform sind die Abstände zwischen benachbarten Aufnahmen für den Kurbelzapfen zumindest teilweise unterschiedlich groß.
Unterschiedliche Abstände zwischen benachbarten Aufnahmen sind insbesondere dann zweckmäßig, wenn der Walzgerüsthub für Rohre unterschiedlichen Typs einstellbar sein soll, wobei die Unterschiede zwischen den jeweiligen zweckmäßigen Hüben nicht identisch sind. Dies kann insbesondere interessant sein, wenn sich die entsprechenden Standards für die Rohrdurchmesser und Wandstärken für die unterschiedlichen Rohrtypen nicht gemäß einer linearen Funktion voneinander unterscheiden.
In einer Ausführungsform der Kaltpilgerwalzanlage weist der Kurbeltrieb ein Durchgangsloch mit einem zumindest abschnittsweise drehsymmetrischen, aber nicht-rotationssymmetrischen Querschnitt zur Aufnahme des Kurbelzapfens auf, wobei der Kurbelzapfen so ausgestaltet ist, dass er einen Grundkörper mit einer Vorder- und einer Rückseite, einen an der Vorderseite angeordneten Zapfenabschnitt und einen an der Rückseite angeordneten Sicherungsabschnitt aufweist, wobei der Grundkörper einen Querschnitt aufweist, der zumindest abschnittsweise komplementär zu dem Querschnitt des Durchgangslochs ausgestaltet ist, so dass der Grundkörper verdrehsicher und formschlüssig in dem Durchgangsloch aufgenommen ist, wobei der Zapfenabschnitt exzentrisch an dem Grundkörper angeordnet ist, so dass der Zapfenabschnitt durch Drehen des Grundkörpers vor dem Einführen in das Durchgangsloch in verschiedenen radialen Abständen von der Drehachse des Kurbeltriebs anordenbar ist, wobei an dem Zapfenabschnitt das erste Ende der Schubstange so befestigt ist, dass die Schubstange um die Längsachse des Zapfenabschnitts drehbar ist, und wobei an dem Sicherungsabschnitt ein Sicherungselement angeordnet ist, so dass der Kurbelzapfen gegen ein Herausziehen aus dem Durchgangsloch gesichert ist.
Unter Drehsymmetrie wird im Sinne der vorliegenden Anmeldung eine Symmetrie verstanden, bei welcher eine Drehung des Grundkörpers um einen gewissen Winkel um eine Gerade (Drehachse, Symmetrieachse) den Grundkörper wieder mit sich selbst zur Deckung bringt. Davon zu unterscheiden ist im Sinne der vorliegenden Anmeldung eine Rotationssymmetrie, bei welcher eine Drehung um jeden beliebigen Winkel ein Objekt wieder mit sich selbst zur Deckung bringt.
Die drehsymmetrische, aber nicht-rotationssymmetrische Ausgestaltung des Grundkörpers hat zur Folge, dass dieser nur in diskreten Schritten (nach dem Herausnehmen aus dem Durchgangsloche) verdreht wider in das Durchgangsloch einsetzbar ist. Auf diese Weise wird insbesondere eine Verdrehsicherung des Grundkörpers gegenüber dem kurbeltrieb gewährleistet.
Eine exzentrische Anordnung des Zapfenabschnitts an dem Grundkörper bedeutet in diesem Sinne, dass der Zapfenabschnitt nicht mit der Symmetrieachse des Grundkörpers zusammenfällt. Anderenfalls hätte eine Verdrehung des Grundkörpers gegenüber dem Durchgangsloch keine Änderung des Abstands des Zapfenabschnitts von der Drehachse des Kurbeltriebs zur Folge.
Denkbar sind darüber hinaus auch andere korrespondierende Ausgestaltungen der Grundrisse von Aufnahme und Kurbelzapfen, welche spiegelsymmetrisch zu einer Mittelachse des Grundrisses sind, jedoch nicht rotationssymmetrisch zu einer 90°-Rotation um dessen Mittelpunkt. Unter einem Mittelpunkt in diesem Sinne ist der Schwerpunkt der Grundrissfläche zu verstehen. Eine Mittelachse in diesem Sinne ist eine beliebige Gerade durch den Schwerpunkt der Grundrissfläche, welche den Grundriss in zwei Abschnitte gleiche Flächengröße unterteilt.
Dabei sind in einer Ausführungsform das Durchgangsloch und der Grundkörper des Kurbelzapfens zumindest abschnittsweise mit einem elliptischen Querschnitt ausgestaltet.
Ein elliptischer Querschnitt der als Durchgangsloch ausgestalteten Aufnahme sowie des Grundkörpers des Kurbelzapfens, hat zur Folge, dass der Kurbelzapfen nur mit zwei möglichen Ausrichtungen in die Aufnahme eingebracht werden kann. Diese beiden Ausrichtungen unterscheiden sich durch eine 180°-Drehung des Kurbelzapfens um seine Längsachse. Somit stellt bereits eine dieser Ausführungsform entsprechende Aufnahme mit einem korrespondierend ausgestalten Kurbelzapfen zwei mögliche Abstände des Kurbelzapfens, genauer gesagt des Zapfenabschnitts, von der Drehachse des Kurbeltriebs bereit. Dieser Abstandsunterschied ergibt sich aus dem Abstand des Zapfenabschnitts von der Nebenachse der Ellipse und ist gleich dem doppelten Abstand von der Nebenachse. In einer Ausführungsform ist daher der Zapfenabschnitt, vorzugsweise auf der Hauptachse, in einem Abstand von der Nebenachse des elliptischen Querschnitts angeordnet ist.
In einer weiteren Ausführungsform ist die Hauptachse des elliptischen Querschnitts des Durchgangslochs in radialer Richtung des Kurbeltriebs ausgerichtet ist.
Auch ist es denkbar, dass die Hauptachse des elliptischen Querschnitts des Durchgangslochs in einer anderen Richtung, als der Radialen ausgerichtet ist. Im Allgemeinen können die Hauptachsen einzelner Aufnahmen überdies auch in unterschiedlicher Richtung ausgerichtet sein. Allerdings bietet eine radiale Ausrichtung einer Aufnahme, d.h. von deren Grundrisshaupt- bzw. Grundrisslängsachse, die Möglichkeit einer größtmöglichen Variation des Abstands des Zapfenabschnitts von der Drehachse des Kurbeltriebs. Darüber hinaus bietet eine identische Ausrichtung der Hauptachsen der einzelnen Aufnahmen die Möglichkeit einer Variation der Abstände des Zapfenabschnitts von der Drehachse in diskreten Schritten gleicher oder zumindest teilweise gleicher Schrittweite.
In einer weiteren Ausführungsform ist daher das Durchgangsloch in axialer Richtung verjüngt und der Grundkörper weist eine dazu komplementäre Verjüngung auf.
Die Verjüngung des Durchgangsloch und eine korrespondieren Ausgestaltung des Kurbelzapfens, genauer gesagt seines Grundkörpers, ermöglichen eine formschlüssige Verbindung zwischen Durchgangsloch und Kurbelzapfen, welche den Kurbelzapfen gegen ein vollständiges Verschieben durch die Durchgangsloch hindurch sichert. Zudem bleibt trotz des aufgrund der Durchgangsloch bedingten Materialverlustes die Stabilität des Kurbeltriebs gewährleistet.
Es verbleibt nur noch die Notwendigkeit einer Sicherung gegen ein Herausziehen aus dem Durchgangsloch, um eine unbewegliche Fixierung des Zapfens zu gewährleiten. Dies kann durch beliebige aus dem Stand der Technik bekannte, an dem Sicherungsabschnitt anbringbare Sicherungselemente erfolgen. Insbesondere kann dies eine mittels Schraubverbindung befestigte Sicherungsmutter, eine mittels Schraubverbindung befestigte Sicherungsschraube oder ein in den Sicherungsabschnitt ein- oder auf diesen aufgeschobener Sicherungssplint sein.
In einer Ausführungsform weist die Kaltpilgerwalzanlage eine Befestigungseinrichtung zum lösbaren Befestigen der Ausgleichsmasse auf.
Eine Änderung des Abstands des Kurbelzapfens von der Drehachse des Kurbeltriebs führt zu einer Änderung des auf den Kurbeltrieb wirkenden Trägheitsmoments, welches durch die Schubstange und das Walzgerüst hervorgerufen wird. Um einen gleichmäßigen Lauf der oszillierenden Bewegung des Walzgerüstes zu gewährleiten und somit eine hohe Qualität des ausgewalzten Rohres sicherzustellen, gilt es in daher, einen möglichst ruhigen Lauf des Kurbeltriebs frei von freien Kräften oder Momenten sicher zu stellen. Hierzu ist es zweckmäßig, dass die Ausgleichsmasse lösbar an dem Kurbeltrieb befestigt ist.
Dabei kann bei einer Ausführungsform die Ausgleichsmasse austauschbar an der Kurbelwelle befestigt sein, sodass sich die Masse der Ausgleichsmasse variieren lässt, d. h. in Abhängigkeit von der Position des Kurbelzapfens die Ausgleichsmasse gegen eine andere Ausgleichsmasse getauscht wird. Oder es lässt sich bei einer Ausführungsform die Position der Ausgleichsmasse in Bezug auf ihren radialen Abstand von der Drehachse des Kurbeltriebs und/oder in Bezug auf den Winkelabstand von dem Kurbelzapfen einstellen, d. h. es wird dieselbe Ausgleichsmasse beibehalten und lediglich deren Position an dem Kurbeltrieb entsprechend der Positionsänderung des Kurbelzapfens angepasst.
Dabei ist es zweckmäßig, wenn der Kurbeltrieb als Schwungrad ausgestaltet ist und in einer Richtung parallel zur Drehachse eine Breite aufweist, wobei die Ausgleichsmasse innerhalb der Breite des Schwungrades angeordnet ist.
Insbesondere ist es dabei zweckmäßig, wenn die Ausgleichsmasse und der Kurbelzapfen mit der Schubstange in Richtung der Drehachse voneinander beabstandet angeordnet sind.
In einer Ausführungsform ist der radiale Abstand der Ausgleichsmasse von der Drehachse einstellbar, insbesondere in diskreten Schritten oder kontinuierlich einstellbar.
Eine Einstellbarkeit der Position der Ausgleichsmasse in diskreten Schritten bietet sich insbesondere zum Ausgleich einer entsprechenden Einstellbarkeit des Kurbelzapfens in diskreten Schritten an. Demgegenüber bietet sich eine kontinuierliche Einstellbarkeit der Position der Ausgleichsmasse bei einer entsprechend kontinuierlichen Einstellbarkeit der Kurbelzapfenposition an. Darüber hinaus ist eine kontinuierliche Einstellbarkeit insbesondere dann zweckmäßig, wenn es auf eine Feinabstimmung der Position der Ausgleichsmasse ankommt.
In einer Ausführungsform weist der Kurbeltrieb eine Mehrzahl von Befestigungseinrichtungen zum lösbaren Befestigen der Ausgleichsmasse auf, wobei die Befestigungseinrichtungen in voneinander verschiedenen radialen Abständen zu der Drehachse angeordnet sind.
Eine Mehrzahl von Befestigungseinrichtungen zum lösbaren Befestigen der Ausgleichsmasse ermöglicht es, dass die Position der Ausgleichsmasse relativ zu der Drehachse entsprechend den radialen Abständen der Befestigungseinrichtungen in diskreten Schritten frei gewählt werden kann. Dabei können die Befestigungseinrichtungen jeweils insbesondere aus einer oder mehreren Aufnahmen zur Aufnahme eines oder mehrerer Befestigungselemente bestehen, beispielsweise aus einer Durchgangsloch mit Innengewinde, in welche eine Befestigungsschraube als Befestigungselement eingeschraubt wird, oder auch eine gewindelose Durchgangsloch, in welche ein stabförmiges Befestigungselement eingebracht und beidseitig gegen ein Verschieben gesichert wird.
In einer Ausführungsform ist der Kurbeltrieb in Form eines Schwungrads ausgestaltet.
Bei einer Ausgestaltung des Kurbeltriebs, genauer gesagt der Kurbelwelle, als Schwungrad kann das Rad selbst als Schwungmasse aber auch als Ausgleichsmasse (bei entsprechend inhomogener Massenverteilung) dienen.
In einer Ausführungsform ist der kürzeste Abstand zwischen einer Extremposition des Vorschubspannschlittens und einer Umkehrposition des Walzgerüsts einstellbar, indem die Extremposition des Vorschubspannschlittens einstellbar ist.
Bei eine Änderung des Walzgerüsthubs kann zusätzlich eine korrespondierende Änderung der Positionierung bzw. Anordnung des Vorschubspannschlittens, insbesondere von dessen Extrempositionen, zweckmäßig sein. Zum einen kann eine deutliche Vergrößerung des Walzgerüsthubs zu der Gefahr eines Zusammenstoßes des Walzgerüsts mit einem benachbartem Vorschubspannschlitten führen. Diese Gefahr kann dadurch gebannt werden, dass die Position des Vorschubspannschlittens, insbesondere dessen dem Walzdorn nächstgelegene Extremposition, einstellbar ist. Dadurch ändert sich auch die relative Positionierung dieser Extremposition zu den Umkehrpositionen des Walzgerüsts, insbesondere der Minimalabstand zwischen dieser Extremposition und der nächstgelegenen Umkehrposition.
Darüber hinaus ist es auch für die Stabilität der Rohrführung zweckmäßig, dass dieser Minimalabstand, d. h. der Minimalabstand zwischen einer dem Walzdorn nächstgelegenen Extremposition und einer nächstgelegenen Umkehrposition, einstellbar ist. Wird der Walzgerüsthub deutlich verkleinert, so wird dieser Minimalabstand entsprechend vergrößert. Ein zu großer Minimalabstand birgt aber die Gefahr einer ungewollten Verformung der Luppe, wenn der Vorschubspannschlitten beim Auswalzen der Luppe, die auf die Luppe übertragenen Kräfte, infolge des zu großen Abstands nur noch teilweise aufnimmt. Zudem kann das Rohr im Zuge des Auswalzprozesses in Schwingung versetzt werden, ohne dass diese von dem Vorschubspannschlitten ausreichend absorbiert werden.
In einer Ausführungsform ist die Extremposition in diskreten Schritten oder kontinuierlich einstellbar.
Eine Einstellbarkeit der Extremposition in diskreten Schritten bietet sich insbesondere bei einer korrespondierenden Einstellbarkeit des Walzgerüsthubs in diskreten Schritten in Folge einer entsprechenden Einstellbarkeit des Kurbelzapfenabstands von der Drehachse an. Eine kontinuierliche Einstellbarkeit ist demgegenüber insbesondere im Falle einer entsprechenden kontinuierlichen Einstellbarkeit des Walzgerüsthubs zweckmäßig. Darüber hinaus ist eine kontinuierliche Einstellbarkeit der Extremposition des Vorschubspannschlittens insbesondere für eine Feinabstimmung der Abstände zu den Umkehrpositionen des Walzgerüsts zweckmäßig.
Die oben genannte Aufgabe wird erfindungsgemäß auch durch ein Verfahren zum Umformen einer Luppe zu einem Rohr gelöst mit den Schritten: Bereitstellen einer Kaltpilgerwalzanlage mit einem Paar von Walzen, die drehbar an einem Walzgerüst befestigt sind, und einem Walzdorn als Werkzeug sowie einem Vorschubspannschlitten mit der darin aufgenommenen Luppe, Bewegen des Vorschubspannschlittens zwischen einer ersten und einer zweiten Extremposition derart, dass sich die Luppe schrittweise in Richtung auf das Werkzeug zu bewegt, Umformen der Luppe zu einem Rohr unter Verwendung des Werkzeugs, wobei eine Drehbewegung eines Kurbeltriebes in eine Translationsbewegung des Walzgerüsts zwischen einer ersten und einer zweiten Umkehrposition umgesetzt wird, wobei der Kurbeltrieb um eine Drehachse drehbar gelagert auf einer Antriebswelle angeordnet ist, eine Ausgleichsmasse in einem radialen Abstand von der Drehachse an dem Kurbeltrieb befestigt ist, und eine Schubstange mit einem ersten und einem zweiten Ende so angeordnet ist, dass das erste Ende der Schubstange in einem radialen Abstand von der Drehachse um einen Kurbelzapfen drehbar an dem Kurbeltrieb und das zweite Ende der Schubstange an dem Walzgerüst befestigt ist, wobei das Verfahren weiterhin den Schritt aufweist: Einstellen des Abstands zwischen den beiden Umkehrpositionen der Translationsbewegung des Walzgerüsts mittels Einstellen des radialen Abstands des ersten Endes der Schubstange von der Drehachse.
In einer Ausführungsform des Verfahrens weist der Kurbeltrieb zudem ein Durchgangsloch mit einem zumindest abschnittsweise drehsymmetrischen aber nicht rotationssymmetrischen Querschnitt zur Aufnahme des Kurbelzapfens auf, wobei der Kurbelzapfen so ausgestaltet ist, dass er einen Grundkörper mit einer Vorder- und einer Rückseite, einen an der Vorderseite angeordneten Zapfenabschnitt und einen an der Rückseite angeordneten Sicherungsabschnitt aufweist, wobei der Grundkörper einen Querschnitt aufweist, der zumindest abschnittsweise komplementär zu dem Querschnitt des Durchgangslochs ausgestaltet ist, so dass der Grundkörper verdrehsicher und formschlüssig in dem Durchgangsloch aufnehmbar ist, wobei der Zapfenabschnitt exzentrisch an dem Grundkörper angeordnet ist, wobei an dem Zapfenabschnitt das erste Ende der Schubstange so befestigt ist, dass die Schubstange um die Längsachse des Zapfenabschnitts drehbar ist, wobei an dem Sicherungsabschnitt ein Sicherungselement angeordnet ist, so dass der Kurbelzapfen (19) gegen ein Herausziehen gesichert ist, und wobei der Schritt des Einstellens des radialen Abstands des ersten Endes der Schubstange von der Drehachse, folgende Teilschritte aufweist: Lösen des Sicherungselements, Herausziehen des Kurbelzapfens aus dem Durchgangsloch, Drehen des Kurbelzapfens um eine Längsachse des Kurbelzapfens, Wiedereinbringen des Kurbelzapfens in das Durchgangsloch und Befestigen des Sicherungselements.
Soweit zuvor Aspekte der Erfindung im Hinblick auf eine Kaltpilgerwalzanlage beschrieben wurden, so gelten diese auch für das entsprechende Verfahren zum Umformen einer Luppe zu einem Rohr und umgekehrt. Soweit das Verfahren mit einer Kaltpilgerwalzanlage gemäß dieser Erfindung ausgeübt wird, so weist diese die entsprechenden Einrichtungen hierfür auf. Insbesondere sind Ausführungsformen der Kaltpilgerwalzanlage auch zum Ausführen der beschriebenen Ausführungsformen des Verfahrens geeignet.
Weitere Vorteile, Merkmale und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden Erfindung werden deutlich anhand der folgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen und der zugehörigen Figuren. Es zeigen:
1 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Kaltpilgerwalzanlage in einer Seitenansicht,
2 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Kurbeltriebs mit Antrieb, Schubstange und Walzgerüst in einer Seitenansicht.
3 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Schwungrads in einer Ansicht in Richtung der Drehachse, sowie
4a und 4b schematische Darstellungen eines Schwungrads mit elliptischem Kurbelzapfen in einer Ansicht in Richtung der Drehachse bzw. als Querschnittsansicht.
In 1 ist schematisch der Aufbau einer Kaltpilgerwalzanlage in einer Seitenansicht dargestellt. Die Walzanlage umfasst ein Walzgerüst 1 mit zwei Walzen 2, 3, einem kalibrierten Walzdorn 4 sowie in der gezeigten Ausführungsform zwei Spanneinrichtungen 31, 32 mit jeweils einem Spannfutter 41, 42, wobei die Spannbackenträger der Spannfutter jeweils keilförmig ausgestaltet sind. Die Walzen 2, 3 bilden zusammen mit dem Walzdorn 4 das Werkzeug der Kaltpilgerwalzanlage im Sinne der vorliegenden Anmeldung. Anzumerken ist, dass in 1 mit dem Bezugszeichen 4 die Position des genaugenommen nicht zu sehenden Walzdorns innerhalb der Luppe 11 bezeichnet ist.
Die Spannfutter 41, 42 sind im Wesentlichen identisch und unterscheiden sich lediglich durch die Dimensionierung ihrer Spannbackenträger, welche so bemessen sind, dass sie unterschiedliche Nenndurchmesser klemmen können.
Das an dem Vorschubspannschlitten 52 montierte Spannfutter 42 klemmt die Luppe 11 vor dem Walzgerüst 1 als Einlaufspannfutter und gewährleisten den Vorschub der Luppe 11 über den Walzdorn 4. Die Vorschubeinrichtung 51 mit Spannfutter 41 nimmt als Auslaufspannfutter das fertig reduzierte Rohr 60 auf und schiebt es aus der Anlage heraus.
Während des Kaltpilgerns auf der in 1 gezeigten Walzanlage erfährt die Luppe 11 angetrieben durch den Vorschubspannschlitten 52 einen schrittweisen Vorschub in Richtung auf den Walzdorn 4 zu bzw. über diesen hinweg. Die Walzen 2, 3 werden drehend über den Dorn 4 und damit über die Luppe 11 horizontal hin- und herbewegt. Dabei wird die Horizontalbewegung der Walzen 2, 3 in einer Richtung parallel zur Ache des Walzdorns 4 durch das Walzgerüst 1 vorgegeben, an dem die Walzen 2, 3 drehbar gelagert sind. Das Walzgerüst 1 wird mit Hilfe eines Kurbeltriebs 10 über eine Schubstange 6 in einer Richtung parallel zur Achse des Walzdorns 4 hin- und herbewegt. Die Walzen 2, 3 selbst erhalten ihre Drehbewegung dabei durch eine relativ zum Walzgerüst 1 feststehende Zahnstange (nicht gezeigt), in die fest mit den Walzenachsen verbundene Zahnräder (nicht gezeigt) eingreifen. Die Schubstange 6 weist ein erstes, an dem Kurbeltrieb 10 drehbar angeordnetes, und ein zweites, an dem Walzgerüst 1 drehbar angeordnetes, Ende 16, 17 auf. Der Kurbeltrieb 10, genauer gesagt die Kurbelwelle, besitzt in der gezeigten Ausführungsform die Form eines Schwungrads. An dem Schwungrad 10 ist ein Antriebsrad 29 angeordnet, welches wiederum von einem Torquemotor (nicht gezeigt) angetrieben wird und so das Schwungrad 10 in Drehung versetzt.
Der Kurbelzapfen 19 ist an dem Schwungrad 10 in einer Aufnahme 14 lösbar befestigt. Das Schwungrad 10 weist eine Mehrzahl von solchen radial auf einer Geraden angeordneten Aufnahmen 14 auf. Somit kann der Abstand 8 der Kurbelzapfen 19 und mit ihm des ersten Endes 16 der Schubstange 6 von der Drehachse 18 des Schwungrads 10 in diskreten Schritten frei gewählt werden. Darüber hinaus weist das Schwungrad noch eine Mehrzahl von Aufnahmen auf, welche radial auf einer Geraden angeordnet sind und als Befestigungseinrichtungen 15 dienen. Mit diesen Befestigungseinrichtungen 15 können eine oder mehrere Ausgleichsmassen 9 an dem Schwungrad 10 lösbar befestigt werden. Somit kann bei der dargestellten Ausführungsform auch der Abstand 7 der Ausgleichsmasse 9 von der Drehachse 18 des Schwungrads 10 in diskreten Schritten frei gewählt werden.
Der Vorschub der Luppe 11 über den Dorn 4 erfolgt jeweils an den Umkehrpunkten U₁, U₂ des Walzgerüsts 1 mit Hilfe des Vorschubspannschlitten 52, welcher die Luppe 11 mit Hilfe des Futter 42 greift und eine Translationsbewegung in einer Richtung parallel zur Achse des Walzdorns 4 ermöglichen. Dabei bewegt sich der Vorschubschlitten zwischen zwei Extrempositionen E₁, E₂ hin und her. Das Walzgerüst 1 weist zwei Walzen 2, 3 auf, wobei die beiden übereinander angeordneten Walzen 2, 3 das sogenannte Pilgermaul bilden und zwischen sich die Rohrmittelachse des zu walzenden Rohres 60 festlegen. Die Drehachse 18 des Schwungrads 10 ist unter der Rohrmittelachse angeordnet. Die beiden kalibrierten Walzen 2, 3 im Walzgerüst 1 drehen sich entgegen der Vorschubrichtung des Vorschubspannschlittens 52. Das von den Walzen gebildete Pilgermaul erfasst die Luppe 11 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 60 wieder freigibt. Während des Walzens bewegt sich das Walzgerüst 1 mit den daran befestigten Walzen 2, 3 entgegen der Vorschubrichtung der Luppe 11.
Mit Hilfe des Vorschubspannschlittens 52 wird die Luppe 11 nach dem Erreichen des Leerlaufkalibers der Walzen 2, 3 um einen weiteren Schritt auf den Walzdorn 4 hin vorgeschoben. Die Walzen 2, 3 kehren mit dem Walzgerüst 1 in ihre horizontale Ausgangslage zurück. Gleichzeitig erfährt die Luppe 11 eine Drehung um ihre Achse, um eine gleichmäßige Form des fertigen Rohres 60 zu erreichen. Durch mehrfaches Überwalzen jedes Rohrabschnitts wird eine gleichmäßige Wanddicke und Rundheit des Rohres 60 sowie gleichmäßige Innen- und Außendurchmesser erreicht.
2 zeigt eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Antriebseinheit (6, 10, 29) für das Walzgerüst 1 einer Kaltpilgerwalzanlage in einer schematischen Detailansicht von der Seite.
Das Walzgerüst 1 der Kaltpilgerwalzanlage wird so angetrieben, dass es sich in einer Bewegungsrichtung parallel zur Achse des Walzdorns 4 linear oszillierend hin- und herbewegt. Zur Erzeugung einer solchen linear oszillierenden Bewegung des Walzgerüsts 1, wird ein Kurbeltrieb 10 verwendet, welcher aus einer Kurbelwelle besteht, an welcher eine Schubstange 6 befestigt ist. Die Schubstange 6 weist ein erstes und ein zweites Ende 16, 17 auf. In der dargestellten Ausführungsform ist die Kurbelwelle als Schwungrad 10 ausgestaltet, welches um eine Drehachse 18 drehbar ist.
An dem Schwungrad 10 ist exzentrisch ein Kurbelzapfen 19 befestigt, an welchem wiederum mit Hilfe eines Lagers eine Schubstange 6 verschwenkbar angeordnet ist. Während das erste Ende 16 der Schubstange 6 damit an dem Schwungrad 10 bzw. dessen Kurbelzapfen 19 festgelegt ist, ist das zweite Ende 17 der Schubstange 6 mit Hilfe eines Lagers verschwenkbar an dem Walzgerüst 1 befestigt. Auf diese Weise führt eine Drehung des Schwungrades 10 zu einer linear oszillierenden Bewegung des Walzgerüsts 1 in der Bewegungsrichtung 3 parallel zu der Achse des Walzdorns. Das Schwungrad 10 weist zudem eine nicht rotationssymmetrische Massenverteilung auf, welche dadurch bereitgestellt wird, dass an dem Schwungrad 10 eine Ausgleichsmasse 9 exzentrisch befestigt ist.
Der Kurbelzapfen 19 ist in einer Aufnahme 14 an dem Schwungrad 10 lösbar befestigt. Dabei weist das Schwungrad 10 eine Mehrzahl von radial auf einer Geraden angeordneten Aufnahmen 14 auf, sodass der Abstand 8 der Kurbelzapfen 19 und mit ihm des ersten Endes 16 der Schubstange 6 von der Drehachse 18 des Schwungrads 10 in diskreten Schritten frei gewählt werden kann. Ebenso weist das Schwungrad eine Mehrzahl von radial auf einer Geraden angeordneten Befestigungseinrichtungen 15 in Form von Aufnahmen auf, mit denen eine oder mehrere Ausgleichsmassen 9 an dem Schwung 10 lösbar befestigt werden können. Somit kann bei der dargestellten Ausführungsform auch der Abstand 7 der Ausgleichsmasse 9 von der Drehachse 18 des Schwungrads 10 in diskreten Schritten frei gewählt werden.
Das Schwungrad 10 ist in der dargestellten Ausführungsform als Zahnrad ausgeführt. Dieses kämmt mit einem Antriebsrad 29, welches wiederum von einem Torquemotor (nicht gezeigt) angetrieben wird und so das Schwungrad 10 in Drehung versetzt.
Die in dem Walzgerüst 1 aufgenommenen Walzen definieren die Lage der Mittelachse 30 des zu walzenden Rohres 60. Die gewählte Konstruktion weist den generelle Vorteile auf, dass die Nähe der Drehachse 18 des Schwungrades 4 zur Mittelachse 16 des Rohres 60 es erlaubt einen vergleichsweise flachen Winkel zwischen der Schubstange 6 und der Translationsrichtung 3 des Walzgerüsts 1 zu realisieren. Dies führt zu einem gleichmäßigeren Lauf des Walzgerüsts 1 und damit zu einem geringeren Verschleiß seiner Führungselemente.
3 zeigt eine schematische Ansicht eines Schwungrads 10 als Kurbeltrieb von vorne, d.h. in Richtung der Drehachse 18, welches eine Mehrzahl von Aufnahmen 14 zur lösbaren Befestigung eines Kurbelzapfens 19 an dem Schwungrad 10 aufweist. Das Schwungrad 10 ist rotationssymmetrisch zu seiner Drehachse 18. Die Aufnahmen 14 für den Kurbelzapfen 19 sind in disktreten Schritten mit identischen Schrittlängen radial entlang einer Geraden angeordnet. Um 180° relativ zur Drehachse 18 versetzt ist eine weitere Mehrzahl von Befestigungseinrichtungen 15 in Form von Aufnahmen angeordnet. Diese Befestigungseinrichtungen 15 dienen der Befestigung einer Ausgleichsmasse 9 an dem Schwungrad. Denkbar wäre im Allgemeinen auch ein Befestigen mehrerer Ausgleichsmassen 9 an verschiedenen Befestigungseinrichtungen 15. Auch die Befestigungseinrichtungen 15 sind radial entlang einer Geraden in diskreten Schritten mit identischer Schrittweite verteilt angeordnet.
Mittels der dargestellten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Schwungrads 10 kann der Abstand 8 des Kurbelzapfens 19 und damit des ersten Endes der Schubstange 6 von der Drehachse 18 des Kurbeltriebs 10 in einer einfachen und kostengünstiger Weise in diskreten Schritten mit identischer Schrittweite variiert werden. Somit wird auch der Hub des Walzgerüsts 1 in entsprechender Weise in diskreten Schritten mit identischer Schrittweite variiert. Wird die Positionsänderung nicht in direkter Weise auf das Walzgerüst 1 übertragen, wie dies in den in 1 und 2 gezeigten Ausführungsformen einer erfindungsgemäßen Kaltpilgerwalzanlage der Fall ist, so kann abhängig von der Ausgestaltung der Übertragungsmechanik auch eine Variation der Kurbelzapfenposition mit identischen Schrittweiten eine Variation des Walzgerüsthubs mit nicht identischen Schrittweitern zur Folge haben.
In 4a ist die erfindungsgemäße Ausführungsform eines Schwungrads 10 in einer Ansicht in Richtung der Drehachse 18 zu sehen. Das Schwungrad 10 weist eine Aufnahme 14 für einen Kurbelzapfen 19 auf, die einen elliptischen Querschnitt besitzt. Die Aufnahme 14 ist als ein Durchgangsloch 24 mit einer Vorder- und einer Rückseite 25, 26 ausgestaltet. Der in dem Durchgangsloch 24 angeordnete Kurbelzapfen 19 weist einen korrespondierenden, elliptischen Querschnitt auf. Der Zapfenabschnitt 21 des Kurbelzapfens 19 ist von der Nebenachse des elliptischen Querschnitts beabstandet angeordnet. Die Längsachse des elliptischen Durchgangslochs 24 und somit auch des elliptischen Kurbelzapfens 19, wenn dieser in die Durchgangsloch 24 eingebracht ist, sind in radialer Richtung des Schwungrads 10 ausgerichtet.
Der Kurbelzapfen 19 lässt sich in zwei möglichen Positionen bzw. Ausrichtungen in das Durchgangsloch 24 einbringen. Diese beiden Positionen unterscheiden sich durch eine 180°-Drehung um den Mittelpunkt des elliptischen Querschnitts. Somit variiert der Abstand 27 des Zapfenabschnitts 21 von der Drehachse 18 des Schwungrads 10 in Abhängigkeit davon, ob die erste oder zweite Position gewählt wird. Durch diese Ausgestaltung von Durchgangsloch 24 und Kurbelzapfen 19 lassen sich in einer Form zwei Abstände 27 des Zapfenabschnitts 21 und somit des ersten Endes 16 der Schubstange 6 von der Drehachse 18 des Schwungrads 10 realisieren.
Durch die längliche Erstreckung des Kurbelzapfens 19 in Richtung der Längsachse des elliptischen Querschnittes wird eine hohe Verdrehsicherheit des Kurbelzapfens 19 in dem Durchgangsloch 24 gewährleistet. Dies ist insbesondere zweckmäßig, da mittels des Kurbeltriebs 10 und des durch den Kurbelzapfen 19 daran befestigten Schwungrads 6 im Allgemeinen große Drehmomente in eine lineare Kraft in Translationsrichtung des Walzgerüsts umzuwandeln sind, was zu einer hohen Beanspruchen der entsprechenden Verbindungselemente und insbesondere des Kurbelzapfens 19 führt.
4b ist eine Querschnittsansicht einer erfindungsgemäßen Ausführungsform eines Schwungrads 10 mit Kurbelzapfen 19, wie sie in 4a gezeigt ist. Zu sehen ist die sich in Richtung der Drehachse 18 des Schwungrads 10 nach hinten zu verjüngende Form des Durchgangslochs 24, sowie die korrespondierende Form des Grundkörpers 20 des Kurbelzapfens 19. Der mittlere Grundkörper 20 weist dabei eine Vorder- und eine Rückseite 25, 26 auf. Ein Sicherungsabschnitt 22 ragt rückseitig 26 aus der Aufnahme 14 des Schwungrads 10 heraus und ist mit einem Sicherungselement 23 gesichert. Dadurch wird ein Herausziehen des Kurbelzapfens 19 aus der Durchgangsloch 24 verhindert. Ein Hineinschieben des Kurbelzapfens 19 in das Schwungrad 10 hinein, über die dargestellte Position hinaus, wird durch die Verjüngung von Durchgangsloch 24 und Kurbelzapfen 19 verhindert. Somit ist der Kurbelzapfen 19 gegen ein Verschieben in alle Raumrichtungen gesichert, ebenso wie gegen ein Verdrehen. In der dargestellten Ausführungsform ist das Sicherungselement 23 beispielhafterweise als Sicherungssplint dargestellt, welcher durch ein Durchgangsloch durch den Sicherungsabschnitt 22 des Kurbelzapfens 19 senkrecht zur Längsachse des Kurbelzapfens 19 in diesen eingebracht und lösbar gegen ein Herausziehen gesichert ist. Ebenso denkbar sind aber auch andere aus dem Stand der Technik bekannte Ausgestaltungen entsprechender Sicherungselemente 23, beispielsweise eine Sicherungsmutter oder Sicherungsschraube, welche über entsprechende Gewindeverbindungen mit dem Kurbelzapfen 19, genauer gesagt mit dessen Sicherungsabschnitt 22, verbindbar sind.
Für Zwecke der ursprünglichen Offenbarung wird darauf hingewiesen, dass sämtliche Merkmale, wie sie sich aus der vorliegenden Beschreibung, den Zeichnungen und den abhängigen Ansprüchen für einen Fachmann erschließen, auch wenn sie konkret nur im Zusammenhang mit bestimmten weiteren Merkmalen beschrieben wurden, sowohl einzeln als auch in beliebiger Zusammenstellung mit anderen der hier offenbarten Merkmale oder Merkmalsgruppen kombinierbar sind, soweit dies nicht ausdrücklich ausgeschlossen wurde oder technische Gegebenheiten derartige Kombinationen unmöglich oder sinnlos machen. Auf die zusammenfassende, explizite Darstellung sämtlicher denkbarer Merkmalskombinationen und die Betonung der Unabhängigkeit der einzelnen Merkmale voneinander wird hier nur der Kürze und der Lesbarkeit der Beschreibung wegen verzichtet.
Bezugszeichenliste

1: Walzgerüst
2, 3: Walzen
4: Walzdorn
51, 52: Vorschubspannschlitten
6: Schubstange
7: radialer Abstand der Ausgleichsmasse
8: radialer Abstand der Schubstange
9: Ausgleichsmasse
10: Kurbeltrieb
11: Luppe
14: Aufnahme
15: Befestigungseinrichtung
16: erstes Ende der Schubstange
17: zweites Ende der Schubstange
18: Drehachse
19: Kurbelzapfen
20: Grundkörper
21: Zapfenabschnitt
22: Sicherungsabschnitt
23: Sicherungselement
24: Durchgangsloch
25: Vorderseite
26: Rückseite
27: radialer Abstand des Zapfenabschnitts
29: Antriebsrad
28: kürzester Abstand zwischen Extremposition und Umkehrposition
30: Mittelachse
31, 32: Spanneinrichtungen
41, 42: Spannfutter
60: Edelstahlrohr
E₁: erste Extremposition
E₂: zweite Extremposition
U₁: erste Umkehrposition
U₂: zweite Umkehrposition

Claims

Kaltpilgerwalzanlage zum Umformen einer Luppe (11) zu einem Rohr (60) mit einem Paar von Walzen (2, 3), die drehbar an einem Walzgerüst (1) befestigt sind, und einem Walzdorn (4) als Werkzeug, einem Vorschubspannschlitten (52) zum Aufnehmen der Luppe (11), wobei der Vorschubspannschlitten (52) im Betrieb der Anlage zwischen einer ersten (E₁) und einer zweiten Extremposition (E₂) derart bewegbar ist, dass sich die Luppe (11) schrittweise in Richtung auf das Werkzeug (2, 3, 4) zu bewegt, einem Kurbeltrieb (10) auf einer Antriebswelle, welcher um eine Drehachse (18) drehbar gelagert ist, einer in einem radialen Abstand (7) von der Drehachse (18) an dem Kurbeltrieb befestigten Ausgleichsmasse (9), und einer Schubstange (6) mit einem ersten (16) und einem zweiten Ende (17), wobei das erste Ende (16) der Schubstange (6) in einem radialen Abstand (8) von der Drehachse (18) um einen Kurbelzapfen (19) drehbar an dem Kurbeltrieb (10) befestigt ist und wobei das zweite Ende (17) der Schubstange (6) an dem Walzgerüst (1) befestigt ist, so dass im Betrieb der Anlage eine Drehbewegung des Kurbeltriebes (10) in eine Translationsbewegung des Walzgerüsts (1) zwischen einer ersten (U₁) und einer zweiten Umkehrposition (U₂) umgesetzt wird, dadurch gekennzeichnet, dass der radiale Abstand (8) des ersten Endes (16) der Schubstange (6) von der Drehachse (18) einstellbar ist, so dass der Abstand zwischen den beiden Umkehrpositionen (U₁, U₂) der Translationsbewegung des Walzgerüsts (1) einstellbar ist.
Kaltpilgerwalzanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der radiale Abstand (8) des ersten Endes (16) der Schubstange (6) von der Drehachse (18) in diskreten Schritten oder kontinuierlich einstellbar ist.
Kaltpilgerwalzanlage nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Kurbeltrieb (10) eine Mehrzahl von Aufnahmen (14) für den Kurbelzapfen (19) zur Befestigung des ersten Endes (16) der Schubstange (6) aufweist, wobei die Aufnahmen (14) in voneinander verschiedenen radialen Abständen (8) zu der Drehachse (18) angeordnet sind.
Kaltpilgerwalzanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kurbeltrieb ein Durchgangsloch (24) mit einem zumindest abschnittsweise drehsymmetrischen, aber nicht-rotationssymmetrischen Querschnitt zur Aufnahme des Kurbelzapfens (19) aufweist, wobei der Kurbelzapfen (19) so ausgestaltet ist, dass er einen Grundkörper (20) mit einer Vorder- und einer Rückseite (25, 26), einen an der Vorderseite (25) angeordneten Zapfenabschnitt (21) und einen an der Rückseite (26) angeordneten Sicherungsabschnitt (22) aufweist, wobei der Grundkörper (20) einen Querschnitt aufweist, der zumindest abschnittsweise komplementär zu dem Querschnitt des Durchgangslochs (24) ausgestaltet ist, so dass der Grundkörper (20) verdrehsicher und formschlüssig in dem Durchgangsloch (24) aufgenommen ist, wobei der Zapfenabschnitt (21) exzentrisch an dem Grundkörper (20) angeordnet ist, so dass der Zapfenabschnitt (21) durch Drehen des Grundkörpers (20) vor dem Einführen in das Durchgangsloch (24) in verschiedenen radialen Abständen von der Drehachse des Kurbeltriebs anordenbar ist, wobei an dem Zapfenabschnitt (21) das erste Ende (16) der Schubstange (6) so befestigt ist, dass die Schubstange (6) um die Längsachse des Zapfenabschnitts (21) drehbar ist, und wobei an dem Sicherungsabschnitt (22) ein Sicherungselement (23) angeordnet ist, so dass der Kurbelzapfen (19) gegen ein Herausziehen aus dem Durchgangsloch gesichert ist.
Kaltpilgerwalzanlage nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Durchgangsloch (24) und der Grundkörper (20) des Kurbelzapfens (19) zumindest abschnittsweise einen elliptischen Querschnitt aufweisen.
Kaltpilgerwalzanlage nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Hauptachse des elliptischen Querschnitts des Durchgangslochs (24) in radialer Richtung des Kurbeltriebs ausgerichtet ist.
Kaltpilgerwalzanlage nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Zapfenabschnitt (21), vorzugsweise auf der Hauptachse, in einem Abstand (27) von der Nebenachse des elliptischen Querschnitts angeordnet ist.
Kaltpilgerwalzanlage nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Durchgangsloch (24) in axialer Richtung verjüngt ist und der Grundkörper (20) eine dazu komplementäre Verjüngung aufweist.
Kaltpilgerwalzanlage nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine Befestigungseinrichtung (15) zum lösbaren Befestigen der Ausgleichsmasse (9) aufweist.
Kaltpilgerwalzanlage nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der radiale Abstand (7) der Ausgleichsmasse (9) von der Drehachse (18) einstellbar, insbesondere in diskreten Schritten oder kontinuierlich einstellbar ist.
Kaltpilgerwalzanlage nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Kurbeltrieb (10) eine Mehrzahl von Befestigungseinrichtungen (15) zum lösbaren Befestigen der Ausgleichsmasse (9) aufweist, wobei die Befestigungseinrichtungen (15) in voneinander verschiedenen radialen Abständen (8) zu der Drehachse (18) angeordnet sind.
Kaltpilgerwalzanlage nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der kürzeste Abstand (28) zwischen einer Extremposition (E₁, E₂) des Vorschubspannschlittens (52) und einer Umkehrposition (U₁, U₂) des Walzgerüsts (1) einstellbar ist, indem die Extremposition (E₁, E₂) eingestellt wird.
Verfahren zum Umformen einer Luppe (11) zu einem Rohr (60), welches zumindest die folgenden Schritte aufweist: Bereitstellen einer Kaltpilgerwalzanlage mit einem Paar von Walzen (2, 3), die drehbar an einem Walzgerüst (1) befestigt sind, und einem Walzdorn (4) als Werkzeug sowie einem Vorschubspannschlitten (52) mit der darin aufgenommenen Luppe (11), Bewegen des Vorschubspannschlittens (52) zwischen einer ersten (E₁) und einer zweiten Extremposition (E₂) derart, dass sich die Luppe (11) schrittweise in Richtung auf das Werkzeug (2, 3, 4) zu bewegt, Umformen der Luppe (11) zu einem Rohr (60) unter Verwendung des Werkzeugs (2, 3, 4), wobei eine Drehbewegung eines Kurbeltriebes (10) in eine Translationsbewegung des Walzgerüsts (1) zwischen einer ersten (U₁) und einer zweiten Umkehrposition (U₂) umgesetzt wird, wobei der Kurbeltrieb (10) um eine Drehachse (18) drehbar gelagert auf einer Antriebswelle angeordnet ist, eine Ausgleichsmasse (9) in einem radialen Abstand (7) von der Drehachse (18) an dem Kurbeltrieb befestigt ist, und eine Schubstange (6) mit einem ersten (16) und einem zweiten Ende (17) so angeordnet ist, dass das erste Ende (16) der Schubstange (6) in einem radialen Abstand (8) von der Drehachse (18) um einen Kurbelzapfen (19) drehbar an dem Kurbeltrieb (10) und das zweite Ende (17) der Schubstange (6) an dem Walzgerüst (1) befestigt ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren weiterhin den Schritt aufweist: Einstellen des Abstands zwischen den beiden Umkehrpositionen (U₁, U₂) der Translationsbewegung des Walzgerüsts (1) mittels Einstellen des radialen Abstands (8) des ersten Endes (16) der Schubstange (6) von der Drehachse (18).
Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Kurbeltrieb ein Durchgangsloch (24) mit einem zumindest abschnittsweise drehsymmetrischen aber nicht rotationssymmetrischen Querschnitt zur Aufnahme des Kurbelzapfens (19) aufweist, wobei der Kurbelzapfen (19) so ausgestaltet ist, dass er einen Grundkörper (20) mit einer Vorder- und einer Rückseite (25, 26), einen an der Vorderseite (25) angeordneten Zapfenabschnitt (21) und einen an der Rückseite (26) angeordneten Sicherungsabschnitt (22) aufweist, wobei der Grundkörper (20) einen Querschnitt aufweist, der zumindest abschnittsweise komplementär zu dem Querschnitt des Durchgangslochs (24) ausgestaltet ist, so dass der Grundkörper (20) verdrehsicher und formschlüssig in dem Durchgangsloch (24) aufnehmbar ist, wobei der Zapfenabschnitt (21) exzentrisch an dem Grundkörper (20) angeordnet ist, wobei an dem Zapfenabschnitt (21) das erste Ende (16) der Schubstange (6) so befestigt ist, dass die Schubstange (6) um die Längsachse des Zapfenabschnitts (21) drehbar ist, wobei an dem Sicherungsabschnitt (22) ein Sicherungselement (23) angeordnet ist, so dass der Kurbelzapfen (19) gegen ein Herausziehen gesichert ist, und wobei der Schritt des Einstellens des radialen Abstands (8) des ersten Endes (16) der Schubstange (6) von der Drehachse (18), folgende Teilschritte aufweist: Lösen des Sicherungselements (23), Herausziehen des Kurbelzapfens (19) aus dem Durchgangsloch (24), Drehen des Kurbelzapfens (19) um eine Längsachse des Kurbelzapfens (19), Wiedereinbringen des Kurbelzapfens (19) in das Durchgangsloch (24) und Befestigen des Sicherungselements (23).