DE1602110B2 - Hin- und hergehendes Kaltpilgergerüst - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein hin- und hergehendes Kaltpilgergerüst zum Bearbeiten von Rohren mit waagerechten Achsen, mit mindestens einem Walzenpaar und das Kaltpilgergerüst gegen Versatz nach oben und unten sichernden waagerechten Führungen am Gerüstbett, in deren Mitte das zu bearbeitende Rohr liegt, wobei die Achsen von gerüstseitigen Schubstangenlagern in der durch die Walzenachsen gebildeten Ebene liegen.

Ein derartiges Kaltpilgergerüst ist aus der DTPS 1 001 224 bekannt

Hierbei wird das Kaltpilgergerüst — Blöcke, Wellen und das Walzenpaar — von auf Laufschienen beweglichen Laufrädern abgestützt, während ein Abheben des Kaltpilgergerüstes von den Laufschienen durch die als Führung wirkenden Zahnstangen in Verbindung mit den zugeordneten Ritzeln für den Antrieb der Walzen verhindert wird.

Nachteilig ist dabei, daß einerseits diese Zahnstangenführungen mit einem gewissen Spiel behaftet sind, das im Laufe der Betriebszeit noch durch den Verschleiß vergrößert wird, und daß andererseits die an den Ritzeln für den Antrieb der Walzen angreifenden Kurbelstangenpaare antriebsseitig synchronisiert werden müssen, wodurch ein hoher baulicher Aufwand notwendig wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einer Einrichtung mit nur einem Kurbelstangenpaar als Antrieb des Kaltpilgergerüstes die vertikalen Komponenten, die von dem Kurbelstangenpaar auf die Führungen am Gerüstbett in wechselnder Größe und Richtung übertragen werden, auszuschalten, um den Verschleiß der Führungen am Gerüstbett und die Laufunruhe des Kaltpilgergerüstes zu beseitigen.

Gelöst ist diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch, daß wie beim Pilgerwalzen bekannt, die Walzenachsen senkrecht stehen und die Achsen der gerüstseitigen Schubstangenlager auf der Höhe der waagerechten Rohrachse liegen, wobei die Führungen am Gerüstbett als Führungsnuten ausgebildet sind, denen mit dem hin- und hergehenden Kaltpilgergerüst verbundene Führungsschienen zugeordnet sind.

Die im einzelnen auftretenden Kräfte werden weiter unten an Hand der Zeichnungen ausführlich dargelegt werden.

Durch dieSenkrechte Anordnung der Walzenachsen wie sie an sich aus der DT-PS 86 162 bekannt ist, um die erfindungsgemäße Ausbildung der Führungen wer den die Kippmomente des Kaltpilgergerüstes auf eii Minimum reduziert und die Druckverteilung m dei Führungen wird gleichmäßig gestaltet Gieichzeitij werden die zur Erzeugung der Drehbewegung dei Walzen und zur Führung vorgesehenen Zahnräder unc Zahnstangen von Führungsaufgaben befreit und dami einem wesentlich geringerem Verschleiß ausgesetzt Ferner wird vermieden, daß bei den nur die Drehbewe gung übertragenden Zahnstangen und Zahnrädern eir unterschiedliches Spiel gegenüber den Zahnstanger und Zahnrädern, die auch zur Führung dienen, auftritt.

Die Anordnung der Schubstange (Kurbelstange) be Pilgerwalzwerken auf der Höhe der waagerechter Rohrachse ist bereits aus der US-PS 2 432 566 bekannt

An Hand der Zeichnungen soll ein Ausführungsbei spiel der Erfindung nun im Vergleich zum Stand dei Technik weiter erläutert werden. Dabei zeigt

F i g. 1 eine schematische Darstellung einer Kaltpil germaschine üblicher Art

F i g. 2 einen Schnitt gemäß der Linie 1-1 in F i g. 1,

F i g. 3 das Kaltpilgergerüst während des Betriebes,

F i g. 4 eine Aufsicht auf das erfindungsgemäße Kalt

pilgergerüst

Fig.5 einen Querschnitt gemäß der Linie 1-1 ir

F ig. 4.

F i g. 6 eine Ansicht des Kaltpilgergerüstes und Fig.7 ein Kaltpilgergerüst mit mehreren Walzen

paaren.

Bei den Kaltpilgermaschinen üblicher Art befinder sich die Führungen 2 des Kaltpilgerüstes 3 unterhalt der Walzmitte 4-4 und der Angriffspunkt 5 der Kurbel stange 6 des Kurbeltriebs 7 außerhalb der Mitteleben« 1-1, die durch die beiden Walzenachsen 8-8 gelegt wer den kann. Bei dieser Anordnung werden, wie die nach folgenden Ausführungen zeigen, auf die Führunger Kippmomente wechselnder Größe und Richtung aus geübt, die nicht nur einen unruhigen Gang der Kaltpil germaschine zur Folge haben, sondern auch eine stark« Erwärmung und einen schnellen Verschleiß der Füh rungen.

Auf das Kaltpilgergerüst wirken während des Betrie bes folgende äußere Kräfte:

1. die vom Werkstück (Rohr) auf die Walzen ausge übte Kraft, d. h. die den resultierenden Drücker beider Walzen auf das Werkstück entgegengerichtete Kraft,

2. die von den Zahnstangen auf die Ritzel der Walzenachsen ausgeübten Kräfte,

3. die Reibungskräfte in den Führungen,

4. die von den Kurbelstangen — normalerweise zwei nämlich je eine für jede Gerüsthälfte — auf das Kaltpilgergerüst ausgeübten Zug- bzw. Druckkräfte.

Zu 1.:

Die von den Walzen auf das Werkstück ausgeübten Kräfte können in vertikale und horizontale Komponenten zerlegt werden.

Die vertikalen Kraftkomponenten der beiden Walzen sind gleich groß und entgegengesetzt gerichtet; sie erfordern die Aufbringung eines Drehmomentes auf die Walzenachsen, heben sich aber innerhalb des Kaltpilgergerüstes auf.

Die horizontalen Kraftkomponenten sind ebenfalls

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gleich groß, jedoch gleichgerichtet und addieren sich daher zu einer resultierenden Horizontalkraft, die genau in Höhe der Walzmitte 4-4 (vgl. Fig. 1; liegt. Diese Kraft ist in Fig.3 mit Pt bezeichnet und hat grundsätzlich die gleiche Richtung wie die mit 13 bezeichnete Walzrichtung, die üblicherweise vom Kaltpilgergerüst (Einlaufseite) zum Kurbeltrieb (Auslaufseite) geht. Der Grund, warum Pt mit der Walzrichtung gleichgerichtet ist, ist der, daß umgekehrt das Rohr beim Walzen stets gegen den auf der Einlaufseite be- ίο Findlichen konischen Dorn gedrückt werden muß, da es sonst νοϊΐ diesem abgestreift würde, in welchem Falle das Auswalzen über den Dorn unmöglich wäre.

Zu 2.:

Die von den Zahnstangen 9, 9' auf die Ritzel 10, 10' der Walzenachsen 8, 8' (vgl. F i g. 2) ausgeübten Kräfte haben die Aurgabe, den Walzen die für die Walzanbeit erforderlichen Drehmomente zu erteilen und außerdem die Beschleunigungen und Verzögerungen der sich hin- und herdrehenden Teile, das sind Ritzel 10,10', Waizenachsen 8, 8' und Walzen U, 11', zu bewirken. Diese Kräfte sind entsprechend der Evolventenverzahnung um einen Winkel, meist 20°, gegen die Horizontale geneigt. Bei der heute üblichen Ausführung der Kaltpilgermaschinen ist die eine Zahnstange 9 unterhalb des Ritzels 10 der oberen Walze 11 und die zweite Zahnstange 9' oberhalb des Ritzels 10' der unteren Walze H' angeordnet. In diesem Falle haben die Zahndrürke Z, Z die in F i g. 3 dargestellten Richtungen, wenn sich das Kaltpilgergerüst momentan in der durch den Pfeil 12 angegebenen Richtung bewegt. Da die vertikalen Komponenten der beiden Zahndrücke Z, Z gleich groß sind, ist die resultierende Kraft eine Horizontale, die wegen der symmetrischen Anordnung der Zahnstangen in bezug auf die Walzmitte genau in Walzmitte liegt und der momentanen Bewegungsrichtung gemäß Pfeil 12 des Kaltpilgergerüstes entgegengesetzt gerichtet ist.

Zu 3.:

Die Reibungskräfte in den Führungen werden durch die auf die Führungen wirkenden senkrechten Drücke hervorgerufen; sie sind stets horizontal und der jeweiligen Bewegungsrichtung des Kaltpilgergerüstes entgegengesetzt gerichtet. Die senkrechten Drücke ergeben sich einerseits aus dem Gewicht des kompletten Kaltpilgergerüstes samt anteiligem Gewicht der Kurbelstangen und andererseits aus den vertikalen Komponenten der von den Kurbelstangen auf das Kaltpilgergerüst ausgeübten Kräfte. Je nach Größe und Richtung der letzteren können die Reibungskräfte nur auf der unteren, nur auf der oberen oder auf beiden Seiten der Führungen auftreten. In letzterem Falle liegt die resultierende Reibungskraft zwischen der oberen und der unteren Seite der Führungen und kann beispielsweise die in F i g. 3 mit Pi bezeichnete Lage haben.

Die von den beiden Kurbelstangen auf das Kaltpilgergerüst wirkenden Kräfte müssen nicht nur die Resultierende aus den oben definierten drei Kräften Pt, P2, und Pi überwinden, sondern außerdem noch die Beschleunigung oder Verzögerung des hin- und hergehenden Kaltpilgergerüstes bewirken. Die entgegenwirkende Trägheitskraft greift im Schwerpunkt 14 des Kaltpilgergerüstes an, der beispielsweise die in F i g. 3 gezeichnete Lage hat (üblicherweise in der Mittelebene 1-1 nach Fi g. 1, aber etwas unter der Walzmitte 4-4).

Die Trägheitskraft ist stets horizontal, wechselt aber während eines Hin- und Herganges des Kaltpilgergerüstes zweimal ihren Richtungssinn und dauernd ihre Größe. In F i g. 3 ist sie mit PA bezeichnet und hat beispielsweise die in der Figur eingezeichnete Richtung, die einer Beschleunigung des Kaltpilgergerüstes bei Bewegungsrichtung desselben entsprechend Pfeil 12 entspricht. Wegen des Kurbeltriebes ändert sich dauernd die Neigung der Kurbebtangen 6 gegenüber der Horizontalen und daher auch die Richtung der an das Kaltpilgergerüst angreifenden resultierenden Kurbelstangenkraft P5. Diese in der Mitte zwischen den beiden Kurbelstangen und im Angriffspunkt 5 des KaItpilgergerüstes angreifende Kraft kann in eine horizontale und in eine vertikale Komponente zerlegt werden (Pi' bzw. Ps"). Die horizontale Komponente Pi' muß gleich groß und entgegengesetzt gerichtet sein wie die Resultierende aus den oben definierten Kräften Pt, Pi, Pi und A. Diese Resultierende, die mit R bezeichnet werden möge, ändert dauernd ihre Lage, da die Kräfte Pi bis A nicht im gleichen Verhältnis größer oder kleiner werden, sondern in verschiedenen Verhältnissen. Sie kann je nach Größe der einzelnen Kräfte Pt bis A ober- oder unterhalb des Schwerpunktes 14 liegen und bildet mit der horizontalen Komponente der Kurbelstangenkraft ein Kräftepaar, das auf das Kaltpilgergerüst als Kippmomeiii wir''i. ^ieses muß von den Führungen 2 des Kaltpilgergerüstes aufgenommen werden und ändert während eines Hin- und Herganges desselben nicht nur dauernd seine Größe, sondern auch zweimal seinen Drehsinn. Die vertikalen Komponenten der Kurbelstangenkräfte bewirken, solange sie — wie üblich — innerhalb der Führungen 2 des Kaltpilgergerüstes liegen, eine ungleichmäßige Druckverteilung in den Führungen. Würden sie dagegen außerhalb der Führungen liegen, so wäre ein zweites Kippmoment die Folge, das ebenfalls von den Führungen aufgenommen werden müßte.

Die oben beschriebenen Kippmomente sind ungünstig, da sie — insbesondere bei den modernen schnelllaufenden Kaltpilgermaschinen — wegen ihres dauernden Richtungswechsels einen unruhigen Gang derselben und darüber hinaus wegen ihrer absoluten Größe einen schnellen Verschleiß der Führungen zur Folge haben. Letzterer wird durch eine ungleichmäßige Druckverteilung in den Führungen (P>") noch vergrößert.

Aus der durchgeführten Analyse der auf das Kaltpilgergerüst wirkenden Kräfte ergeben sich auch die Maßnahmen, die getroffen werden müssen, um die Kippmomente ganz zu beseitigen oder wenigstens auf ein Minimum zu reduzieren und die Druckverteilung in den Führungen gleichmäßig zu gestalten.

Zur Beseitigung der Kippmomente ist es erforderlich, daß die Resultierende aus den Kräften Pt bis A mit der horizontalen Komponente /V der Kurbelstangenkraft keine Kräftepaar bildet. Dies ist dann der Fall, wenn nicht nur die Kräfte F\ und Pz in der Walzmitte 4-4 liegen, sondern auch die Kräfte Pi, A und A, d. h. die Führungen 2, der Schwerpunkt 14 und der Angriffspunkt 5 der Kurbelstangen 6 müssen in Höhe der Walzmitte 4-4 liegen.

Zur Beseitigung einer ungleichmäßigen Druckverteilung in den Führungen ist es erforderlich, daß der Angriffspunkt 5 der Kurbelstangen 6 in der Mittelebene 1-1 des Kaltpilgergerüstes liegt. Diese Forderungen werden durch das Kaltpilgergerüst gemäß der vorliegenden Erfindung erfüllt.

In den F i g. 4 bis 6 sind 15, 15' die senkrechten Walzenachsen, 16, 16' die Walzen, 17, 17' die auf den Walzenachsen sitzenden Ritzel, 18, 18' die feststehenden Zahnstangen, die über Zahnräder 19, 19' auf die Ritzel des hin- und hergehenden Kaltpilgergerüstes 20 die zum Walzen erforderlichen Drehmomente ausüben; 21, 2V sind die in Höhe der Walzinitte angeordneten Führungen und 22,22' die Zapfen, an denen die Kurbelstangen 23,23' angreifen.

Wie aus den Figuren ohne weiteres ersichtlich, liegen die Führungen genau in Höhe der Waizmitte, und es wirken daher auch die Reibungskräfte Pj (vgl. F i g. 3) in dieser Höhe. Wegen der Symmetrie der Anordnung liegt auch der Schwerpunkt des Kaltpilgergerüstes genau in Walzmittenhöhe, so daß die Trägheitskraft A mit der Walzmitte zusammenfällt. Das gleiche gilt für die resultierenden Zahndrücke Pi. Die Zapfen 22, 22', d. h. die Angriffspunkte der Kurbelstangen, liegen gemäß Fig.4 in der senkrechten Mittelebene 1-1 des Kaltpilgergerüstes, so daß eine gleichmäßige Vertei lung der vertikalen Komponente der Kurbelstangen kräfte auf die Führungen gewährleistet ist.
Durch die Konstruktion gemäß der Erfindung wer den daher die Kippmomente des Kaltpilgergerüstes aul ein Minimum reduziert — sie wären identisch gleich Null, wenn die Höhe h der Führungen (in den F i g. ί und 6) auf Null reduziert werden könnte — und die Druckverteilung in den Führungen wird gleichmäßig

ία gestaltet.

Nach den gleichen Grundsätzen wie das erfindungsgemäße Kaltpilgergerüst mit einem Walzenpaar können auch Kaltpilgergerüste mit mehreren Walzenpaaren konstruiert werden, wie beispielsweise F i g. 7 füi

ι.s ein Kaltpilgergerüst mit zwei Walzenpaaren zeigt. Ei ist aus der Figur unschwer zu erkennen, daß die für eir minimales Kippmoment und eine gleichmäßige Druckverteilung in den Führungen aufgestellten Forderunger 100%ig erfüllt sind.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. j:.^4.~-J

   Patentanspruch:

   Hin- und hergehendes Kaltpilgergerüst zum Bearbeiten von Rohren mit waagerechten Achsen, mit mindestens einem Walzenpaar und das Kaltpilgergerüst gegen Versatz nach oben und unten sichernden waagerechten Führungen am Gerüstbett, in deren Mitte das zu bearbeitende Rohr liegt, wobei die Achsen von gerüstseitigen Schubstangenlagern in der durch die Walzenachsen gebildeten Ebene liegen, dadurch gekennzeichnet, daß, wie beim Pilgerwalzen bekannt, die Walzenachsen senkrecht stehen und die Achsen der gerüstseitigen Schubstangenlager auf der Höhe der waagerechten Rohrachse liegen, wobei die Führungen am Gerüstbett als Führungsnuten ausgebildet sind, denen mit dem hin- und hergehenden Kaltpilgergerüst verbundene Führungsschienen zugeordnet sina.