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Verfahren und Vorrichtung zum Abbremsen des Gestänges bei Werkstückvorholern
von Pilgerwalzwerken Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum
Abbremsen des Gestänges bei Werkstückvorholern von Warmpilgerwalzwerken.
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Bei Warmpilgerwalzwerken muß das Werkstück, das bei jedem Walzspiel
von den Walzen nach rückwärts geschoben wird, für den Beginn des nächsten Walzspiels
wieder nach vorne gebracht werden bis zu einer genau bestimmten Stelle. Zu diesem
Zweck werden an die Arbeitsweise eines Werkstückvorholers folgende Anforderungen
gestellt: 1. Das Werkstück muß am Ende der Vorholbewegung an einer bestimmten Stelle
zur Ruhe kommen, bevor es beim nächsten Walzspiel wieder von den Walzen erfaßt und
nach rückwärts geschoben wird.
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2. An dieser Stelle darf auf das Vorholgestänge keine Kraft einwirken,
die dieses selbst und daher auch das Werkstück vor dessen nächstem Erfassen durch
die Walzen wieder nach rückwärts zu schieben trachtet.
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Diese beiden Forderungen konnten jedoch von den bisher bekannten Werkstückvorholern
nicht erfüllt werden, wie nachfolgend näher auseinandergesetzt wird.
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Die bisher bekannten Werkstückvorholer lassen sich hinsichtlich ihrer
Wirkungsweise beim Abbremsen in vier Gruppen unterteilen, je nachdem, ob die Abbremsung
der Vorholbewegung a) durch Federn, b) durch zwangläufig wirkende Mittel, c) durch
komprimierte Luft oder d) durch unter Druck gesetzte Flüssigkeit erfolgt, Bei der
Abbremsung durch Federn war es nicht möglich, die bei steigenden Drehzahlen des
Walzwerkes und steigenden Gewichten der auszupilgernden Rohre erforderlichen immer
größeren Federkräfte aufzubringen. Nachteilig war außerdem, daß das Vorholgestänge
mit voller Geschwindigkeit auf die ruhende Feder bzw. den Federteller auftraf, was
große Lärmentwieklung und häufige Brüehe zur Folge hatte. Ferner bewirkte die am
Ende des Bremavorganges gespannte Feder eine unerwünsente Rückbewegung des Vorholgestänges
noch vor dem Erfassen des Werkstückes durch die Walzen.
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Die Bestrebungen, das Vorholgestänge mit dem Werkstueck am Ende der
Vorholbewegung in einer genau fixierten Endstellung zur Ruhe zu bringen, haben zu
Vorschlägen geführt, das Vorholgestange durch mechanische Antriebe zwangsläufig
(b> in Abhängigkeit von der Walzendrehung hin- und herzubewegen. Es handelte
sich bei diesen Vorschlägen stets um Kurbeltriebe, deren Drehung vom Walzenantrieb
abgeleitet wurde. Da es aber nicht möglich war, die dem Vorholgestänge vom Kurbeltrieb
erteilten Bewegungsgeschwindigkeiten mit den dem Werkstück von den Walzen erteilten
Geschwindigkeiten bei der Rückwärtsbewegung zu synchronisieren, mußte zwischen Kurbeltrieb
und Vorholgestänge ein elastisches Mittel (Federn oder Druckluft)
zwischengeschaltet
werden, durch das die Exaktheit der Endstellung wieder aufgehoben wurde. Dazu kam
noch, daß die vorgeschlagenen Lösungen, verglichen mit anderen AusfUhrungsarten
der Werkstückvorholer, stets äußerst kompliziert waren, so daß hohe Ausführungskosten
und große Störanfälligkeit befürchtet werden mußten. Aus diesen Gründen ist es nie
zu einer praktischen Ausführtmg der vorgeschlagenen Lösungen gekommen.
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Werkstückvorholer, bei denen die Vorholbewegung durch sich komprimierende
Luft (c) abgebremst wird, wurden in großer Zahl gebaut und sind zum Teil noch bis
heute im Betrieb, können aber die eingangs aufgestellten zwei Forderungen für eine
exakte Hubbegrenzung des Vorholgestänges ebenfalls nicht erfüllen. Die sich auf
der Walzwerksseite des Luftzylinders komprimierende Luft muß zwecks Erreichung eines
kurzen Bremsweges Drücke annehmen, die um ein Mehrfaches höher sind als die Drücke
auf der hinteren Seite des Luftzylinders, d.h. auf das Vorholgestänge wirken nach
Erreichung der Endlage beim Abbremsen der Vorholbewegung große Kräfte ein, die es
sofort wieder nach rückwärts zu bewegen trachten. Auch die Endstellung des Vorholgestänges
selbst ist nicht exakt u. zw. insbesondere wegen der infolge der Lufterwärmung sich
dauernd ändernden Kompressionsverhältnisse im Werkstückvorholer.
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Werkstückvorholer, bei denen die Vorholbewegung durch eine Wasserbremse
(d) zum Stillstand gebracht wird, bedeuten gegenüber den "Luftvorholern" der Gruppe
c) in mehrfacher Hinsicht einen technischen Fortschritt. Sie erfüllen vor allem
die eingangs aufgestellte Fordern a d.h., am Ende des Bremsvorganges bauen sich
die Wasserdrücke im Bremsraum 80 weit ab, daß keine das Vorholgestänge wieder nach
rückwärts
ende Kraft mehr vorhanden ist. Die Abbremsung erfolgt auf einem kürzeren Wege als
bei den Luftvorholern, da sich die Bremskräfte im Bremßraum bei Wasser bedeutend
schneller aufbauenzals bei Luft. Außerdem können die Bremaverhältnisse
besser
konstant gehalten werden ale bei den Luftvorholern, da eine Temperaturerhöhung des
Wassers die Bremswirkung nicht beeinflußt, solange keine Verdampfung des Wassers
auftritt, was durch dauerndes Nachströmen von Frischwasser ohne Schwierigkeiten
verhindert werden kann.
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In der Literatur wird vielfach die Ansicht vertreten, daß Werkstückvorholer
mit Wasserbremse auch die eingangs erwähnte Forderung 1 erfüllen, d.h., daß das
Werkstück am Ende des Vorholweges an einer genau bestimmten Stelle stehen bleibt.
Dies ist jedoch, wie neuere Messungen ergeben haben, nicht der Fall, das Werkstück
wird vielmehr von den Pilgerwalzen erfaßt, während es sich noch mit einer gewissen
Geschwindigkeit in Vorholrichtung bewegt. Der Grund hierfür liggt in der Eigenart
der Wasserbremse u. zw. in der Tatsache, daß der in den Bremsraum eintretende Kolben
des Vorholgestänges stete mit einem gewissen Spiel ausgeführt werden muß, das gegen
Ende der schon langsam erfolgenden Vorholbewegung ein Abströmen des Bremswassers
gestattet, chne daß sich im Bremsraum ein Druck aufbaut, der groß genug wäre, um
den in Vorholrichtung wirkenden Luftdruck auszugleichen oder zu übertreffen. Da
aber der Walzvorgang, über mehrere Pilgerschläge betrachtet, notwendigerweise stete
gewisse Unregelmäßigkeiten aufweist, ist auch die Stellung des Verholgestänge. am
Ende der Vorholbewegung, d.h. also beil Erfassen drte Werkstückes durch die Walzen
nicht stets die gleich, sondern variiert in beträchtlichen Grenzen.
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Es ist auch schon vorgeschlagen worden, den durch eine Wasserbremse
auf kleine Vorholgeschwindigkeit verzögetten Verhelkolben auf einen festen oder
federnden Anschlag auftreffen zu lassen, doch haften auch diesem Verfahren schwerwiegende
Mängel an. Der feste Anschlag würde zwar eine genaue @ndstellung des Vorholgestänges
as Ende des Vorholweges garantieren, ist aber wegen der schweren Massen von Vorholgestänge,
Pilgerdorn
und Werkstück unzulässig, da diese beim Auftreffen auf
einen festen Anschlag enorm hohe Kräfte und daher häufige Zerstöungen von Teilen
des Werkstückvorholers bewirken würden.
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Der federnde Anschlag beeinträchtigt die Genauigkeit der Endstellung
und hat nach größter Federung eine Rückprallkraft zur Folge, die gemäß der zweiten
eingangs aufgestellten Forderung vermieden werden soll.
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Die dargelegten Mängel der bisherigen Bremsverfahren und Bremsvorrichtungen
für die Verzögerung der Vorholgeschwindigkeit bis auf den Nullwert werden gemäß
der Erfindung dadurch vermieden, daß das durch eine Wasserbremse in bekannter Weise
auf eine kleine Vorholgeschwindigkeit verzögerte Vorholgestänge in einem zweiten
Teil des Bremsvorganges durch nicht zurückfedernde Puffer auf einem meßbaren kurzen
Wege zum Stillstand gebracht werden, wobei Abweichungen von dem vorgegebenen Weg
der Öldämpfer zur Regulierung des mit einstellbaren Druckventilen versehenen Wasser
und/oder Ölsystems verwendet werden. Die Regulierung erfolgt zweckmäßigerweise automatisch
und kann in so engen Grenzen vorgenommen werden, daß die Endstellung des Vorholgestänges
praktisch konstant ist. Die Vorrichtung zur Durchführung obigen Bremsverfahrens
besteht aus eineirWerkstückvorholer üblicher Bauart, der außer einem bekannten einstellbaren
Druckventil im Wasserbremsraum noch für die endgültige Abbremsung des Vorholgestänges
nicht zurückfedernde Puffer', vorzugsweise Ö1-dämpfer, mit einem meßbaren Bremsweg
erhält. Die gemessenen Abweichungen des vorgegebenen Bremsweges der Öldämpfer beeinflussen,
zweckmäßigerweise automatisch, über einen Impulsgeber die Druckventile des Wasser-
und/oder Ölsystems.
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In den Zeichnungen ist die Erfindung in einer Ausführungsform beispielsweise
veranschaulicht, und zwar ist
Fig. 1 ein Schnitt durch einen Werkstückvorholer
zur Durchiiihrung des Bremsverfahrens gemäß der Erfindung und Fig. 2 ein Schnitt
durch den Deckel des Luft zylinders nach der Ebene a - a in Fig. 1 im vergrößerten
Maßstabs.
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In Fig. 1 ist 1 der Vorschubschlitten, auf dem der Vorholapparat aufgebaut
ist, 2 ist der Luftzylinder des Vorholapparates, 3 der Luftkolben mit der eingebauten
Drallmuttert4, 5 die Drallspindel, 6 das Sperrad, 7 das Sperrklinkengehäuse, 8 das
Bre1swassergehäuse, 9 der in den Bremsraum 10 eindringende Bremskolben und 11 das
Domschloß zur Aufnahme des Pilgerdornes 12.
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Zwischen dem Bremsraum 10 und des Raum des Bremswassergehäuses 8 ist
eine Umlaufleitung 13 angeordnet, in die ein vorzugsweise federbelastetes Druckventil
14 eingebaut ist, dessen Öffnungsdruck durch ein Verstellglied 15 einstellbar ist.
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In den Deckel 16 des Luftzylinders 2 sind gemäß der Erfindung nicht
zurückfedernde Öldämpfer 17 und ein Meßstift 18 eingebaut (Fig. 2), der die Größe
des von den Öldämpfern zurückgelegten Bremsweges anzeigt. Die Ölräume 19 der Öldämpfer
17, von denen mehrere konzentrisch UM die Achse des Vorholgestänges angeordnet sind,
stehen durch einen im Deckel 16 vorgesehenen Umlaufkanal 20 miteinander in Verbindung,
so daß auf alle Öldämpfer der gleiche Druck einwirkt. Der Umlaufkanal 20 ist über
das federbelastete Druckventil 21 mit einem drucklosen Ölbehälter und über das Rückschlagventil
22 mit einem §lsystem niedrigen Druckes verbunden.
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Die Wirkungsweise des Werkstückvorholers gemäß der Erfindung ist folgende:
Beim
Vorholen bewegt sich das Vorholgestänge durch den auf die hintere (linke) Seite
des Luftkolbens 3 wirkenden Luftdruck von links nach rechts. Gegen Ende des Vorholwege
kommt die Wasserbremsung durch Eintauchen des Bremekolbens 9 in den Bremsaum 10
in bekannter Weise zur Wirkung. Die Höhe des marimalen Druckes im Bremsraum ist
durch das Regelventil 14 einstellbar. Durch die Wasserbremse wird der größte Teil
(also beispielsweise 95 - 98,') der kinetischen Energie der bewegten Nassen vernichtet,
so daß der Luftkolben nur noch mit einem Bruchteil, also beispielsweise 2 - 5%,
der maximalen, Vorholgeschwindigkeit auf die Öldämpfer auftrifft. Durch den auf
diese wirkenden Öldruck werden die bewegten Nassen bis zum Stillstand abgebremst,
wobei das von den Ölpuffern verdrängte Öl über das Druckventil 21 in einen drucklosen
Ölbehälter zurückfließt. Am Ende des Bremsvorganges schließt sich das Druckventil
21 an, eo daß keine Tendenz besteht, das Vorholgestänge wieder in Walzrichtung zurückzuwerfen.
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Bei geschlossenem Druckventil 21 kann sich nach Öffnen des Rückschlagventiles
22 hinter den Öldäipfern nur der im Niederdrucksystem herrschende Öldruck aufbauen,
der jedoch nicht imstande ist, das Vorholgestänge zurückzuwerfen, da er nur die
Aufgabe hat, die Öldämpfer in die Ausgangslage zurückzudrücken, sobald das Werkstück
von den Walzen erfaßt und nach rückwärts bewegt wird.
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Gleichzeitig mit den Öldämpfern 17 wird beim Auftreffen de.
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Luftkolbens auf die auch der Neßstift 18 nach rückwärts gedrückt (der
Meßstift kann auch an einem derÖldämpfer 17 direkt angebracht werden), dessen freies
Ende auf einen Impulsgeber 23 einwirkt. Dieser beeinflußt die Verstellglieder eines
oder beider Druckventile 14, 21, so daß die Bremsdrücke des Wasser- und/oder Ölsystems
verändert werden. Ist beispielsweise der Bremsweg der Öldämpfer 17 su groß, so wird
beispielsweise der Druck des Druckventiles 14 erhöht. um den Anteil der Bremsung
durch die Wasserbremse zu erhöhen, oder der Druck des Druckventiles 21, um den Anteil
der Bremsung durch die Öldämpfer zu erhöhen. Auf diese Weise ist es möglich, die
Endstellung des Verhelgestänges in so engen Grenzen einzuregulieren, daß sie prakt@sch
als konstant angesehen werden kann.
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Die Anwendung des Bremsverfahrens gemäß der Erfindung beschränkt sich
nicht auf einen Werkstückvorholer der in deF Zeichnung dargestellten Bauart, sondern
kann sinngemäß auch auf Werkstückvorholer anderer Bauarten ausgedehnt werden.
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Auch kann Verfahren und Vorrichtung gemäß der Erfindung bei anderen
Erzeugungsaggregaten als Pilgerwalzwerken, z.B. bei Schmiedemaschinen, Anwendung
finden.
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-Pat entansprüche