DE3019383C2 - Steuerung eines pneumatisch angetriebenen Vorholers in einer Pilgerwalzanlage - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Steuerung nach dem Oberbegriff der Ansprüche 1 und 4.

Bekannterweise wird die Walzleistung einer Pilgerstraße unter anderen durch die Leistung des Vorholers bestimmt. Unter der Voraussetzung, daß der Walzenzugmotor ausreichend bemessen ist, hängt die maximale Walzendrehzahl unmittelbar von der Vorholgeschwindigkeit ab. Die Arbeit für das Vorholen wird von komprimierter Luft geleistet. Die Kompression der Luft erfolgt beim Arbeitshub der Pilgerwalzen und wird vom Antriebsmotor durch Reibschluß zwischen Walzen und Walzgut und durch Einschieben des Luftkolbens in den Kompressionsraum geleistet. Der Verlauf der Kompression ist somit eine Funktion des Luftkolbenweges. Mit dem Rückschubweg des Luftkolbens steigt der Druck im Kompressionsraum an.

Am Ende eines Verformungshubes löst sich die Pilgerwalze vom Walzgut und die komprimierte Luft bewirkt ein Abbremsen und ein Rückbewegen von Luftkolben, Pilgerdorn und Hohlblock in Richtung auf das Pilgergerüst zu. Dieser »Vorholvorgang« wird in einer Bremse wieder zum Stillstand gebracht und ein neuer Verformungshub kann eingeleitet werden.

Dieser Ablauf hat in verschiedener Hinsicht gewisse Nachteile. Beim Verformungshub, d. h. beim Rückhub des Luftkolbens, besteht die Gefahr, daß infolge zu hohen Gegendrucks durch die komprimierte Luft im Polierteil oder im Bereich des Kaliberauslaufs der Pilgerwalze der Reibverschluß zwischen Walze und Rohr verlorengeht und das Rohr im Kaliber zurückgeschoben wird. Die Folgen hiervon können Beschädigungen der Rohroberfläche, ungenaue Rückwurflänge und bei Systemen mit Eigendrall ungenaue Drallwinkel sein. Da der Kompressionsdruck nicht auf eine beliebige Höhe gesteigert werden kann, ist vor allen Dingen bei großen bewegten Massen die Zeit für das Umkehren der Bewe

gungsrichtung und für das Vorholen zu lang.

Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung zur Steuerung des Vorholers in einer Pilgerwalzanlage zu schaffen, mit der eine Beschleunigung des Vorholvorganges und damit eine Leistungssteigerung beim Walz vorgang erreicht wird.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird erfindungsgemäß eine Steuerung vorgeschlagen, wie sie in den Patentansprüchen 1 und 4 erfaßt ist

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen erfaßt

Die Vorteile der erfindungsgemäßen Lösung liegen in einer hohen Anfangsbeschleunigung der bewegten Teile bei der Bewegungsumkehr im hinteren Totpunkt des

is Luftkolbens. Die Phasenverschiebung gestattet eine bessere betriebsmäßige Anpassung des Bewegungsablaufs des Luftkolbens.

In Figuren ist eine mögliche Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Steuerung schematisch dargestellt.

Es zeigen die Fig. la, b und c eine Vorholeinrichtung mit Luftkolben in Ruhestellung und die F i g. 2a. b und c eine Voriioleinrichtung mit Luftkolben am Ende des Arbeitshubes. In den F i g. la, b und c wird der gesamte Kompres sionsraum, der sich aus dem Kompressronsraum der Kolbenpumpe I, der Leitung 3 und dem Kompressionsraum im Vorholergehäuse 4 zusammengesetzt, dargestellt In F i g. la befindet sich der Pumpenkolben 5 der Kolbenpumpe 1 in Mittelstellung,in Fig. Ib in Endstel lung und in F i g. Ic in Ausgangsstellung.

Die in den einzelnen Figuren vorhandenen Kompressionsräume (schraffiert), weisen unterschiedliche Volumen auf, d. h. in Fig. Ic das größte, in Fig. la ein mittleres und in F i g. 1 b das kleinste Volumen.

In den Zeichnungen 2a, b und c ist der Luftkolben 6 am Ende des Arbeitshubes dargestellt. Auch hier sind unterschiedliche Stellungen des Pumpenkolbens 5 gezeigt In Fig.2a die mittlere, in Fig.2bdie End- und in F i g. 2c die Ausgangsstellung.

Gegenüber der Stellung des Luftkolbens 6 in den F i g. 1 a. b und c ist das Gesamtvolumen um die Kolbenverdrängung verringert.

Bei einer mittleren Stellung des Pumpenkolbens 5. wie in den Fig. la und 2a dargestellt, ergibt sich eine Volumen- und Kompressionsänderung, di« wie zur Zeit üblich allein von der Veränderung des Luftkolbens 6 abhängig ist. Bei dem erfindungsgemäßen Einsatz der Kolbenpumpe 1 kann während der Luftkolbenbewegung eine zusätzliche Veränderung des Volumens und Druckes erzielt werden. Diese Änderung kann in einer Erhöhung oder Verminderung des Druckes bzw. Volumens bestehen.

Die erfindungsgemäß phasenverschobenen Bewegungszyklen ermöglichen es, den Druckverlauf gezielt im Verlauf des Druckanstieges und in der Höhe zu verändern.

Die folgenden Erläuterungen der Erfindung sind, ebenso wie die hierzu gehörenden F i g. 3 bis 7. nachgebracht.

Anhand der Diagramme nach den Fig.3 bis 7 wird erläutert, wie die erfindungsgemäße Steuerung zur gezielten Steuerung des Luftdrucks im Kompresssionsraum eines Vorholers wirkt. Bei einer eingeschlossenen Luftmenge ist der Luft druck eine Funktion der Volumenänderung. Es wird deshalb bei dem erfindungsgemäßen Verfahren eine gezielte Volumenänderung zur gewünschten Änderung des Luftdrucks im Kompressionsraum hinter dem Luft-

kolben angewandt

Bei einem Vorholer einer Pilgerstraße bekannter Bauart kann die Änderung des Volumens des Kompressionsraum in Abhängigkeit vom Luftkolbenweg bei einer Pilgerwalzenumdrehung, wie in Fig.3 dargestellt, verlaufen.

Dabei sind:

Si -S₂ der Luftkolbenweg während des Arbeitshubes de/ Pilgerwalze, d. h, der Luftkolben bewegt sich dabei vom Walzgerüst weg.

S₂-Si der Vorholweg des Luftkolbens, d.h. der Rückweg des Luftkolbens auf das Walzgerüst zu, nach Bewegungsumkehr im Punkte Si.

Die deckungsgleiche, aber in entgegengesetzer Richtung verlaufende Luftkolbenbewegung beim Vorholhub und die entsprechende Volumenänderung ist spiegelbildlich dargestellt.

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sei das Volumen des Kompressionsraums hinter dem Luftkolben bei seiner Stellung im Punkt Si.

V₂ sei das Volumen des Kompressionsraums bei der Stellung des Luftkolbens in S₂-

V₁ entspricht den Volumen Vl, da die Luftkolbenstellung Si umgeklappt dargestellt, der Stellung S\ entspricht.

Die Volumenänderung über die Luftkolbenwege sind lineare Funktionen und in F i g. 3 dargestellt durch die Geraden V_t — V2 und V2— V3.

Wenn man vereinfacht isothermische Verdichtung der Luft annimmt, dann sind Volumen und Druck umgekehrt proportional.

Wie aus Fig.3 zu ersehen, wird der Luftdruck P\ beim Kompressionsvolumen V₁ sich bei Kompression der Luft auf das Volumen V₂ in den Druck P₂ ändern und bei anschließender Volumenänderung von V₂ in Vj wird sich der Druck von P₂ in P3 ändern.

In der Praxis sind Verfahren bekannt, wie man den linearen Verlauf der Volumenveränderung des Kompressionsraums in Abhängigkeit vom Luftkolbenweg verändern kann. z. B. durch einen schwimmenden Kolben, mit dem man einen gewünschten Enddruck über einen Teilweg des Kompressionshubes annähernd konstant hält.

Der Vorzug dieser Einrichtung wird darin gesehen, daß bei geringer Kompression ein großes Arbeitsvermögen beim Vorholen zur Verfügung steht und der erste Teil des Vorholweges unter konstantem Luft-Druck erfolgt.

Es ist ;iuch eine Vorrichtung bekannt, mit der man das Kompressionsvolumen von einer bestimmten Position des Lufikolbenweges an dadurch verringert, daß bei dieser Position ein als weiterer Kolben ausgebildetes Konstruktionsteil des Luftkolbens in einen Zylinder mit kleinem Volumen und höherer Kompression in Abhängigkeit von Luftkolbenweg eintaucht.

Zur Veränderung des Kompressionsverhaltens kann dieser Zylinder auch noch mit einem verstellbaren Boden ausgeführt sein.

Man kann mit dieser Einrichtung einen überproportionalen Anstieg des Luftdrucks über den Luftkolbenweg und damit einen geringeren Bremsweg und eine schnellere Bewegungsumkehr des Luftkolbens in seiner gerüsifei nen Lage erreichen.

Diese Vorrichtung hat konstruktive Schwierigkeiten und erreicht Kompressionsänderungen, die immer vom Luftkolbenweg abhängig sind.

Wie in den Fig. 1 und 2 dargestellt, kann das Kompressionsvolumen einer Pilgervorholereinrichtung unabhängig vom Luftkolbenweg durch ein mit dem Kompressionsraum hinter dem Luftkolben verbundenes Pumpenvolumen je nach Stellung des Pumpenkolbens verändert werden.

Bei Bewegung des Pumpenkolbens (b) in Fig. la in die Pumpenkolbenstellung in F i g. 1 b, verkleinert sich das mit dem Kompressionsraum hinter dem Luftkoiben verbundene Pumpenvolumen und bei einer Pumpenkolbenstellung entsprechend Fig. Ic vergrößert sich das Volumen.

Die Volumenänderung über die Zeit erfolgt bei Antrieh der Kolbenpumpe über einen Kurbeltrieb sinusförmig.

In F i g. 4 sind für die erfindungsgemäße Vorholeinrichtung mit einer Kolbenpumpe die Linien für die Volumenänderungen während einer Pilgerwalzenumdrehung dargestellt.

V4 sei das Gesamtkompressionsvolumen einer erfindungsgemäßen Vorholereinrichtung bei Mittelstellung des Pumpenkolbens, wie in Fig. la schraffiert dargestellt, und die Geraden V₄-V₅ und V₅-V₆ geben die Volumenänderung durch die Luftkolbenbewegung bei nicht bewegtem Pumpenkolben an.

Die sinus-förmig verlaufende Kurve in Fig.4 zeigt die Volumenänderung durch die Kolbenpumpe und ist für eine Pilgerwalzenumdrehung, aufgetragen über die Zeit.

Bei der Darstellung in Fig.4 macht die Kolbenpumpe, beginnend mit der hinteren Stellung des Pumpenkolbens entsprechend Fig. Ic, einen vollen Hub während einer Pilgerwalzenumdrehung.

Der senkrechte Abstand der beiden Kurven der Volumenänderung gibt in erster Näherung die Größe des Gesamtvolumens des Kompressionsraums bei entsprechender Luftkolbenposition bzw. Kolbenstellung der Pumpe an.

Da die beiden Kurven der Volumenänderungen einmal über die Zeit, zum anderen über den Weg aufgezeichnet sind, andererseits die Luftkolbengeschwindigkeit nicht konstant ist, sind die Werte der Gesamtvolumen, d. h. Abstand der beiden Kurven nur bei zeitlicher Übereinstimmung in der richtigen Größe.

Wird die erfindungsgemäße Vorholereinrichtung mit nicht abgetriebener Kolbenpumpe betrieben, deren Kolben in einer Stellung entsprechend Fig. la verbleibt, so ergibt sich eine Volumenänderung von V₄ = 9 in V₅ = 3, d. h. eine dreifache Kompression.

Wird die Kolbenpumpe, die z. B. eine Volumenänderung von 3 Einheiten pro Hub bewirken soll, ausgehend von der Kolbenstellung nach Fig. Ic, mit einem vollen Pumpenzyklus pro Pilgerwalzenumdrehung betrieben, so ergibt sich wie in F i g. 4 dargestellt, eine Volumenänderung von 11,5 :1,5 Einheiten, d.h. 7fache Kompression des Luftvolumens.

Bei kleineren Volumenänderungen durch die Kolbenpumpe ergeben sich geringere Kompressionen, z. B.

Volumenänderung Verhältnis der Kompression

in Einheiten Kompressionsräume n-fach

1,0	9,5 :2,5	3,8
1,5	9,75 : 2.25	4,3
2,0	10,0 :2,0	5,0
2,5	10,25:1,75	5,8

Die Sinus-Kurve der Volumenänderung verläuft flach und die Volumenänderung erfolgt verhältnismäßig langsam.

Will man eine Volumenänderung und damit auch Druckänderung im Kompressionsraum erreichen, die im Zeitraum der Bewegungsumkehr des Luftkolbens sehr schnell erfolgt, so muß man die Kolbenpumpe mit einer /7-fachen Drehzahl zur Pilgerwalzendrehzahl laufen lassen.

In F i g. 5 ist ähnlich wie in F i g. 4 die Volumenände- to rung des Kompressionsraums während einer Pilgerwalzenumdrehung dargestellt, wobei die Kolbenpumpe mit der 3fachen Drehzahl wie die Pilgerwalze in F i g. 6 mit der 5fachen Drehzahl angetrieben wird.

Mit steigender Drehzahl der Kolbenpumpe erfolgt ein steilerer Druckanstieg im Bereich des Umkehrpunktes S2 des Luftkolbens. Die Höhe des Kompressionsdrucks im Umkehrpunkt wird durch die Hubhöhe der Kolbenpumpe beeinflußt.

In den F i g. 4, 5 und 6 ist der Verlauf des Kompressionsdrucks während einer Pilgerwalzenumdrehung durch die Kurven »Pu. dargestellt

Auch durch einen phasenverschobenen Lauf der Kolbenpumpe zur Luftkolbenbewegung kann eine Veränderung des Volumens im Kompressionsraum und des Kompressionsverlaufs in bezug auf die Luftkolbenbewegung erreicht werden.

In F i g. 7 läuft der Kurbelantrieb der Kolbenpumpe um 90° vor, d. g. die Sinus-Kurve wird um 90° auf der Zeitachse vorgeschoben.

Der entsprechende Druckverlauf P zeigt, daß vor dem Punkt der Bewegungsumkehr des Luftkolbens ein geringer Kompressionsdruck herrscht, der im Punkt Si einen großen Anstieg hat und auch nach 52, d. h. nach der Bewegungsumkehr des Luftkolbens, weiter steigt

Hierdurch wird erreicht daß aufgrund des geringen Kompressionsdrucks unmittelbar vor der Bewegungsumkehr ein nachteiliges Rutschen des Rohres im Pilgerwalzenkaliber vermieden wird und der Luftkolben durch den steil ansteigenden Kompressionsdruck einen kurzen Bremsweg hat und nach der Bewegungsumkehr eine hohe Anfangsbeschleunigung erfährt.

Hierzu 11 Blatt Zeichnungen

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Claims (5)

Patentansprüche:

1. Steuerung eines pneumatisch angetriebenen Vorholers in einer Pilgerwalzanlage, dadurch gekennzeichnet, daß das auf den Luftkolben (6) einwirkende Luftvolumen (1,3,4) zeit- und/oder vorholerwegabhängig verändert wird.

2. Steuerung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Luftvolumen (1,3,4 in einem Bewegungszyklus eine vorher bestimmte Volumenveränderung durchläuft, wobei der Bewegungszyklus in einem ganzzahligen Verhältnis zum Bewegungszyklus des Luftkolbens steht

3. Steuerung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Bewegungszyklen phasenverschoben sind.

4. Steuerung nach den Ansprüchen 1 bis 3 in einer Pilgerwalzanlage mit einem in einer Kompressionskammer pneumatisch bewegbaren, mit dem Vorholer verbundenen Luftkolben, dadurch gekennzeichnet, daß mit dem Kompressionsraum (4) über eine Leitung eine weitere Kammer (1) verbunden ist, in der ein über einen Kurbelantrieb (2) angetriebener Kolben (S) verschiebbar ist

5. Steuerung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben (S) zum Luftkolben (6) phasenverschoben antreibbar ist.