DE3725497A1 - Traegheitskraft-ausgleichsvorrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Trägheitskraft-Ausgleichvor­ richtung für eine mit einem schweren, hin- und hergehen­ den Objekt arbeitende oder versehene Maschine, z.B. ein Pilgerschrittwalzwerk für die Herstellung von nahtlosen Stahlröhren und dgl.

Bei einem mit eingebauten Pilgerwalzen versehenen Pilger­ schrittwalzwerk (vgl. z.B. JP-Patentveröffentlichung 43 472/76) wird im allgemeinen ein Röhrenausgangsmaterial (material pipe) zwischen zwei Pilgerwalzen mit speziellen Tasterzirkeln (caliper compasses) und einem Walzdorn zu nahtlosen Stahlröhren ausgewalzt. Wie in Fig. 2 schematisch veranschaulicht ist, sind bei einem bisherigen Walzwerk dieser Art ein Kurbelarm 3 und ein sektor- oder fächer­ förmiges Ausgleichgewicht 4 mit einer Kurbelwelle 2 ver­ bunden, die durch einen Hauptmotor in Drehung versetzt wird. Mit dem Kurbelarm 3 sind eine Steuerstange 5 und eine Verbindungs- oder Pleuelstange 6 für ein Vertikal- bzw. V-Ausgleichgewicht (V-balancer) verbunden. Ein Pilger­ schritt-Walzgerüst 8, in welchem zwei Pilgerwalzen 7 ge­ lagert sind, ist mit dem distalen Ende der Steuerstange 5 verbunden, während ein V-Ausgleichgewicht 9 am distalen Ende der Verbindungsstange 6 aufgehängt ist.

Wenn die Kurbelwelle 2 durch den Hauptmotor mit einer festen Drehzahl ω in Drehung versetzt wird, wird das Ge­ rüst 8 über den Kurbelarm 3 und die Steuerstange 5 gerad­ linig hin- und hergehend in Bewegung versetzt. Bei dieser Hin- und Herbewegung werden die Pilgerwalzen 7 über Zahn­ stange und Ritzel (nicht dargestellt) zum Auswalzen einer zu bearbeitenden Röhre in Drehung versetzt. Genauer ge­ sagt: wenn sich die Pilgerwalzen 7 drehen und die Röhre mit dem durch sie hindurchgeführten Walzdorn vorgeschoben wird, greifen die Walzen 7 an der Röhre an, und bei ihrer Weiterdrehung wird die Röhre auf das Endmaß herunterge­ walzt. Anschließend wird die Röhre von den Walzen 7 frei­ gegeben. Während die Röhre beim Auswalzen durch die Walzen 7 im Stillstand verbleibt, wird sie beim Freikommen von den Walzen 7 gleichzeitig vorgeschoben.

Beim beschriebenen Pilgerschrittwalzwerk ist ein Kurbel­ mechanismus für die Pendelbewegung (Hin- und Herbewegung) des Walzgerüsts 8 mit den darin gelagerten Pilgerwalzen 7 vorgesehen. Infolgedessen treten eine Unwucht aufgrund der Trägheitskraft bei der durch die Kurbelbewegung indu­ zierten Pendelbewegung sowie ein durch die Trägheitskraft hervorgerufenes Kräftepaar auf. Zum Ausschalten dieser Unwucht sind daher, wie oben beschrieben, das fächer­ förmige Ausgleichgewicht 4 und das Vertikal- oder V-Aus­ gleichgewicht 9 vorgesehen.

Das bisherige Pilgerschrittwalzwerk ist jedoch wegen der Anordnung des fächerförmigen Ausgleichgewichts 4 und des V-Ausgleichgewichts 9 mit folgenden Nachteilen behaftet:

• 1. Die Gesamtanordnung besitzt aufgrund des Einbaus der beiden Ausgleichgewichte (balancers) 4 und 9 große Ab­ messungen.
• 2. Obgleich mit den beiden Ausgleichgewichten 4 und 9 die Unwucht erster Ordnung (of a term of first degree) (dies bezieht sich auf einen Ausdruck erster Ordnung oder ersten Grades in einer bekannten allgemeinen Formel, welche eine Trägheitskraft einer Pendelbewegung ausdrückt; im folgenden gilt dasselbe) auf der Grundlage der Drehzahl (oder Drehgeschwindigkeit) ω der Kurbelwelle 2 aufgehoben werden kann, kann eine Unwucht höherer Ordnung bzw. höheren Grades (the imbalance of the term of higher degree) nicht beseitigt werden. Wenn versucht wird, die Unwucht höherer Ordnung zu beseitigen, muß das Verhältnis der Länge R des Kurbelarms 3 zur Länge L der Steuerstange 5 verkleinert werden, so daß die Länge L der Steuerstange 5 vergrößert werden muß und die Gesamtanordnung mithin noch größere Abmessungen erhält.
• 3. Da die Unwucht höherer Ordnung aufgrund der Drehzahl ω der Kurbelwelle 2 nicht beseitigt werden kann, wirkt auf die Steuerstange 5, die Kurbelwelle 2 und dgl. eine große Trägheitskraft ein, welche der Erhöhung von ω zur zweiten Potenz proportional ist. Bei einer Erhöhung der Drehzahl wird daher die An­ ordnung einer Konstruktion, welche dieser Trägheitskraft zu widerstehen vermag, unrealistisch, weshalb Grenzen für den Betrag, um den die Drehzahl erhöht werden kann, be­ stehen.
• 4. Aufgrund der Anordnung des V-Ausgleichgewichts 9 benötigt ein Pilgerschrittwalzwerk für das Auswalzen z.B. einer Ausgangsstahlröhre mit einem Durchmesser von 260 mm ein etwa 8 m tiefes Fundament, so daß es letztlich schwierig wäre, eine ausreichende Wartung des V-Ausgleich­ gewichts 9 sicherzustellen.

Für ein Pilgerschrittwalzwerk, das ein Pilgerschritt-Walz­ gerüst mit zwei eingebauten oder gelagerten Pilgerwalzen aufweist, ist andererseits eine Methode zum Ausgleichen einer Trägheitskraft bekannt, bei welcher eine Kolben­ stange eines Druckluftzylinders mit dem Walzgerüst ver­ bunden ist und dem Druckluftzylinder Druckluft zugeführt wird, um damit die Trägheitskraft des hin- und hergehen­ den bzw. pendelnden Walzgerüsts auszugleichen (vgl. GB-PS 13 55 733).

Diese Methode ist jedoch offensichtlich mit Problemen be­ haftet; da nämlich die Trägheitskraft durch Druckluft, deren Volumen sich verkleinern kann, ausgeglichen wird, müssen der Druckluftkompressor und der -zylinder große Abmessungen besitzen. Auch wenn dabei versucht wird, die Kraft des Pilgerschrittwalzwerks für das Auswalzen einer Röhre mittels der Druckluft abzustützen (to back up), vermag die Druckluft keine große Kraft zu liefern. Wenn zudem die Pendelbewegung durch Betreiben des Druckluft­ zylinders mit Druckluft ausgeglichen werden soll, wird für diesen Zweck eine übermäßig große Energiemenge als Antriebs- oder Betriebskraft benötigt.

Aufgabe der Erfindung ist damit die Schaffung einer Träg­ heitskraft-Ausgleichvorrichtung für eine mit einem hin- und hergehenden oder pendelnden schweren Objekt arbeitende oder versehene Maschine, wobei mittels dieser Vorrichtung die als externe Kraft für das Ausgleichen benötigte Ener­ giemenge auf einem Mindestmaß haltbar sein und der Hub für die Einstellung der Stellung oder Lage des anderen Endes einer für das Ausgleichen benutzten Federanordnung minimiert werden soll.

Diese Aufgabe wird bei einer Trägheitskraft-Ausgleichvor­ richtung für eine mit einem schweren Objekt (oder Bau­ teil), das (der) für waagerechte Hin- und Herbewegung ge­ lagert ist, arbeitende bzw. versehene Maschine mit einer Antriebsvorrichtung, um dem schweren Objekt eine hin- und hergehende Bewegung oder Pendelbewegung mittels einer Antriebskraft zu erteilen, die von einer Drehbewegung in eine hin- und hergehende Bewegung umgesetzt wird, er­ findungsgemäß gelöst durch eine an ihrem einen Ende mit dem schweren Objekt verbundene Federanordnung, welche die Trägheitskraft (bei) der Hin- und Herbewegung des schweren Objekts auszugleichen vermag, und eine Steuer- oder Ein­ stellvorrichtung zur Änderung der Federkraft der Feder­ anordnung entsprechend der Drehzahl der Drehbewegung der Antriebsvorrichtung.

Im folgenden ist eine bevorzugte Ausführungsform der Er­ findung im Vergleich zum Stand der Technik anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Trägheits­ kraft-Ausgleichvorrichtung gemäß der Erfindung,

Fig. 2 eine schematische Darstellung eines Beispiels für eine bisherige Trägheitskraft-Ausgleichvor­ richtung,

Fig. 3a eine graphische Darstellung des (der) in einem Pilgerschrittwalzwerk entstehenden Unausgleichs oder Unwucht (imbalance),

Fig. 3b eine graphische Darstellung, die in vergrößertem Maßstab nur die Größe der Unwucht nach Fig. 3a zeigt,

Fig. 4 eine graphische Darstellung von Betriebsarten und

Fig. 5 eine detaillierte Darstellung einer Vorrichtung zum Variieren bzw. Einstellen der Federkonstante.

Fig. 2 ist eingangs bereits erläutert worden.

Im folgenden ist eine Anordnung gemäß der Erfindung anhand von Fig. 1 beschrieben. Den Teilen der bisherigen An­ ordnung nach Fig. 2 entsprechende Teile sind dabei mit denselben Bezugsziffern wie vorher bezeichnet und nicht mehr im einzelnen erläutert.

Grundsätzliche Steuerung

Die zu beschreibende Ausführungsform eignet sich zweck­ mäßig für ein sog. Groß-Pilgerschrittwalzwerk zum Aus­ walzen von nahtlosen Stahlröhren eines Durchmessers von 260 mm, bei dem bei der Hin- und Herbewegung oder Pendel­ bewegung eine Trägheitskraft in der Größenordnung von etwa 60 t auftritt. Insgesamt ist diese Ausführungsform so ausgelegt, daß die bei (als Ergebnis) der Pendelbe­ wegung des Pilgerschritt-Walzgerüsts 8 (im folgenden ein­ fach als Walzgerüst bezeichnet) auftretende oder erzeugte Trägheitskraft durch eine in das Walzgerüst 8 eingebaute Schraubenfederanordnung 10 ausgeglichen wird.

Unter Berücksichtigung der Tatsache, daß der (das) Aus­ druck oder Glied des ersten Grades der Trägheitskraft bzw. die Trägheitskraft erster Ordnung (term of first degree of the inertia force) des Walzgerüsts 8 im wesentlichen mit der linearen Charakteristik der Federn übereinstimmt, sei folgendes vorausgesetzt:
M = Gewicht des Walzgerüsts 8,
α = Beschleunigung (bei) einer Verschiebung s des Walzgerüsts 8 aus der Mittelstellung und
x = Verschiebung (oder Hub) eines Hydraulikzylinders 11.

In diesem Fall gilt die folgende Formel:

M × α = k (s - x) (1)

Nebenbei bemerkt, wird die ungefähre Größe einer vor­ liegend angewandten Federkonstante k wie folgt bestimmt: Wenn der Einfachheit halber angenommen wird, daß R/L «1 gilt, so wird

α = ω² × s (2)

vom Ausdruck der Trägheitskraft erster Ordnung der durch die Kurbelbewegung herbeigeführten Pendelbewegung abge­ leitet.

Anhand von Formeln (1) und (2) ergibt sich mithin:

Mittels dieser Formel (3) kann die Federkonstante k so gewählt werden, daß die Verschiebung (displacement) x des Hydraulikzylinders zu 0 wird, d.h. daß sich der Hydraulik­ zylinder 11 nicht wesentlich bewegt. Mit anderen Worten: die Federkonstante k kann so gewählt werden, daß bei der maximalen Drehzahl ω (wenn der Ausdruck des ersten Grades der Trägheitskraft bzw. die Trägheitskraft erster Ordnung eine maximale Größe besitzt) in Formel (3)

x/s = 0

gilt.

Die Federkonstante k wird daher bestimmt durch:

k = M ω²max (4)

Mit anderen Worten: wenn die Schraubenfederanordnung 10 mit der nach dieser Formel (4) bestimmten Federkonstante k eingebaut wird, kann mittels der Schraubenfederanordnung 10 der größte Teil der Unwucht aufgehoben oder besei­ tigt werden, wobei sich die Lage des anderen Einbauendes der Schraubenfederanordnung 10, praktisch gesehen, über­ haupt nicht verschiebt.

In der Praxis ist jedoch die Formel bzw. Beziehung R/L «1,0 nicht anwendbar, weil der (das) Ausdruck oder Glied höherer Ordnung bzw. höheren Grades in einer be­ kannten allgemeinen Formel nicht vernachlässigt werden kann. Bei der dargestellten Ausführungsform werden daher das andere Ende der Schraubenfederanordnung 10 mit der Kolbenstange 12 des Hydraulikzylinders 11 verbunden und die Lage oder Stellung dieses anderen Endes dabei kon­ trolliert oder gesteuert, indem die Federkraft der Schraubenfederanordnung 10 variabel ausgelegt wird, so daß auch die Trägheitskraft höherer Ordnung bzw. das Glied höheren Grades der Trägheitskraft (term of higher degree of the inertia force) ausgeglichen werden kann.

Eine Verschiebungs-Vorgabegröße X bezüglich der Verschie­ bung x des Hydraulikzylinders wird ermittelt, nämlich an­ hand der folgenden, durch Abwandlung von Formel (1) er­ haltenen Formel bzw. Gleichung:

Diese Verschiebungs-Vorgabegröße X wird dadurch berechnet, daß einem Rechnerteil 14 die Drehzahl ω eingegeben wird, die mittels eines Drehzahlgebers und eines Drehwinkel­ detektors oder -gebers 13, die beide an der Kurbelwelle 2 vorgesehen sind, erfaßt wird. Diese Größe wird in eine entsprechende Spannung umgewandelt und als Spannungs-Vor­ gabegröße j 1 einem Servoventil 15 zur Lieferung von Hy­ draulikdruck (bzw. Druckmittel) zum Hydraulikzylinder 11 zugeführt. Der Hydraulikzylinder 11 wird durch derartige Ansteuerung des Servoventils 15 (geradlinig) in Hin- und Herbewegung oder Pendelbewegung versetzt, um damit die Stellung des anderen Endes der Schraubenfederanordnung 10 zu steuern. Bei dieser Ausführungsform kann infolgedessen auch die Trägheitskraft höherer Ordnung (the term of higher degree of the inertia force) des hin- und hergehen­ den bzw. pendelnd bewegten Walzgerüsts 8 ausgeglichen werden.

Bei dieser Ausführungsform kann (auch) die Drehzahl ω der Kurbelwelle 2 auf erforderliche Weise variiert werden. Aus diesem Grund ist, wie auch aus obiger Formel (1) hervorgeht, eine Vorrichtung 16 zum Variieren der Feder­ konstante k auf eine optimale Größe entsprechend der ge­ änderten Drehzahl ω vorgesehen. Für die Änderung der Feder­ konstante k wird, mit anderen Worten, durch einen Feder­ konstanten-Rechnerteil 16 a (Fig. 1) eine solche Feder­ konstante k berechnet, die der Formel (1) genügt, und zwar entsprechend der mittels des Drehzahlgebers und des Drehwinkelgebers 13 (die beide an der Kurbelwelle 2 an­ bracht sind) gemessenen Drehzahl ω. Darüber hinaus wird die Zahl der wirksamen Federn der Schraubenfederanordnung 10 zur Einstellung der berechneten Federkonstante k vari­ iert.

Die Einzelheiten der Vorrichtung zum Variieren der Feder­ konstante oder Federkonstanten-Einstellvorrichtung 16 sind in Fig. 5 dargestellt. Dabei ist eine mit dem Walz­ gerüst 8 verbundene Verbindungsstange 17 auch mit einer Führung 18 verbunden, an welcher die Schraubenfederan­ ordnung 10 angebracht ist. Letztere umfaßt an der einen Seite vier Schrauben-Druckfedern 19 a, 19 b, . . . mit Feder­ konstanten k 1, k 2, . . . und an der anderen Seite vier Schrauben-Druckfedern 20 a, 20 b, . . .. Vier Feder(leit)­ stangen 21 a, 21 b, . . . sind verschiebbar durch die Führung 18 hindurchgeführt, wobei erste und zweite Federteller 22, 23 an den beiden Enden jeder Federstange 21 angebracht sind. Jede der ersten Druckfedern 19 ist somit zwischen die Führung 18 und den betreffenden ersten Federteller 22 eingefügt. Die ersten und zweiten Federteller 22, 23 sind zum Einstellen der Federwirkung mit dem Druck von ersten und zweiten Hydraulikzylindern 24 a, 24 b, . . . 25 a, 25 b, . . . beaufschlagbar. Dabei sind die ersten Hydraulik­ zylinder 24 jeweils an einer Stirnplatte 27 eines Führungs­ rahmens 26, die zweiten Hydraulikzylinder 25 jeweils an der anderen Stirnplatte 28 angebaut. Ein Flansch (liner) 29 der Führung 18 ist im Führungsrahmen 26 verschiebbar geführt. Die Verbindungsstange 17 durchsetzt verschieb­ bar die eine Stirnplatte 27, während die Kolbenstange des Hydraulikzylinders 11 mit der anderen Stirnplatte 28 verbunden ist.

Die Änderung oder Einstellung der Federkonstante k der Schraubenfederanordnung 10 geschieht wie folgt: Die Stellung gemäß Fig. 5 kann als Neutralstellung angesehen werden. Die ersten und zweiten Hydraulikzylinder 24 b, 24 c bzw. 25 b, 25 b werden mit Hydraulikdruck beaufschlagt bzw. mit hydraulischem Druckmittel gespeist. Wenn sich sodann das Walzgerüst 8 in Richtung des Pfeils E verschiebt, wird die Führung 18 über die Verbindungsstange 17 ebenfalls in derselben Richtung verschoben, wobei die zweiten Druck­ federn 20 b, 20 c zusammengedrückt werden. Wenn sich das Walzgerüst 8 hierauf in Richtung des Pfeils F (Fig. 5) zurückbewegt, verschiebt sich auch die Führung 18 in der­ selben Richtung, so daß die ersten Druckfedern 19 b, 19 c zusammengedrückt werden. Die Gesamtfederkonstante der Druckfedern 19, 20 wird mithin zu k 2 + k 3. Wenn weiterhin Druckmittel zu allen ersten und zweiten Hydraulikzylindern 24 bzw. 25 geliefert wird, üben alle ersten und zweiten Druckfedern 19 bzw. 20 eine Federwirkung aus, so daß die Federkonstante zu k 1 + k 2 + k 3 + k 4 wird. Hierbei ist die Federkonstante mit der maximalen Größe der Trägheitskraft (bei) der Pendelbewegung des Walzgerüsts 8 ausgeglichen.

Da eine optimale Federkonstante k entsprechend der Dreh­ zahl ω gewählt werden muß, erfolgt die Steuerung oder Einstellung in der Weise, daß die einzelnen Hydraulik­ zylinder 24 a, 24 b, . . ., 25 a, 25 b, . . . mittels Signalen, die durch Berechnung im Federkonstanten-Rechenteil 16 a erhalten werden, aktiviert und deaktiviert (EIN bzw. AUS) und die Federkonstanten zur Erzielung der optimalen Feder­ konstante miteinander kombiniert werden.

Verbesserung der Ausgleichgenauigkeit

Bei der dargestellten Ausführungsform wird weiterhin dem Servoventil 15 ein Kompensiersignal j 2 zugeführt, in wel­ chem z.B. die (der) Gleitreibungskraft oder -widerstand des Walzgerüsts 8 und ein Fehler zwischen den Meßwerten und den Istwerten berücksichtigt sind. Zur Verbesserung der Ausgleichgenauigkeit ist dabei auf der Verbindungs­ stange 5 ein Zugspannungsdetektor 29 montiert, dessen Signal j 2 als Rückkopplungsverstärkung oder -gewinn (feedback gain) Kcc zu einem Verstärker 30 rückgekoppelt wird, welcher die Verschiebung-Vorgabegröße X liefert.

Für die tatsächliche Betätigung des Hydraulikzylinders 11 wird dessen Bewegung durch einen am anderen Ende der Kol­ benstange 12 vorgesehenen Stellungsgeber oder -fühler 31 erfaßt, dessen Signal als Rückkopplungsverstärkung Kf zum Verstärker 30 rückgekoppelt wird; die Lagen- oder Stel­ lungssteuerung erfolgt dabei in der Weise, daß sich der Hydraulikzylinder 11 nach Maßgabe der Verschiebung-Vor­ gabegröße X für ihn bewegt.

Unterstützung des Walzbetriebs

Durch den bei dieser Ausführungsform verwendeten Hydraulik­ zylinder 11 wird eine zu vorgegebenen Zeitpunkten (preset timings) (z.B. etwa 90° und 270° Kurbelwinkel), d.h. beim Auftreten einer Gegenwirkkraft des Auswalzens, erforder­ liche Horizontalkraft durch die Ausgangsleistung des Hy­ draulikzylinders 11 unterstützt oder verstärkt (assisted). Aus diesem Grund kann ein Hauptantriebssystem (wie Haupt­ motor 1, Untersetzungsgetriebe, Schwungrad, Kupplung, Kurbelwelle 2, Kurbelarm 3 und Verbindungs- oder Steuer­ stange 5) kompakt und mit niedrigem Gewicht ausgelegt werden. Wenn beispielsweise eine an einem Scheitelpunkt einer Auswalz-Gegenwirkkraft erforderliche Horizontal­ kraft 30 t beträgt, kann dem (durch den) Hydraulikzylinder 11 eine Unterstützungskraft von etwa 10 t erteilt (ge­ liefert) werden.

Bei dieser Ausführungsform kann aufgrund der beschrie­ benen Steuerung die Trägheitskraft (bei) der Pendelbe­ wegung des Walzgerüsts 8 mittels der Schraubenfederan­ ordnung 10 in vorteilhafter Weise ausgeglichen werden. Die entsprechenden Bedingungen sind in den Fig. 3a und 3b veranschaulicht. Beim vorliegenden Versuchsbeispiel lagen folgende Bedingungen vor: L=4000 mm, R=720 mm, M=35 t, Durchmesser des Hydraulikzylinders 11= 175 mm/⌀90 × zwei Sätze (beide Seiten), Federkonstante k der Schraubenfederanordnung 10=400 kg/cm × 2 Sätze (beide Seiten) und ωmax=45/min. Die Fig. 3a und 3b ver­ anschaulichen einen Unausgleichzustand der Trägheits­ kraft, d.h. in ihnen sind eine Kraft (in t) auf der Ordinate und die Zeit (in s) auf der Abszisse aufgetragen. Fig. 3a ist eine graphische Gesamtdarstellung, während Fig. 3b einen vergrößerten Ausschnitt nur des Unausgleichs (bzw. der Unwucht) nach Fig. 3a darstellt. Die ausge­ zogene Linie steht für eine Trägheitskraft; die gestrichelte Linie gibt eine Federkraft an; die strichpunktierte Linie steht für einen Unausgleich bei der bisherigen Anordnung nach Fig. 2; und die doppelt strichpunktierte Linie gibt den Unausgleich bei der dargestellten Ausführungsform an. Wie aus diesen Figuren hervorgeht, verbleibt bei der bis­ herigen Anordnung eine (Rest-)Unausgleichkraft von 5 t, während diese Kraft erfindungsgemäß auf 0,5 t oder weniger verringert sein kann. Während das Walzgerüst 8 an zwei Stellen, in Pendelbewegungsrichtung gesehen, unterstützt oder gelagert ist, veranschaulichen die Fig. 3a und 3b eine auf eine Stelle einwirkende Kraft. Außerdem kann auch das Trägheitskräftepaar um die Kurbelwelle 2 herum im Vergleich zur bisherigen Anordnung auf 10% oder weniger verringert sein.

Das dargestellte Pilgerschrittwalzwerk kann (auch) durch Änderung der Drehzahl ω der Kurbelwelle 2 vorteilhaft (zweckmäßig) betrieben werden. Ein Beispiel für einen solchen Betriebszustand ist in Fig. 4 dargestellt. Gemäß dieser graphischen Darstellung der Betriebsarten werden mehrere zu bearbeitende Röhren linear angeordnet (Zone G), indem ein(e) zwischen dem Hauptmotor 1 und der Kurbel­ welle 2 angeordnete(s) Geschwindigkeitswechselgetriebe oder Kupplung (beide in Fig. 1 nicht dargestellt) be­ trieben werden. Bei der Durchführung des kontinuierlichen Auswalzens wird die Drehzahl ω von ihrem Höchstwert auf etwa die Hälfte dieses Werts an den vorlaufenden und fol­ genden Enden der jeweiligen, ausgewalzten Röhren ver­ ringert, um einen Bruch an diesen Abschnitten zu vermei­ den. Wenn hierbei die Drehzahl ω im Betrieb verringert wird, kann bei dieser Ausführungsform auch der Hub des Hydraulikzylinders 11 klein sein, weil dabei eine der verringerten Drehzahl ω entsprechende Federkonstante k durch die Federkonstanten-Einstellvorrichtung 16 klein eingestellt wird. Obgleich bei dieser Ausführungsform der Hub des Hydraulikzylinders 11 auf etwa 10% der Größe des Hubs des Walzgerüsts 8 eingestellt wird oder ist, wird dann, wenn k nicht variiert und ω klein eingestellt wird, der Hub des Hydraulikzylinders 11 beispielsweise etwa halb so groß wie der Hub des Walzgerüsts 8. Wenn k vari­ iert und ω klein eingestellt werden, kann der Hub des Hydraulikzylinders 11 etwa 10% des Hubs des Walzgerüsts 8 betragen.

Obgleich vorstehend die Anwendung der Federkonstanten- Einstellvorrichtung 16 beschrieben ist, kann wahlweise die Anordnung so getroffen sein, daß ohne Änderung der Federkonstante der Schraubenfederanordnung 10 deren auf das Walzgerüst 8 einwirkende Federkraft selbst entspre­ chend der Drehzahl ω der Kurbelwelle 2 geändert wird. Beispielsweise kann die Anordnung so getroffen sein, daß das (Pilgerschrittwalzwerk-)Walzgerüst 8 mit dem einen Ende eines in seinem Zentrum gehalterten oder gelagerten Hebels verbunden ist, mit dessen anderem Ende eine Schrauben(druck)federanordnung verbunden ist, wobei das Hebel(übersetzungs)verhältnis (lever ratio) in Abhängig­ keit von der Drehzahl ω geändert und damit auch die Feder­ kraft geändert wird. Außerdem ist auch der Mechanismus zum Umsetzen der Drehbewegung in eine geradlinige Hin- und Herbewegung, d.h. Pendelbewegung, nicht auf einen Kurbelmechanismus beschränkt, vielmehr kann für diesen Zweck wahlweise ein Steuerkurvenmechanismus (cam-shaped mechanism) eingesetzt werden.

Während zudem die vorliegende Ausführungsform in Ver­ bindung mit einem sog. Groß-Pilgerschrittwalzwerk (Kalt­ verformung-Röhrenwalzwerk) beschrieben ist, ist die Er­ findung nicht darauf beschränkt, sondern auch auf ein Pilgerschrittwalzwerk zur Herstellung von Stahlplatten oder -blechen und Stahlstangenmaterial anwendbar.

Aufgrund der offenbarten Anordnung bietet die Erfindung in Zusammenfassung die folgenden Vorteile:

• 1. Da im Vergleich zu einem herkömmlichen Pilgerschritt­ walzwerk mit Vertikal- oder V-Gegengewicht und sektor- oder fächerförmigem Gegengewicht das V-Gegengewicht und dgl. in Fortfall kommen können, können die Gesamtanordnung kompakt ausgebildet, ein Hochgeschwindigkeitsbetrieb ge­ währleistet, Wartung erleichtert und der Fundamentaufbau vereinfacht werden. Da außerdem die Pendelbewegung (reciprocating motion) mittels der Federn ausgeglichen werden kann, ist es möglich, das Ausgleichen oder Aus­ wuchten (balancing) praktisch ohne jede Notwendigkeit für eine Kompensation durchzuführen, wobei für diesen Zweck auch keine übermäßig große externe Energiemenge nötig ist.
• 2. Auch wenn die Drehzahl für die Pendelbewegung des Walz­ gerüsts variiert wird, um dem Werkstück eine optimale Ge­ schwindigkeit zu erteilen und damit die Betriebsleistung (operating ratio) zu verbessern, kann ein vorteilhafter Trägheitskraftausgleich erzielt werden, weil die Feder­ konstante variabel (einstellbar) ist und die Stellung des anderen Endes der Federanordnung ebenfalls geändert werden kann.
• 3. Da die Federkonstante variabel ist, kann der Hub für die Einstellung der Lage oder Stellung des anderen Endes (die feste Position) der Federanordnung verkürzt werden.
• 4. Da weiterhin auch Trägheitskräfte höherer Ordnung (the term of higher degree) ausgeglichen werden, sind die Ver­ bindungsstange, der Kurbelarm und die Kurbelwelle, für welche Werkstoff hoher Güte, der einer maschinellen oder spanabhebenden Bearbeitung bedarf, verwendet wird, keinen übermäßig großen Kräften unterworfen, so daß diese Bau­ teile kompakt ausgebildet werden können. Diesbezüglich wird also eine bemerkenswerte Kosteneinsparung erzielt. Während bei einer herkömmlichen Anordnung, bei welcher die (für jedes Pilgerschrittwalzgerüst erforderlichen) Ankerschrauben eines das Walzgerüst aufnehmenden Gehäuses oder Ständers vorgesehen sind, nur die Trägheitskräfte erster Ordnung (the term of the first degree) beseitigt werden, müssen außerdem die Trägheitskräfte zweiter Ordnung (the inertia force of second degree) zumindest aufgefangen oder gedämpft (supported) werden. Für die Durchführung eines Betriebs mit hoher Geschwindigkeit müssen daher die Ankerschrauben verstärkt werden. Er­ findungsgemäß werden jedoch auch Trägheitskräfte zweiter Ordnung (the term of second degree) ausgeglichen, so daß nur die Horizontalgegenwirkkraft (etwa 10% der Auswalz­ kraft) beim Auswalzen aufgefangen (supported) zu werden braucht. Da jedoch diese Horizontalgegenwirkkraft für die Drehzahl irrelevant ist, wird bei Durchführung eines Hochgeschwindigkeitsbetriebs kein ungünstiger Einfluß auf die Ankerschrauben ausgeübt, so daß dafür dieselben Ankerschrauben wie bei niedriger Drehzahl verwendet wer­ den können. Mit anderen Worten: auch wenn die Trägheits­ kraft des Walzgerüsts aufgrund eines Hochgeschwindigkeits­ betriebs groß wird, kann bei der Erfindung diese Träg­ heitskraft von einem Maschinenrahmen oder -gestell, der bzw. das keiner maschinellen Bearbeitung bedarf, über die Federanordnung aufgefangen werden, ohne daß auf die Ankerschrauben ein ungünstiger Einfluß ausgeübt wird.

Obgleich die Erfindung vorstehend in bevorzugter Aus­ führungsform in Anwendung auf ein Pilgerschrittwalzwerk beschrieben ist, ist sie ersichtlicherweise auf verschie­ dene Maschinen mit einem hin- und hergehend bewegten schweren Objekt (oder Bauteil) anwendbar und verschie­ denen Änderungen und Abwandlungen zugänglich.

Claims (6)

1. Trägheitskraft-Ausgleichvorrichtung für eine mit einem schweren Objekt (oder Bauteil), das (der) für waage­ rechte Hin- und Herbewegung gelagert ist, arbeitende bzw. versehene Maschine mit einer Antriebsvorrichtung, um dem schweren Objekt eine hin- und hergehende Be­ wegung oder Pendelbewegung mittels einer Antriebskraft zu erteilen, die von einer Drehbewegung in eine hin- und hergehende Bewegung umgesetzt wird, gekennzeich­ net durch
eine an ihrem einen Ende mit dem schweren Objekt ver­ bundene Federanordnung, welche die Trägheitskraft (bei) der Hin- und Herbewegung des schweren Objekts auszugleichen vermag, und
eine Steuer- oder Einstellvorrichtung zur Änderung der Federkraft der Federanordnung entsprechend der Drehzahl der Drehbewegung der Antriebsvorrichtung.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Federkonstante der Federanordnung änderbar (einstellbar) ist, eine Vorrichtung zum Ändern der Stellung des anderen Endes der Federanordnung vorge­ sehen ist und die Einstellvorrichtung die Federkon­ stante der Federanordnung und die Stellung des anderen Endes der Federanordnung ändert (oder einstellt).

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung zum Ändern der Stellung des anderen Endes der Federanordnung durch einen Hydraulikzylinder mit einem Kolben, mit welchem das andere Ende der Federanordnung verbunden ist, und ein Servoventil zur Lieferung von hydraulischem Druckmittel zum Hydraulik­ zylinder zwecks Steuerung oder Einstellung der Stel­ lung des Kolbens entsprechend der Drehzahl gebildet ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Federanordnung eine Anzahl von parallel zuein­ ander angeordneten Schraubenfedern und eine Einrich­ tung, um jede der Schraubenfedern in einen Betriebs­ zustand zu versetzen, aufweist, so daß die Federkon­ stante durch Änderung der Kombination der in den Be­ triebszustand versetzten Schraubenfedern änderbar bzw. einstellbar ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Federanordnung folgendes umfaßt: einen lang­ gestreckten Führungsrahmen, ein in letzterem längsver­ schiebbar geführtes Führungselement, mehrere Feder­ stangen, die sich in Längsrichtung erstrecken, das Führungselement durchsetzen und an ihren gegenüber­ liegenden Enden jeweils Federanlagen oder -teller auf­ weisen, mehrere jeweils auf eine der Federstangen auf beiden Seiten des Führungselements aufgesetzte und je­ weils zwischen dem Führungselement und dem betreffen­ den Federteller wirkende Schrauben(druck)federn, ein Paar Hydraulikzylinder, die an den beiden Endabschnitten des Führungsrahmens so angeordnet sind, daß sie in Flucht mit den betreffenden Federstangen einander zu­ gewandt sind, und welche an den gegenüberliegenden Enden der betreffenden Federstangen anzugreifen oder von ihnen freizukommen vermögen, um die betreffenden Federstangen mit dem Führungsrahmen fest zu koppeln oder von ihm zu trennen, und eine sich in Längsrichtung des Führungsrahmens erstreckende Verbindungsstange, deren eines Ende mit dem schweren Objekt verbunden ist, während ihr anderes Ende mit dem Führungselement verbunden ist.

6. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sie auf ein Pilgerschritt­ walzwerk mit einem zwei Pilgerwalzen aufweisenden Pilgerschritt-Walzgerüst, welches das schwere Objekt darstellt, angewandt ist.