DE4336422A1 - Kurbelbetrieb für ein Kaltpilgerwalzwerk - Google Patents
Kurbelbetrieb für ein KaltpilgerwalzwerkInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Kaltpilgerwalzwerk mit hin- und herbewegbarem
Walzgerüst, das über zwei Schubstangen mit den Kurbelzapfen zweier
Kurbeln gekoppelt ist, und dessen Trägheitskräfte durch Gegenmassen
mindestens teilweise ausgleichbar sind, die in Form von Fliehgewichten
exzentrisch zur Drehachse der Kurbeln um 180 Grad zum Anlenkpunkt der
Schubstangen versetzt auf den Kurbeln angeordnet sind.
Die Hin- und Herbewegung des Walzgerüstes herkömmlicher
Kaltpilgerwalzwerke wird von unterschiedlichen Kurbeltrieb-Bauformen
erzeugt. Die großen bewegten Trägheitsmassen der Walzgerüste mit den
Walzen erzeugen sehr große Trägheitskräfte, die Gegenmaßnahmen zur
Reduktion der Schwingungsemission notwendig machen. In einfachsten
Ausführungen beschränken sich die Gegenmaßnahmen auf das Anbringen von
Gegengewichten an der Kurbel des Kurbeltriebes, die jedoch nur einen
schlechten Massenausgleich bewirken und nicht geeignet sind, die
Schwingungsemission zu verhindern.
Die meisten Kaltpilgerwalzwerke werden mit einem Drehmomenten- und
Massenausgleichssystem ausgerüstet, mit dem ein vollkommener
Massenkraftausgleich erster Ordnung ebenso ermöglicht wird, wie ein sehr
guter Drehmomentausgleich. Ein bekanntes Kaltpilgerwalzwerk
verwirklicht dies mit einem an dem Kurbeltrieb angelenkten
Drehmomentenausgleichssystem, das die Bewegungsenergie, die bei der
Verzögerung des Walzgerüstes zur Totpunktlage frei wird, in der am
Kurbeltrieb um 90 Grad versetzt angeordneten vertikal auf- und
abbewegbaren Ausgleichsmasse aufspeichert und bei der anschließenden
Beschleunigung des Walzgerüstes wieder verwendet. Dieses vertikale
Drehmomentenausgleichssystem unter Einbeziehung des Walzendrehmomentes
auf Vorwärts- und Rückwärtshub bewirkt, daß der gesamte Antrieb zwischen
Antriebsmotor und Kurbelwelle von zeitweilig zurückfließender
Bewegungsenergie entlastet wird. Das heißt, bei konstanter
Kurbeldrehzahl ist auch das Antriebsmoment weitgehend konstant, weil die
kinetische Energie zwischen den Teilgetrieben hin- und herfließt, ohne
den Motor zu belasten (Mannesmann Demag Hüttentechnik, "Maschinen und
Anlagen zur Herstelellung von Rohren nach dem Kaltpilgerverfahren", Seiten
18 und 19).
Obgleich mit dieser Bauform den Erfordernissen eines ausreichenden
Massen- und Drehmomentenausgleiches Rechnung getragen wird, hat die
bekannte Lösung den Nachteil, daß tiefe Fundamente erforderlich sind,
die einen erheblichen Anteil der Investitionskosten ausmachen. Ein
weiterer Nachteil besteht darin, daß geteilte und damit teure Lager an
den Kurbelkröpfungen und als mittleres Kurbelwellenlager verwendet
werden müssen.
Es ist auch schon vorgeschlagen worden, für kleine Rohrabmessungen
Planetenkurbeltriebe zu verwenden, mit denen auch ein vollkommener
Massenausgleich und ein vollkommener Drehmomentenausgleich möglich ist.
Mit diesen Walzwerken lassen sich auch ungeteilte Lager einsetzen, und
es sind geringe Fundamenttiefen vorzusehen, doch läßt sich diese
Bauform nicht auf Kaltpilgerwalzwerke für große Rohrabmessungen
übertragen.
Schließlich ist es bekannt (DE 41 24 691 C1), den Kurbeltrieb eines
Kaltpilgerwalzwerkes dadurch zu vereinfachen, daß dieser aus drei
parallel zueinander und gleich beabstandet angeordneten Wellen besteht,
von denen die mittlere als Kurbelwelle ausgebildete Welle über ihren
Kurbelzapfen mit der das Walzgerüst koppelbaren Schubstange verbunden
ist. Eine Hauptmasse ist exzentrisch auf der Kurbel versetzt
angeordnet, während auf den beiden anderen Wellen sich Zusatzmassen
befinden, die insgesamt die Trägheitsmasse des Walzgerüstes ausgleichen
sollen. Mit dieser Antriebsanordnung ist zwar ein vollkommener
Massenkraftausgleich erster Ordnung bei Verwendung ungeteilter Lager
möglich, doch werden auch hier relativ tiefe Fundamente gefordert, weil
das gesamte Getriebe einschließlich Antriebszapfen,
Ausgleichsgewichten, Lagern, Zahnrädern und Gehäuse unterhalb der fest
vorgegebenen Walzmitte anzuordnen ist, um einen freien Auslauf des
gewalzten Rohres zu ermöglichen. Insbesondere bei Kaltpilgerwalzwerken
für große Rohrabmessungen führt die Addition der Mindesthöhe dieser
Komponenten auf eine Gesamthöhe der Getriebe, die wiederum tiefe Gruben
im Fundament erfordert. Auch sieht der bekannte Vorschlag keine
Gegenmaßnahmen gegen die Ungleichförmigkeit der
Kurbelwinkelgeschwindigkeit vor.
Ausgehend von einem Kaltpilgerwalzwerk der in der DE 41 24 691 C1
beschriebenen Art ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen
Kurbeltrieb für ein gattungsgemäßes Walzwerk zu schaffen, das bei
optimalem Massen- und Drehmomentenausgleich konstruktiv einfach ist und
bei Verwendung ungeteilter Lager mit geringen Fundamenttiefen auskommt
und somit kostengünstig ist.
Zur Lösung der Aufgabe wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß das aus
Kurbeltrieb und Gegenmassen gebildete Getriebe in zwei spiegelbildlich
einer die Walzenachse senkrecht schneidenden Ebene angeordnete
Getriebeteile aufgeteilt ist, die über die Welle eines gemeinsamen,
unterhalb der Walzebene angeordneten Antriebsstranges miteinander
verbunden sind, wobei die Drehachsen der Getriebeteile parallel
zueinander und horizontal angeordnet sind.
Es wird also ein Kurbeltrieb vorgeschlagen, der aus jeweils zwei rechts
und links der Walzmitte angeordneten Teilgetrieben bestehen, wobei die
Drehachsen der Wellen der Teilgetriebe horizontal liegen, mit Ausnahme
der Antriebswelle vorzugsweise in einer gemeinsamen Ebene. Die
Aufteilung in zwei Getriebeteile ermöglicht den freien Durchgang für das
gewalzte Rohr auch großer Abmessungen, wobei die Antriebe unterhalb
oder auch oberhalb der Walzebene anzuordnen sind. Dadurch werden nur
flache Fundamente erforderlich.
Die vorgeschlagene Kurbeltriebanordnung ermöglicht die Verwendung nicht
versetzter Schubkurbeln als Walzgerüstantrieb, was bei bisherigen
Antrieben, beispielsweise der Bauart MEER nicht möglich war, weil das im
Kaltpilgerprozeß erzeugte Rohr über die Kurbelwelle hinweg geführt
werden mußte.
In einer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß der Antrieb
des Kaltpilgerwalzwerkes einen unterhalb der Walzebene angeordneten
Antriebsmotor mit zur Walzachse paralleler Antriebswelle aufweist, die
unter Zwischenschaltung einer Kupplung mit einem Verteilergetriebe in
Verbindung steht, dessen beidseitig senkrecht zur Walzachse und
horizontal verlaufende Abtriebswellenhälften das Antriebsmoment in die
Getriebeteile einleiten. Auf diese Weise muß das erzeugte Rohr lediglich
über den tieferliegenden Antrieb hinweggeführt werden, während die
Kurbeltriebe je zur Hälfte beidseitig des Rohres angeordnet sind.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß zum
Ausgleich verbleibender Trägheitskräfte zusätzliche Fliehgewichte auf
zur Drehachse der Kurbeln jedes Getriebeteils parallelen Wellen
angeordnet sind, die über Stirnräder mit auf dem Kurbeltrieb
angeordneten Stirnrädern dergestalt miteinander kämmend verbunden sind,
daß die Fliehgewichte der Kurbeln und die zusätzlichen Fliehgewichte
gegenläufig umlaufen.
Die Fliehgewichte an den Kurbeln der Getriebeteile gleichen die
Fliehkräfte der rotierenden Massen von Kurbeltrieb und Schubstange aus.
Ein zusätzlicher Fliehgewichtanteil an jeder Kurbel sowie diesem Anteil
gleiche Fliehgewichte an gegensinnig mit der Drehzahl der Kurbeln
umlaufenden Zwischenwellen ermöglichen den vollständigen Ausgleich des
oszillierenden Trägheitskraftanteils erster Ordnung von Walzgerüst und
Schubstange.
In einem anderen Vorschlag der Erfindung ist zum Ausgleich von
oszillierenden Trägheitskräften zweiter Ordnung vorgesehen, auf den
beiden Antriebswellen beidseitig der senkrechtene Ebene exzentrisch
angeordnete senkrecht umlaufende Schwungmassen vorzusehen. Diese werden
mit doppelter Kurbeldrehzahl und zueinander gegensinniger Drehrichtung
angetrieben.
Die zusätzlichen Fliehgewichte jedes Getriebeteils können nach einem
anderen Vorschlag der Erfindung auch auf jeweils zwei parallele Wellen
verteilt sein, die beidseitig des geteilten Kurbeltriebes jedes
Getriebeteils über Stirnräder synchronisiert angeordnet sind. Die
Kurbeln der beiden Getriebeteile können zueinander gegensinnige
Drehrichtungen aufweisen.
Zusammenfassend löst der erfindungsgemäße Kurbeltrieb die Aufgabe durch
folgende Effekte zur Kompensation der Massenwirkungen:
Die Fliehgewichte an den Kurbeln gleichen zunächst die Fliehkräfte der
rotierenden Massen von Kurbeltrieb und Schubstange aus.
Ein zusätzlicher Fliehgewichtanteil an jeder Kurbel sowie diesem Anteil
gleiche Fliehgewichte an gegensinnig mit Drehzahl der Kurbel umlaufenden
Zwischenwellen ermöglichen den vollständigen Ausgleich des
oszillierenden Trägheitkraftanteils erster Ordnung von Walzgerüst und
Schubstange. Die Fliehgewichte an den Zwischenwellen können dabei auch
auf jeweils zwei Wellen aufgeteilt sein.
Die spezielle Anordnung der Getriebeteile verhindert das Entstehen von
Massenkraftmomenten durch die Fliehgewichte, da sich die in den
Kurbeltriebsteilen verbleibenden Massenkraftmomente kompensieren.
Die gegenläufige Bewegung der Kurbeln bewirkt, daß sich die
Massenmomente der Schubstangen kompensieren.
Exzentrisch auf dem den Antriebsstrang mit den Getriebeteilen
verbindenden Wellen angeordnete Schwungmassen kompensieren die
oszillierenden Trägheitskräfte zweiter Ordnung. Zusätzlich kann auf der
Antriebswelle eine Schwungmasse vorgesehen sein, die den Drehzahlverlauf
der Kurbelwelle und damit des Kurbeltriebes glättet.
Der erfindungsgemäße Kurbeltrieb zeichnet sich durch einen vollkommenen
Massenkraftausgleich erster und zweiter Ordnung, durch einen
vollkommenen Ausgleich aller Massenkraftmomente erster Ordnung und einen
vollkommenen Ausgleich der Massenmomente der Schubstangen aus. Die
Anordnung kommt mit geringer Fundamenttiefe aus und benötigt keine
geteilten teuren Lager. Varianten der Antriebskinematik sind denkbar:
drei von ihnen werden in der Zeichnung dargestellt und nachfolgend
beschrieben. Es zeigt
Fig. 1 die einfachste Form des erfindungsgemäßen Kurbeltriebes,
Fig. 2 den erfindungsgemäßen Kurbeltrieb mit vollkommenem Ausgleich
und
Fig. 3 einen Kurbeltrieb nach der Erfindung, bei dem die zusätzlichen
Fliehgewichte aufgeteilt sind.
In Fig. 1 ist das hin- und hergehende Walzgerüst bezeichnet, in
dem das Kaltpilgerwalzenpaar 2 aufgenommen ist. An dem Walzgerüst 1 ist
bei 3 beidseitig je eine Schubstange 4 drehgelenkig angeordnet, deren
entgegengesetzte Seite bei 5 auf den Kurbelzapfen 6 je einer Kurbel 7
gelagert ist, der seinerseits bei 8 und 9 am nicht dargestellten
Gehäuse gelagert ist.
Wie aus der unteren Zeichnungshälfte in Fig. 1 erkennbar ist, sind
beidseitig einer senkrecht durch die Walzachse 10 verlaufenden gedachten
Ebene zwei spiegelbildliche Getriebeteile vorzusehen, die sowohl die
Kurbel 7 wie auch die anderen Antriebsteile beinhalten. Auf jeder
Kurbel jedes Getriebeteils sitzt um 180 Grad zum Kurbelzapfen 6 versetzt
exzentrisch ein Fliehgewicht 11, welches in der Summe beider
Fliehgewichte 11 beider Getriebteile so groß ist, daß alle rotierenden
und oszillierenden Trägheitskräfte erster Ordnung ausgeglichen werden.
Erkennbar ermöglicht die Anordnung der Getriebeteile beidseitig der
Walzachse den freien Auslauf des gewalzten Rohres zwischen den beiden
Schubstangen hindurch und über den Antriebsstrang hinweg. Der
Antriebsstrang besteht, wie die untere Zeichnungshälfte von Fig. 1
zeigt, aus dem Motor 12, der Kupplung 13 und dem Kegelradgetriebe 14,
welches das Antriebsmoment auf die beiden miteinander fluchtenden
Halbwellen 15a und 15b verteilt, die senkrecht zum Antriebsstrang 12,
13, 14 und horizontal verlaufen. Jede der Halbwellen 15a, 15b trägt eine
Schwungmasse in Form eines Schwungrades 16 zum Glätten des
Drehzahlverlaufs der Kurbelwelle. Die Halbwellen 15a und 15b sind bei 17
gelagert und tragen jeweils ein Stirnrad 18, welches im
Ausführungsbeispiel mit einem im Verhältnis 4 : 1 übersetzten Stirnrad 19
auf dem Kurbeltrieb 7 kämmt und diesen in Drehung setzt. Die
Schwungräder 16 und die Fliehgewichte 11 laufen in Pfeilrichtung mit
synchronisierten Drehzahlen um und ermöglichen auf diese Weise den
Ausgleich.
Die in Fig. 2 dargestellte Kurbeltriebanordnung gestattet einen noch
besseren Ausgleich durch zusätzliche Fliehgewichte 20, die gemeinsam mit
den Fliehgewichten 11 auf den beiden Kurbeln 7 die Fliehkräfte der
rotierenden Massen von Kurbel und Schubstange sowie des oszillierenden
Trägheitskraftanteils erster Ordnung von Walzgerüst und Schubstange
ausgleichen. Die zusätzlichen Fliehgewichte 20 sind auf Wellen 21
angeordnet, die parallel zur Drehachse der Kurbeln 7 in der gleichen
horizontalen Ebene angeordnet sind und gleichzeitig je ein Stirnrad 22
tragen, die einerseits mit den Stirnrädern 18 der Antriebshalbwellen 15a
und 15b und andererseits mit den Stirnrädern 19 auf den Kurbeln 7
kämmen und mit entsprechender Übersetzung das Antriebsdrehmoment
übertragen. In diesem Ausführungsbeispiel sind die auf den
Antriebshalbwellen 15a und 15b angeordneten Schwungräder 16 exzentrisch
derartig angeordnet, daß sie die bei gegenüber der Kurbeltriebdrehzahl
verdoppelter Drehzahl die oszillierenden Trägheitskräfte zweiter Ordnung
kompensieren. Gleichartige Bauteile sind in Fig. 2 gleich bezeichnet.
Fig. 3 stellt einen Mechanismus dar, der auch bei gleicher
Drehrichtung der beiden Kurbeln 7 vollkommenen Ausgleich der
Massenkräfte und Massenkraftmomente erster Ordnung ermöglicht,
allerdings dann keinen Ausgleich der Massenmomente der Schubstangen
aufweist. Bei der hier dargestellten Anordnung des erfindungsgemäßen
Kurbeltriebes sind die zusätzlichen Fliehgewichte 20a und 20b auf zwei
Wellen 21a und 21b aufgeteilt, die beidseitig und parallel zur Drehachse
der Kurbeln 7 angeordnet sind. Beide Fliehgewichte 20a und 20b laufen in
zur Kurbeldrehrichtung entgegengesetzter Richtung um, wobei das
Antriebsmoment über die Stirnradverzahnungen 18, 22a, 19 und 22b
verteilt wird.
Claims (6)
1. Kaltpilgerwalzwerk mit hin- und herbewegbarem Walzgerüst, das über
eine Schubstange mit dem Kurbelzapfen einer Kurbel gekoppelt ist
und dessen Trägheitsmasse durch Gegenmassen mindestens teillweise
ausgleichbar ist, die in Form von Fliehgewichten exzentrisch zur
Drehachse der Kurbel um 180 Grad zum Anlenkpunkt der Schubstange
versetzt auf der Kurbel angeordnet sind,
daß das aus Kurbel (7) und Gegenmassen gebildete Getriebe in zwei
spiegelbildlich einer die Walzachse (10) senkrecht schneidenden
Ebene angeordnete Getriebeteile aufgeteilt ist, die über die Welle
(15a, 15b) eines gemeinsamen, unterhalb der Walzebene angeordneten
Antriebsstranges (12, 13, 14) miteinander verbunden sind, wobei die
Drehachsen der Getriebeteile parallel zueinander und horizontal
angeordnet sind.
2. Kaltpilgerwalzwerk nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Antrieb des Kaltpilgerwalzwerkes einen unterhalb der
Walzebene angeordneten Antriebsmotor (12) mit zur Walzsachse
paralleler Antriebswelle aufweist, die unter Zwischenschaltung
einer Kupplung (13) mit einem Verteilergetriebe (Kegelradgetriebe
14) in Verbindung steht, dessen beidseitig senkrecht zur Walzachse
und horizontal verlaufender Antriebswellenhälften (15a, 15b) das
Antriebsmoment in die Getriebeteile einleiten.
3. Kaltpilgerwalzwerk nach Anspruch 1 und 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß zum Ausgleich verbleibender Trägheitskräfte zusätzliche
Fliehgewichte (20) auf zur Drehachse der Kurbeln (7) jedes
Getriebeteils parallelen Wellen (21) angeordnet sind, die über
Stirnräder (22) mit den auf den Kurbeln (7) angeordneten
Stirnrädern (19) dergestalt miteinander kämmend verbunden sind, daß
die Fliehgewichte (11) der Kurbeln (7) und die zusätzlichen
Fliehgewichte (20) gegenläufig umlaufen.
4. Kaltpilgerwalzwerk nach Anspruch 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet,
daß zum Ausgleich von oszillierenden Trägheitskräften zweiter
Ordnung auf der den Antriebsstrang (12, 13, 14) mit den
Getriebeteilen verbindenden Welle (15a, 15b) beidseitig der
senkrechten Ebene exzentrisch angeordnete senkrecht umlaufende
Schwungmassen (16) vorgesehen sind.
5. Kaltpilgerwalzwerk nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet,
daß die zusätzlichen Fliehgewichte (20) jedes Getriebeteiles auf
jeweils zwei parallele Wellen (21a, 21b) verteilt sind, die
beidseitig der Kurbeln (7) jedes Getriebeteils über Stirnräder (19,
22a, 22b) synchronisiert angeordnet sind.
6. Kaltpilgerwalzwerk nach Anspruch 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Kurbeln (7) der beiden Getriebeteile zueinander
gegensinnige Drehrichtungen aufweisen.
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