DE4410878A1 - Vorrichtung und Verfahren zum Überwachen eines Pilgerwalzwerkes - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf Pilgerwalzwerke und insbesondere auf eine Vorrichtung zum Überwachen der Rohrverkleinerung in dem Walzwerk.

Pilgerwalzwerke bilden die Einrichtung zum Verkleinern bzw. Reduzieren nahtloser Röhren, damit sie in gewünschten Abmessungs-Toleranzen sind. Die Pilgereinrichtung enthält einen konischen Dorn, auf dem die zu walzende Röhre angebracht wird. Ringförmige Gesenkformen, die jeweils eine auf dem Umfang angeordnete kreisförmige Vertiefung aufweisen, sind so angebracht, daß sie auf einem Walzschlitten oder -joch in Drehrichtung zusammenarbeiten. Das Joch wird entlang der Rohrachse in einer Hin- und Herbewegung vor- und zurückgeschwungen, und die Gesenkformen drehen sich synchron mit den Schwingbewegungen. Wenn die Gesenkformen gedreht werden, bilden ihre Vertiefungen einen kreisförmigen Kanal mit einem progressiv größer oder kleiner werdenden Querschnitt, was von der Drehrichtung abhängt.

Der konische Dorn mit der darauf angebrachten Röhre erstreckt sich durch den Kanal, der durch die Walzen gebildet wird. Die Röhre wird nach jedem vollen Schwingzyklus des Joches ein kurzes Stück über dem Dorn in Schritten vorwärtsbewegt. Zur gleichen Zeit werden sowohl die Röhre als auch der Dorn um einen bestimmten Winkel um ihre gemeinsame Achse gedreht. Die Gesenkformen üben während der Verkleinerung einen hohen Druck auf die Röhre aus, und deshalb werden die Gesenkformen und der Dorn aus werkzeugstahl hoher Festigkeit hergestellt, um dem Walzdruck standzuhalten.

Es wurde nun gefunden, daß die axiale Bewegung des Dorns während des Walzens korreliert werden kann zu der Formung der Röhre mit einer gewünschten oder unerwünschten Wanddicke, wenn sie gewalzt wird. Infolgedessen wurde ein Realzeitsystem gefunden zur Überwachung des Pilgerwalzwerkes, um zu ermitteln, ob operationsvariable existieren, die ein unerwünschtes Muster der Verkleinerung in der Rohrwanddicke bewirken.

Es ist eine Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung und ein Verfahren zu schaffen zum Überwachen eines Pilgerwalzwerkes, um zu ermitteln, ob Betriebszustände bestehen, die eine unerwünschte Veränderung in der Verkleinerung bzw. Reduzierung der Röhre bewirken.

Erfindungsgemäß weist eine Vorrichtung zum Überwachen eines Pilgerwalzwerkes eine Kurbelwelle auf, die Walzen mit einer Hin- und Herbewegung antreiben, um eine Röhre über einem Dorn zu reduzieren. Die Vorrichtung weist einen linearen Sensor auf, der mit dem Dorn verbunden ist, um ein Dornpositionssignal zu liefern. Ein Drehsensor ist mit der Kurbelwelle verbunden, um ein Kurbelwellen-Winkelsignal zu liefern. Ein Prozessor zum Verknüpfen des Dornpositionssignals und des Kurbelwellen-Winkelsignals liefert eine Dornbewegungssignalcharakteristik der Röhrenreduzierung.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Überwachen des Pilgerwalzwerkes wird ein Dornpositionssignal geliefert, das mit einer Axialposition des Dorns korreliert. Weiterhin wird ein Kurbelwellen-Positionssignal geliefert, das mit einer Winkelposition der Kurbelwelle korreliert. Das Dornpositionssignal und das Kurbelwellen-Positionssignal werden verarbeitet, um eine Dornbewegungssignal­ charakteristik der Röhrenreduktion zu liefern.

Die Erfindung wird nun anhand der Beschreibung und Zeichnung von Ausführungsbeispielen näher erläutert.

Figur ist eine schematische Darstellung der Vorrichtung zum Überwachen eines Pilgerwalzwerkes.

Fig. 2-4 sind Kurvenbilder und zeigen eine Darstellung von einer Kurvenform der Dornposition als eine Funktion der Kurbelwellenposition während der Reduzierung einer Röhre auf einem Pilgerwalzwerk.

Fig. 5 ist eine grafische Darstellung der Wanddicke von einer Röhre, die auf einem Pilgerwalzwerk reduziert ist.

Fig. 1 ist eine schematische Darstellung von einem Pilgerwalzwerk 10. Das Pilgerwalzwerk 10 enthält einen Schubblock 12, der eine Stange 14 trägt, die sich durch einen Zuführungsschlitten 16 zu einer Dorngesenkform 18 erstreckt. Im Betrieb werden die ankommenden Röhren 20 durch den Zuführschlitten 16 durch eine Eingangs- Spannvorrichtung 22 und zwischen im Abstand angeordnete Walzen 24 und 26 geschoben. Die Walzen 24 und 26 drehen sich und durchlaufen eine hin- und hergehende seitliche Bewegung, wie es durch den Pfeil 28 angegeben ist. Vertiefungen 30 und 32 in den Walzen bilden einen kreisförmigen Durchgang, der dem Querschnitt der ankommenden Röhre entspricht. Dieser Durchgang ist leicht konisch über eine vorbestimmte Länge des Walzenumfangs, bis er die Größe des Durchmessers der fertigen Röhre 34 erreicht. Auf diese Weise wird die ankommende Röhre bis zu dem gewünschten Grad bearbeitet, wenn die Walzen ihre Hin- und Herbewegung ausführen.

Eine Verlängerung bzw. Elongation der ankommenden Röhre 20 zu einer fertigen Röhre 34 wird durch Reduktionen in dem Durchmesser und der Wanddicke herbeigeführt. Die Röhre wird zwischen den Walzen 24 und 26 und der Dorngesenkform 18 verlängert. Die Dorngesenkform 18 ist konisch von der Größe des Innendurchmessers der ankommenden Röhre 20 zu dem Innendurchmesser der fertigen Röhre 34. Die Röhre wird schrittweise verlängert über der stationären Dorngesenkform 18. Die Dorngesenkform 18 ist in Walzrichtung konisch beziehungsweise verjüngt. Die zwei mit Vertiefungen versehenen Walzen 24 und 26 umschließen die Röhre von oben und unten und rollen über die Röhre für eine vorbestimmte Länge, die Durchlauflänge genannt wird.

Die Walzen erhalten ihre hin- und hergehende seitliche Bewegung von einem nicht gezeigten Schlitten, in dem sie angebracht sind. Zur gleichen Zeit wird den Walzen eine hin- und hergehende Drehbewegung durch Ritzel erteilt, die auf der Walzenwelle angebracht und mit Zahnstangen in Eingriff sind, die an dem Maschinenrahmen befestigt sind. Der Hin- und Herhub des Schlittens plus der Walzen wird durch einen Kurbelantrieb 38 herbeigeführt. Am Ende von jedem Hub ergreifen die Eingangs-Spannvorrichtung 22 und eine Ausgangs-Spannvorrichtung 36 die Röhre und drehen sie um ein vorbestimmtes Stück, so daß der gesamte Umfang zwischen den Walzen 24 und 26 und der Dorngesenkform 18 gleichmäßig verkleinert wird.

Es wurde gefunden, daß die Kraft, die beim Verlängern der Röhre durch die Walzen ausgeübt wird, eine Elongation und Kontraktion der Dorngesenkform 18 bewirkt. Weiterhin wurde gefunden, daß die Elongation und Kontraktion der Dorn­ gesenkform mit dem Walzhub der Walzen korreliert werden kann, um für eine Funktion oder Kurvenformcharakteristik der Röhrenverkleinerung zu sorgen. Wenn sich die Dorn­ gesenkform in einem zyklischen Wiederholungsmuster, d. h. einer sich wiederholenden Kurve, verlängert wird und zusammenzieht, wird die Röhre auf eine gleichförmige Wanddicke und Größe verkleinert. Wenn der Dorn jedoch in einer zyklischen Wiederholung von ungleichförmigen Mustern, d. h. einer unregelmäßigen Wiederholung von Kurvenformen, verlängert wird und sich zusammenzieht, ist die Röhrenverkleinerung nicht gleichförmig und die gewünschte Reduzierung der Wanddicke wird nicht erreicht.

In Fig. 1 ist ein Drehsensor 40 zur Ermittlung der Winkelstellung der Kurbelwelle mechanisch oder optisch mit einer Kurbelwelle 41 verbunden und gibt ein Kurbelwellen- Winkelsignal proportional zu der Winkelstellung der Kurbelwelle ab. Beispielsweise kann der Drehsensor 40 einen analogen spannungs-Sägezahn liefern, der der Winkelstellung der Kurbelwelle entspricht. Der Drehsensor 40 gibt auch einen Spannungspuls bei jeder Null-Winkelstellung der Welle ab, die beispielsweise auf den oberen Totpunkt entsprechend dem Pilgerschlitten eingestellt ist, der die Walzen 24 und 26 zu der linken Endposition in Fig. 1 bewegt. Beispiele geeigneter Drehsensoren sind ein optischer Kodierer, ein auflösender Drehwandler, der den Wellenwinkel bestimmt, ein Potentiometer, ein umlaufender veränderbarer Differenz­ wandler, eine Kombination von Zahnradzähnen und einem Annäherungssensor oder einem magnetischen Sensor oder ähnliches. Ein bevorzugter Drehsensor ist ein Hochleistungs-Wellenkodierer, Modell 470, mit einem Winkelpositionsmonitor, Modell SCD-2, von Drive Control Systems, Eden Prairie, MN.

Ein linearer Sensor 42 steht mit dem Dorn 18 in Verbindung, um ein Dornpositionssignal proportional zu der Position von einem freien Ende 43 des Dorns zu erzeugen, gemessen in bezug auf eine vorgewählte Referenzposition, z. B. das freie Ende, wenn der Dorn unbelastet ist. Ein geeigneter linearer Sensor ist ein Linearspannungs-Verschiebungs­ wandler, wie beispielsweise eine Type 503XE-3A, der von der Firma Schaevitz Engineering, Pennsauken, New Jersey, erhalten werden kann. Der Linearspannungs-Verschiebungs­ wandler weist einen Magnetkern 46 und eine Spulenanordnung aus einer Primärspule 48 und zwei Sekundärspulen 50 und 52 auf, die symmetrisch im Abstand von der Primärspule angeordnet sind. Der Magnetkern 46 ist auf einem nicht­ magnetischen Abstandshalter 44 angebracht, wie beispiels­ weise nicht-magnetischer rostfreier Stahl, und der nicht­ magnetische Abstandshalter ist auf dem freien Ende 43 des Dorns 18 angebracht. Die Spulenanordnung ist axial zu dem Magnetkern angebracht, so daß sich die verkleinerte Röhre dazwischen erstrecken kann.

Das Kurbelwellen-Winkelsignal und das Dornpositionssignal werden zur Verarbeitung an einen Prozessor 54 geliefert, wie beispielsweise ein Oszilloskop, Computer oder Mikroprozessor, um als eine charakteristische Funktion des Pilgerwalzprozesses dargestellt zu werden. Beispielweise können die analogen Signale an ein Oszilloskop gesendet werden für eine konventionelle Verarbeitung, um die Position des freien Dornendes als eine Funktion der Kurbelwellen-Winkelposition in mehreren Kurvenformen darzustellen.

In einem anderen Ausführungsbeispiel werden das Kurbelwellen-Winkelsignal und das Dornpositionssignal an einen Analog/Digital-Wandler gesendet, der mit einem Computer in Verbindung steht. Der Computer ist in üblicher Weise programmiert, beispielsweise unter Verwendung von Lapwindows von National Instruments, um das Funktions­ ausgangssignal entsprechend der Dornposition als eine Funktion der Kurbelwellen-Winkelposition zu liefern. Das Funktionsausgangssignal kann durch übliche Mittel dargestellt werden, beispielsweise durch Plotten auf einem XY-Recorder oder einem Videodisplay als eine Anzahl von Kurvenformen. Wenn der Spannungspuls von dem Drehsensor detektiert wird, wird die Aufzeichnung auf die Referenz- Kurbelwellenposition an der laufenden Position des freien Dornendes zurückgesetzt. Auf diese Weise kann eine vorgewählte Anzahl von Pilgerwalzzyklen geplottet werden.

Wenn sich die Kurvenformen in einer im wesentlichen gleichförmigen Weise wiederholen, wird die Röhre in einer im wesentlichen gleichförmigen Weise auf eine gleichförmige Größe verkleinert. Zwei oder mehr getrennte Dornbewegungs­ muster können in dem Kurvenbild überlagert sein, wodurch beispielsweise doppelte oder dreifache Wiederholungsmuster gebildet werden. Fig. 2 und 3 sind Kurvenbilder, die mehrere Kurvenformen der Position des freien Ende des Dorns als eine Funktion des Kurbelwellenwinkels während des Pilgerwalzens darstellen. Fig. 2 zeigt Kurvenformen mit einem dreifachen Pilgerwalzwerk-Walzmuster und Fig. 3 zeigt Kurvenformen mit einem doppelten Wiederholungsmuster. Die während eines derartigen Pilgerwalzens reduzierte Röhre hat eine gleichförmige Größe, wie beispielsweise Wanddicke oder Innendurchmesser.

Fig. 4 ist ein Kurvenbild, das eine ungleichförmige Reduzierung der Röhre darstellt, wie es durch die unregelmäßigen, sich nicht-wiederholenden Kurvenformen gezeigt ist. Die Röhre, die während einer derartigen ungleichförmigen Verkleinerung reduziert worden ist, hat eine unregelmäßige und unerwünschte Größenänderung. Beispielsweise ist Fig. 5 ein Kurvenbild, das den Innendurchmesser von einer langgestreckten Röhre zeigt, die in einem Pilgerwalzwerk verkleinert worden ist. Ein Wandler wurde entlang der Länge der Röhre bewegt, um den Innendurchmesser der Röhre, wie er auf der Ordinate aufgetragen ist, als eine Funktion der Durchlaufzeit des Wandlers zu ermitteln, die auf der Abszisse aufgetragen ist. Fig. 5 zeigt, daß die Röhre, die in etwa den ersten zwölf Sekunden gemessen wurde, einen ungleichförmigen Innendurchmesser hat, der mit der in Fig. 4 gezeigten Verlängerungsart gebildet ist, während die Röhre, die anschließend gemessen ist, einen gleichförmigeren Innendurchmesser hat, der mit der in den Fig. 2 und 3 gezeigten Verkleinerungsart gebildet ist.

Claims (9)

1. Vorrichtung zum Überwachen eines Pilgerwalzwerkes, das eine Kurbelwelle aufweist, die Walzen mit einer Hin- und Herbewegung antreibt, um eine Röhre über einem Dorn zu reduzieren, gekennzeichnet durch:
einen linearen Sensor (42), der mit dem Dorn in Verbindung steht, zum Liefern eines Dornpositionssignals, einen Drehsensor (40), der mit der Kurbelwelle in Verbindung steht, zum Liefern eines Kurbelwellen- Winkelsignals, und
einen Prozessor zum Verknüpfen des Dornpositionssignals und des Kurbelwellen-Winkelsignals zur Lieferung einer Dornbewegungssignalcharakteristik der Röhrenreduzierung.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine mit dem dem Prozessor verbundene Anzeige zum Empfangen des Dornbewegungssignals und zum Anzeigen einer Kurvenform.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Prozessor ein mit einem Computer verbundener Analog/Digital-Wandler ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der lineare Sensor (42) einen Magnetkern (46), der auf einem nicht-magnetischen Abstandshalter (44) angebracht ist, der auf einem freien Ende des Dorn (18) angebracht ist, und eine Spulenanordnung enthält, die zwei sekundäre Spulen (50, 52) aufweist, die symmetrisch im Abstand von einer primären Spulen (48) angeordnet sind, wobei die Spulenanordnung axial zu dem Dorn (18) angebracht ist zum Detektieren der Bewegung des Magnetkerns (46).

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Drehsensor ein Drehwellenkodierer ist.

6. Verfahren zum Überwachen eines Pilgerwalzwerkes, das eine Kurbelwelle aufweist, die Walzen mit einer Hin- und Herbewegung antreibt, um eine Röhre über einen Dorn zu reduzieren, gekennzeichnet durch:
Liefern eines Dornpositionssignals, das mit einer axialen Position des Dorn korreliert,
Liefern eines Kurbelwellen-Positionssignals, das mit einer Winkelposition der Kurbelwelle korreliert, und
Verarbeiten des Dornpositionssignals und des Kurbelwellen- Positionssignals, um eine Dornbewegungssignalcharakteristik der Röhrenreduzierung zu liefern.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Dornpositionssignal durch einen linearen Verschiebungswandler geliefert wird, der axial zu dem Dorn angebracht ist.

8. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Kurbelwellen-Positionssignal durch einen Drehwellenkodierer geliefert wird, der mit der Kurbelwelle in Verbindung steht.

9. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Dornbewegungssignal als eine Anzahl von Kurvenformen dargestellt wird.