DE69510987T3

DE69510987T3 - Hochgeschwindigkeitsdrahtlegekopf

Info

Publication number: DE69510987T3
Application number: DE69510987T
Authority: DE
Inventors: Terence M. Princeton Shore; Harold E. Northboro Woodrow
Original assignee: Morgan Construction Co
Current assignee: Siemens Industry Inc
Priority date: 1994-04-26
Filing date: 1995-04-05
Publication date: 2004-12-30
Anticipated expiration: 2015-04-06
Also published as: MY137611A; ATE182492T1; CA2145459C; ES2133668T3; AU683346B2; CN1119970A; EP0679453B1; BR9501784A; CA2145459A1; JP2739636B2; DE69510987T2; KR0153593B1; RU95106502A; ZA953037B; US5590848A; AU1611295A; KR950028842A; CN1046105C; JPH0890040A; EP0679453A1

Description

Diese Erfindung betrifft im allgemeinen Hochgeschwindigkeits-Drahtwalzwerke und beschäftigt sich insbesondere mit Verbesserungen bei den Legekonusen, die dazu verwendet werden, die heißgewalzten Produkte solcher Werke in schraubenförmige Ringanordnungen zur Ablage auf Kühlbändern und ähnlichem zu formen.
Ein herkömmlicher Legekonus ist in 1 unter 10 dargestellt Der Legekonus ist mit einem Gehäuse 12 und einer Pinole 14 versehen, welche zwischen der ersten und zweiten Lageranordnung 16, 18 zur Rotation um die Achse "X" aufliegt. Die Mittelpunkte der Lager 16, 18 liegen in den jeweiligen Referenzebenen P₁, P₂, die voneinander um die Distanz "B" beabstandet sind.
Die zweite Lageranordnung 18 weist einen Bohrungsdurchmesser "D" auf.
Die Pinole 14 ist mit einem Kegelzahnrad 20 versehen, welches in ein Kegelzahnrad 22 mit größerem Durchmesser eingreift, wobei letzteres durch (nicht dargestellte) herkömmliche Mittel angetrieben wird. Ein Legerohr 24 wird von der Pinole getragen, um mit dieser zu rotieren. Das Legerohr verfügt über einen Eingangsbereich 24_a , der auf der Pinolenachse X zwischen der ersten und der zweiten Lageranordnung 16, 18 liegt, und einen geschwungenen Mittelbereich 24_b , der vom Eingangsbereich über die Referenzebene P₂ zu einem Ausgabeende 24_c führt. Der Mittelbereich ist im allgemeinen in zwei Ebenen geschwungen. Das Ausgabeende ist von der Referenzebene P₂ um einen Überhang "A" beabstandet und radial von der Achse X beabstandet, um einen kreisförmigen Weg mit einem Durchmesser "F" zu beschreiben. Der Legekonus wird von einer Rohrhalterungsstruktur 26 gehalten, die mit Armen versehen ist, welche sich radial von der Pinole weg erstrecken. Das heißgewalzte Produkt wird in den Eingangsbereich 24_a des Legerohrs eingeführt und tritt aus dem Ausgabeende 24_c als ununterbrochenes schraubenförmiges Gebilde aus Ringen mit den Durchmessern F wieder aus.
Unter Bezugnahme auf 2 ist zu sehen, daß die rotierende Anordnung mit der Pinole, dem Legerohr und der Haltestruktur unter statischen Bedingungen unter ihrem eigenen Gewicht "W" abgelenkt wird, wie durch die Kurve 28 grafisch dargestellt (zu Illustrationszwecken übertrieben). Der Schwerpunkt 30 der Rotationsanordnung weicht deshalb seitlich von der Rotationsachse X um die Distanz "Y" ab. Das Ausmaß, in dem die seitliche Schwerpunktabweichung Y minimiert wird, wird als Maß für die "Steifheit" des Legekonus betrachtet.
Es ist allgemein anerkannt, daß eine sichere Betriebsgeschwindigkeit für einen Legekonus nicht mehr als 65% der kritischen Resonanzgeschwindigkeit der rotierenden Anordnung ausmacht. Die kritische Resonanzgeschwindigkeit variiert in umgekehrtem Verhältnis als die Quadratwurzel der seitlichen Abweichung Y.
Legekonuse arbeiten derzeit zufriedenstellend bei Werkausgabegeschwindigkeiten in der Größenordnung von 100–110 m/sek. Wenn diese Geschwindigkeiten allerdings auf 120 m/sek und höher ansteigen, wird die Fähigkeit herkömmlicher Legekonuse, bei dieser erhöhten Geschwindigkeit zufriedenstellend zu funktionieren, als zunehmend problematisch eingestuft. Der Grund scheint in einer inadäquaten Steifheit zu liegen, die nicht nur die kritische Resonanzgeschwindigkeit der Rotationsanordnung senkt, sondern auch zum Auftreten inakzeptabel ausgeprägter Vibrationen führt.
Das Ziel der vorliegenden Erfindung ist eine bedeutende Steifheitszunahme der Legekonuse, um die mit der bisherigen Technik verbundenen Probleme zu überwinden und die Befriedigung der stets steigenden Geschwindigkeitsansprüche moderner Hochgeschwindigkeitswerke zu ermöglichen.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Dieses Ziel kann mit einem Legekonus gemäß der Definition in Anspruch 1 verwirklicht werden.
Die vorliegende Erfindung beruht auf der Feststellung, daß ein primärer Faktor für eine inadäquate Legekonussteifheit das Ausmaß des Überhangs der Pinole und des Legerohrs über die zweite Lageranordnung hinaus ist. Bei herkömmlichen Legekonusen ist das Ausmaß des Überhangs in jedem Fall größer als der Durchmesser der von dem Legekonus gebildeten Ringe und der Axialabstand zwischen der ersten und der zweiten Lageranordnung. Gemäß der vorliegenden Erfindung wird der Überhang auf einen Bruchteil dieser Abmessungen reduziert, woraus sich eine steifere Konstruktion ergibt, welche zuverlässiger austariert und bei höheren Geschwindigkeiten sicherer betrieben werden kann.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine Darstellung der Hauptbestandteile eines herkömmlichen Legekonus eines Walzwerks;
2 ist ein Kraftdiagramm, in dem die Ablenkung der Rotationsanordnung eines Legekonus unter statischen Bedingungen dargestellt ist; und
3 ist eine Darstellung des Verhältnisses vom Legekonusüberhang zum Bohrungsdurchmesser der zweiten Lageranordnung.
BESCHREIBUNG DES BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELS
In der Vergangenheit hat das Spektrum an geschwindigkeitsbedingten Lagerfehlern die Fachleute dazu veranlaßt, die sogenannte "D_mN-Zahl" (Mittlerer Durchmesser X UpM) der zweiten Lageranordnung 18 unter 1,000,000 zu halten. Angesichts der Tatsache, daß die UpMs der Legekonuse notwendigerweise zugenommen haben, um mit den stets wachsenden Produktionsgeschwindigkeiten der Werke Schritt zu halten und um die D_mN-Werte innerhalb der als sicher betrachteten Grenzen zu halten, wurden deshalb die Bohrungsdurchmesser minimiert. Wie allerdings in 3 dargestellt, ist das Ausmaß des Legerohrüberhangs A eine Funktion des Bohrungsdurchmessers D der zweiten Lageranordnung 18.
Die vorliegende Erfindung weicht von herkömmlichen Prinzipien durch Erhöhung des D_mN-Werts der zweiten Lageranordnung um 50% auf Werte gegen 1,600,000 ab. Bei erhöhten D_mN-Werten können Steigerungen bei UpMs und Lagerbohrungsdurchmessern toleriert werden. Die vergrößerten Bohrungsdurchmesser ermöglichen einen axialen Rückzug des geschwungenen Mittelabschnitts 24_b des Legerohrs in die Pinole 14. Wie in 3 dargestellt, ermöglicht eine Zunahme ΔD des Bohrungsdurchmessers von D₁ auf D₂ eine Abnahme ΔA des Überhangs A₁ auf A₂. Jede Abnahme ΔA des Überhangs resultiert in einer gleichzeitigen Abnahme der Distanz "C", die der Schwerpunkt 30 von der Ebene P₂ der zweiten Lageranordnung beabstandet ist. Da die Ablenkung Y berechnet wird als Y = WC2B/3EI1 + WC3/3EI2 wobei I₁ = mittleres Trägheitsmoment des Pinolenquerschnitts
I₂ = mittleres Trägheitsmoment des Rohrhalterungsquerschnitts
E = Elastizitätsmodul
ist zu sehen, daß durch Reduzierung von C auch Y reduziert wird, wobei die Steifheit und kritische Resonanzgeschwindigkeit des Legekonus zunehmen.
Um die Ablenkung Y für jeden Wert C weiter zu verringern, sollten auch der Abstand B zwischen dem ersten und dem zweiten Lager 16, 18 so klein wie möglich sein. Es muß allerdings, erneut unter Bezugnahme auf 2, beachtet werden, daß die Last auf das Lager 18 gleich der Reaktion "R" ist, die wie folgt ausgedrückt werden kann: R = W (C/B + 1)
Jeder Rückgang in B erhöht somit die Belastung auf das Lager 18. Das wäre normalerweise kein Problem, wenn das Lager auf herkömmliche D_mN-Zahlen unter etwa 1,000.000 ausgelegt wäre. Bei den erhöhten D_mN-Werten der vorliegenden Erfindung muß die Zahl der Lagerwälzelemente reduziert werden, um die Schmiermitteleindringung zu ermöglichen, wodurch die Nutzlebensdauer des Lagers bei einer gegebenen Last verringert wird.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird der D_mN-Wert der zweiten Lageranordnung so angehoben, daß bei einer gegebenen Produktionsgeschwindigkeit des Werks die zulässige Erweiterung des Bohrungsdurchmessers D einen Rückgang des Überhangs A auf weniger als den Ringdurchmesser F ermöglicht. Die Lagerbelastung wird innerhalb tolerierbarer Grenzen gehalten, indem sichergestellt wird, daß der Abstand B zwischen den Lagern 16, 18 größer als der Überhang A bleibt.
In Tabelle A wird zusammengefaßt, was sich bei einer Produktionsgeschwindigkeit von 150 m/sek erreichen läßt, wenn der Bohrungsdurchmesser der zweiten Lageranordnung mit einem mittleren Durchmesser von 550 mm bemessen ist und das Lager bei erhöhten D_mN-Zahlen gemäß der vorliegenden Erfindung betrieben wird.
TABELLE A
Wie der Tabelle A zu entnehmen ist, kann durch Anhebung des D_mN-Werts der zweiten Lageranordnung 18 auf deutlich über 1,000,000 ein Bohrungsdurchmesser D von 500 mm bei Produktionsgeschwindigkeiten von 150 m/sek eingesetzt werden, um Ringdurchmesser von 1,000–1,2000 mm zu erzielen. In allen Fällen liegt der Überhang beträchtlich unter dem Durchmesser der zu formenden Ringe, und die Distanz B zwischen den Lagern 16, 18 ist größer als der Überhang A.
Diese Abmessungen und D_mN-Zahlen variieren je nach der Geschwindigkeit des Werks und der Größe der von dem Legekonus geformten Ringe. Zentral für die vorliegende Erfindung ist allerdings die Verkürzung des Überhangs A auf weniger als den Ringdurchmesser F. Daraus folgt, daß die Schwerpunktablenkung Y minimiert wird, wodurch die kritische Resonanzgeschwindigkeit des Legekonus angehoben wird, was wiederum einen sicheren Betrieb bei höheren Geschwindigkeiten ermöglicht. Der reduzierte Überhang wird ermöglicht durch eine wesentliche Erhöhung des D_mN-Wertes der zweiten Lageranordnung, um den Vorteil eines größeren Bohrungsdurchmessers zu erzielen. Die Lagerbelastung wird innerhalb tolerierbarer Grenzen gehalten, indem sichergestellt wird, daß der Abstand zwischen den Lagern 16, 18 größer ist als jeder Überhang über die zweite Lageranordnung 18 hinaus.

Claims

Legekonus für ein Walzwerk, geeignet für die Aufnahme eines einsträngigen Produkts in Form eines sich axial bewegenden Stabs oder ähnlichem und für die Formung des Produkts zu einer ununterbrochenen Serie von Ringen, wobei der Legekonus umfasst: eine Pinole (14) mit einer Längsachse (X); erste und zweite Lageranordnungen (16, 18), welche die Pinole zur Rotation um die Achse unterstützen und einschließen, wobei die erste und zweite Lageranordnung in ersten und zweiten, gegenseitig beabstandeten Referenzebenen (P1, P2) vertikal zu der Achse angebracht sind; Mittel (20, 22) zur Rotation der Pinole um die Achse; und ein Legerohr (24), das von der Pinole getragen wird, um sich mit dieser um die Achse zu drehen, wobei das Legerohr einen Eingangsbereich (24a) aufweist, der auf der Achse zwischen der ersten und der zweiten Lageranordnung liegt und in den das Produkt eingeführt wird, und des weiteren einen geschwungenen Mittelbereich (24b) aufweist, der vom Eintrittsbereich über die zweite Referenzebene führt, um am Ausgabeende (24c) zu enden, aus dem das Produkt als ununterbrochene Serie von Ringen austritt, wobei das Ausgabeende (24c) von der Achse (X) radial beabstandet ist, um einen Kreisweg zu begrenzen, und von der zweiten Ebene um einen Überhang (A) beabstandet ist, der zwischen 0,77 und 0,83 des Durchmessers des Kreisweges beträgt, wobei die zweite Lageranordnung eine DmN-Zahl über 1,000.000 aufweist.
Legekonus gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der Abstand zwischen der ersten und der zweiten Referenzebene (P1, P2) größer ist als der Überhangabstand (A).