EP1396292A1 - Antriebssystem für ein Kaltpilgerwalzwerk - Google Patents

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EP1396292A1
EP1396292A1 EP03018510A EP03018510A EP1396292A1 EP 1396292 A1 EP1396292 A1 EP 1396292A1 EP 03018510 A EP03018510 A EP 03018510A EP 03018510 A EP03018510 A EP 03018510A EP 1396292 A1 EP1396292 A1 EP 1396292A1
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EP
European Patent Office
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drive
counterweight
drive system
crank mechanism
crank
Prior art date
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EP03018510A
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English (en)
French (fr)
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EP1396292B1 (de
Inventor
Michael Baensch
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SMS Group GmbH
Original Assignee
SMS Meer GmbH
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Publication date
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Publication of EP1396292B1 publication Critical patent/EP1396292B1/de
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21B—ROLLING OF METAL
    • B21B35/00—Drives for metal-rolling mills, e.g. hydraulic drives
    • B21B35/06—Drives for metal-rolling mills, e.g. hydraulic drives for non-continuously-operating mills or for single stands
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21B—ROLLING OF METAL
    • B21B21/00—Pilgrim-step tube-rolling, i.e. pilger mills
    • B21B21/005—Pilgrim-step tube-rolling, i.e. pilger mills with reciprocating stand, e.g. driving the stand

Definitions

  • the invention relates to a drive system for a cold pilger rolling mill, with a and a movable rolling stand, at least one driven by a drive Crank drive, which is a crank arm with balance weight for at least partial compensation of the mass forces generated by the rolling stand and a Push rod which connects rolling stand and crank arm articulated, and at least one for balancing mass forces and / or mass moments eccentrically rotatably arranged countermass, wherein via a Gear synchronized the movement of the crank mechanism and the counterweight becomes.
  • a generic drive for a cold pilgering mill for example, from DE 43 36 422 C2.
  • the oscillating is driven.
  • a crank mechanism is used, that of a motor is driven.
  • the crank mechanism is to compensate for the mass forces of the rolling stand provided with a balance weight.
  • crank mechanism about gears drives more waves, on which countermeasures in terms of the center of gravity are arranged eccentrically. These countermeasures join in Rotation of the crank mechanism in the same direction and in opposite directions and are thus able to to generate balancing mass forces or moments of inertia so that Overall, a mass balance in the entire drive system results.
  • a disadvantage of the known embodiment that overall a right complex construction of the entire drive system results because a variety of machine elements - meshing with each other over other gears - required are. This also increases the cost of the drive system and thus of the cold pilger mill, this includes not only the investment costs for the system themselves, but also the costs of the plant foundation, for Spare and wear parts and for maintenance and repair.
  • DE 36 13 036 C1 discloses a drive for the rolling stand of a cold pilger rolling mill, wherein a planetary drive for driving and balancing of mass forces and mass moments is used.
  • the invention is therefore based on the object, a drive system for a generic Cold pilgering mill to be designed so that as simple as possible and thus cost-effective construction is given, the mass forces and moments of inertia but limited to a reasonable level by such a structure can be.
  • This object is achieved in that the at least one Crankshaft only one counterweight is assigned, the plane in the during rotation, the balance weight of the crank mechanism moves, and the plane, in which the counterweight moves during rotation are identical.
  • crank mechanism the counterweight and the drive are connected to each other via toothed gearing, wherein the drive via a gear drive drives a shaft with which the counterweight is connected, and wherein the arranged on the shaft gear of the Gear transmission via a gear drives the shaft, which is connected to the crank mechanism is.
  • the shaft of the crank mechanism, the shaft of the Countermass and the shaft of the drive lie in one plane, creating a special simple and easy mountable structure can be realized.
  • the rolling stand and a single crank mechanism by a single push rod with each other be connected. It is recommended in the sense of a particularly simple Construction, when the push rod is cantilevered on the crank mechanism.
  • the rolling stand and a single Crank drive are connected by two push rods, both sides the crank mechanism are mounted on the fly.
  • the center plane (symmetry plane) of the mill stand and the center plane (Plane of symmetry) of the crank mechanism are identical; preferred are further the center plane (symmetry plane) of the crank mechanism and the center plane (plane of symmetry) identical to the counterweight.
  • Another alternative embodiment provides that the rolling stand and two on both sides of and arranged symmetrically to the center plane of the roll stand Crank drives are interconnected by two push rods. It can be further provided that the drive via gear transmission, the two Crank sprockets and the two countermeasures associated with them, wherein the gear transmission are arranged laterally adjacent to a crank mechanism.
  • the balance weight and / or the countermass arranged as eccentric Mass is arranged in one of the gears of the gear transmission.
  • the shafts of the crank mechanism, the counterweight and the drive can be horizontal or arranged vertically.
  • the push rod is mounted on journals, wherein at least one journal with at least one hole to supply the bearing between Push rod and bearing pin is provided with lubricating oil.
  • the masses of the roll stand, the balance weight (or the balance weights) and the countermass (or countermeasures) are selected so that the first-order framework mass forces during operation of the drive system at least be substantially compensated.
  • the proposed drive system for a cold pilger mill is characterized by a simple construction, an economical production and a ensures economic operation of the rolling mill.
  • the quality of the mass balance is sufficiently good, so that a good quality of the produced Pipes is made possible.
  • the drive system works therefore relatively low vibration, so that the foundation and the environment are treated gently.
  • the drive system works reliably and has a long service life; the Costs for maintenance and repair are low.
  • Fig. 1a and Fig. 1b the Kaltpilgerwalzrea is shown schematically. He used for manufacturing or forming a tube 22 by means of a pair of cold pilger rollers 23, which is mounted in a rolling mill, not shown here. The to be processed tube 22 is guided on a rolling mandrel 24. The rolling mill completes during the rolling process an oscillating motion, wherein stroke frequencies up to 300 per minute and more are possible.
  • the tube 22 is moved in the conveying direction R during the rolling process. While the Vorhubs, which is schematically outlined in Fig. 1a, rolls the pair of cold pilger rollers 23 in the conveying direction R on the tube 22 from; during the return trip, the is sketched in Fig. 1b, the rolling of the roller pair 23 takes place on the tube 22nd against the direction of conveyance R (see arrows for direction of rotation and direction of translation).
  • Fig. 2a and Fig. 2b is a drive system 1 for a rolling stand 2 in side view and plan view outlined in which the roller pair shown in Fig. 1a, 1b 23 is stored.
  • the rolling stand 2 has an oscillating Exercise - that is, a reciprocating motion.
  • a crank mechanism 4 is provided which has a crank arm 5 with at least a crank and arranged eccentrically with respect to the bearing point Balance weight 6 has.
  • Crankshaft 4 and stand 2 are with a push rod 7 connected to both the crank arm 5 and the rolling stand 2 is arranged articulated.
  • the oscillatory drive of the roll stand 2 is as follows: In a common Level 25 three shafts 12, 13 and 14 are arranged side by side and stored.
  • the shaft 14 is connected to a drive 3, which is not shown in detail is; this can be an electric motor.
  • the shaft 12 stores in an eccentrically arranged counterweight 8.
  • the shaft 13 finally stored the crank mechanism 4, as explained above.
  • On each of the three waves 12, 13 and 14 is each a spur gear 9, 10 and 11 rotatably arranged.
  • the gear 9 forms, together with the gear 10, a first gear transmission; equally forms the gear 10 with the gear 11, a second gear transmission.
  • the gears 9, 10 and 11 are all engaged, so that the drive 3 upon rotation of the shaft 14, the shaft 13 and the with this connected counterweight 8 drives.
  • the shaft 12 drives over the Gears 9 and 10 in turn the shaft 13 and thus the crank drive 4 at.
  • the shaft 12 rotates and with it the counterweight 8 in opposite directions with crank speed to the crank mechanism 4, whereby the mass balance is reached.
  • crank mechanism 4 assigned only a single counterweight 8 is, with rotation of the crank mechanism 4, the rotation of the counterweight 8 synchronized he follows. Further, the plane 26, s. Fig. 2b, in which during rotation the Balance weight 6 of the crank mechanism 4 moves, and the plane 27, s. Fig. 2b, in the counterweight 8 moves during rotation identical.
  • crank mechanism 4 counterweight 8 and drive 3 via gear transmission 9, 10, 11 are interconnected.
  • the shaft 13 of the crank mechanism 4, the shaft 12 of the counterweight 8 and the shaft 14 of the drive 3 are preferably in the common plane 25, s. Fig. 2a.
  • the balance weight 6 and the counterweight 8 are designed so that the First order inertial forces for the system consisting of rolling mill 2, balancing weight 6 and counterweight 8 are balanced when the drive system 1 moves. Mass forces of the second and higher order, which are determined by the oscillating movement of the roll stand 2 arise, however, are not balanced. Also, no precautions are taken to compensate for the moment the centrifugal force acting perpendicular to the thrust direction of the rolling mill the balance weights generated. The same goes for the moments which arise because the resultant of the inertial forces of the balancing weights not on the same line of action as the inertial force to be compensated of the rolling stand.
  • the proposed drive concept has a deliberately lower quality Mass balance on, as it in the solutions according to the state of Technology is usually the case.
  • this disadvantage affects in particular smaller machines are not, as the amplitudes of the emitted over the foundation Forces and moments are sufficiently low.
  • Only in the case of installation locations with vibrationally particularly sensitive underground are impairments the environment possible. In these cases, however, are also with the previously known solutions vibration analysis and, where appropriate Additional measures required.
  • the solution operates according to the Fig. 2a and Fig. 2b with a single push rod 7, which is mounted on the crankshaft 4 flying.
  • the sketched arrangement of the push rod 7 in the center plane 15 of the roll stand requires either a correspondingly low positioning of the system, consisting from crank drive 4, counterweight 8 and drive 3, or a suitable Deflection of the produced tube from the roll center.
  • FIGs 3a and 3b is an alternative embodiment of the drive system 1 shown.
  • the rolling stand 2 laterally two push rods 7 and 7 ' arranged, which are also mounted laterally and flying on the crank mechanism 4.
  • the Center plane 15 of the roll stand 2, the center plane 16 of the crank mechanism 4 and the Center plane 17 of the counterweight 8 are identical. This ensures that no unbalanced mass moments arise when the mass of the Roll stand 2 or the mass of the balance weight 6 and the counterweight. 8 move relative to each other.
  • the gears 9, 10, 11 are below the Roll center.
  • the balance weight 6 is in the illustrated case as eccentric in Arranged gear 9 arranged mass; the balance weight 6 is thus in the gear 9 integrated.
  • the counterweight 8 is eccentric arranged mass arranged in the gear 10.
  • FIGS. 5a and 5b The alternative embodiment according to FIGS. 5a and 5b can be seen, that a structure can be realized in which the waves 12, 13 and 14 are arranged vertically; in the solutions according to FIGS. 2, 3 and 4 these waves, however, positioned horizontally.
  • the proposed drive system 1 thus has a very simple structure, which only causes low investment costs. Furthermore, the maintenance expenses relatively low due to the simple machine concept. on the other hand is also a good balance of inertia and mass moments possible, so that a low-vibration operation of the cold pilgering mill without high Effort is possible. The availability of the rolling mill is high. The production Cost-effective manufactured cold piled pipes in good quality is thus ensured.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Antriebssystem (1) für ein Kaltpilgerwalzwerk, mit einem hin- und herbewegbaren Walzgerüst (2), mindestens einem von einem Antrieb (3) angetriebenen Kurbeltrieb (4), der einen Kurbelarm (5) mit Ausgleichsgewicht (6) zum zumindest teilweisen Ausgleich der vom Walzgerüst (2) erzeugten Massenkräfte und eine Schubstange (7) aufweist, die Walzgerüst (2) und Kurbelarm (5) gelenkig miteinander verbindet, und mindestens einer zum Ausgleich von Massenkräften und/oder Massenmomenten exzentrisch drehbar angeordneten Gegenmasse (8), wobei über ein Getriebe (9, 10) die Bewegung des Kurbeltriebs (4) und der Gegenmasse (8) synchronisiert wird. Um einen einfachen Aufbau des Antriebssystems bei hinreichendem Massenausgleich zu erreichen, ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass dem mindestens einen Kurbeltrieb (4) nur eine einzige Gegenmasse (8) zugeordnet ist, wobei die Ebene, in der sich bei Rotation das Ausgleichsgewicht (6) des Kurbeltriebs (4) bewegt, und die Ebene, in der sich bei Rotation die Gegenmasse (8) bewegt, identisch sind. <IMAGE>

Description

Die Erfindung betrifft ein Antriebssystem für ein Kaltpilgerwalzwerk, mit einem hin- und herbewegbaren Walzgerüst, mindestens einem von einem Antrieb angetriebenen Kurbeltrieb, der einen Kurbelarm mit Ausgleichsgewicht zum zumindest teilweisen Ausgleich der vom Walzgerüst erzeugten Massenkräfte und eine Schubstange aufweist, die Walzgerüst und Kurbelarm gelenkig miteinander verbindet, und mindestens einer zum Ausgleich von Massenkräften und/oder Massenmomenten exzentrisch drehbar angeordneten Gegenmasse, wobei über ein Getriebe die Bewegung des Kurbeltriebs und der Gegenmasse synchronisiert wird.
Ein gattungsgemäßer Antrieb für ein Kaltpilgerwalzwerk ist beispielsweise aus der DE 43 36 422 C2 bekannt. Zur Durchführung des Kaltpilgerprozesses ist ein mit einem Kaltpilgerwalzenpaar ausgestattetes Walzgerüst erforderlich, das oszillierend angetrieben wird. Hierzu wird ein Kurbeltrieb eingesetzt, der von einem Motor angetrieben wird. Der Kurbeltrieb ist zum Ausgleich der Massenkräfte des Walzgerüsts mit einem Ausgleichsgewicht versehen.
Die Produktivität eines Kaltpilgerwalzwerks ist direkt von der Hubzahl des Walzgerüsts pro Zeiteinheit abhängig, weshalb aus Wirtschaftlichkeitsgründen angestrebt werden muss, eine möglichst große Anzahl an Arbeitshüben pro Minute zu bewerkstelligen. Dies bedeutet jedoch auch große Massenkräfte, die sowohl das Antriebssystem und insbesondere dessen Lager als auch das Fundament und damit die Umgebung belasten.
In der genannten DE 43 36 422 C2 ist daher vorgesehen, dass der Kurbeltrieb über Verzahnungen weitere Wellen antreibt, auf denen Gegenmassen hinsichtlich des Schwerpunkts exzentrisch angeordnet sind. Diese Gegenmassen laufen bei Drehung des Kurbeltriebs gleich- und gegensinnig um und sind so in der Lage, ausgleichende Massenkräfte bzw. Massenmomente zu erzeugen, so dass sich insgesamt ein Massenkraftausgleich im gesamten Antriebssystem ergibt.
Nachteilig ist bei der bekannten Ausgestaltung, dass sich insgesamt eine recht aufwendige Konstruktion des gesamten Antriebssystems ergibt, weil eine Vielzahl von Maschinenelementen - über Verzahnungen ineinander eingreifend - erforderlich sind. Damit steigen auch die Kosten des Antriebssystems und damit des Kaltpilgerwalzwerks, wobei hierunter nicht nur die Investitionskosten für die Anlage selber zu verstehen sind, sondern auch die Kosten für das Anlagenfundament, für Ersatz- und Verschleißteile und für Wartung und Reparatur.
Aus der DE-PS 962 062 ist ein Antriebssystem für ein Kaltpilgerwalzwerk bekannt, bei dem die Kurbelwelle zum Antrieb des Walzgerüsts mit Fliehgewichten und einem vertikal oszillierenden Ausgleichsgewicht zum Ausgleich der Massenkräfte erster Ordnung sowie der Massenmomente im Antrieb ausgestattet ist.
Nachteilig ist bei dieser Lösung, dass das Fundament des Walzwerks sehr aufwendig und damit teuer ausgestaltet ist, da für das vertikale Eintauchen des Ausgleichsgewichts in das Fundament gesorgt werden muss. Es wird hierbei ein großer und tiefer Keller benötigt, was die Kosten des Walzwerks entsprechend steigen lässt.
Die DE 36 13 036 C1 offenbart einen Antrieb für das Walzgerüst eines Kaltpilgerwalzwerks, wobei ein Planetkurbeltrieb zum Antrieb und Ausgleich von Massenkräften und Massenmomenten zum Einsatz kommt.
Wenngleich mit dieser Lösung ein optimaler Massenausgleich erfolgen kann, eignet sich dieser Antrieb nur bei kleineren Kaltpilgerwalzwerken, weil bei größeren Anlagen die Baugröße eines solchen Antriebsystems überproportional steigt und damit hohe Kosten verursacht.
Alle bekannten Antriebssysteme für Kaltpilgerwalzwerke haben daher den gravierenden Nachteil, daß ein recht hoher Aufwand zur Reduzierung der Massenkräfte bzw. Massenmomente betrieben wird, so dass hohe Investitions- bzw. Fundamentkosten und/oder eine aufwendige Montage bei der Fertigung bzw. bei der Reparatur und Instandhaltung des Walzwerks bedingt sind.
Es hat sich herausgestellt, dass die vorbekannten, teilweise recht aufwendig konzipierten Systeme für den Ausgleich von Massenkräften und Massenmomenten manchmal gar nicht erforderlich sind, wenn moderne, hochwertige Maschinenelemente zum Einsatz kommen, die eine relativ hohe Belastung aufnehmen können.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Antriebssystem für ein gattungsgemäßes Kaltpilgerwalzwerk so zu gestalten, dass ein möglichst einfacher und damit kostengünstiger Aufbau gegeben ist, die Massenkräfte und Massenmomente durch einen solchen Aufbau jedoch auf ein vernünftiges Maß beschränkt werden können.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass dem mindestens einen Kurbeltrieb nur eine einzige Gegenmasse zugeordnet ist, wobei die Ebene, in der sich bei Rotation das Ausgleichsgewicht des Kurbeltriebs bewegt, und die Ebene, in der sich bei Rotation die Gegenmasse bewegt, identisch sind.
Mit dieser Ausgestaltung wird insgesamt ein sehr einfacher Aufbau des Antriebssystems für ein Kaltpilgerwalzwerk erreicht. Trotzdem ist sichergestellt, dass ein hinreichender Massenkraft- und Massenmomentausgleich erfolgt, so dass ein akzeptabler Betriebszustand des Walzwerks gegeben ist.
Gemäß einer ersten Weiterbildung ist vorgesehen, dass der Kurbeltrieb, die Gegenmasse und der Antrieb über Zahnradgetriebe miteinander verbunden sind, wobei der Antrieb über ein Zahnradgetriebe eine Welle antreibt, mit der die Gegenmasse verbunden ist, und wobei das auf der Welle angeordnete Zahnrad des Zahnradgetriebes über ein Zahnrad die Welle antreibt, mit der der Kurbeltrieb verbunden ist.
Mit Vorteil ist dabei vorgesehen, dass die Welle des Kurbeltriebs, die Welle der Gegenmasse und die Welle des Antriebs in einer Ebene liegen, wodurch ein besonders einfacher und leicht montierbarer Aufbau realisiert werden kann.
Gemäß einer ersten konstruktiven Ausgestaltung des Antriebssystems können das Walzgerüst und ein einziger Kurbeltrieb durch eine einzige Schubstange miteinander verbunden sein. Dabei empfiehlt es sich im Sinne eines besonders einfachen Aufbaus, wenn die Schubstange am Kurbeltrieb fliegend gelagert ist.
Bei einer alternativen Ausführungsform können das Walzgerüst und ein einziger Kurbeltrieb durch zwei Schubstangen miteinander verbunden werden, die beiderseits des Kurbeltriebs fliegend gelagert sind. Hier kann mit Vorteil vorgesehen werden, dass die Mittenebene (Symmetrieebene) des Walzgerüsts und die Mittenebene (Symmetrieebene) des Kurbeltriebs identisch sind; bevorzugt sind ferner die Mittenebene (Symmetrieebene) des Kurbeltriebs und die Mittenebene (Symmetrieebene) der Gegenmasse identisch.
Eine weitere alternative Ausgestaltung sieht vor, dass das Walzgerüst und zwei beiderseits der und symmetrisch zur Mittenebene des Walzgerüsts angeordnete Kurbeltriebe durch zwei Schubstangen miteinander verbunden sind. Dabei kann ferner vorgesehen werden, dass der Antrieb über Zahnradgetriebe die beiden Kurbeltriebe und die beiden diesen zugeordneten Gegenmassen verbindet, wobei die Zahnradgetriebe seitlich benachbart zu einem Kurbeltrieb angeordnet sind.
Für alle Ausführungsformen hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn vorgesehen wird, dass das Ausgleichsgewicht und/oder die Gegenmasse als exzentrisch angeordnete Masse in einem der Zahnräder der Zahnradgetriebe angeordnet ist.
Die Wellen des Kurbeltriebs, der Gegenmasse und des Antriebs können horizontal oder vertikal angeordnet sein.
Der ökonomischen und effizienten, möglichst automatischen Versorgung der Schubstangenlager und der Lager der Arbeitswalzen im Walzgerüst kommt eine wesentliche Bedeutung zu. Daher ist gemäß einer Weiterbildung vorgesehen, dass die Schubstange auf Lagerzapfen gelagert ist, wobei zumindest ein Lagerzapfen mit mindestens einer Bohrung zur Versorgung der Lagerstelle zwischen Schubstange und Lagerzapfen mit Schmieröl versehen ist.
Für einen optimalen Betrieb des Antriebssystems wird hierbei vorgeschlagen, dass die Massen des Walzgerüsts, des Ausgleichsgewichts (bzw. der Ausgleichsgewichte) und der Gegenmasse (bzw. der Gegenmassen) so gewählt sind, dass die Gerüstmassenkräfte erster Ordnung im Betrieb des Antriebssystems zumindest im wesentlichen ausgeglichen werden.
Das vorgeschlagene Antriebssystem für ein Kaltpilgerwalzwerk zeichnet sich durch einen einfachen Aufbau aus, der eine wirtschaftliche Herstellung und einen wirtschaftlichen Betrieb des Walzwerks sicherstellt. Die Qualität des Massenausgleichs ist dabei hinreichend gut, so dass eine gute Qualität der zu produzierenden Rohre ermöglicht wird. Das Antriebssystem arbeitet daher relativ erschütterungsarm, so dass das Fundament und die Umgebung schonend behandelt werden. Das Antriebssystem arbeitet zuverlässig und hat eine hohe Lebensdauer; die Kosten für Wartung und Reparatur sind gering.
Auch die Montagekosten des Antriebssystems sind durch den vorgeschlagenen Aufbau des Systems niedrig. Gleichermaßen werden keine besonderen Ansprüche an das Fundament gestellt.
In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt. Es zeigen:
Fig. 1a
schematisch die Seitenansicht eines Kaltpilgerwalzenpaars während des Vorhubs des Kaltpilgerwalzprozesses;
Fig. 1b
die entsprechende Ansicht gemäß Fig. 1a während des Rückhubes;
Fig. 2a
eine Seitenansicht und
Fig.2b
die zugehörige Draufsicht auf eine erste Ausführungsform des Antriebssystems für ein Kaltpilgerwalzwerk;
Fig. 3a
eine Seitenansicht und
Fig. 3b
die zugehörige Draufsicht auf eine zweite Ausführungsform des Antriebssystems;
Fig. 4a
eine Seitenansicht und
Fig. 4b
die zugehörige Draufsicht auf eine dritte Ausführungsform des Antriebssystems; und
Fig. 5a
eine Seitenansicht und
Fig. 5b
die zugehörige Draufsicht auf eine vierte Ausführungsform des Antriebssystems.
In Fig. 1a und Fig. 1b ist schematisch der Kaltpilgerwalzprozess dargestellt. Er dient zur Fertigung bzw. Umformung eines Rohres 22 mittels eines Kaltpilgerwalzenpaares 23, das in einem hier nicht dargestellten Walzgerüst gelagert ist. Das zu bearbeitende Rohr 22 ist auf einem Walzdorn 24 geführt. Das Walzgerüst vollzieht während des Walzprozesses eine oszillierende Bewegung, wobei Hubfrequenzen bis zu 300 pro Minute und mehr möglich sind.
Das Rohr 22 wird während des Walzprozesses in Förderrichtung R bewegt. Während des Vorhubs, der in Fig. 1a schematisch skizziert ist, rollt das Kaltpilgerwalzenpaar 23 in Förderrichtung R auf dem Rohr 22 ab; während des Rückhubes, der in Fig. 1b skizziert ist, erfolgt das Abrollen des Walzenpaares 23 auf dem Rohr 22 entgegen Förderrichtung R (s. Pfeile für Drehrichtung und Translationsrichtung).
In Fig. 2a und Fig. 2b ist ein Antriebssystem 1 für ein Walzgerüst 2 in Seitenansicht und Draufsicht skizziert, in dem das in Fig. 1a, 1b dargestellte Walzenpaar 23 gelagert ist.
Zum Durchführen des Kaltpilger-Walzprozesses muss das Walzgerüst 2 eine oszillierende Bewegung - also eine hin- und hergehende Bewegung - ausführen. Zu diesem Zweck ist ein Kurbeltrieb 4 vorgesehen, der einen Kurbelarm 5 mit mindestens einer Kröpfung und mit einem in Bezug auf den Lagerpunkt exzentrisch angeordneten Ausgleichsgewicht 6 aufweist. Kurbeltrieb 4 und Walzgerüst 2 sind mit einer Schubstange 7 verbunden, die sowohl am Kurbelarm 5 als auch am Walzgerüst 2 gelenkig angeordnet ist.
Der oszillatorische Antrieb des Walzgerüsts 2 verläuft wie folgt: In einer gemeinsamen Ebene 25 sind nebeneinander drei Wellen 12, 13 und 14 angeordnet und gelagert. Die Welle 14 ist mit einem Antrieb 3 verbunden, der nicht näher dargestellt ist; es kann sich hierbei um einen Elektromotor handeln. Die Welle 12 lagert in einer exzentrisch angeordneten Gegenmasse 8. Die Welle 13 lagert schließlich den Kurbeltrieb 4, wie er oben erläutert wurde. Auf jeder der drei Wellen 12, 13 und 14 ist jeweils ein Stirnzahnrad 9, 10 bzw. 11 drehfest angeordnet. Das Zahnrad 9 bildet zusammen mit dem Zahnrad 10 ein erstes Zahnradgetriebe; gleichermaßen bildet das Zahnrad 10 mit dem Zahnrad 11 ein zweites Zahnradgetriebe. Wie Fig. 2b zu entnehmen ist, befinden sich die Zahnräder 9, 10 und 11 sämtlich im Eingriff, so dass der Antrieb 3 bei Drehung der Welle 14 die Welle 13 und die mit dieser verbundenen Gegenmasse 8 antreibt. Die Welle 12 treibt über die Zahnräder 9 und 10 ihrerseits die Welle 13 und damit den Kurbeltrieb 4 an.
Im Betrieb des Antriebssystems 1 dreht die Welle 12 und mit ihr die Gegenmasse 8 gegenläufig mit Kurbeldrehzahl zum Kurbeltrieb 4, wodurch der Massenausgleich erreicht wird.
Wesentlich ist, dass dem Kurbeltrieb 4 nur eine einzige Gegenmasse 8 zugeordnet ist, wobei bei Rotation des Kurbeltriebs 4 die Rotation der Gegenmasse 8 synchronisiert erfolgt. Ferner ist die Ebene 26, s. Fig. 2b, in der sich bei Rotation das Ausgleichsgewicht 6 des Kurbeltriebs 4 bewegt, und die Ebene 27, s. Fig. 2b, in der sich bei Rotation die Gegenmasse 8 bewegt, identisch.
Ein einfacher konstruktiver Aufbau wird erreicht, weil Kurbeltrieb 4, Gegenmasse 8 und Antrieb 3 über Zahnradgetriebe 9, 10, 11 miteinander verbunden sind. Wie bereits erwähnt, treibt dabei der Antrieb 3 über ein Zahnradgetriebe 10, 11 die Welle 12 an, mit der die Gegenmasse 8 verbunden ist; andererseits treibt das auf der Welle 12 angeordnete Zahnrad 10 des Zahnradgetriebes 10, 11 über das Zahnrad 9 die Welle 13 an, mit der der Kurbeltrieb 4 verbunden ist. Die Welle 13 des Kurbeltriebs 4, die Welle 12 der Gegenmasse 8 und die Welle 14 des Antriebs 3 liegen dabei bevorzugt in der gemeinsamen Ebene 25, s. Fig. 2a.
Das Ausgleichsgewicht 6 und die Gegenmasse 8 sind so ausgelegt, dass die Massenkräfte erster Ordnung für das System bestehend aus Walzgerüst 2, Ausgleichsgewicht 6 und Gegenmasse 8 ausgeglichen werden, wenn sich das Antriebssystem 1 bewegt. Massenkräfte zweiter und höherer Ordnung, die durch die oszillierende Bewegung des Walzgerüsts 2 entstehen, werden hingegen nicht ausgeglichen. Auch werden keine Vorkehrungen getroffen, das Moment zu kompensieren, das die senkrecht zur Schubrichtung des Walzgerüsts wirkende Fliehkraftkomponenten der Ausgleichsgewichte erzeugt. Das Gleiche gilt für die Momente, die entstehen, weil die Resultierende der Trägheitskräfte der Ausgleichsgewichte nicht auf derselben Wirkungslinie liegt wie die auszugleichende Trägheitskraft des Walzgerüsts.
Das vorgeschlagene Antriebskonzept weist insofern eine bewusst geringere Qualität des Massenausgleichs auf, als es bei den Lösungen gemäß dem Stand der Technik zumeist der Fall ist. Dieser Nachteil wirkt sich jedoch insbesondere an kleineren Maschinen nicht aus, da die Amplituden der über das Fundament emittierten Kräfte und Momente hinreichend gering sind. Nur im Falle von Installationsorten mit schwingungstechnisch besonders sensiblem Untergrund sind Beeinträchtigungen der Umgebung möglich. In diesen Fällen sind aber auch mit den vorbekannten Lösungen schwingungstechnische Analysen und gegebenenfalls Zusatzmaßnahmen erforderlich.
In besonders vorteilhafter Weise arbeitet die Lösung gemäß den Fig. 2a bzw. Fig. 2b mit einer einzigen Schubstange 7, die fliegend am Kurbeltrieb 4 gelagert ist. Die skizzierte Anordnung der Schubstange 7 in der Mittenebene 15 des Walzgerüsts bedingt entweder eine entsprechend tiefe Positionierung des Systems, bestehend aus Kurbeltrieb 4, Gegenmasse 8 und Antrieb 3, oder eine geeignete Auslenkung des produzierten Rohres aus der Walzmitte.
Wichtig für einen ökonomischen Betrieb des Kaltpilger-Walzwerks ist es auch, dass eine automatische Schmierung der Lager der Schubstange und der Lager der Arbeitswalzen im Walzgerüst erfolgen kann. Hierfür ist in Fig. 2b - nur sehr schematisch - skizziert, dass sich durch die Kurbel des Kurbeltriebs 4 zwei Bohrungen 20 und 21 erstrecken. Durch diese Bohrungen 20, 21 können die Lagerstellen mit Schmieröl versorgt werden, die die Lagerzapfen 18 bzw. 19 an Walzgerüst 2 bzw. Kurbeltrieb 4 mit der Schubstange 7 verbinden.
Durch die Schmierölversorgung über die Bohrungen 20, 21 kann auf einen Produktionsstop zwecks Nachschmieren der Lager verzichtet werden; das Nachschmieren kann vielmehr während des Betriebs des Antriebssystems erfolgen. Ein weiterer besonderer Vorteil, der mit dieser Ausgestaltung erreicht werden kann, ist der, dass eine zuverlässige Trennung von Schmieröl und Kühlschmierstoff erreicht werden kann.
In den Figuren 3a und 3b ist eine alternative Ausführungsform des Antriebssystems 1 gezeigt. Hier sind am Walzgerüst 2 seitlich zwei Schubstangen 7 und 7' angeordnet, die ebenfalls seitlich und fliegend am Kurbeltrieb 4 gelagert sind. Die Mittenebene 15 des Walzgerüsts 2, die Mittenebene 16 des Kurbeltriebs 4 und die Mittenebene 17 der Gegenmasse 8 sind identisch. Damit wird erreicht, dass keine nicht ausgeglichenen Massenmomente entstehen, wenn sich die Masse des Walzgerüsts 2 bzw. die Masse des Ausgleichsgewichts 6 und die Gegenmasse 8 relativ zueinander bewegen.
Wie in Fig. 3a zu sehen ist, befinden sich die Zahnräder 9, 10, 11 unterhalb der Walzmitte. Das Ausgleichsgewicht 6 ist im dargestellten Fall als exzentrisch im Zahnrad 9 angeordnete Masse angeordnet; das Ausgleichsgewicht 6 ist somit in das Zahnrad 9 integriert. In gleicher Weise ist die Gegenmasse 8 als exzentrisch angeordnete Masse im Zahnrad 10 angeordnet.
Bei der Ausgestaltung gemäß Fig. 4a bzw. Fig. 4b ist zu sehen, dass das Prinzip der fliegend am Kurbeltrieb 4 gelagerten Schubstangen 7 bzw. 7' verlassen ist: Die Schubstangen 7, 7' stehen hier mit zwei Kurbeltrieben 4 und 4' in Verbindung. An der Seite des einen Kurbeltriebs 4 ist die Getriebeeinheit bestehend aus den Zahnradgetrieben 9, 10 und 10, 11 sowie der Antrieb 3 angeordnet. Jedem Kurbeltrieb 4 und 4' mit einem Ausgleichsgewicht 6 bzw. 6' ist eine Gegenmasse 8 bzw. 8' zugeordnet, die zum Massenausgleich mittels der Zahnräder 9, 10, 11 synchronisiert angetrieben wird.
Die Resultierende der Fliehkräfte alle Ausgleichsgewichte 6, 6' bzw. Gegengewichte 8, 8' befinden sich durch den symmetrischen Aufbau in der Mittenebene 15 des Walzgerüsts, so dass die ebenfalls in der Mittenebene 15 liegende Massenkraft des Walzgerüsts 2 optimal ausgeglichen werden kann.
Der alternativen Ausgestaltung gemäß den Fig. 5a bzw. 5b ist zu entnehmen, dass auch ein Aufbau realisiert werden kann, bei dem die Wellen 12, 13 und 14 vertikal angeordnet sind; bei den Lösungen gemäß den Figuren 2, 3 und 4 sind diese Wellen hingegen horizontal positioniert.
Das vorgeschlagene Antriebssystem 1 hat damit einen sehr einfachen Aufbau, was nur geringe Investitionskosten verursacht. Femer sind die Instandhaltungsaufwendungen infolge des einfachen Maschinenkonzepts relativ gering. Andererseits ist auch ein guter Ausgleich von Massenkräften und Massenmomenten möglich, so dass ein schwingungsarmer Betrieb des Kaltpilgerwalzwerks ohne hohen Aufwand möglich ist. Die Verfügbarkeit des Walzwerks ist hoch. Die Herstellung kostengünstig gefertigter kaltgepilgerter Rohre in guter Qualität ist somit sichergestellt.
Bezugszeichenliste:
1
Antriebssystem
2
Walzgerüst
3
Antrieb
4
Kurbeltrieb
4'
Kurbeltrieb
5
Kurbelarm
6
Ausgleichsgewicht
6'
Ausgleichsgewicht
7
Schubstange
7'
Schubstange
8
Gegenmasse
8'
Gegenmasse
9, 10
Getriebe (Zahnradgetriebe)
10, 11
Getriebe (Zahnradgetriebe)
9
Zahnrad
10
Zahnrad
11
Zahnrad
12
Welle
13
Welle
14
Welle
15
Mittenebene (Symmetrieebene) des Walzgerüsts
16
Mittenebene (Symmetrieebene) des Kurbeltriebs
17
Mittenebene (Symmetrieebene) der Gegenmasse
18
Lagerzapfen
19
Lagerzapfen
20
Bohrung
21
Bohrung
22
Rohr
23
Kaltpilgerwalzenpaar
24
Walzdorn
25
Ebene
26
Ebene
27
Ebene
R
Förderrichtung

Claims (11)

  1. Antriebssystem (1) für ein Kaltpilgerwalzwerk, mit
    einem hin- und herbewegbaren Walzgerüst (2),
    mindestens einem von einem Antrieb (3) angetriebenen Kurbeltrieb (4), der einen Kurbelarm (5) mit Ausgleichsgewicht (6) zum zumindest teilweisen Ausgleich der vom Walzgerüst (2) erzeugten Massenkräfte und eine Schubstange (7) aufweist, die Walzgerüst (2) und Kurbelarm (5) gelenkig miteinander verbindet,
    mindestens einer zum Ausgleich von Massenkräften und/oder Massenmomenten exzentrisch drehbar angeordneten Gegenmasse (8) und einem die Bewegung des Kurbeltriebs (4) und der Gegenmasse (8) synchronisierenden Getriebe (9, 10),
       dadurch gekennzeichnet,    daß dem Kurbeltrieb (4) nur eine einzige Gegenmasse (8) zugeordnet ist,
       wobei die Ebene, in der sich bei Rotation das Ausgleichsgewicht (6) des Kurbeltriebs (4) bewegt, und die Ebene, in der sich bei Rotation die Gegenmasse (8) bewegt, identisch sind.
  2. Antriebssystem nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, dass der Kurbeltrieb (4), die Gegenmasse (8) und der Antrieb (3) über Zahnradgetriebe (9, 10, 11) miteinander verbunden sind, wobei der Antrieb (3) über ein Zahnradgetriebe (10, 11) eine Welle (12) antreibt, mit der die Gegenmasse (8) verbunden ist, und wobei das auf der Welle (12) angeordnete Zahnrad (10) des Zahnradgetriebes (10, 11 ) über ein Zahnrad (9) die Welle (13) antreibt, mit der der Kurbeltrieb (4) verbunden ist.
  3. Antriebssystem nach Anspruch 2,
    dadurch gekennzeichnet, dass die Welle (13) des Kurbeltriebs (4), die Welle (12) der Gegenmasse (8) und die Welle (14) des Antriebs (3) in einer Ebene liegen.
  4. Antriebssystem nach Anspruch 2,
    dadurch gekennzeichnet, dass die Mittenebene (15) des Walzgerüsts (2) und die Mittenebene (16) des Kurbeltriebs (4) identisch sind.
  5. Antriebssystem nach Anspruch 4,
    dadurch gekennzeichnet, dass die Mittenebene (16) des Kurbeltriebs (4) und die Mittenebene (17) der Gegenmasse (8) identisch sind.
  6. Antriebssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
    dadurch gekennzeichnet, dass das Walzgerüst (2) und zwei beiderseits der und symmetrisch zur Mittenebene (15) des Walzgerüsts (2) angeordnete Kurbeltriebe (4, 4') durch zwei Schubstangen (7, 7') miteinander verbunden sind.
  7. Antriebssystem nach Anspruch 6,
    dadurch gekennzeichnet, dass der Antrieb (3) über Zahnradgetriebe (9, 10, 11) die beiden Kurbeltriebe (4, 4') und die beiden diesen zugeordneten Gegenmassen (8, 8') verbindet, wobei die Zahnradgetriebe (9, 10, 11) seitlich benachbart zu einem Kurbeltrieb (4) angeordnet sind.
  8. Antriebssystem nach einem der Ansprüche 2 bis 7,
    dadurch gekennzeichnet, dass das Ausgleichsgewicht (6) und/oder die Gegenmasse (8) als exzentrisch angeordnete Masse in einem der Zahnräder (9, 10) der Zahnradgetriebe (9, 10, 11 ) angeordnet ist.
  9. Antriebssystem nach einem der Ansprüche 3 bis 8,
    dadurch gekennzeichnet, dass die Wellen (12, 13, 14) des Kurbeltriebs (4, 4'), der Gegenmasse (8, 8') und des Antriebs (3) horizontal angeordnet sind.
  10. Antriebssystem nach einem der Ansprüche 3 bis 9,
    dadurch gekennzeichnet, dass die Wellen (12, 13, 14) des Kurbeltriebs (4, 4'), der Gegenmasse (8, 8') und des Antriebs (3) vertikal angeordnet sind.
  11. Antriebssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 10,
    dadurch gekennzeichnet, dass die Schubstange (7, 7') auf Lagerzapfen (18, 19) gelagert ist, wobei zumindest ein Lagerzapfen (18, 19) mit mindestens einer Bohrung (20, 21) zur Versorgung der Lagerstelle zwischen Schubstange (7, 7') und Lagerzapfen (18, 19) mit Schmieröl versehen ist.
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