EP3393689A1 - Kaltpilgerwalzanlage - Google Patents

Kaltpilgerwalzanlage

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Publication number
EP3393689A1
EP3393689A1 EP16813355.1A EP16813355A EP3393689A1 EP 3393689 A1 EP3393689 A1 EP 3393689A1 EP 16813355 A EP16813355 A EP 16813355A EP 3393689 A1 EP3393689 A1 EP 3393689A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
rollers
rolling
rolling mill
stand
rack
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
EP16813355.1A
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
EP3393689B1 (de
Inventor
Thomas FROBÖSE
Christofer HEDVALL
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Alleima GmbH
Original Assignee
Sandvik Materials Technology Deutschland GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Sandvik Materials Technology Deutschland GmbH filed Critical Sandvik Materials Technology Deutschland GmbH
Publication of EP3393689A1 publication Critical patent/EP3393689A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP3393689B1 publication Critical patent/EP3393689B1/de
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

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Classifications

    • 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
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21B—ROLLING OF METAL
    • B21B31/00—Rolling stand structures; Mounting, adjusting, or interchanging rolls, roll mountings, or stand frames
    • B21B31/02—Rolling stand frames or housings; Roll mountings ; Roll chocks
    • B21B31/028—Prestressing of rolls or roll mountings in stand frames
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21B—ROLLING OF METAL
    • B21B31/00—Rolling stand structures; Mounting, adjusting, or interchanging rolls, roll mountings, or stand frames
    • B21B31/07—Adaptation of roll neck bearings

Definitions

  • the present invention relates to a pilger rolling mill for converting a billet into a tube with a linearly movably mounted in a first rolling stand, wherein on the rolling stand, two rollers for forming the billet to the tube are rotatably mounted on shafts, wherein one of the rollers with a drive gear is arranged on a shaft and wherein the drive gear engages a fixed rack which is fixed to a rack holder, that a translational movement of the rolling mill causes a rotational movement of the drive gear and the roller, and connected to the rolling stand crank mechanism, the operation of the pilger rolling mill a rotational movement of a drive motor via a push rod in an oscillating translational movement of the rolling mill transferred.
  • an extended hollow cylindrical blank is reduced by compressive stresses.
  • the blank is formed into a tube with a defined reduced outer diameter and a defined wall thickness.
  • the most common tube reduction method is known as cold pilgering, the blank being called a billet.
  • the billet is pushed over a calibrated rolling mandrel defining the inside diameter of the finished pipe, while from the outside it comprises two likewise calibrated rolls defining the outside diameter of the finished pipe and rolled longitudinally over the rolling dome.
  • the billet undergoes incremental advancement in the direction of the rolling dome to and beyond it, while the rolls are rotationally reciprocated over the mandrel and thus the billet horizontally.
  • the horizontal movement of the rollers is predetermined by a rolling stand on which the rollers are rotatably mounted.
  • the roll stand is reciprocated in known Kaltpilgerwalzanlagen by means of a crank mechanism in a direction parallel to the rolling mandrel.
  • the crank mechanism is connected to a torque and mass balance system which stores the kinetic energy released at the reversal points during the reciprocation of the roll stand and this for the subsequent acceleration the rolling mill used after reversing the direction of movement.
  • the rollers themselves, however, receive their rotational movement through a fixed relative to the mill rack, engage firmly with the roller axes connected gears.
  • the feed tension slide with the billet is moved in the so-called feed direction over the rolling mandrel.
  • the conically calibrated rollers arranged vertically one above the other in the rolling stand rotate opposite to one another at the same angular velocity while the feed tensioning carriage holds the billet. In this case, the two rollers each roll in the same direction parallel to the cylinder axis of the billet and counter to the feed direction on the outer surface of the billet.
  • the caliber shape of the substantially circularly calibrated rolls always decreases until the diameter of the finished tube is reached in the last cross section of the caliber.
  • the cross-section of the caliber mold consists of a working caliber comprising a conical crawl mouth, a uniform circular calender and a subsequent slightly larger spout, and an open-gauge caliber with a larger opening.
  • the vocational jaw formed by the rollers engages the billet and the rollers press from the outside a small material shaft, which is stretched by the smoothing caliber of the rollers and the mandrel to the intended wall thickness until the idling caliber of the rollers releases the finished tube.
  • the roll stand with the rolls attached thereto moves counter to the feeding direction of the billet.
  • the billet is advanced by a further step onto the rolling dome, while the rolls with the rolling stand return to their horizontal starting position. At the same time, the billet undergoes a rotation about its axis in order to achieve a uniform shape of the finished tube in the circumferential direction.
  • a domestic rolling mill according to the prior art is limited to the production of finished pipes with a narrow Wertebe rich of inner andnostien pressmessem the finished pipes, since the rolling mill used in the respective pilger rolling mill always only for a narrow range of inner and outer diameters of the pipe to be machined is designed.
  • the rolling stands for the respective requirements must be selected to the diameter of the pipes to be machined.
  • larger rolling stands are also required in view of the width of the rolling stand and the diameter of the rolls used therein. As the size of the rolling stand increases, so does the mass of the rolling stand.
  • a rolling mill of a certain size is designed for a specific parameter range of the diameter of the pipes to be produced, in which the billet best possible, d. H. as evenly as possible, is processed. It is possible to roll billets outside this parameter range, but the rolls are out of their optimum range. Consequently, the precision of the machining process decreases and the finished pipes have a poorer quality compared to the finished pipes which have been machined in the optimum parameter range.
  • the caliber shape of the rolls of the second stand has a circumferential configuration of the rolls other than the caliber shape of the rolls of the first stand, thereby capturing lands of slightly different diameter from the second pair of pillows, forming them in the smoothing caliber and passing them through the exit Leeriaufkaliber can be handed over to release the finished pipe.
  • the outer diameter of the finished tube can thus be changed in a narrow range of values.
  • the present invention has the object to provide a pilger rolling mill, which allows in the same pilger rolling mill production of tubes of a range of inner and outer diameters, which extends the narrow range of values according to the prior art.
  • Another object of the present invention is to allow shorter downtime of the pilger rolling mill as well as a faster exchange of the rollers of the pilger rolling mill.
  • a pilger rolling mill for forming a billet into a tube with a linearly movably mounted first mill stand, wherein two rolls are rotatably mounted on the mill stand for forming the billet to the tube, one of the rollers having a drive gear is arranged on a shaft and wherein the drive gear engages a fixed rack which is fixed to a rack holder, that a translational movement of the rolling mill causes a rotational movement of the drive gear and the roller, and connected to the rolling stand crank mechanism, the operation of the pilger rolling mill a rotary motion of a drive motor via a push rod in an oscillating translational movement of the rolling stand, wherein the rack holder is configured such that the first rolling stand against a second rolling mill with a different from the first dimension two dimension is interchangeable.
  • the rack holder according to the invention makes it possible to provide a pilger rolling system which can be inexpensively adapted to the pipe diameter of the finished rolled tubes so that the production of tubes with different diameters in the same pilger rolling mill is possible.
  • the finished tubes also have improved accuracy and precision by adapting the rolling stand to the pipe diameter requirements of the finished rolled tubes.
  • dimension of a rolling stand in the sense of the present invention encompasses the three dimensions of space length, width and height and beyond that also the dimensioning of the rollers and the drive gears, in particular with respect to their diameter.
  • the first stand has a different mass from the second stand.
  • the first and second stands have different widths (perpendicular to the direction of movement) and masses.
  • a material of the billet is selected from a group consisting of an unalloyed steel, a low alloy steel and a high alloy steel or a combination thereof.
  • the billet is made of stainless steel.
  • the rack holder according to the invention makes it possible to replace the roll stand in a simple manner against a second rolling stand with a different dimension without appreciable loss of time.
  • the interruptions due to the replacement of the roll stand can be significantly reduced and the productivity of the plant can be greatly increased.
  • the pilger rolling mill is provided with a rack holder which is configured such that the rack is receivable on the rack holder at at least two positions spaced from each other in a direction parallel to the shafts of the rollers.
  • the rack holder according to the invention enables a drive gear of the rolling stand to engage at least two spaced-apart positions in a direction parallel to the shafts of the rollers in the rack mounted on the rack holder.
  • at least two rolling stands with two different widths can be installed on the same pilger rolling mill, wherein the width of the rolling mill in the context of the present application defines its extension in the direction parallel to the shafts of the rolls. This is of importance insofar as the roll stand is built more stable and solid as the diameter of the rolls increases, which ultimately leads to an increase in the width of the roll stand.
  • the pilger rolling mill is provided with a rack holder which is configured such that the rack is receivable on the rack holder at at least two positions spaced from each other in a direction perpendicular to the shafts of the rollers and perpendicular to the direction of movement of the rolling mill, wherein the individual distance between the positions is at least 10 mm.
  • the rack is receivable on the rack holder at at least two positions spaced from each other in a direction perpendicular to the shafts of the rollers and perpendicular to the direction of movement of the rolling mill, wherein the individual distance between the positions is at least 10 mm.
  • the rack is thus adjustable in height at at least two spaced-apart positions, wherein the individual distance of the positions is at least 10 mm, so that the Rotary axes of the rollers have at least two mutually differing distances from one another.
  • This makes it possible to install two rolling stands with differing roll diameters in the same pilger rolling mill.
  • the individual distance of the positions is at least 20 mm. In a further embodiment, however, the individual spacing of the positions is at most 100 mm. In a further embodiment, the individual spacing of the positions is at most 40 mm.
  • a further embodiment of the present invention is a pilgrim rolling system, which has two rack-symmetrically arranged to a perpendicular to the waves of the rollers extending reference plane rack holder with racks attached thereto.
  • the shaft of one of the two rollers preferably the lower roller, carries a drive gearwheel on both sides of the reference plane, wherein the two drive gearwheels each engage in one of the racks and a cylinder axis of the pulley to be received between the rollers lies in the reference plane.
  • the reference mirror-symmetrical arrangement of the racks attached to the rack holders reduces the occurrence of torques, which exert a disturbing influence on the rolling process, since the torques occurring compensate each other by the mirror-symmetrical arrangement.
  • a mirror-symmetrical arrangement leads to a significantly lower wear of the individual components of the pilger rolling mill. This is reflected in reduced operating and repair costs, making the pilger rolling mill more economical.
  • the pilger rolling mill has a rack holder which moves away from the rolling mill one parallel to the direction of movement of the rack Roll stand extending axis is arranged pivotably, so that a quick replacement of the roll stand is possible.
  • the pivoting of the rack holder away from the rolling stand describes a folding mechanism for the rack holder.
  • the unfolding of the rack holder away from the mill stand releases the mill stand so that it can be lifted when lifting z. B. is not blocked by the rack holder by means of a crane.
  • the roll stand can thus be removed unhindered and in a simple manner from the pilger rolling mill in the direction perpendicular to the shafts of the rolls and perpendicular to the direction of movement of the roll stand.
  • the pilger rolling mill has a rack holder which is pivotally mounted about an axis parallel to the direction of movement of the rolling stand, wherein the rack holder is hydraulically clamped in a direction perpendicular to the shafts of the rollers, so that the rack holder in operation the pilger rolling mill receives the forces acting in a direction parallel to the reference plane.
  • the rack mount of the pilger rolling mill or parts thereof are interchangeable with a rack holder or parts thereof such that the rack is receivable on the rack holder at at least two positions spaced apart in a direction parallel to the shaft of the rollers.
  • the rack holder is constructed in two parts and comprises a base support and an adapter plate.
  • the base support is in this case arranged away from the rolling mill stand about a parallel to the direction of movement of the roll stand extending axis.
  • the adapter plate can be easily attached to the base support so that the rack mounted on the rack support can assume at least two spaced apart positions in a direction parallel to the shafts of the rollers.
  • the pilger rolling mill on a rolling stand, which is movably mounted in a floating slide bearing, preferably on a hydraulically liftable carriage.
  • the sliding bearing is designed so that it allows adjusting the clearance between the drive gear and the rack in a direction perpendicular to the shafts of the rollers and perpendicular to the direction of movement of the rolling stand.
  • the pilger rolling mill on two vertically stacked rollers, wherein the shafts of the two rollers are connected to each other via two meshing gears such that a rotational movement of one of the two rollers to a rotational movement of the other of the two rollers in the opposite direction leads.
  • the shafts of the rolls of the vocational rolling mill each have at least one bearing, wherein at least one bearing of one of the two rolls and a bearing of the other of the two rolls are braced hydraulically against each other.
  • the stroke length of the rolling stand which is determined by an eccentricity of a crank pin, on which a push rod is received, set for the largest machinable pipe diameter and is consistent for all machinable pipe diameter.
  • the increase in the diameter of the rolls is accompanied by an increase in the mass of the roll stand.
  • the rolling force also increases.
  • the size of the area being rolled increases as the rolling force increases. Consequently, the feed length of a single stroke is greater with a larger diameter of the rolls, so that the stroke length of the roll stand is also greater.
  • the stroke length of the rolling stand is therefore determined by the largest pipe diameter to be machined in the pilger rolling mill. However, this stroke length is a compromise for significantly smaller machinable pipe diameters.
  • the feed length of a single stroke is significantly smaller for smaller pipe diameters to be machined due to the smaller diameter of the rolls, so that a larger number of strokes in the rolling process comes into play.
  • this can not be arbitrarily high, as from a certain speed of the rolling process, the processing of the tubes becomes inaccurate and more irregularities occur in the wall thickness, so that a loss of quality occurs.
  • the stroke length of the roll stand which is determined by an eccentricity of a crank pin on which a push rod is received, adjustable for different machinable pipe diameter.
  • the distance between the axis of rotation of the flywheel or the crank mechanism and the point of attachment of the push rod on the flywheel is adapted accordingly, i. the eccentricity of the crank pin is selectably modified modified.
  • the crankshaft of the crank mechanism has a co-rotating balancing mass, wherein the balancing mass is designed such that it compensates or virtually compensates for the moments exerted by the first rolling mill received in the pilger rolling mill in the first order, wherein the mass of the first roll stand smaller than the mass of the second rolling stand. It is expedient if this balancing mass is offset from the crank pin by about 180 relative to the axis of rotation of the crankshaft. Under a crankshaft in the context of the present application, each type of shaft is understood with a concentrically arranged crank pin for receiving the push rod.
  • the rotating inertial forces occurring during operation of the pilger rolling mill can be completely compensated by means of a balancing mass, which is arranged eccentrically to the axis of rotation of the crankshaft by 180 3 to the articulation point of the push rod offset on the crank mechanism.
  • This balancing mass leads to a rotationally symmetrical mass distribution of the crankshaft with push rod with respect to the axis of rotation of the crankshaft and ensures a first order torque compensation.
  • the balancing mass is configured such that it compensates or virtually compensates for the moments exerted by the first rolling stand received in the pilger rolling mill in the first order, wherein the mass of the first rolling stand is smaller than the mass of the second rolling stand.
  • a second large-mass rolling mill is driven at a smaller angular speed of the crankshaft compared to a first smaller-mass rolling mill.
  • the rotating mass forces increase quadratically with the angular velocity of the crankshaft, whereas with the rotating mass they increase only linearly.
  • the mass difference between it and the first rolling mill of lesser mass can thus be at least partially due to the corresponding reduction in the rotational speed be compensated.
  • a balancing mass which is designed for the first roll stand, the rotating mass forces well compensated well for the second rolling mill with a larger mass.
  • An alternative to this embodiment is an embodiment of the balancing mass such that the balancing mass compensates as best as possible for the moments acting on the crank mechanism for a mass of the rolling mill, which results from the average value of the masses of the first and the second roll stand.
  • the balancing mass is detachably fastened to the crank mechanism, so that it is adapted as precisely as possible to the mass of the second rolling stand accommodated in the pilger rolling mill when replacing the first rolling stand, in order to allow the crank mechanism to run. which is free of free forces or moments, or in which the free forces and moments are minimized.
  • the pilger rolling mill on a balancing shaft with a second rotating balancing mass wherein the crankshaft and the compensation swivel are so effectively interconnected via a central control that rotates the balancer shaft at twice the angular speed of the crankshaft during operation of the cold pilger rolling mill and wherein the second balancing mass is configured such that it compensates for or almost compensates for the moments exerted by the first rolling stand received in the pilger rolling mill in second order, the mass of the first rolling mill being smaller than the mass of the second rolling mill.
  • free mass forces of the second order are added when operating a pilger rolling mill with an oscillating linear movement of the rolling stand.
  • the second-order free inertial forces transmit second order moments via the push rod to the crankshaft and adversely affect the smooth running of the crankshaft.
  • the second-order free mass forces oscillate in time at twice the angular velocity of the crankshaft. Therefore, the inertial forces of the second order can be minimized or compensated by means of the balancing shaft according to the invention, which is operatively connected to the crankshaft via a central control and together with the balancing weight attached thereto at twice the crankshaft speed.
  • the balancing mass is adjusted so that it allows the best possible compensation of the second-order moments for the first rolling stand, wherein the first roll stand has a smaller mass than the second roll stand.
  • a leveling compound which is designed for the first roll stand can well compensate the rotating mass forces also for the second rolling stand with a larger mass.
  • the second order moments make a smaller contribution to the sum of the rotating mass forces than the first order moments.
  • Figure 1 shows a schematic sectional side view of the structure of a pilger rolling mill according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 a shows a front view of a first rolling stand of the pilger rolling mill from FIG. 1.
  • FIG. 2b shows an oblique view from above of the rolling stand from FIG. 2a with the rack holder in the open position.
  • FIG. 3 a shows a front view of a second rolling stand of the pilger rolling mill from FIG. 1.
  • Figure 3b shows an oblique view from above of the rolling stand of Figure 3a with the rack holder in the open position.
  • FIG. 1 shows the structure of a pilger rolling mill according to the invention in a schematic lateral sectional view, in which features which are unimportant for the understanding have been dispensed with.
  • the illustrated pilger rolling mill comprises a rolling stand 1 with rollers 2, 3, two arranged on the shaft of the lower roller 3 drive gears 6, two attached to each rack holder 4 racks 5, a calibrated rolling mandrel 7 and a feed clamping slide 8.
  • the drive gears 6 are not to be seen here, since one of the two is covered by the lower roller 3 and the other has been omitted for clarity in the illustration.
  • the racks 5 and rack 4 are also not shown in Figure 1.
  • the pilgrim rolling mill has two mirror-symmetrically arranged to a perpendicular to the waves of the rollers extending reference plane 1 1 arranged rack holder 4 with attached fixed racks 5.
  • the rack holder 4 are in this case from the rolling stand 1 away from parallel to the Movement direction of the roll stand 1 extending pivot axes 13 pivotally mounted.
  • the billet 9 undergoes a step-by-step advance in the direction of the rolling mandrel 7 towards or beyond it, while the rolls 2, 3 rotate over the mandrel 7 and thus horizontally over the billet 9 be moved back and forth.
  • the horizontal movement of the rollers 2, 3 is predetermined by a roll stand 1, on which the rollers 2, 3 are rotatably mounted.
  • the roll stand 1 is reciprocated in a direction parallel to the rolling dome 7 by means of a crank drive, while the rolls 2, 3 themselves receive their rotary motion through the racks 5 fixed relative to the roll stand 1, into which are fixedly connected to the lower roll axes Drive gears 6 engage.
  • a translational movement of the rolling stand 1 is converted into a rotational movement of the drive gears 6.
  • the drive gears 6 are respectively arranged on the right and left of a lower gear not shown in Figure 1 14, so that the rotational movement of the drive gears 6 causes a rotational movement of the lower gear wheels 14.
  • the lower gear wheels 14 in turn mesh with a vertically superposed not shown in Figure 1 upper gear 15 of the same diameter, which is arranged on the shaft of the upper roller 2.
  • the upper gear wheels 15 are rotated at the same rotational speed as the lower gear wheels 14, but compared with the lower gear wheels 14 in the opposite direction of rotation.
  • the shafts of the upper and lower rollers 2, 3 each have a left and a right bearing, wherein the left bearing of the upper roller against the left bearing of the lower roller 3 and the right bearing of the upper roller 2 against the right bearing of the lower Roller 3 are hydraulically braced.
  • the hydraulic clamping of the left and right bearings of the two rollers 2, 3 against each other allows a precise adjustment of the roll gap, whereby a very uniform shape of the tubes is obtained during rolling.
  • the advance of the billet 9 via the mandrel 7 takes place with the aid of the feed clamping slide 8, which allows a translational movement in a direction parallel to the axis of the rolling mandrel 7.
  • the rollers 2, 3 arranged vertically one above the other in the rolling stand 1 roll against the feed direction of the feed clamping slide 8 on the lateral surface of the pipe to be machined in a direction parallel to the cylinder axis of the pipe.
  • the so-called Pilgrim mouth formed by the rollers detects the billet 9 and the rollers 2, 3 press from the outside one small material shaft, which is stretched by a smoothing caliber of the rollers 2, 3 and the rolling mandrel 7 to the intended wall thickness until an idling caliber of the rollers 2, 3, the finished tube releases.
  • the roll stand 1 with the rolls 2, 3 attached thereto moves counter to the feed direction of the billet 9.
  • the billet 9 is, after reaching the idling caliber of the rolls 2, 3, by a further step on the rolling mandrel 7 advanced, while the rollers 2, 3 return to the rolling stand 1 in its horizontal starting position.
  • the billet 9 undergoes a rotation about its axis to achieve a uniform shape of the finished pipe.
  • the rolling mill stand in Figure 1 For precise adjustment of the clearance between the drive gear 6 and the rack 5 in a direction perpendicular to the shafts of the rollers 2, 3 and perpendicular to the direction of movement of the rolling stand 1, the rolling mill stand in Figure 1, although not visible, in a floating sliding bearing , implemented here by a hydraulically liftable carriage, movably mounted.
  • the hydraulic bearing is characterized in addition to the precise adjustment possibility between drive gear 6 and rack 5 by their ease of assembly, which in particular significantly facilitates and accelerates replacement of the rolling stand 1. As a result, the downtime associated with replacement of the mill stand can be significantly reduced.
  • such a bearing of the rollers 2, 3 comes out without wear-prone seals and pistons, i.
  • the hydraulic bearing is essentially maintenance and wear-free.
  • the stroke length of the pilger rolling mill shown in Figure 1 is set constant for all machinable pipe diameter and by the largest to be machined in the pilger rolling mill pipe diameter. This allows a simplified operation, since no costly changing of the eccentricity 21 of the crank pin is required, but the eccentricity 21 remains the same for all machining processes.
  • the stroke length can therefore be optimally adapted to the pipe diameter to be machined so that the different machinable pipe diameters can be produced with better accuracy compared to a constant stroke length for the different machinable pipe diameters.
  • a complex change in the eccentricity 21 of the crank pin must be accepted.
  • a central control 20 is further provided which is connected both to the drive motor of the balance shaft 17 and to the drive motor of the crankshaft. The controller 20 controls the motors so that their drive shafts rotate in the same direction of rotation, wherein the rotational frequency of the balance shaft 17 is twice as large as the rotational frequency of the crankshaft.
  • the controller 20 guarantees an angularly synchronous rotation of the two balancing weights 16, 18 of the crankshaft and balance shaft 17. That is, the two balancing weights 16, 18 are angularly equal after one revolution of the crankshaft, wherein the balancing mass 18 of the balancer shaft 17 in the time that the Crankshaft needed for one revolution, has made two full turns.
  • FIG. 2 a shows a front view of a rolling stand of the pilger rolling mill from FIG. 1.
  • the roll stand 1 with a mass Mi is designed for the machining of slugs with a diameter between 30 mm and 60 mm.
  • the maximum number of strokes of the mill stand, d. H. the maximum number of reciprocating movements of the roll stand per unit time, is in the present embodiment in Figure 2a at 200 / min. Since the productivity of a cold pilgering mill is directly dependent on the number of strokes of the roll stand, for efficiency reasons, a possible largest number of work strokes per minute is sought.
  • the roll stand 1 in FIG. 2 a has a mirror-symmetrical arrangement of both the rolls 2, 3 and the drive gears 6 with respect to a reference plane 11 extending perpendicularly to the shafts of the rolls 2, 3, a cylinder axis of the rolls to be received between the rolls 2, 3. the lump 9 is in the reference plane 1 1.
  • the drive gears 6 are fixedly connected to the shaft of the lower rollers 3 and engage in the attached to the mirror-symmetrically arranged rack holders 4 racks 5 a.
  • the racks 5 are not apparent in Figure 2a, since they are covered by the rack 4 stops.
  • the rack holders 4 are hydraulically clamped in a direction perpendicular to the shafts of the rolls.
  • the hydraulic clamping takes place via a system of hydraulic nuts 12, which consist essentially of an annular piston and a cylinder.
  • a force build-up takes place in the direction perpendicular to the shafts of the rollers 2, 3.
  • clamping or pushing forces can be built up temporarily, so that the rolling stand 1 during the rolling process in the direction parallel to the shafts of the rollers 2, 3 at a fixed position is thus prevented from sliding away due to the resulting torsional forces.
  • the rack holder 4 shown in Figure 2a is also pivotally away from the mill stand about a parallel to the rack 5 extending pivot axis 13 pivotally mounted, which is not apparent from Figure 2a due to their orientation in the image plane.
  • the drive gears 6 lose contact with the racks 5, so that the rolling stand 1 is not blocked by the rack holder 4 when lifting by means of a crane.
  • the rolling stand 1 can be replaced unhindered and in a simple and fast way. This entails greater flexibility of the machining process with regard to an expanded range of machinable pipe diameters.
  • FIG. 2b shows an oblique view from above of the rolling mill stand from FIG. 2a, but with the toothed rack holder 4 in an open position such that the toothed rack holder 4 has been pivoted away from the rolling stand about its pivot axis 13 in accordance with the arrow direction shown and consequently attached to the rack holder 4 Rack 5 has no contact with the drive gear 6 again.
  • the roll stand 1 is thus no longer blocked by the rack holder 4 and can be removed by means of a crane in a simple and fast way by lifting out of the pilger rolling mill and replaced by a second rolling stand V with other dimensions.
  • FIG. 3 a shows a front view of a second rolling stand V of the pilger rolling mill from FIG. 1.
  • this is a rolling stand V with larger dimensions with regard to the three spatial dimensions and the diameter of the rollers 2 ', 3' and drive gears 6 ', which, however, can be installed in the same pilger rolling mill from FIG.
  • the larger dimensions of the roll stand 1 'shown in FIG. 3a are also reflected in a mass which is increased in comparison to the roll stand 1 from FIGS. 2a and 2b.
  • the mass of the second stand is in the present embodiment at 2.5 times the mass Mi of the rolling mill 1 of Figure 2a and 2b.
  • 3a is designed for the machining of bales with a diameter of between 40 mm and 88 mm and thus for larger diameters compared to the roll stand 1 from FIGS. 2a and 2b.
  • the maximum stroke rate of the roll stand V is 150 / min at a correspondingly lower value.
  • the toothed rack holder 4 ' according to the invention is located in FIG. 3a at a position farther from the reference plane 11' perpendicular to the reference plane 11 'as compared to the toothed rack holder 4 shown in FIG. 2a.
  • this is achieved allows the rack holder 4, 4 'is constructed in two parts. It includes one hand a base support and on the other hand an adapter plate which is attachable to the base support such that the respective drive gear 6, 6 'of the roll stand 1, 1' at at least two spaced-apart positions in a direction perpendicular to the reference plane 1 1 in the respective rack holder 4th , 4 'fixed rack 5, 5' can engage.
  • this adapter plate is built in a direction parallel to the waves of the rollers 2, 3 larger than in the case of Figure 3a, so that the rack 5 a smaller distance from the reference plane 1 1 in the direction of the normal of the reference plane 1 first having.
  • FIG. 3b shows an oblique view from above of the rolling stand 1 'from FIG. 3a.
  • the rack holder 4 ! in this case has been pivoted away from the roll stand 1 'about a pivot axis 13' extending parallel to the direction of movement of the roll stand 1 'and is corresponding to Figure 2b in an open position such that the rack 5' attached to the rack holder 4 'no longer contact to the drive gear 6 'of the roll stand 1'.
  • the rolling stand 1 ' can be removed from the pilger rolling mill in a simple and fast manner with the aid of the pivoting device releasing the rolling stand V.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Pilgerwalzanlage zum Umformen einer Luppe zu einem Rohr mit einem in einer Bewegungsrichtung linear bewegbar gelagerten ersten Walzgerüst 1. An dem Walzgerüst 1 sind zwei Walzen 2, 3 zum Umformen der Luppe zu dem Rohr auf Wellen derart drehbar gelagert, dass eine der Walzen 2, 3 mit einem Antriebszahnrad 6 auf einer Welle angeordnet ist. Das Antriebszahnrad 6 greift in eine feststehende Zahnstange 5 ein, die an einem Zahnstangenhalter 4 befestigt ist, so dass eine Translationsbewegung des Walzgerüsts 1 durch das Eingreifen des Antriebszahnrads 6 in die Zahnstange 5 eine Rotationsbewegung des Antriebszahnrads 6 und somit auch der auf der Welle des Antriebszahnrads 6 angeordneten Walze 2, 3 sowie der anderen der beiden Walzen 2, 3 in die entgegengesetzte Richtung bewirkt. Das Walzgerüst 1 ist mit einem Kurbeltrieb verbunden, so dass im Betrieb der Pilgerwalzanlage eine Drehbewegung eines Antriebsmotors über eine Schubstange in eine oszillierende Translationsbewegung des Walzgerüsts 1 überführt wird. Demgegenüber ermöglicht es der erfindungsgemäße Zahnstangenhalter 4, dass eine Pilgerwalzanlage zur Verfügung gestellt wird, die auf einfache und kostengünstige Weise auf die herzustellenden Rohrdurchmesser der fertig gewalzten Rohre angepasst werden kann, so dass das Herstellen von Rohren mit verschiedenen Durchmessern in derselben Pilgerwalzanlage möglich ist. Dazu ist der Zahnstangenhalter 4 derart ausgestaltet, dass das erste Walzgerüst 1 gegen ein zweites Walzgerüst mit einer von der ersten Abmessung verschiedenen zweiten Abmessung austauschbar ist. Durch die Anpassung des Walzgerüsts an die Anforderungen der Rohrdurchmesser der fertig gewalzten Rohre weisen diese nach deren Fertigungsprozess eine verbesserte Genauigkeit sowie Präzision auf.

Description

Kaltpilgerwalzanlage
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Pilgerwalzanlage zum Umformen einer Luppe zu einem Rohr mit einem in einer Bewegungsrichtung linear bewegbar gelagerten ersten Walzgerüst, wobei an dem Walzgerüst zwei Walzen zum Umformen der Luppe zu dem Rohr auf Wellen drehbar gelagert sind, wobei eine der Walzen mit einem Antriebszahnrad auf einer Welle angeordnet ist und wobei das Antriebszahnrad in eine feststehende Zahnstange eingreift, die derart an einem Zahnstangenhalter befestigt ist, dass eine Translationsbewegung des Walzgerüsts eine Rotationsbewegung des Antriebszahnrads und der Walze bewirkt, und einem mit dem Walzgerüst verbundenen Kurbeltrieb, der im Betrieb der Pilgerwalzanlage eine Drehbewegung eines Antriebsmotors über eine Schubstange in eine oszillierende Translationsbewegung des Walzgerüsts überführt.
Zur Herstellung von präzisen Metallrohren, insbesondere aus Stahl, wird ein ausgedehnter hohlzylindrischer Rohling durch Druckspannungen reduziert. Dabei wird der Rohling zu einem Rohr mit einem definierten reduzierten Außendurchmesser und einer definierten Wanddicke umgeformt.
Das am weitesten verbreitete Reduzierverfahren für Rohre ist als Kaltpilgem bekannt, wobei der Rohling Luppe genannt wird. Die Luppe wird beim Walzen über einen kalibrierten, den Innendurchmesser des fertigen Rohrs definierenden Walzdorn geschoben und dabei von außen von zwei ebenfalls kalibrierten, den Außendurchmesser des fertigen Rohrs definierenden Walzen umfasst und in Längsrichtung über den Walzdom ausgewalzt.
Während des Kaltpilgems erfährt die Luppe einen schrittweisen Vorschub in Richtung auf den Walzdom zu bzw. über diesen hinweg, während die Walzen drehend über den Dorn und damit die Luppe horizontal hin- und herbewegt werden. Dabei wird die Horizontalbewegung der Walzen durch ein Walzgerüst vorgegeben, an dem die Walzen drehbar gelagert sind. Das Walzgerüst wird in bekannten Kaltpilgerwalzanlagen mit Hilfe eines Kurbeltriebs in einer Richtung parallel zum Walzdorn hin- und herbewegt.
Der Kurbeltrieb ist in einer Ausführungsform mit einem Drehmoment- und Massenausgleichssys- tem verbunden, welches die an den Umkehrpunkten bei der Hin- und Herbewegung des Walzgerüsts frei werdende Bewegungsenergie speichert und diese zur anschließenden Beschleunigung des Walzgerüsts nach dem Umkehren der Bewegungsrichtung verwendet. Die Walzen selbst hingegen erhalten ihre Drehbewegung durch eine relativ zum Walzgerüst feststehende Zahnstange, in die fest mit den Walzenachsen verbundene Zahnräder eingreifen. Der Vorschubspannschlitten mit der Luppe wird in der sogenannten Vorschubrichtung über den Walzdorn bewegt. Die im Walzgerüst senkrecht übereinander angeordneten konisch kalibrierten Walzen drehen sich mit der gleichen Wnkelgeschwindigkeit entgegengesetzt zueinander während der Vorschubspannschlitten die Luppe festhält. Dabei rollen die beiden Walzen jeweils in gleicher Richtung parallel zu der Zylinderachse der Luppe und entgegen der Vorschubrichtung auf der Man- telfläche der Luppe ab.
Die Kaliberform der im Wesentlichen kreisförmig kalibrierten Walzen verkleinert sich stets, bis im letzten Querschnitt des Kalibers der Durchmesser des Fertigrohrs erreicht wird. Allgemein besteht der Querschnitt der Kaliberform aus einem Arbeitskaliber, welches ein konisches Pilgermaul, ein gleichbleibendes kreisförmiges Glättkaliber und einen anschließenden, leicht größer werdenden Auslauf umfasst, und aus einem Leeriaufkaliber mit einer größeren Öffnung. Das von den Walzen gebildete Pilgermaul erfasst die Luppe und die Walzen drücken von außen eine kleine Werkstoffwelle ab, die vom Glättkaliber der Walzen und dem Walzdorn zu der vorgesehenen Wanddicke ausgestreckt wird, bis das Leerlaufkaliber der Walzen das fertige Rohr freigibt. Während des Wal- zens bewegt sich das Walzgerüst mit den daran befestigten Walzen entgegen der Vorschubrichtung der Luppe. Mit Hilfe des Vorschubspannschlittens wird die Luppe nach dem Erreichen des Leerlaufkalibers der Walzen um einen weiteren Schritt auf den Walzdom hin vorgeschoben, während die Walzen mit dem Walzgerüst in ihre horizontale Ausgangslage zurückkehren. Gleichzeitig erfährt die Luppe eine Drehung um ihre Achse, um eine gleichmäßige Form des fertigen Rohrs auch in Umfangsrichtung zu erreichen. Durch mehrfaches Überwalzen jedes Rohrabschnitts werden eine gleichmäßige Wanddicke und Rundheit des Rohrs sowie gleichmäßige Innen- und Außendurchmesser erreicht.
Eine Pilgerwalzanlage nach dem Stand der Technik ist auf die Produktion von Fertigrohren mit einem engen Wertebe reich von Innen- und Außendurchmessem der Fertigrohre beschränkt, da das in der jeweiligen Pilgerwalzanlage verwendete Walzgerüst stets nur für einen engen Bereich an Innen- und Außendurchmessern des zu bearbeitenden Rohres ausgelegt ist. Um den entsprechenden Absatzmarkt mit einer möglichst großen Vielfalt von Innen- und Außendurchmessern der Fertigrohre zu bedienen, muss demnach auch eine Vielzahl von Pilgerwalzanlagen mit sich unter- scheidenden Walzgerüsten vorgehalten werden. Hierbei müssen die Walzgerüste für die jeweiligen Anforderungen an die Durchmesser der zu bearbeitenden Rohre ausgewählt werden. Für die Herstellung von Fertigrohren mit größerem Durchmesser werden auch größere Walzgerüste mit Hinblick auf die Breite des Walzgerüsts und auf den Durchmesser der darin verwendeten Walzen benötigt. Mit zunehmender Größe des Walzgerüsts steigt auch die Masse des Walzgerüsts.
Ein Walzgerüst mit einer bestimmten Größe ist für einen speziellen Parameterbereich der Durchmesser der zu fertigenden Rohre ausgelegt, in welchem die Luppe bestmöglich, d. h. so gleichmäßig wie möglich, bearbeitet wird. Das Walzen von Luppen außerhalb dieses Parameterbereichs ist zwar möglich, jedoch arbeiten die Walzen außerhalb ihres Optimalbereichs. Folglich nimmt die Präzision des Bearbeitungsprozesses ab und die Fertigrohre weisen eine schlechtere Qualität auf verglichen mit den Fertigrohren, welche im optimalen Parameterbereich bearbeitet wurden.
Gemäß dem Stand der Technik kann nur ein konkreter Innen- und Außendurchmesser der in einer Pilgerwalzanlage zu bearbeitenden Rohre mit einem bestimmten Walzgerüst und einem daran auf- genommenen Walzensatz hergestellt werden. Der Wert des Außendurchmessers des Fertigrohrs lässt sich lediglich auf einen engen Wertebereich erweitern, indem die Walzen des Walzgerüsts durch ein zweites Walzenpaar ausgetauscht werden. Die Walzen des zweiten Walzenpaars unterscheiden sich von den Walzen des ersten Walzenpaars hinsichtlich ihrer Kaliberform. Die Kaliberform der Walzen des zweiten Walzgerüsts weist eine von der Kaliberform der Walzen des ersten Walzgerüsts verschiedene Ausgestaltung in Umfangsrichtung der Walzen auf, so dass dadurch Luppen mit geringfügig abweichendem Durchmesser von dem Pilgermaul des zweiten Walzenpaares erfasst, im Glättkaliber geformt und über den Auslauf an das Leeriaufkaliber zum Freigeben des Fertigrohrs übergeben werden können. Der Außendurchmesser des Fertigrohrs kann somit in einem engen Wertebereich verändert werden.
Die erweiterten Grenzen der zu bearbeitbaren Rohrdurchmesser ergeben sich hierbei dadurch, dass die Walzen des zweiten Walzen paars noch in das Walzgerüst der Pilgerwalzanlage einbaubar sein müssen. Diese Anforderung bedingt einerseits eine Anpassung der Walzen des zweiten Walzenpaars bzgl. ihrer Ausdehnung parallel zu ihrer Zylinderachse an die Breite des Walzgerüsts. Andererseits setzt sie identische Durchmesser der Walzen des zweiten Walzenpaares zu den Walzen des ersten Walzenpaares voraus, so dass die Position der Drehachsen der Walzen unverändert bleibt.
Ein Wechsel der Walzen erfordert jedoch viel Zeit und führt zu längeren Ausfallzeiten der Pilger- walzanlage sowie zu höheren Kosten. Vor diesem Hintergrund liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Pilgerwalzanlage bereitzustellen, die in derselben Pilgerwalzanlage eine Fertigung von Rohren eines Wertebereichs von Innen- und Außendurchmessern ermöglicht, welcher den engen Wertebereich gemäß dem Stand der Technik erweitert. Zudem ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, in der- selben Pilgerwalzanlage eine größere Flexibilität bzgl. der zu fertigenden Rohrdurchmesser zu gewährleisten. Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, kürzere Ausfallzeiten der Pilgerwalzanlage sowie ein schnelleres Tauschen der Walzen der Pilgerwalzanlage zu ermöglichen. Zumindest eine dieser Aufgaben wird erfindungsgemäß durch eine Pilgerwalzanlage zum Umformen einer Luppe zu einem Rohr gelöst mit einem linear bewegbar gelagerten ersten Walzgerüsts, wobei an dem Walzgerüst zwei Walzen zum Umformen der Luppe zu dem Rohr aufWellen drehbar gelagert sind, wobei eine der Walzen mit einem Antriebszahnrad auf einer Welle angeordnet ist und wobei das Antriebszahnrad in eine feststehende Zahnstange eingreift, die derart an einem Zahnstangenhalter befestigt ist, dass eine Translationsbewegung des Walzgerüsts eine Rotationsbewegung des Antriebszahnrads und der Walze bewirkt, und einem mit dem Walzgerüst verbundenen Kurbeltrieb, der im Betrieb der Pilgerwalzanlage eine Drehbewegung eines Antriebsmotors über eine Schubstange in eine oszillierende Translationsbewegung des Walzgerüsts überführt, wobei der Zahnstangenhalter derart ausgestaltet ist, dass das erste Walzgerüst gegen ein zweites Walzgerüst mit einer von der ersten Abmessung verschiedenen zweiten Abmessung austauschbar ist.
Der erfindungsgemäße Zahnstangenhalter ermöglicht es, dass eine Pilgerwalzanlage zur Verfügung gestellt wird, die kostengünstig auf die herzustellenden Rohrdurchmesser der fertig gewalz- ten Rohre angepasst werden kann, so dass das Herstellen von Rohren mit verschiedenen Durchmessern in derselben Pilgerwalzanlage möglich ist. Die fertigen Rohre weisen zudem durch die Anpassung des Walzgerüsts an die Anforderungen der Rohrdurchmesser der fertig gewalzten Rohre eine verbesserte Genauigkeit sowie Präzision auf. Der Begriff der Abmessung eines Walzgerüsts umfasst im Sinne der vorliegenden Erfindung die drei Raumdimensionen Länge, Breite und Höhe und darüber hinaus auch die Dimensionierung der Walzen sowie der Antriebszahnräder, insbesondere bezüglich deren Durchmesser.
In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist das erste Walzgerüst eine von dem zweiten Walzgerüst verschiedene Masse auf.
In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weisen das erste und das zweite Walzgerüst voneinander verschiedene Breiten (senkrecht zur Bewegungsrichtung) und Massen auf. In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist ein Material der Luppe ausgewählt aus einer Gruppe bestehend aus einem unlegierten Stahl, einem niedriglegierten Stahl und einem hochlegierten Stahl oder einer Kombination davon ausgewählt.. In einer weiteren Ausführungsform ist die Luppe aus Edelstahl hergestellt.
Des Weiteren ermöglicht der erfindungsgemäße Zahnstangenhalter, das Walzgerüst ohne nennenswerten Zeitverlust auf einfache Weise gegen ein zweites Walzgerüst mit einer anderen Abmessung auszutauschen. Im Gegensatz zu den herkömmlichen Verfahren zum Wechsel von Wal- zen können die durch den Austausch des Walzgerüsts bedingten Betriebspausen deutlich reduziert werden und die Anlagenproduktivität kann dadurch stark erhöht werden.
In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist die Pilgerwalzanlage mit einem Zahnstangenhalter ausgestattet, der derart ausgestaltet ist, dass die Zahnstange an mindestens zwei in einer Richtung parallel zu den Wellen der Walzen voneinander beabstandeten Positionen an dem Zahnstangenhalter aufnehmbar ist.
Der erfindungsgemäße Zahnstangenhalter ermöglicht es, dass ein Antriebszahnrad des Walzgerüsts an mindestens zwei voneinander beabstandeten Positionen in einer Richtung parallel zu den Wellen der Walzen in die an dem Zahnstangenhalter befestigte Zahnstange eingreifen kann. Somit können an der gleichen Pilgerwalzanlage mindestens zwei Walzgerüste mit zwei verschiedenen Breiten eingebaut werden, wobei die Breite des Walzgerüsts im Sinne der vorliegenden Anmeldung ihre Ausdehnung in der Richtung parallel zu den Wellen der Walzen definiert. Dies ist insoweit von Bedeutung, als dass mit größer werdendem Durchmesser der Walzen das Walzgerüst auch stabi- ler und massiver gebaut wird, was letzten Endes auch mit einer Zunahme der Breite des Walzgerüsts einhergeht.
In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist die Pilgerwalzanlage mit einem Zahnstangenhalter ausgestattet, der derart ausgestaltet ist, dass die Zahnstange an mindestens zwei in einer Richtung senkrecht zu den Wellen der Walzen und senkrecht zu der Bewegungsrichtung des Walzgerüsts voneinander beabstandeten Positionen an dem Zahnstangenhalter aufnehmbar ist, wobei der einzelne Abstand zwischen den Positionen mindestens 10 mm beträgt. Dabei wird in einer Ausführungsform als Abstand zwischen den Positionen der Abstand zwischen der Lage der Zahn köpfe gemessen in einer Richtung senkrecht zu den Wellen der Walzen und senkrecht zu der Bewegungsrichtung des Walzgerüsts verstanden.
Die Zahnstange ist somit an mindestens zwei voneinander beabstandeten Positionen in der Höhe verstellbar, wobei der einzelne Abstand der Positionen mindestens 10 mm beträgt, so dass die Drehachsen der Walzen mindestens zwei sich voneinander unterscheidende Abstände zueinander aufweisen. Dadurch wird ermöglicht, dass zwei Walzgerüste mit sich voneinander unterscheidenden Walzendurchmessern in dieselbe Pilgerwalzanlage eingebaut werden können. Dabei ist ein Antriebszahnrad auf der Welle der oberen oder unteren Walze, vorzugsweise der unteren Walze, auf den jeweiligen Walzendurchmesser angepasst, während das Antriebszahnrad dennoch in die Zahnstange eingreifen kann.
In einer Ausführungsform beträgt der einzelne Abstand der Positionen mindestens 20 mm. In einer weiteren Ausführungsform beträgt der einzelne Abstand der Positionen hingegen höchstens 100 mm. In einer weiteren Ausführungsform beträgt der einzelne Abstand der Positionen höchstens 40 mm.
Das Antriebszahnrad, welches mit einer der beiden Walzen auf einer Welle angeordnet ist, überträgt seine Rotationsbewegung auf die Walzen, so dass die verschieden einsetzbaren Walzen- durchmesser jeweils einen engen Bereich an Rohrdurchmessern mit hoher Genauigkeit bearbeiten können. Dadurch wird der Wertebereich der Durchmesser der fertig gewalzten Rohre, der mit derselben Pilgerwalzanlage hergestellt werden kann, erweitert, ohne dass mit Quaiitätsveriusten zu rechnen ist. Eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist eine Pilgerwalzanlage, die zwei spiegelsymmetrisch zu einer senkrecht zu den Wellen der Walzen verlaufenden Referenzebene angeordnete Zahnstangenhalter mit daran befestigten Zahnstangen aufweist. Dabei trägt die Welle einer der beiden Walzen, vorzugsweise der unteren Walze, auf beiden Seiten der Referenzebene ein Antriebszahnrad, wobei die beiden Antriebszahnräder jeweils in eine der Zahnstangen eingrei- fen und wobei eine Zylinderachse der zwischen den Walzen aufzunehmenden Luppe in der Referenzebene liegt.
Die zur Referenzebene spiegelsymmetrische Anordnung der an den Zahnstangenhaltern befestigten Zahnstangen verringert das Auftreten von Drehmomenten, welche einen störenden Einfluss auf den Walzprozess ausüben, da die auftretenden Drehmomente sich durch die spiegelsymmetrische Anordnung gegenseitig kompensieren. Infolgedessen führt eine derartige spiegelsymmetrische Anordnung zu einem deutlich geringeren Verschleiß der einzelnen Komponenten der Pilgerwalzanlage. Dies zeigt sich in reduzierten Betriebs- sowie Reparaturkosten und macht die Pilgerwalzanlage somit wirtschaftlicher.
In einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist die Pilgerwalzanlage einen Zahnstangenhalter auf, der vom Walzgerüst weg um eine parallel zu der Bewegungsrichtung des Walzgerüsts verlaufende Achse verschwenkbar angeordnet ist, so dass ein schneller Austausch des Walzgerüsts möglich ist.
Das Verschwenken des Zahnstangenhalters weg vom Walzgerüst beschreibt hierbei einen Auf- klappmechanismus für den Zahnstangenhalter. Das Aufklappen des Zahnstangenhalters vom Walzgerüst weg gibt das Walzgerüst derart frei, dass es beim Anheben z. B. mittels eines Krans nicht durch den Zahnstangenhalter blockiert wird. Das Walzgerüst kann somit ungehindert und auf einfache Weise aus der Pilgerwalzanlage in Richtung senkrecht zu den Wellen der Walzen und senkrecht zur Bewegungsrichtung des Walzgerüsts entnommen werden.
In einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist die Pilgerwalzanlage einen Zahnstangenhalter auf, der um eine parallel zur Bewegungsrichtung des Walzgerüsts verlaufende Achse verschwenkbar angeordnet ist, wobei der Zahnstangenhalter in einer Richtung senkrecht zu den Wellen der Walzen hydraulisch verspannbar ist, so dass der Zahnstangenhalter im Betrieb der Pilgerwalzanlage die in eine Richtung parallel zur Referenzebene wirkenden Kräfte aufnimmt.
Durch das Bereitstellen eines Gegendrucks bzw. einer Gegenkraft können auch große Kräfte und Drehmomente, die während des Walzbetriebes auftreten, von der Zahnstange aufgenommen werden. Die Verwendung von Hydraulikmuttern anstelle von mechanischen Spannmuttem erspart Zeit bei der Montagearbeit und ermöglicht eine einfachere Handhabung.
In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sind der Zahnstangenhalter der Pilgerwalzanlage oder Teile davon austauschbar gegen einen Zahnstangenhalter oder Teile davon, so dass die Zahnstange an dem Zahnstangenhalter an mindestens zwei in einer Richtung parallel zu der Welle der Walzen voneinander beabstandeten Positionen aufnehmbar ist.
Die Austauschbarkeit eines ersten Zahnstangenhalters gegen einen zweiten Zahnstangenhalter an eine zweite Position, welche von der Position des ersten Zahnstangenhalters in Richtung parallel zu den Wellen der Walzen beabstandet ist, ermöglicht somit, dass der Zahnstangenhalter an die Breite von mindestens zwei Waizge rüsten mit unterschiedlichen Breiten angepasst werden kann.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist der Zahnstangenhalter zweiteilig aufgebaut und umfasst einen Grundträger und eine Adapterplatte. Der Grundträger ist hierbei vom Walzgerüst weg um eine parallel zu der Bewegungsrichtung des Walzgerüsts verlaufende Achse verschwenkbar angeordnet. Die Adapterplatte kann auf einfache Weise an dem Grundträger angebracht werden, so dass die an dem Zahnstangenhalter befestigte Zahnstange mindestens zwei voneinander beab- standete Positionen in einer Richtung parallel zu den Wellen der Walzen einnehmen kann. Durch ein derartiges Anbringen von Adapterplatten verschiedener Größe in einer Richtung parallel zu den Wellen der Walzen auf den Grundträger oder aber Entfernen von diesen Adapterplatten von dem Grundträger ist eine einfache Anpassung der an dem Zahnstangenhalter befestigten Zahnstange an die Breite und gegebenenfalls an die Position der Wellen der Walzen von mindestens zwei Walzgerüsten mit unterschiedlichen Breiten möglich.
Ein weiterer Vorteil hierbei im Gegensatz zum Austausch des gesamten Zahnstangenhalters besteht darin, dass die Verschwenkbarkeit durch das bloße Anbringen und/oder Entfernen von Aufsätzen nicht beeinflusst oder sogar beeinträchtigt wird und somit ein Nachjustieren der Achse, um die der Zahnstangenhalter verschwenkt werden kann, nicht nötig ist. In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist die Pilgerwalzanlage ein Walzgerüst auf, das in einem schwimmenden Gleitlager bewegbar gelagert ist, vorzugsweise auf einem hydraulisch anhebbaren Schlitten. Dabei ist das Gleitlager so ausgestaltet, dass es ein Einstellen des Spiels zwischen dem Antriebszahnrad und der Zahnstange in einer Richtung senkrecht zu den Wellen der Walzen und senkrecht zur Bewegungsrichtung des Walzgerüsts ermöglicht.
Ein Vorteil von Führungen des Schlittens mit wartungsfreien, verschleißarmen Gleitlagern ist, dass diese keine gesonderte Schmierung benötigen. Der Eingriff des Antriebszahnrads in die Zahnstange kann dadurch sehr präzise festgelegt werden, so dass mit der Zeit auftretende Verschleiß- erscheinungen verringert werden können, was neben einer Ersparnis von Materialkosten auch einen Kostenvorteii bedingt durch kürzere Ausfallzeiten der Pilgerwalzanlage mit sich bringt.
In einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist die Pilgerwalzanlage zwei senkrecht übereinander angeordnete Walzen auf, wobei die Wellen der beiden Walzen über zwei ineinander eingreifende Zahnräder derart miteinander verbunden sind, dass eine Drehbewegung einer der beiden Walzen zu einer Drehbewegung der anderen der beiden Walzen in der entgegengesetzten Richtung führt.
In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weisen die Wellen der Walzen der Pilger- walzanlage jeweils mindestens ein Lager auf, wobei mindestens ein Lager der einen der beiden Walzen und ein Lager der anderen der beiden Walzen hydraulisch gegeneinander verspannt sind.
Eine derartige hydraulische Verspannung der Lager der beiden Walzen gegeneinander ermöglicht es, den Walzspalt sehr präzise einzustellen. Dies schlägt sich positiv in der Qualität der zu bear- beitenden Rohre nieder, welche durch eine präzise Einstellung des Walzspalts eine sehr gleichmäßige Formgebung während des Walzprozesses erhalten. Des Weiteren kann der Verschleiß, dem die Walzen im Betrieb aufgrund von Abrieb unterliegen, durch ein genaues Einstellen des Walzspalts reduziert werden. In einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist die Hublänge des Walzgerüsts, welche durch eine Exzentrizität eines Hubzapfens, an welchem eine Schubstange aufgenommen ist, bestimmt ist, für den größten bearbeitbaren Rohrdurchmesser eingestellt und ist gleichbleibend für alle bearbeitbaren Rohrdurchmesser.
Je größer der zu bearbeitenden Rohrdurchmesser ist, desto größer muss auch der Durchmesser der Walzen sein, um den Walzprozess mit hoher Genauigkeit und Güte durchzuführen. Die Zunahme des Durchmessers der Walzen geht einher mit einer Zunahme der Masse des Walzgerüsts. Demzufolge steigt auch die Walzkraft an. Zur Gewährleistung einer gleichbleibenden Kraftverteilung pro Fläche nimmt die Größe der Fläche, auf der gewalzt wird, mit dem Anstieg der Walzkraft ebenso zu. Die Vorschublänge eines einzelnen Hubs ist demzufolge bei größerem Durchmesser der Walzen größer, so dass die Hublänge des Walzgerüsts ebenso größer ist. Die Hublänge des Walzgerüsts ist demzufolge durch den größten in der Pilgerwalzanlage zu bearbeitenden Rohr- durchmesser bestimmt. Für deutlich kleinere bearbeitbare Rohrdurchmesser stellt diese Hublänge jedoch einen Kompromiss dar. Die Vorschublänge eines einzelnen Hubs ist für kleinere zu bearbeitende Rohrdurchmesser deutlich kleiner aufgrund des kleiner gewählten Durchmessers der Walzen, so dass hierbei eine größere Hubzahl im Walzprozess zum Tragen kommt. Diese kann jedoch nicht beliebig hoch sein, da ab einer gewissen Geschwindigkeit des Walzvorgangs die Be- arbeitung der Rohre ungenau wird und vermehrt Unregelmäßigkeiten in der Wanddicke auftreten, so dass ein Qualitätsverlust eintritt.
In einer weiteren Ausführungsform ist die Hublänge des Walzgerüsts, welche durch eine Exzentrizität eines Hubzapfens, an welchem eine Schubstange aufgenommen ist, bestimmt ist, für unter- schiedliche bearbeitbare Rohrdurchmesser einstellbar. Zum Einstellen der Hublänge wird hierbei der Abstand zwischen der Rotationsachse des Schwungrads oder des Kurbeltriebs und dem Befestigungspunkt der Schubstange auf dem Schwungrad entsprechend angepasst, d.h. die Exzentrizität des Hubzapfens wird auswählbar einstellbar modifiziert. Somit ist eine Möglichkeit gegeben, die Pilgerwalzanlage auf schnelle und kostengünstige Weise für die Herstellung von Rohren unter- schiedlichen Typs anzupassen.
In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist die Kurbelwelle des Kurbeltriebs eine mitdrehende Ausgleichsmasse auf, wobei die Ausgleichsmasse derart ausgestaltet ist, dass sie die von dem in der Pilgerwalzanlage aufgenommenen ersten Walzgerüst ausgeübten Momente in erster Ordnung kompensiert oder nahezu kompensiert, wobei die Masse des ersten Walzgerüsts kleiner ist als die Masse des zweiten Walzgerüsts. Dabei ist es zweckmäßig, wenn diese Ausgleichsmasse von dem Kurbelzapfen um etwa 180 versetzt relativ zur Drehachse der Kurbelwelle angeordnet ist. Unter einer Kurbelwelle im Sinne der vorliegenden Anmeldung wird jede Art von Welle mit einem konzentrisch daran angeordneten Kurbelzapfen zur Aufnahme der Schubstange verstanden. Bei der Rotation einer Kurbelwelle mit Schubstange und ohne Massenausgleich auf der Kurbelwelle des Kurbeltriebs treten aufgrund der sich drehenden, in Bezug auf die Drehachse exzentrischen Anordnung des Kurbelzapfens Kräfte, sogenannte rotierende Massenkräfte, auf, die sich als Vibration der Welle radial zur Drehachse bemerkbar machen. Um einen gleichmäßigen Lauf des Walzgerüstes zu gewährleisten und somit eine hohe Qualität des ausgewalzten Rohres sicherzu- stellen, ist es daher erforderlich, einen möglichst ruhigen Lauf des Kurbeltriebs sicher zu stellen, so dass im Wesentlichen keine freien Kräften und freie Momente auftreten, beziehungsweise die freien Kräfte und freien Momente minimiert sind.
Hierzu ist es zweckmäßig, diese freien Kräfte mit Hilfe von mindestens einer sich auf der Kurbel- welle des Kurbeltriebs mitdrehenden Ausgleichsmasse auszugleichen, indem die gesamten auf den Kurbeltrieb wirkenden Momente erster Ordnung durch die Ausgleichsmasse bestmöglich kompensiert werden.
Die während des Betriebs der Pilgerwalzanlage auftretenden rotierenden Massenkräfte können mit Hilfe einer Ausgleichsmasse, welche exzentrisch zur Drehachse der Kurbelwelle um 1803 zum An- lenkpunkt der Schubstange versetzt auf dem Kurbeltrieb angeordnet ist, vollständig ausgeglichen werden. Diese Ausgleichsmasse führt zu einer in Bezug auf die Drehachse der Kurbelwelle rotationssymmetrischen Massenverteilung der Kurbelwelle mit Schubstange und sorgt für einen Momentausgleich erster Ordnung.
In einer Ausführungsform ist die Ausgleichsmasse derart ausgestaltet, dass sie die von dem in der Pilgerwalzanlage aufgenommenen ersten Walzgerüst ausgeübten Momente in erster Ordnung kompensiert oder nahezu kompensiert, wobei die Masse des ersten Walzgerüsts kleiner ist als die Masse des zweiten Walzgerüsts.
Ein zweites Walzgerüst mit großer Masse wird mit einer kleineren Winkelgeschwindigkeit der Kurbelwelle angetrieben im Vergleich zu einem ersten Walzgerüst mit geringerer Masse. Die rotierenden Massenkräfte steigen mit der Wnkelgeschwindigkeit der Kurbelwelle quadratisch an, mit der rotierenden Masse hingegen steigen sie nur linear an. Im Falle eines zweiten Walzgerüsts großer Masse kann somit der Massenunterschied zwischen diesem und dem ersten Walzgerüst geringerer Masse durch die entsprechende Verringerung der Wnkelgeschwindigkeit zumindest teilweise ausgeglichen werden. Dies führt dazu, dass eine Ausgleichsmasse, welche für das erste Walzgerüst ausgelegt ist, die rotierenden Massen kräfte auch für das zweite Walzgerüst mit größerer Masse gut kompensiert. Eine Alternative zu dieser Ausführungsform ist eine Ausgestaltung der Ausgleichsmasse derart, dass die Ausgleichsmasse die auf den Kurbeltrieb wirkenden Momente für eine Masse des Walz- gerüsts, welche sich aus dem Mittelwert der Massen des ersten und des zweiten Walzgerüsts ergibt, bestmöglich kompensiert. Eine weitere Alternative zu dieser Ausführungsform ist, dass die Ausgleichsmasse lösbar an dem Kurbeltrieb befestigt ist, so dass sie bei einem Austausch des ersten Walzgerüsts möglichst genau auf die Masse des in die Pilgerwalzanlage aufgenommenen zweiten Walzgerüsts angepasst wird, um einen Lauf des Kurbeltriebs zu ermöglichen, der frei von freien Kräften oder Momenten ist, beziehungsweise bei dem die freien Kräfte und Momente minimiert sind.
In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist die Pilgerwalzanlage eine Ausgleichswelle mit einer zweiten mitdrehenden Ausgleichsmasse auf, wobei die Kurbelwelle und die Ausgleich swelle über eine zentrale Steuerung derart wirksam miteinander verbunden sind, dass sich im Betrieb der Kaltpilgerwalzanlage die Ausgleichswelle mit der doppelten Winkelgeschwindigkeit der Kurbelwelle dreht und wobei die zweite Ausgleichsmasse derart ausgestaltet ist, dass sie die von dem in der Pilgerwalzanlage aufgenommenen ersten Walzgerüst ausgeübten Momente in zweiter Ordnung kompensiert oder nahezu kompensiert, wobei die Masse des ersten Walzgerüsts kleiner ist als die Masse des zweiten Walzgerüsts. Neben der Kompensation der freien Massenkräfte erster Ordnung kommen beim Betrieb einer Pilgerwalzanlage mit einer oszillierenden linearen Bewegung des Walzgerüstes freie Massenkräfte zweiter Ordnung hinzu. Die freien Massenkräfte zweiter Ordnung übertragen Momente zweiter Ordnung über die Schubstange auf die Kurbelwelle und beeinflussen den gleichmäßigen Lauf der Kurbelwelle negativ.
Die freien Massenkräfte zweiter Ordnung oszillieren in der Zeit mit der doppelten Winkelgeschwindigkeit der Kurbelwelle. Daher lassen sich die Massenkräfte zweiter Ordnung mit Hilfe der erfindungsgemäßen Ausgleichswelle, welche mit der Kurbelwelle über eine zentrale Steuerung wirksam verbunden ist und mitsamt daran angebrachtem Ausgleichsgewicht mit der doppelten Wnkel- geschwindigkeit der Kurbelwelle dreht, minimieren beziehungsweise kompensieren. Dabei wird die Ausgleichsmasse dahingehend angepasst, dass sie den bestmöglichen Ausgleich der Momente zweiter Ordnung für das erste Walzgerüst ermöglicht, wobei das erste Walzgerüst eine kleinere Masse aufweist als das zweite Walzgerüst. Wie oben bereits ausgeführt, kann eine Ausgleichsmasse, welche für das erste Walzgerüst ausgelegt ist, die rotierenden Massenkräfte auch für das zweite Walzgerüst mit größerer Masse gut kompensieren. Zudem leisten die Momente zweiter Ordnung einen kleineren Beitrag zu der Summe der rotierenden Massenkräfte als die Momente erster Ordnung.
Weitere Vorteile, Merkmale und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden Erfindung werden anhand der folgenden Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform und der dazugehörigen Figuren deutlich.
Figur 1 zeigt eine schematische seitliche Schnittansicht des Aufbaus einer Pilgerwalzanlage gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Figur 2a zeigt eine Frontansicht auf ein erstes Walzgerüst der Pilgerwalzanlage aus Figur 1 .
Figur 2b zeigt eine Schrägsicht von oben auf das Walzgerüst aus Figur 2a mit dem Zahnstangenhalter in geöffneter Position.
Figur 3a zeigt eine Frontansicht auf ein zweites Walzgerüst der Pilgerwalzanlage aus Figur 1 .
Figur 3b zeigt eine Schrägsicht von oben auf das Walzgerüst aus Figur 3a mit dem Zahnstangenhalter in geöffneter Position.
In Figur 1 ist der Aufbau einer erfindungsgemäßen Pilgerwalzanlage in einer schematischen seitli- chen Schnittansicht dargestellt, bei welcher auf für das Verständnis unwesentliche Merkmale verzichtet wurde. Die dargestellte Pilgerwalzanlage umfasst ein Walzgerüst 1 mit Walzen 2, 3, zwei auf der Welle der unteren Walze 3 angeordnete Antriebszahnräder 6, zwei an jeweils einem Zahnstangenhalter 4 befestigte Zahnstangen 5, einen kalibrierten Walzdorn 7 sowie einen Vorschub- spannschiitten 8. Die Antriebszahnräder 6 sind hierin nicht zu sehen, da eines der beiden durch die untere Walze 3 verdeckt ist und auf das andere der Übersichtlichkeit halber in der Darstellung verzichtet wurde. Die Zahnstangen 5 sowie Zahnstangenhalter 4 sind ebenfalls nicht in Figur 1 abgebildet.
In der dargestellten Ausführungsform, wenn auch nicht erkennbar aus Figur 1 , weist die Pilger- walzanlage zwei spiegelsymmetrisch zu einer senkrecht zu den Wellen der Walzen verlaufenden Referenzebene 1 1 angeordnete Zahnstangenhalter 4 mit daran befestigten feststehenden Zahnstangen 5 auf. Die Zahnstangenhalter 4 sind hierbei vom Walzgerüst 1 weg um parallel zu der Bewegungsrichtung des Walzgerüsts 1 verlaufende Verschwenkachsen 13 verschwenkbar angeordnet.
Während des Pilgerns auf der in Figur 1 gezeigten Walzanlage erfährt die Luppe 9 einen schritt- weisen Vorschub in Richtung auf den Walzdorn 7 zu bzw. über diesen hinweg, während die Walzen 2, 3 drehend über den Dorn 7 und damit über die Luppe 9 horizontal hin- und herbewegt werden. Dabei wird die Horizontalbewegung der Walzen 2, 3 durch ein Walzgerüst 1 vorgegeben, an dem die Walzen 2, 3 drehbar gelagert sind. Das Walzgerüst 1 wird mit Hilfe eines Kurbelantriebs in einer Richtung parallel zum Walzdom 7 hin- und herbewegt, während die Walzen 2, 3 selbst ihre Dreh- bewegung durch die relativ zum Walzgerüst 1 feststehenden Zahnstangen 5 erhalten, in die fest mit den unteren Walzenachsen verbundene Antriebszahnräder 6 eingreifen. Dabei wird zunächst eine Translationsbewegung des Walzgerüsts 1 in eine Rotationsbewegung der Antriebszahnräder 6 umgesetzt. Auf der Welle der unteren Walze 3 sind die Antriebszahnräder 6 jeweils rechts und links von jeweils einem nicht in Figur 1 gezeigten unteren Getriebezahnrad 14 angeordnet, so dass die Rotationsbewegung der Antriebszahnräder 6 eine Rotationsbewegung der unteren Getriebezahnräder 14 bewirkt. Die unteren Getriebezahnräder 14 wiederum kämmen mit jeweils einem senkrecht übereinander angeordneten nicht in Figur 1 gezeigten oberen Getriebezahnrad 15 gleichen Durchmessers, welches auf der Welle der oberen Walze 2 angeordnet ist. Dadurch werden die oberen Getriebezahnräder 15 mit der gleichen Wnkelgeschwindigkeit wie die unteren Getrie- bezahnräder 14 in Rotation versetzt, jedoch verglichen mit den unteren Getriebezahnrädern 14 mit entgegengesetztem Drehsinn. Durch das Kämmen der auf der Welle der unteren Walze 3 angeordneten unteren Getriebezahnräder 14 mit den auf der Welle der oberen Walze 2 angeordneten oberen Getriebezahnrädern 15 wird somit eine Rotationsbewegung der Walzen 2, 3 in entgegengesetzter Richtung zueinander bewirkt.
Weiterhin weisen die Wellen der oberen und unteren Walze 2, 3 jeweils ein linkes und ein rechtes Lager auf, wobei das linke Lager der oberen Walze gegen das linke Lager der unteren Walze 3 sowie das rechte Lager der oberen Walze 2 gegen das rechte Lager der unteren Walze 3 hydraulisch verspannt sind. Die hydraulische Verspannung der linken und rechten Lager der beiden Wal- zen 2, 3 gegeneinander ermöglicht ein präzises Einstellen des Walzspaltes, wodurch eine sehr gleichmäßige Formgebung der Rohre während des Walzens erhalten wird.
Der Vorschub der Luppe 9 über den Dorn 7 erfolgt mit Hilfe des Vorschubspannschlittens 8, weicher eine Translationsbewegung in einer Richtung parallel zur Achse des Walzdoms 7 ermöglicht. Die im Walzgerüst 1 senkrecht übereinander angeordneten konisch kalibrierten Walzen 2, 3 rollen entgegen der Vorschubrichtung des Vorschubspannschlittens 8 auf der Mantelfläche des zu bearbeitenden Rohrs in einer Richtung parallel zu der Zylinderachse des Rohrs ab. Das von den Walzen gebildete sogenannte Pilgermaul erfasst die Luppe 9 und die Walzen 2, 3 drücken von außen eine kleine Werkstoffwelle ab, die von einem Glättkaliber der Walzen 2, 3 und dem Walzdorn 7 zu der vorgesehenen Wanddicke ausgestreckt wird, bis ein Leerlaufkaliber der Walzen 2, 3 das fertige Rohr freigibt. Während des Walzens bewegt sich das Walzgerüst 1 mit den daran befestigten Walzen 2, 3 entgegen der Vorschubrichtung der Luppe 9. Mit Hilfe des Vorschubspannschlittens 8 wird die Luppe 9 nach dem Erreichen des Leerlaufkalibers der Walzen 2, 3 um einen weiteren Schritt auf den Walzdorn 7 hin vorgeschoben, während die Walzen 2, 3 mit dem Walzgerüst 1 in ihre horizontale Ausgangslage zurückkehren. Gleichzeitig erfährt die Luppe 9 eine Drehung um ihre Achse, um eine gleichmäßige Form des fertigen Rohrs zu erreichen. Durch mehrfaches Überwalzen jedes Rohrabschnitts wird eine gleichmäßige Wanddicke und Rundheit des Rohrs sowie gleichmäßige Innen- und Außendurchmesser erreicht.
Zur präzisen Einstellung des Spiels zwischen dem Antriebszahnrad 6 und der Zahnstange 5 in einer Richtung senkrecht zu den Wellen der Walzen 2, 3 und senkrecht zur Bewegungsrichtung des Walzgerüsts 1 ist das Walzgerüst in Figur 1 , wenn auch nicht erkennbar, in einem schwim- menden Gleitlager, hier umgesetzt durch einen hydraulisch anhebbaren Schlitten, bewegbar gelagert. Die hydraulische Lagerung zeichnet sich neben der genauen Einstellungsmöglichkeit zwischen Antriebszahnrad 6 und Zahnstange 5 durch ihre Montagefreundlichkeit aus, die insbesondere ein Austauschen des Walzgerüsts 1 deutlich erleichtert und beschleunigt. Infolgedessen können die mit einem Austausch des Walzgerüsts verbundenen betrieblichen Ausfallzeiten deutlich reduziert werden. Weiterhin kommt eine derartige Lagerung der Walzen 2, 3 ohne verschleißanfällige Dichtungen und Kolben aus, d.h. die hydraulische Lagerung ist im Wesentlichen wartungs- und verschleißfrei.
Die Hublänge der in Figur 1 dargestellten Pilgerwalzanlage ist gleichbleibend für alle bearbeitbaren Rohrdurchmesser und durch den größten in der Pilgerwalzanlage zu bearbeitenden Rohrdurchmesser festgelegt. Dies ermöglicht einen vereinfachten Betriebsablauf, da kein aufwendiges Verändern der Exzentrizität 21 des Hubzapfens erforderlich ist, sondern die Exzentrizität 21 für alle Bearbeitungsprozesse gleich bleibt. In einer alternativen Ausführungsform wäre denkbar, die Hublänge einer Pilgerwalzanlage für unterschiedliche bearbeitbare Rohrdurchmesser einstellbar zu gestalten. Hierfür wird der Abstand zwischen der Rotationsachse des Schwungrads des Kurbeltriebs und dem Befestigungspunkt der Schubstange auf dem Schwungrad entsprechend angepasst, d.h. die Exzentrizität 21 des Hubzapfens wird modifiziert. Die Hublänge kann folglich optimal auf den zu bearbeitenden Rohrdurchmes- ser angepasst werden, so dass die unterschiedlichen bearbeitbaren Rohrdurchmesser mit einer besseren Genauigkeit hergestellt werden können im Vergleich zu einer gleichbleibenden Hublänge für die verschiedenen bearbeitbaren Rohrdurchmesser. Dafür muss jedoch ein aufwendiges Verändern der Exzentrizität 21 des Hubzapfens in Kauf genommen werden. In der dargestellten Ausführungsform ist weiterhin eine zentrale Steuerung 20 vorgesehen, die sowohl mit dem Antriebsmotor der Ausgleichswelle 17 als auch mit dem Antriebsmotor der Kurbelwelle verbunden ist. Die Steuerung 20 steuert die Motoren derart, dass sich ihre Antriebswellen mit gleicher Drehrichtung drehen, wobei die Drehfrequenz der Ausgleichswelle 17 doppelt so groß ist wie die Drehfrequenz der Kurbelwelle.
Darüber hinaus garantiert die Steuerung 20 eine winkelsynchrone Rotation der beiden Ausgleichsmassen 16, 18 von Kurbelwelle und Ausgleichswelle 17. Das heißt die beiden Ausgleichsmassen 16, 18 liegen nach einer Umdrehung der Kurbelwelle winkelgleich, wobei die Ausgleichsmasse 18 der Ausgleichswelle 17 in der Zeit, die die Kurbelwelle für eine Umdrehung benötigt, zwei volle Umdrehungen ausgeführt hat.
In Figur 2a ist eine Frontansicht auf ein Walzgerüst der Pilgerwalzanlage aus Figur 1 dargestellt. Das Walzgerüst 1 mit einer Masse Mi ist ausgelegt für die Bearbeitung von Luppen mit einem Durchmesser zwischen 30 mm und 60 mm. Die maximale Hubzahl des Walzgerüsts, d. h. die maximale Anzahl an Hin- und Herbewegungen des Walzgerüsts pro Zeiteinheit, liegt bei der in Figur 2a vorliegenden Ausführungsform bei 200/min. Da die Produktivität eines Kaltpilgerwalzwerks direkt von der Hubzahl des Walzgerüsts abhängig ist, wird aus Wirtschaftlichkeitsgründen eine mög- liehst große Anzahl an Arbeitshüben pro Minute angestrebt.
Das Walzgerüst 1 in Figur 2a weist eine zu einer senkrecht zu den Wellen der Walzen 2, 3 verlaufenden Referenzebene 1 1 spiegelsymmetrische Anordnung sowohl der Walzen 2, 3 als auch der Antriebszahnräder 6 auf, wobei eine Zylinderachse der zwischen den Walzen 2, 3 aufzunehmen- den Luppe 9 in der Referenzebene 1 1 liegt. Hierbei sind die Antriebszahnräder 6 fest mit der Welle der unteren Walzen 3 verbunden und greifen in die an den ebenfalls spiegelsymmetrisch angeordneten Zahnstangenhaltern 4 befestigten Zahnstangen 5 ein. Die Zahnstangen 5 sind in Figur 2a nicht ersichtlich, da diese von den Zahnstangenhaltem 4 verdeckt sind. Um die im Betrieb der Pilgerwalzanlage in einer Richtung parallel zur Referenzebene 1 1 wirkenden Kräfte aufzunehmen, sind die Zahnstangenhalter 4 in einer Richtung senkrecht zu den Wellen der Walzen hydraulisch verspannbar. Die hydraulische Verspannung erfolgt hierbei über ein System aus Hydraulikmuttern 12, die im Wesentlichen aus einem Ringkolben und einem Zylinder bestehen. Durch eine temporäre Druckbeaufschlagung erfolgt ein Kraftaufbau in Richtung senkrecht zu den Wellen der Walzen 2, 3. Dadurch können temporär Klemm- oder Schiebekräfte aufgebaut werden, so dass das Walzgerüst 1 während des Walzprozesses in Richtung parallel zu den Wellen der Walzen 2, 3 an einer festen Position gehalten wird und somit am Weggleiten aufgrund von entstehenden Torsionskräften gehindert wird. Der in Figur 2a dargestellte Zahnstangenhalter 4 ist zudem verschwenkbar vom Walzgerüst weg um eine parallel zur Zahnstange 5 verlaufende Verschwenkachse 13 verschwenkbar angeordnet, welche aus Figur 2a aufgrund ihrer Ausrichtung in die Bildebene hinein nicht erkennbar ist. Durch einfaches Hochklappen des Zahnstangenhalters 4 vom Walzgerüst weg verlieren die Antriebszahnräder 6 den Kontakt zu den Zahnstangen 5, so dass das Walzgerüst 1 beim Anheben mittels eines Krans nicht durch den Zahnstangenhalter 4 blockiert wird. Das Walzgerüst 1 kann dadurch ungehindert und auf einfache sowie schnelle Weise ausgetauscht werden. Dies bringt eine größere Flexibilität des Bearbeitungsprozesses im Hinblick auf einen erweiterten Bereich an bearbeitbaren Rohrdurchmessem mit sich.
Figur 2b zeigt eine Schrägsicht von oben auf das Walzgerüst aus Figur 2a, jedoch mit dem Zahnstangenhalter 4 in einer geöffneten Position derart, dass der Zahnstangenhalter 4 um seine Verschwenkachse 13 entsprechend der dargestellten Pfeilrichtung vom Walzgerüst weg verschwenkt wurde und infolgedessen die an dem Zahnstangenhalter 4 befestigte Zahnstange 5 keinen Kontakt mehrzu dem Antriebszahnrad 6 aufweist. Das Walzgerüst 1 wird somit nicht mehr durch den Zahnstangenhalter 4 blockiert und kann mittels eines Krans auf einfache und schnelle Weise durch ein Herausheben aus der Pilgerwalzanlage entnommen und durch ein zweites Walzgerüst V mit anderen Abmessungen ausgetauscht werden.
In Figur 3a ist eine Frontansicht auf ein zweites Walzgerüst V der Pilgerwalzanlage aus Figur 1 dargestellt. Im Gegensatz zu Figur 2a handelt es sich hierbei um ein Walzgerüst V mit größeren Abmessungen hinsichtlich der drei Raumdimensionen sowie der Durchmesser der Walzen 2', 3' und Antriebszahnräder 6', welches jedoch in dieselbe Pilgerwalzanlage aus Figur 1 eingebaut wer- den kann. Die größeren Abmessungen des in Figur 3a dargestellten Walzgerüsts 1 ' spiegeln sich auch in einer im Vergleich zu dem Walzgerüst 1 aus Figur 2a und 2b erhöhten Masse wider. Die Masse des zweiten Walzgerüsts liegt in der vorliegenden Ausführungsform bei dem 2,5-fachen der Masse Mi des Walzgerüsts 1 aus Figur 2a und 2b. Weiterhin ist das in Figur 3a dargestellte Walzgerüst V ausgelegt für die Bearbeitung von Luppen mit einem Durchmesser zwischen 40 mm und 88 mm und somit für größere Durchmesser verglichen mit dem Walzgerüst 1 aus Figur 2a und 2b. Die maximale Hubzahl des Walzgerüsts V liegt hierbei mit 150/min bei einem entsprechend geringeren Wert.
Der erfindungsgemäße Zahnstangenhalter 4' befindet sich in Figur 3a an einer senkrecht zur Re- ferenzebene 1 1 ' weiter entfernten Position von der Referenzebene 1 1 ' verglichen mit dem in Figur 2a dargestellten Zahnstangenhalter 4. In den Ausführungsformen der Figuren 2a und 3a wird dies dadurch ermöglicht, dass der Zahnstangenhalter 4, 4' zweiteilig aufgebaut ist. Er umfasst einerseits einen Grundträger und andererseits eine Adapterplatte, welche derart an den Grundträger anbringbar ist, dass das jeweilige Antriebszahnrad 6, 6' des Walzgerüsts 1 , 1 ' an mindestens zwei voneinander beabstandeten Positionen in einer Richtung senkrecht zur Referenzebene 1 1 in die an dem jeweiligen Zahnstangenhalter 4, 4' befestigte Zahnstange 5, 5' eingreifen kann. Im Falle von Figur 2a ist diese Adapterplatte in einer Richtung parallel zu den Wellen der Walzen 2, 3 größer gebaut als im Falle von Figur 3a, so dass die Zahnstange 5 einen geringeren Abstand von der Referenzebene 1 1 in Richtung der Normalen der Referenzebene 1 1 aufweist.
Neben der Position in Richtung parallel zu den Wellen der Walzen 2 , 3' ist jedoch auch eine Anpassung der Zahnstangenhalter 4' in der Richtung senkrecht zu den Wellen der Walzen 2', 3' und senkrecht zu der Bewegungsrichtung des Walzgerüsts V notwendig. Die erforderliche Anpassung ist bedingt durch den größeren Durchmesser des Antriebszahnrads 6' im Vergleich zu dem in Figur 2a dargestellten Antriebszahnrad 6. Eine derartige Anpassung wird durch einen zweiteiligen Zahnstangenhalter 4' in Form eines Grundträgers mit daran angebrachter und entsprechend gestalteter Adapterplatte realisiert, so dass das Antriebszahnrad 6' des Walzgerüsts 1 ' in die an dem Zahnstangenhalter 4' befestigte Zahnstange 5' eingreifen kann.
Figur 3b zeigt eine Schrägsicht von oben auf das Walzgerüst 1 ' aus Figur 3a. Der Zahnstangenhalter 4! ist hierbei vom Walzgerüst 1 ' weg um eine parallel zu der Bewegungsrichtung des Walzgerüsts 1 ' verlaufende Verschwenkachse 13' verschwenkt worden und befindet sich entsprechend zu Figur 2b in einer geöffneten Position derart, dass die an dem Zahnstangenhalter 4' befestigte Zahnstange 5' keinen Kontakt mehr zu dem Antriebszahnrad 6' des Walzgerüsts 1 ' aufweist. Auch in der Ausführungsform eines Walzgerüsts V mit größeren Abmessungen verglichen zu den in Figuren 2a und 2b dargestellten Abmessungen lässt sich das Walzgerüst 1 ' mit Hilfe der das Walzgerüst V freigebenden Verschwenkvorrichtung auf einfache und schnelle Weise aus der Pilgerwalzanlage entnehmen.
Für Zwecke der ursprünglichen Offenbarung wird darauf hingewiesen, dass sämtliche Merkmale, wie sie sich aus der vorliegenden Beschreibungen, den Zeichnungen und den Ansprüchen für ei- nen Fachmann erschließen, auch wenn sie konkret nur im Zusammenhang mit bestimmten weiteren Merkmalen beschrieben wurden, sowohl einzeln als auch in beliebigen Zusammenstellungen mit anderen, der hier offenbarten Merkmale und Merkmalsgruppen kombinierbar sind, soweit dies nicht ausdrücklich ausgeschlossen wurde oder technische Gegebenheiten derartige Kombinationen unmöglich oder sinnlos machen. Auf die umfassende, explizite Darstellung sämtlicher denk- barer Merkmalskombinationen wird hier nur der Kürze und der Lesbarkeit der Beschreibung verzichtet. Während die Erfindung im Detail in den Zeichnungen und der vorangehenden Beschreibung dargestellt und beschrieben wurde, erfolgt diese Darstellung und Beschreibung lediglich beispielhaft und ist nicht als Beschränkung des Schutzbereichs gedacht, so wie er durch die Ansprüche definiert wird. Die Erfindung ist nicht auf die offenbarte Ausführungsform beschränkt.
Änderungen an der offenbarten Ausführungsform sind für den Fachmann aus den Zeichnungen, der Beschreibung und den beigefügten Ansprüchen offensichtlich. In den Ansprüchen schließt das Wort„aufweisen" nicht andere Elemente oder Schritte aus, und der unbestimmte Artikel„einer, eine" oder„ein" schließt eine Mehrzahl nicht aus. Die bloße Tatsache, dass bestimmte Merkmale in unterschiedlichen Ansprüchen beansprucht sind, schließt ihre Kombination nicht aus. Bezugszeichen in den Ansprüchen sind nicht als Beschränkung des Schutzbereichs gedacht.
Bezuqszeichenliste
1 , V Walzgerüst
2, 2' obere Walze
3, 3' untere Walze
4, 4' Zahnstangenhalter
5, 5' Zahnstange
6, 6' Antriebszahnrad
7 kalibrierter Walzdorn
8 Vorschubspannschlitten
9, 9' Luppe
10 Zylinderachse der Luppe
1 1 Referenzebene
12, 12* Hydraulikmutter
13, 13' Verschwenkachse des Zahnstangenhalters
14, 14' unteres Getriebezahnrad
15, 15' oberes Getriebezahnrad
16 Ausgleichsmasse
17 Ausgleichswelle
18 zweite Ausgleichsmasse
19 Schubstange
20 zentrale Steuerung
21 Exzentrizität

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e
Pilgerwalzanlage zum Umformen einer Luppe (9) zu einem Rohr mit
einem in einer Bewegungsrichtung linear bewegbar gelagerten ersten Walzgerüst
(1 ),
wobei an dem Walzgerüst (1 ) zwei Walzen (2, 3) zum Umformen der Luppe (9) zu dem Rohr auf Wellen drehbar gelagert sind,
wobei eine der Walzen (2, 3) mit einem Antriebszahnrad (6) auf einer Welle angeordnet ist und wobei das Antriebszahnrad (6) in eine feststehende Zahnstange (5) eingreift,
die derart an einem Zahnstangenhalter (4) befestigt ist, dass eine Translationsbewegung des Walzgerüsts (1 ) eine Rotationsbewegung des Antriebszahnrads (6) und der Walze (2, 3) bewirkt, und
einem mit dem Walzgerüst (1 ) verbundenen Kurbeltrieb, der im Betrieb der Pilgerwalzanlage eine Drehbewegung eines Antriebsmotors über eine Schubstange in eine oszillierende Translationsbewegung des Walzgerüsts (1 ) überführt,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Zahnstangenhalter (4) derart ausgestaltet ist, dass das erste Walzgerüst (1 ) gegen ein zweites Walzgerüst (1 ') mit einer von der ersten Abmessung verschiedenen zweiten Abmessung austauschbar ist.
Pilgerwalzanlage nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Zahnstangenhalter (4) derart ausgestaltet ist, dass die Zahnstange (5) an mindestens zwei in einer Richtung parallel zu den Wellen der Walzen (2, 3) voneinander beabstan- deten Positionen an dem Zahnstangenhalter (4) aufnehmbar ist.
Pilgerwalzanlage nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Zahnstangenhalter (4) derart ausgestaltet ist, dass die Zahnstange (5) an mindestens zwei in einer Richtung senkrecht zu den Wellen der Walzen (2, 3) und senkrecht zu der Bewegungsrichtung des Walzgerüsts (1 ) voneinander beabstan- deten Positionen an dem Zahnstangenhalter (4) aufnehmbar ist, wobei ein Abstand gemessen in einer Richtung senkrecht zu den Wellen der Walzen (2, 3) und senkrecht zu der Bewegungsrichtung des Walzgerüsts (1 ) zwischen den Positionen mindestens 10 mm beträgt.
Pilgerwalzanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Pilgerwalzanlage zwei spiegelsymmetrisch zu einer senkrecht zu den Wellen der Walzen (2, 3) verlaufenden Referenzebene (1 1) angeordnete Zahnstangenhalter (4) mit daran befestigten Zahnstangen (5) aufweist, wobei die Welle einer der beiden Walzen (2, 3), vorzugsweise der unteren Walze (3), auf beiden Seiten der Referenzebene (1 1) ein Antriebszahnrad (6) trägt, wobei die beiden Antriebszahn- räder (6) jeweils in eine der Zahnstangen (5) eingreifen und wobei eine Zylinderachse der zwischen den Walzen (2, 3) aufzunehmenden Luppe (9) in der Referenzebene (1 1) liegt.
Pilgerwalzanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Zahnstangenhalter (4) von dem Walzgerüst (1) weg um eine parallel zu der Bewegungsrichtung des Walzgerüsts (1) verlaufende Achse verschwenkbar angeordnet ist, so dass ein schneller Austausch des Walzgerüsts (1 ) möglich ist.
Pilgerwalzanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Zahnstangenhalter (4) um eine parallel zu der Bewegungsrichtung des Walzgerüsts (1) verlaufende Achse verschwenkbar angeordnet ist, wobei der Zahnstangenhalter (4) in einer Richtung senkrecht zu den Wellen der Walzen (2, 3) hydraulisch verspannbar ist, so dass der Zahnstangenhalter (4) im Betrieb der Pilgerwalzanlage in einer Richtung parallel zur Referenzebene (1 1 ) wirkende Kräfte aufnimmt.
Pilgerwalzanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Zahnstangenhalter (4) oder Teile davon austauschbar sind gegen einen Zahnstangenhalter (4') oder Teile davon, so dass die Zahnstange (5) an dem Zahnstangenhalter (4) an mindestens zwei in einer Richtung parallel zu den Wellen der Walzen (2, 3) voneinander beabstandeten Positionen aufnehmbar ist.
Pilgerwalzanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Walzgerüst (1) in einem schwimmenden Gleitlager bewegbar gelagert ist, vorzugsweise auf einem hydraulisch anhebbaren Schlitten, wobei das Gleitlager so ausgestaltet ist, dass es ein Einstellen des Spiels zwischen dem Antriebszahnrad (6) und der Zahnstange (5) in einer Richtung senkrecht zu den Wellen der Walzen (2, 3) und senkrecht zu der Bewegungsrichtung des Walzgerüsts (1 ) ermöglicht.
Pilgerwalzanlage nach einem der vorigen Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Walzen (2, 3) übereinander angeordnet sind, wobei die Wellen der beiden Walzen über zwei ineinander eingreifende Zahnräder derart miteinander verbunden sind, dass eine Drehbewegung einer der beiden Walzen (2, 3) zu einer Drehbewegung der anderen der beiden Walzen (2, 3) in der entgegengesetzten Richtung führt. Pilgerwalzanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Wellen der Walzen (2, 3) jeweils mindestens ein Lager aufweisen, wobei mindestens ein Lager der einen der beiden Walzen (2, 3) und ein Lager der anderen der beiden Walzen (2,3) hydraulisch gegeneinander verspannt sind.
Pilgerwalzanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass eine Hublänge des Walzgerüsts (1 ), welche durch eine Exzentrizität eines Hubzapfens, an welchem eine Schubstange aufgenommen ist, bestimmt ist, für den größten bearbeitbaren Rohrdurchmesser eingestellt ist und gleichbleibend ist für alle bearbeitbaren Rohrdurchmesser.
Pilgerwalzanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass eine Hublänge des Walzgerüsts (1 ), welche durch eine Exzentrizität (21 ) eines Hubzapfens, an welchem eine Schubstange aufgenommen ist, bestimmt ist, für unterschiedliche bearbeitbare Rohrdurchmesser unterschiedlich einstellbar ist.
Pilgerwalzanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Kurbelwelle des Kurbeltriebs eine mitdrehende Ausgleichsmasse (16) aufweist, wobei die Ausgleichsmasse (16) derart ausgestaltet ist, dass sie die von dem in der Pilgerwalzanlage aufgenommenen ersten Walzgerüst (1 ) ausgeübten Momente in erster Ordnung kompensiert oder nahezu kompensiert, wobei die Masse des ersten Walzgerüsts (1 ) kleiner ist als die Masse des zweiten Walzgerüsts (1 ').
Pilgerwalzanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Pilgerwalzanlage eine Ausgleichswelle (17) mit einer zweiten mitdrehenden Ausgleichsmasse (18) aufweist, wobei die Kurbelwelle und die Ausgleichswelle (17) derart wirksam miteinander verbunden, dass sich im Betrieb der Kaltpilger- walzanlage die Ausgleichswelle (17) mit der doppelten Winkelgeschwindigkeit der Kurbelwelle dreht und wobei die zweite Ausgleichsmasse (17) derart ausgestaltet ist, dass sie die von dem in der Pilgerwalzanlage aufgenommenen ersten Walzgerüst (1) ausgeübten Momente in zweiter Ordnung kompensiert oder nahezu kompensiert, wobei die Masse des ersten Walzgerüsts (1) kleiner ist als die Masse des zweiten Walzgerüsts (1 ').
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