EP4196297B1 - Vorrichtung und verfahren zum handhaben von dornstangen in einem rohrwalzwerk - Google Patents

Vorrichtung und verfahren zum handhaben von dornstangen in einem rohrwalzwerk Download PDF

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EP4196297B1
EP4196297B1 EP21737655.7A EP21737655A EP4196297B1 EP 4196297 B1 EP4196297 B1 EP 4196297B1 EP 21737655 A EP21737655 A EP 21737655A EP 4196297 B1 EP4196297 B1 EP 4196297B1
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EP
European Patent Office
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mandrel rod
rolling
fixing unit
mandrel
retaining device
Prior art date
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EP21737655.7A
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French (fr)
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EP4196297A1 (de
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Walter Kirchner
Paolo Marin
Patrizio Rinaldi
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SMS Group GmbH
Original Assignee
SMS Group GmbH
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Publication date
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21B—ROLLING OF METAL
    • B21B25/00—Mandrels for metal tube rolling mills, e.g. mandrels of the types used in the methods covered by group B21B17/00; Accessories or auxiliary means therefor ; Construction of, or alloys for, mandrels or plugs
    • B21B25/02—Guides, supports, or abutments for mandrels, e.g. carriages or steadiers; Adjusting devices for mandrels
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21B—ROLLING OF METAL
    • B21B17/00—Tube-rolling by rollers of which the axes are arranged essentially perpendicular to the axis of the work, e.g. "axial" tube-rolling
    • B21B17/02—Tube-rolling by rollers of which the axes are arranged essentially perpendicular to the axis of the work, e.g. "axial" tube-rolling with mandrel, i.e. the mandrel rod contacts the rolled tube over the rod length
    • B21B17/04—Tube-rolling by rollers of which the axes are arranged essentially perpendicular to the axis of the work, e.g. "axial" tube-rolling with mandrel, i.e. the mandrel rod contacts the rolled tube over the rod length in a continuous process
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21C—MANUFACTURE OF METAL SHEETS, WIRE, RODS, TUBES OR PROFILES, OTHERWISE THAN BY ROLLING; AUXILIARY OPERATIONS USED IN CONNECTION WITH METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL
    • B21C45/00—Separating mandrels from work or vice versa

Definitions

  • the invention relates to a device for handling mandrel bars in a rolling mill for rolling seamless pipes.
  • the invention further relates to a rolling mill and a method for rolling seamless pipes.
  • Elongation rolling mills are used to produce seamless pipes, in which tube blanks are rolled out on long cylindrical mandrels.
  • a mandrel is threaded into the tube blank and, together with the tube blank, is moved through a rolling mill with several rolling stands arranged one behind the other, which reduces the wall thickness and thus elongates the tube blank on the mandrel.
  • the mandrel is pulled back against the rolling direction and out of the rolling stand line using a mandrel bar retaining device.
  • Such a mechanism with mandrel bar retaining device is for example in the DE 27 42 288 C2 described.
  • solutions are known in which the pre-threaded mandrel rod is lifted into the rolling line together with the rolled product.
  • the required axial stroke of the mandrel bar retaining device is determined by the rolled product length and the mandrel bar length.
  • the mandrel bar retaining device must be inserted into the rolled product during the main time of the machine cycle, which prevents a higher cycle frequency and thus an increase in the productivity of the system. Solutions in which the mandrel bar is pre-threaded next to the rolling line have technological disadvantages, for example a loss of temperature in the rolled product due to a longer contact time with the mandrel bar.
  • An object of the invention is to improve the rolling of seamless pipes, in particular to increase the productivity of a rolling mill for rolling seamless pipes.
  • the device is used to handle mandrel bars in a rolling mill for rolling seamless pipes.
  • the rolling mill comprises a rolling mill, typically with several rolling stands arranged one behind the other in a rolling direction, which is used to roll out a tube blank, also referred to herein as "rolling stock", “rolled product” or “workpiece”, is arranged on such a mandrel bar to form a tube.
  • the tube can be made of steel or a non-ferrous metal, for example.
  • the device comprises a pusher which is designed to move or advance a mandrel bar arranged in a rolling line in the rolling direction, so that the mandrel bar is pushed or threaded into a tube blank arranged in front of the mandrel bar in the rolling direction.
  • the state in which the mandrel bar and the tube blank are arranged one behind the other in the rolling line, i.e. the mandrel bar is neither completely nor partially pushed into the tube blank is referred to herein as the basic state.
  • the device further comprises a retaining device with a fixing unit which can be moved along the rolling line and which is designed to temporarily hold the mandrel bar at an engagement point in the region of the rear end of the mandrel bar and to carry out a working stroke starting from a starting position in the rolling direction and counter to the rolling direction, whereby the mandrel bar can be moved into the rolling mill in the rolling direction and pulled out of the rolling mill by the retaining device counter to the rolling direction.
  • a retaining device with a fixing unit which can be moved along the rolling line and which is designed to temporarily hold the mandrel bar at an engagement point in the region of the rear end of the mandrel bar and to carry out a working stroke starting from a starting position in the rolling direction and counter to the rolling direction, whereby the mandrel bar can be moved into the rolling mill in the rolling direction and pulled out of the rolling mill by the retaining device counter to the rolling direction.
  • the task of the retaining device is primarily to hold back the mandrel rod after the tube blank has been transported through the rolling mill and to pull it out of the rolling mill in the opposite direction to the rolling direction.
  • the retaining device can also at least partially carry out the advance of the mandrel rod into the rolling mill or be involved in this.
  • the retaining device has a fixing unit that is set up to temporarily hold or fix the mandrel rod at the point of attack, for example to clamp it.
  • the terms "holding” or "fixing” in this context do not mean that the transport of the mandrel rod along the rolling line is stopped, but that a gap is created between the mandrel rod and the fixing unit is temporarily fixed so that it does not move relative to the rolling line when fixed.
  • the mechanism for fixing and releasing the mandrel rod can comprise a stop, alternatively it can be implemented as a gripper, using clamping jaws or in another suitable way.
  • the retaining device is designed such that the starting position of the fixing unit in the basic state is between the two ends of the mandrel rod.
  • the working stroke of the fixing unit during a machine cycle is no longer made up of the lengths of the tube blank and the mandrel bar, but is shortened, which makes it possible to reduce the main time of the machine cycle.
  • the starting position is conventionally in the area of the rear end of the mandrel bar in the basic position
  • the starting position according to the innovation presented here is shifted forward in the rolling direction, it is located between the front and rear ends of the mandrel bar.
  • the fixing unit is not moved back behind the starting position at any time during the regular rolling cycle.
  • the shortening of the working stroke of the retaining device or its fixing unit corresponds approximately to the length of the tube blank, for example.
  • the mandrel bar can be pre-threaded into the tube blank during the idle time of the machine cycle, thereby achieving a reduction in cycle time that can be used to increase production.
  • the shortening of the working stroke of the restraint device also allows the moving mass to be minimized, which can reduce drive power and dynamic loads.
  • the positioning and adjustment of the fixing unit depending on the dimensions of the tube blank(s) is simple and flexible. This means that the system can be easily pre-positioned for shorter tube blanks to further reduce the cycle time.
  • the process steps of inserting the mandrel bar and inserting the tube blank into the rolling line can be carried out simultaneously or in an overlapping manner, which can further shorten the cycle time of the machine cycle.
  • the removal of the withdrawn mandrel bar and the insertion of a new tube blank can be carried out directly one after the other along the shortest possible path.
  • a transfer device set up for this purpose can be pre-positioned and installed at the shortest possible distance.
  • any temperature loss in the rolled material can be minimized.
  • the mandrel bar(s) heat up less, which in turn minimizes the number of mandrel bars in circulation.
  • the retaining device is further configured such that the working stroke of the fixing unit is smaller than the total axial length of the mandrel rod and the tube blank.
  • the working stroke can be reduced substantially to the length of the tube blank, whereby the cycle time of a machine cycle can be minimized.
  • the point of attack of the mandrel rod is designed as a hinge, which includes, for example, a local hinge, thickening, recess or recess (hereinafter generally referred to as "hinge").
  • the mandrel rod thus has at the point of attack, for example, a section with a reduced diameter, whereby the fixing unit is set up in this case to engage in the hinge.
  • the fixing unit can, for example, actively engage in the hinge by clamping it or passively engage and/or strike the hinge.
  • the retaining device is designed so that the fixing unit is detached from the mandrel rod in the basic state, so that the mandrel rod, which is to be pushed forward in the rolling direction by the pusher starting from the basic state, is movable or displaceable relative to the fixing unit.
  • the mandrel rod thus travels a certain distance in the rolling direction starting from the basic state until its point of attack reaches the fixing unit.
  • the fixing unit can guide the mandrel rod until they are fixed relative to one another.
  • the fixing unit While the mandrel bar is advanced relative to the fixing unit in the rolling direction, the fixing unit does not have to remain stationary in place. Rather, the retaining device is preferably set up in such a way that while the pusher is advanced in the rolling direction, the fixing unit is moved at a lower speed (relative to the mandrel bar) or accelerated (also in the rolling direction) in order to at least partially equalize the speed of the fixing unit and the speed of the mandrel bar.
  • speed equalization or synchronization of the movements can contribute to a further shortening of the cycle time of the machine cycle and reduce the mechanical load on the components involved.
  • the fixing unit can initially remain in the starting position for a certain time while the mandrel bar is advanced before it is accelerated in the rolling direction.
  • the retaining device is designed such that the fixing unit automatically engages with the point of attack or the taper when the point of attack of the mandrel rod reaches the position of the fixing unit due to the feed by means of the pusher.
  • This engagement position can be the starting position of the fixing unit or, if a speed adjustment is carried out, can be downstream of it in the rolling direction.
  • the retaining device preferably has a carriage which can be moved parallel to the rolling line and on which the fixing unit is arranged.
  • the retaining device can also have an electric motor with a pinion/rack mechanism, via which the carriage is driven.
  • the carriage and the rack are preferably located next to the rolling line.
  • the retaining device is designed in such a way that the installation space on the rolling line remains accessible, so that the mandrel bar can be inserted into and removed from the rolling line without the fixing unit for fixing the mandrel bar having to be moved in from the rear end of the mandrel bar.
  • a connecting device is provided which is designed to fix the mandrel rod to the pusher in a force-fitting manner during forward travel until it is transferred to the retaining device, wherein the connecting device is preferably mounted on the pusher.
  • the connecting device is preferably mounted on the pusher.
  • the retaining device and the mandrel rod are designed to be positively coupled to one another after the transfer has taken place and to be mechanically decoupled in discretely or continuously adjustable end positions of the retaining device.
  • a rolling plant which has a rolling mill with one or more rolling stands for rolling seamless pipes and a device for handling mandrel bars according to one of the embodiments described above.
  • the rolling mill is designed as a longitudinal rolling mill, for example with three to eight, preferably five to six, rolling stands and with two to four, preferably three work rolls per stand, of which at least one roll is driven, preferably all rolls are driven.
  • longitudinal rolling mill covers all types of elongation rolling mills such as continuous rolling mills, MPM and pusher benches.
  • a method for rolling seamless pipes with a rolling mill comprising: inserting a tube blank and a mandrel bar into the rolling line so that the mandrel bar is in front of the pusher, the tube blank in front of the mandrel bar and the first rolling stand of the rolling mill in front of the tube blank, seen in the rolling direction, whereby the mandrel bar is in the basic state; positioning the fixing unit of the retaining device at the starting position, which is located between the two ends of the mandrel bar, wherein the fixing unit is detached from the mandrel bar such that the mandrel bar is movable along the rolling line relative to the fixing unit; moving the pusher in the rolling direction, whereby the pusher pushes the mandrel bar forwards and into the tube blank, whereby a relative displacement takes place between the fixing unit and the mandrel bar; holding the mandrel bar in place by the fixing unit when the point of attack of the mandrel bar reaches the position of the fixing
  • the list of process steps does not necessarily indicate an order or chronological sequence.
  • the insertion of the tube blank and mandrel rod into the rolling line and the positioning of the fixing unit can be carried out sequentially, simultaneously or at an overlapping time.
  • the transfer of the mandrel rod from the pusher to the retaining device takes place dynamically during the forward movement, whereby the speeds of the two devices are synchronized with each other during the transfer.
  • the tube blank and/or the mandrel bar are inserted into the rolling line transversely to the rolling direction, i.e. transversely to the axial direction of the tube blank/mandrel bar, so that the rolling line can be loaded as quickly as possible. This also applies to the removal of the mandrel bar used in the rolling cycle from the rolling line.
  • the fixing unit is moved or accelerated at a lower speed (relative to the mandrel bar) during the advance of the mandrel bar in the rolling direction by the pusher in order to at least partially equalize the speed of the fixing unit and the speed of the mandrel bar in the rolling direction.
  • the fixing unit can initially move at a lower speed during the advance of the mandrel bar by the pusher in the rolling direction. remain at the starting position for a certain time before it is accelerated in the rolling direction.
  • the fixing unit holds the mandrel rod in place for the reasons stated above by the fixing unit engaging or striking a taper at the point of engagement of the mandrel rod.
  • a mandrel bar transfer is carried out by releasing the fastening between the fixing unit and the mandrel bar and ejecting the mandrel bar transversely to the rolling line, wherein the ejection preferably takes place at a position which is different from the basic state.
  • the mandrel bar is normally ejected at a position which is closer to the rolling mill than its position in the basic state.
  • the tube blank is driven into the rolling mill by a separate, driven roller, also called a "pinch roll”.
  • a separate, driven roller also called a "pinch roll”.
  • the Figure 1 is a schematic plan view of a rolling mill 1 for rolling a tube blank 2, also referred to herein as "rolled stock”, “rolled product” or “workpiece”, into a tube 2' (cf. Figure 2h ), wherein the rolling mill 1 comprises a device 10 for handling mandrel bars 3 and a rolling mill 20.
  • the rolling mill 20 has a plurality of rolling stands 21 arranged one behind the other along a rolling direction R, through which the tube blank 2 is transported together with a threaded mandrel rod 3 along a rolling line L and is plastically deformed by the tube blank 2 being rolled out on the mandrel rod 3 to form the tube 2'.
  • the rolling mill 20 is preferably designed as a longitudinal rolling mill, for example with three to eight, preferably five to six, rolling stands 21 and with two to four, preferably three work rolls per stand, of which at least one roll is driven, preferably all rolls are driven.
  • the term "longitudinal rolling mill” covers elongation rolling mills of all types such as continuous rolling mills, MPM and pusher benches.
  • the rolling stands 21 comprise the above-mentioned work rolls, the structure of which is not shown in detail in the figures, which carry out the desired forming of the workpiece.
  • a longitudinal feed of the workpiece 2 is effected by two to four, preferably three work rolls arranged evenly around the rolling stock or the center of the roll.
  • Both the tube blank 2 and the mandrel bar 3 are already in the rolling line L in front of the rolling mill 20.
  • the tube blank 2 and the mandrel bar 3 were previously positioned accordingly by a cross transport.
  • the tube blank 2 is located directly in front of the first rolling stand 21, preferably on a flush line in front of the rolling mill 20.
  • the mandrel bar 3 is positioned coaxially behind the tube blank 2.
  • the mandrel bar 3 comprises a rounded or slightly conical tool head at the front end 3a in order to facilitate the threading of the mandrel bar 3 into the tube blank 2.
  • the mandrel bar 3 has an engagement point 3c for fixing by the retaining device 12 described below.
  • the engagement point 3c is designed as a taper according to the present embodiment, but is not limited to this.
  • the device 10 for handling the mandrel bar 3 comprises a pusher 11, which is also arranged in the rolling line L, behind the mandrel bar 3, and a device (not shown in the figures) for actively pushing the pusher 11 forward in the rolling direction R.
  • a small safety distance so as not to hinder the transverse transport of the mandrel bar 3 into the rolling line L.
  • the device 10 further comprises a retaining device 12, the primary task of which is to retain the mandrel rod 3 after the tube blank 2 has been transported through the rolling mill 20 and to pull it out of the rolling mill 20 against the rolling direction R.
  • the retaining device 12 can also at least partially carry out the advance of the mandrel rod 3 into the rolling mill 20 or be involved in this.
  • the retaining device 12 has a fixing unit 12a which is designed to temporarily fix the mandrel rod 3 at the point of application 3c, for example to clamp it.
  • the mechanism for fixing and releasing the mandrel rod 3 can in the simplest case comprise a stop, alternatively as a gripper, by means of clamping jaws or in another suitable way.
  • the fixing unit 12a is designed to be movable along the rolling line L via a carriage 12b.
  • the carriage 12b is preferably driven by an electric motor with a pinion/rack mechanism, of which the rack 12c is shown schematically in the figures.
  • the actuator for moving the carriage 12b is not limited to an electromotive pinion/rack mechanism.
  • the retaining device 12 can thus alternatively be actuated hydraulically or by means of a linear motor, for example.
  • FIG. 3 A further embodiment of the retaining device 12 with a connecting device 40 mounted on the pusher 11 is shown in Figure 3 shown.
  • the connecting device 40 By means of the connecting device 40, the mandrel rod 3 is fixed in a force-fitting manner to the pusher 11 during the forward travel until it is transferred to the restraint device 12.
  • the starting point is the Figure 2a ) shown ground state (corresponds to that of the Figure 1 in which the tube blank 2 and the mandrel bar 3 were inserted into the rolling line L in front of the rolling mill 20 by means of a transverse transport (not shown in the figure), also referred to herein as the mandrel bar transfer stroke.
  • the fixing unit 12a is located at a starting position x A in a state released from the mandrel bar 3, so that the mandrel bar 3 is freely movable in the rolling direction R relative to the fixing unit 12a.
  • the starting position x A is in the basic state of the Figure 2a ) between the two ends of the mandrel rod 3, preferably in the front half of the mandrel rod 3.
  • the pusher 11 is moved in the rolling direction R, whereby the pusher 11 advances the mandrel rod 3 and threads it into the tube blank 2, cf. Figure 2b ).
  • the fixing unit 12a is opened to allow the pusher 11 and mandrel rod 3 to be advanced.
  • the fixing unit 12a initially remains at the starting position x A and is then accelerated in the rolling direction R in order to achieve a speed adjustment between the mandrel bar 3 and the fixing unit 12a, as shown in the Figure 2c ).
  • This stroke is also referred to herein as the mandrel bar synchronization stroke.
  • a relative movement occurs between the mandrel bar 3 and the fixing unit 12a, and the point of attack 3c is not yet directly at the position of the fixing unit 12a.
  • a complete or partial speed adjustment can be aimed for here.
  • the fixing unit 12a engages or closes with the point of attack 3c along a mandrel rod clamping stroke, as shown in the Figure 2d ) was shown. At the same time the mandrel rod 3 completely penetrates the tube blank 2 and enters the rolling mill 20 at the head end 3a.
  • the synchronous movement between the pusher 11 and the mandrel bar 3 is canceled, the further advance of the mandrel bar 3 in the rolling direction R, referred to herein as the mandrel bar feed stroke, is taken over by the retaining device 12 and/or the rolling mill 20, the pusher 11 stops, whereby the mandrel bar 3 and the pusher 11 separate from each other, cf. Figure 2e ).
  • the tube blank 2 accelerates in a tube blank acceleration stroke in the direction of the first rolling stand 21, whereby the mandrel rod 3 has completely penetrated the tube blank 2 and enters the rolling mill 20 at the front end 3a.
  • the Figure 2f shows the rolling start stroke.
  • the tube blank 2 enters the first rolling stand 21 of the rolling mill 20.
  • the pusher 11 is moved back to its starting position, making it ready for the next machine cycle.
  • the Figure 2g shows a state during the rolling of the tube blank 2, in which the tube blank 2 is advanced to the last rolling stand 21 of the rolling mill
  • the Figure 2h shows a state in which the tube blank 2 has left the last rolling stand 21 of the rolling mill 20 and has been completely rolled out on the mandrel bar 3 to form the tube 2'.
  • the mandrel bar 3 has completed a complete stroke, also referred to herein as the mandrel bar stroke rolling end.
  • the mandrel bar transfer stroke then takes place by releasing or unclamping the fixation of the mandrel bar 3 by the fixing unit 12a, cf. Figure 2k ), and then ejected across the rolling line L, as shown in the Figure 2l ). Then a new tube blank 2 and a new mandrel bar 3 are inserted into the rolling line L, see. Figures 2m) and 2n ).
  • the insertion of the tube blank 2 and the mandrel rod 3 during the mandrel rod transfer stroke can be carried out one after the other, simultaneously or with an overlap in time.
  • controller 30 which is located in the Figure 1 is shown schematically.
  • the communication paths with corresponding actuators, sensors and the like are not shown for the sake of clarity.
  • the controller 30 can form a separate electronic unit, communicate with a machine controller, system controller or the like, or be part of it.
  • the communication between the electronic components can be analog or digital, wired or wireless.
  • the controller 30 can be part of internet-based and/or cloud-based applications or implemented in another way, and can access databases if necessary.
  • the retaining device 12 is designed in such a way that the installation space in the area of the rolling line L remains accessible, so that the mandrel bar 3 can be inserted into and removed from the rolling line L without the fixing unit 12a having to be moved in from the rear end of the mandrel bar 3 to fix the mandrel bar 3.
  • the working stroke of the fixing unit 12a during a machine cycle is no longer made up of the lengths of the tube blank 2 and the mandrel bar 3, but is shortened, which makes it possible to reduce the main time of the machine cycle.
  • the starting position x A is conventionally in the area of the rear end 3b of the mandrel bar 3 in the basic position, the Starting position x A is shifted forward in the rolling direction R according to the innovation presented here, it is located between the front and rear ends 3a, 3b of the mandrel rod 3.
  • the shortening of the working stroke of the retaining device 12 or its fixing unit 12a corresponds, for example, approximately to the length of the tube blank 2.
  • the mandrel rod 3 can be pre-threaded into the tube blank 2 during the idle time of the machine cycle, whereby a reduction in the cycle time can be achieved, which can be used to increase production.
  • the shortening of the working stroke of the retaining device 12 also allows the moving mass to be minimized, which means that drive power and dynamic loads can be reduced.
  • the coupling of the retaining device 12 with the mandrel bar 3 in the mandrel bar synchronization stroke contributes to a further reduction in the cycle time of the machine cycle.
  • the positioning and adjustment of the fixing unit 12a depending on the dimensions of the tube blank(s) 2 can be carried out easily and flexibly. For shorter tube blanks 2, the system can be easily pre-positioned to further reduce the cycle time.
  • the process steps of inserting the mandrel bar 3 and inserting the tube blank 2 into the rolling line L can be carried out simultaneously, which means that the cycle time of the machine cycle can be further shortened.
  • a transfer device set up for this purpose can be pre-positioned for this purpose and installed at the shortest possible distance.
  • any temperature loss in the rolling stock can be minimized.
  • the mandrel bar(s) 3 are heated to a lesser extent, which in turn minimizes the number of mandrel bars 3 in circulation.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
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  • Shaping Of Tube Ends By Bending Or Straightening (AREA)
  • Extrusion Of Metal (AREA)

Description

    Technisches Gebiet
  • Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Handhaben von Dornstangen in einer Walzanlage zum Walzen nahtloser Rohre. Die Erfindung betrifft ferner eine Walzanlage sowie ein Verfahren zum Walzen nahtloser Rohre.
    • Hintergrund der Erfindung
  • Bei der Herstellung nahtloser Rohre kommen Elongierwalzwerke zum Einsatz, in denen Rohrluppen auf langen zylindrischen Dornstangen ausgewalzt werden. Zu diesem Zweck wird vor dem eigentlichen Walzprozess eine Dornstange in die Rohrluppe eingefädelt und gemeinsam mit der Rohrluppe durch ein Walzwerk mit mehreren hintereinander angeordneten Walzgerüsten gefahren, wodurch eine Reduktion der Wanddicke und somit eine Längung der Rohrluppe auf der Dornstange erfolgt. Nachdem die Rohrluppe die Walzgerüste durchlaufen hat, sie ist nun zu dem gewünschten Rohr oder Halbzeug ausgewalzt, wird die Dornstange mittels einer Dornstangenrückhalteeinrichtung entgegen der Walzrichtung zurück- und aus der Straße der Walzgerüste herausgezogen.
  • Es ist bekannt, die zu walzende Rohrluppe mittels eines Quertransports so in die Walzlinie einzusetzen, dass sie koaxial zur Walzachse an einer Bündiglinie vor dem Walzwerk liegt. Die zur Umformung des Walzprodukts erforderliche Dornstange wird ebenfalls über einen Quertransport in die Walzlinie eingesetzt. Mittels eines Einstößers und gegebenenfalls unter Verwendung der Dornstangenrückhalteeinrichtung wird die mit einem Schierstoff beschichtete Dornstange in die Rohrluppe eingeschoben.
  • Ein solcher Mechanismus mit Dornstangenrückhalteeinrichtung ist beispielsweise in der DE 27 42 288 C2 beschrieben. Alternativ sind Lösungen bekannt, in denen die bereits voreingefädelte Dornstange gemeinsam mit dem Walzprodukt in die Walzlinie eingehoben wird.
  • Wird die Dornstange in der Walzlinie in die Rohrluppe eingefädelt, so ergibt sich der erforderliche axiale Hub der Dornstangenrückhalteeinrichtung aus der Walzproduktlänge und der Dornstangenlänge. Die Dornstangenrückhalteeinrichtung muss in der Hauptzeit des Maschinenzyklus in das Walzprodukt eingefahren werden, was einer höheren Taktfrequenz, somit einer Erhöhung der Produktivität der Anlage entgegensteht. Lösungen, bei denen die Dornstange neben der Walzlinie voreingefädelt wird, haben technologische Nachteile, beispielsweise einen Temperaturverlust des Walzprodukts aufgrund einer längeren Kontaktzeit mit der Dornstange.
    • Darstellung der Erfindung
  • Eine Aufgabe der Erfindung besteht darin, das Walzen nahtloser Rohre zu verbessern, insbesondere die Produktivität einer Walzanlage zum Walzen nahtloser Rohre zu erhöhen.
  • Gelöst wird die Aufgabe mit einer Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1, einer Walzanlage mit den Merkmalen des Anspruchs 10 sowie einem Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 12. Vorteilhafte Weiterbildungen folgen aus den Unteransprüchen, der folgenden Darstellung der Erfindung sowie der Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele.
  • Die Vorrichtung dient dem Handhaben von Dornstangen in einer Walzanlage zum Walzen nahtloser Rohre. Die Walzanlage umfasst ein Walzwerk, typischerweise mit mehreren in einer Walzrichtung hintereinander angeordneten Walzgerüsten, das zum Auswalzen einer Rohrluppe, hierin auch als "Walzgut", "Walzprodukt" oder "Werkstück" bezeichnet, auf einer solchen Dornstange zu einem Rohr eingerichtet ist. Das Rohr kann beispielsweise aus Stahl oder einem Nichteisenmetall gefertigt werden.
  • Die Vorrichtung umfasst einen Einstößer, der eingerichtet ist, um eine in einer Walzlinie angeordnete Dornstange in Walzrichtung zu bewegen bzw. vorzuschieben, so dass die Dornstange in eine in Walzrichtung vor der Dornstange angeordneten Rohrluppe eingeschoben bzw. eingefädelt wird. Der Zustand, in dem die Dornstange und die Rohrluppe hintereinander in der Walzlinie angeordnet sind, d.h. die Dornstange weder vollständig noch teilweise in die Rohrluppe eingeschoben ist, sei hierin als Grundzustand bezeichnet.
  • Die Vorrichtung weist ferner eine Rückhalteeinrichtung mit einer entlang der Walzlinie verfahrbaren Fixiereinheit auf, die eingerichtet ist, um die Dornstange an einem Angriffspunkt im Bereich des hinteren Endes der Dornstange temporär festzuhalten und einen Arbeitshub ausgehend von einer Ausgangsposition in Walzrichtung sowie entgegen der Walzrichtung durchzuführen, wodurch die Dornstange in Walzrichtung in das Walzwerk einfahrbar und durch die Rückhalteeinrichtung entgegen der Walzrichtung aus dem Walzwerk herausziehbar ist.
  • In anderen Worten, die Aufgabe der Rückhalteeinrichtung besteht in erster Linie darin, die Dornstange nach dem Transport der Rohrluppe durch das Walzwerk zurückzuhalten und entgegen der Walzrichtung aus dem Walzwerk herauszuziehen. Die Rückhalteeinrichtung kann zumindest teilweise auch den Vorschub der Dornstange in das Walzwerk vornehmen oder daran beteiligt sein. Die Rückhalteeinrichtung weist dazu eine Fixiereinheit auf, die eingerichtet ist, um die Dornstange am Angriffspunkt temporär festzuhalten bzw. zu fixieren, beispielsweise zu klemmen. Mit den Bezeichnungen "Festhalten" bzw. "Fixieren" ist in diesem Zusammenhang nicht gemeint, dass der Transport der Dornstange entlang der Walzlinie gestoppt wird, sondern dass zwischen der Dornstange und der Fixiereinheit temporär eine feste Verbindung besteht, so dass diese im fixierten Zustand keine Relativbewegung entlang der Walzlinie durchführen. Der Mechanismus zum Fixieren und Lösen der Dornstange kann im einfachsten Fall einen Anschlag umfassen, alternativ als Greifer, mittels Klemmbacken oder auf eine andere geeignete Weise realisiert sein.
  • Es sei darauf hingewiesen, dass sich räumliche Bezeichnungen wie "hinten", "vorn", "hinteres", "vorderes" usw. auf die Walzrichtung beziehen und somit eindeutig bestimmt sind.
  • Erfindungsgemäß ist die Rückhalteeinrichtung so eingerichtet, dass die Ausgangsposition der Fixiereinheit im Grundzustand zwischen den beiden Enden der Dornstange liegt.
  • In anderen Worten, der Arbeitshub der Fixiereinheit während eines Maschinenzyklus setzt sich nicht länger aus den Längen der Rohrluppe und der Dornstange zusammen, sondern ist demgegenüber verkürzt, wodurch eine Reduzierung der Hauptzeit des Maschinenzyklus möglich ist. Während die Ausgangsposition herkömmlich im Bereich des hinteren Endes der Dornstange in der Grundstellung liegt, ist die Ausgangsposition gemäß der hierin dargelegten Neuerung in Walzrichtung nach vorn verschoben, sie befindet sich zwischen dem vorderen und hinteren Ende der Dornstange. Vorzugsweise wird die Fixiereinheit zu keiner Zeit des regulären Walzzyklus hinter die Ausgangsposition zurückgefahren. Die Verkürzung des Arbeitshubs der Rückhalteeinrichtung bzw. deren Fixiereinheit entspricht beispielsweise ungefähr der Länge der Rohrluppe.
  • Durch eine solche Verkürzung des Arbeitshubs kann die Dornstange innerhalb der Nebenzeit des Maschinenzyklus in die Rohrluppe voreingefädelt werden, wodurch eine Verringerung der Taktzeit erzielbar ist, die zur Produktionssteigerung genutzt werden kann.
  • Die Verkürzung des Arbeitshubs der Rückhalteeinrichtung erlaubt zudem eine Minimierung der bewegten Masse, wodurch Antriebsleistungen und dynamische Lasten verringert werden können.
  • Die Positionierung und Justierung der Fixiereinheit in Abhängigkeit von der Abmessung der Rohrluppe(n) ist einfach und flexibel durchführbar. So lässt sich das System bei kürzeren Rohrluppen zur weiteren Reduzierung der Zykluszeit problemlos vorpositionieren.
  • Die Prozessschritte Einlegen der Dornstange und Einlegen der Rohrluppe in die Walzlinie können gleichzeitig oder zeitlich überlappend durchgeführt werden, wodurch eine weitere Verkürzung der Taktzeit des Maschinenzyklus erzielbar ist. Das Entnehmen der zurückgezogenen Dornstange und das Einlegen einer neuen Rohrluppe können entlang des kürzest möglichen Wegs, unmittelbar hintereinander erfolgen. Eine diesbezüglich eingerichtete Übergabeeinrichtung kann hierfür vorpositioniert im kürzest möglichen Abstand installiert sein.
  • Indem die Dornstange in der Walzlinie in die Rohrluppe eingefädelt wird, kann ein etwaiger Temperaturverlust im Walzgut minimiert werden. Gleichzeitig erfolgt eine geringere Erwärmung der Dornstange(n), wodurch sich wiederum die Anzahl der im Umlauf befindlichen Dornstangen minimieren lässt.
  • Vorzugsweise ist die Rückhalteeinrichtung ferner so eingerichtet, dass der Arbeitshub der Fixiereinheit kleiner ist als die axiale Gesamtlänge aus Dornstange und Rohrluppe. Der Arbeitshub kann im Wesentlichen auf die Länge der Rohrluppe reduziert werden, wodurch die Taktzeit eines Maschinenzyklus minimiert werden kann.
  • Vorzugsweise ist der Angriffspunkt der Dornstange als Angel ausgeführt, wobei diese beispielsweise eine lokale Angel, Verdickung, Aussparung oder Eindrehung (im Weiteren allgemein als "Angel" bezeichnet) umfasst. So weist die Dornstange am Angriffspunkt etwa einen Abschnitt mit verringertem Durchmesser auf, wobei die Fixiereinheit in diesem Fall eingerichtet ist, um in Angel einzugreifen. Auf diese Weise lässt sich die temporäre Fixierung zwischen Dornstange und Fixiereinheit maschinenbaulich einfach und zuverlässig realisieren. Die Fixiereinheit kann hierbei beispielsweise aktiv durch Klemmen in die Angel eingreifen oder passiv in die Angel einkuppeln und/oder anschlagen.
  • Vorzugsweise ist die Rückhalteeinrichtung so eingerichtet, dass die Fixiereinheit im Grundzustand von der Dornstange gelöst ist, so dass die ausgehend vom Grundzustand von dem Einstößer in Walzrichtung vorzuschiebende Dornstange relativ zur Fixiereinheit beweglich bzw. verschiebbar ist. Die Dornstange legt in diesem Fall somit ausgehend vom Grundzustand eine gewisse Wegstrecke in Walzrichtung zurück, bis deren Angriffspunkt die Fixiereinheit erreicht. Die Fixiereinheit kann hierbei die Dornstange führen, bis es zur Fixierung relativ zueinander kommt.
  • Während die Dornstange relativ zur Fixiereinheit in Walzrichtung vorgeschoben wird, muss die Fixiereinheit jedoch nicht stationär an Ort und Stelle verbleiben. Vielmehr ist die Rückhalteeinrichtung vorzugsweise so eingerichtet, dass während des Vorschubs des Einstößers in Walzrichtung die Fixiereinheit mit geringerer Geschwindigkeit (relativ zur Dornstange) bewegt oder beschleunigt wird (ebenfalls in Walzrichtung), um die Geschwindigkeit der Fixiereinheit und die Geschwindigkeit der Dornstange zumindest teilweise anzugleichen. Eine solche Geschwindigkeitsangleichung bzw. Synchronisation der Bewegungen kann zu einer weiteren Verkürzung der Taktzeit des Maschinenzyklus beitragen und die mechanische Belastung auf die beteiligten Komponenten verringern. Die Fixiereinheit kann hierbei während des Vorschubs der Dornstange zunächst eine gewisse Zeit an der Ausgangsposition verbleiben, bevor sie in Walzrichtung beschleunigt wird.
  • Vorzugsweise ist die Rückhalteeinrichtung so eingerichtet, dass die Fixiereinheit automatisch mit dem Angriffspunkt bzw. der Verjüngung in Eingriff kommt, wenn der Angriffspunkt der Dornstange durch den Vorschub mittels des Einstößers die Position der Fixiereinheit erreicht. Diese Eingriffsposition kann die Ausgangsposition der Fixiereinheit sein oder, sofern eine Geschwindigkeitsangleichung vorgenommen wird, in Walzrichtung stromabwärts davon liegen.
  • Vorzugsweise weist die Rückhalteeinrichtung einen parallel zur Walzlinie verfahrbaren Schlitten auf, an dem die Fixiereinheit angeordnet ist. Die Rückhalteeinrichtung kann ferner einen Elektromotor mit einem Ritzel/Zahnstangen-Mechanismus aufweist, worüber der Schlitten angetrieben wird. Der Schlitten sowie die Zahnstange befinden sich vorzugsweise neben der Walzlinie. Die Rückhalteeinrichtung ist in diesem Fall so konstruiert, dass der Installationsraum auf der Walzlinie zugänglich bleibt, so dass die Dornstange in die Walzlinie eingelegt und herausgenommen werden kann, ohne dass die Fixiereinheit zur Fixierung der Dornstange vom hinteren Ende der Dornstange eingefahren werden muss.
  • Vorzugsweise ist eine Verbindungsvorrichtung vorgesehen, die eingerichtet ist, um die Dornstange während der Vorwärtsfahrt bis zur Übergabe an die Rückhalteeinrichtung kraftschlüssig mit dem Einstößer zu fixieren, wobei die Verbindungsvorrichtung vorzugsweise an dem Einstößer montiert ist. Auf diese Weise kann eine sichere und zuverlässige Übergabe der Dornstange auch bei hohen Maschinengeschwindigkeiten realisiert werden.
  • Vorzugsweise sind die Rückhalteeinrichtung und die Dornstange eingerichtet, um nach erfolgter Übergabe formschlüssig miteinander gekoppelt zu werden und in diskret oder stufenlos einstellbaren Endlagen der Rückhalteeinrichtung mechanisch entkoppelt werden.
  • Die oben genannte Aufgabe wird ferner durch eine Walzanlage gelöst, die ein Walzwerk mit einem oder mehreren Walzgerüsten zum Walzen nahtloser Rohre und eine Vorrichtung zum Handhaben von Dornstangen gemäß einer der vorstehend beschriebenen Ausführungsvarianten aufweist.
  • Das Walzwerk ist als Längswalzwerk konzipiert, beispielsweise mit drei bis acht, vorzugsweise fünf bis sechs, Walzgerüsten und mit zwei bis vier, vorzugsweise drei Arbeitswalzen je Gerüst, von denen mindestens eine Walze angetrieben ist, vorzugsweise alle Walzen angetrieben sind. Unter die Bezeichnung "Längswalzwerk" fallen Elongierwalzwerke aller Art wie etwa Kontiwalzwerke, MPM sowie Stoßbänke.
  • Die Merkmale, technischen Wirkungen, Vorteile sowie Ausführungsbeispiele, die in Bezug auf die Vorrichtung zum Handhaben von Dornstangen beschrieben wurden, gelten analog für die Walzanlage.
  • Die oben genannte Aufgabe wird ferner durch ein Verfahren zum Walzen nahtloser Rohre mit einer Walzanlage gelöst, wobei das Verfahren aufweist: Einsetzen einer Rohrluppe und einer Dornstange in die Walzlinie, so dass sich die Dornstange vor dem Einstößer, die Rohrluppe vor der Dornstange und das erste Walzgerüst des Walzwerks vor der Rohrluppe befindet, in Walzrichtung gesehen, wodurch sich die Dornstange im Grundzustand befindet; Positionieren der Fixiereinheit der Rückhalteeinrichtung an der Ausgangsposition, die sich zwischen den beiden Enden der Dornstange befindet, wobei die Fixiereinheit so von der Dornstange gelöst ist, dass die Dornstange entlang der Walzlinie relativ zur Fixiereinheit beweglich ist; Bewegen des Einstößers in Walzrichtung, wodurch der Einstößer die Dornstange vor- und in die Rohrluppe einschiebt, wobei eine Relativverschiebung zwischen der Fixiereinheit und der Dornstange stattfindet; Festhalten der Dornstange durch die Fixiereinheit, wenn der Angriffspunkt der Dornstange die Position der Fixiereinheit erreicht, so dass anschließend keine Relativbewegung zwischen der Fixiereinheit und der Dornstange stattfindet; Transportieren der Rohrluppe mit eingeschobener Dornstange durch das Walzwerk, so dass die Rohrluppe auf der Dornstange zum Rohr ausgewalzt wird; und anschließend, Zurückziehen der Dornstange aus dem Walzwerk entgegen der Walzrichtung durch die Rückhalteeinrichtung.
  • Die Auflistung der Verfahrensschritte gibt nicht notwendigerweise eine Ordnung oder zeitliche Reihenfolge vor. So können beispielsweise das Einsetzen der Rohrluppe und Dornstange in die Walzlinie sowie die Positionierung der Fixiereinheit nacheinander, gleichzeitig oder zeitlich überlappend erfolgen.
  • Die Merkmale, technischen Wirkungen, Vorteile sowie Ausführungsbeispiele, die in Bezug auf die Vorrichtung zum Handhaben von Dornstangen sowie die Walzanlage beschrieben wurden, gelten analog für das Verfahren.
  • Vorzugsweise erfolgt die Übergabe der Dornstange vom Einstößer an die Rückhaltevorrichtung dynamisch während der Vorwärtsbewegung, wobei die Geschwindigkeiten der beiden Einrichtungen zueinander während der Übergabe synchronisiert sind.
  • Vorzugsweise werden die Rohrluppe und/oder die Dornstange quer zur Walzrichtung, d.h. quer zur Axialrichtung der Rohrluppe/Dornstange, in die Walzlinie eingesetzt, wodurch die Beladung der Walzlinie schnellstmöglich vorgenommen werden kann. Dies gilt gleichermaßen für die Entnahme der im Walzzyklus verwendeten Dornstange aus der Walzlinie.
  • Vorzugsweise wird aus den oben genannten Gründen während des Vorschubs der Dornstange in Walzrichtung durch den Einstößer die Fixiereinheit mit geringerer Geschwindigkeit (relativ zur Dornstange) bewegt oder beschleunigt, um die Geschwindigkeit der Fixiereinheit und die Geschwindigkeit der Dornstange in Walzrichtung zumindest teilweise anzugleichen. Die Fixiereinheit kann hierbei während des Vorschubs der Dornstange durch den Einstößer zunächst eine gewisse Zeit an der Ausgangsposition verbleiben, bevor sie in Walzrichtung beschleunigt wird.
  • Vorzugsweise hält die Fixiereinheit die Dornstange aus den oben genannten Gründen fest, indem die Fixiereinheit in eine Verjüngung am Angriffspunkt der Dornstange eingreift oder anschlägt.
  • Vorzugsweise wird im Anschluss an das Zurückziehen der Dornstange aus dem Walzwerk eine Dornstangenübergabe durchgeführt, indem die Befestigung zwischen Fixiereinheit und Dornstange gelöst und die Dornstange quer zur Walzlinie ausgeworfen wird, wobei der Auswurf vorzugsweise an einer Position erfolgt, die sich vom Grundzustand unterscheidet. Die Dornstange wird normalerweise an einer Position ausgeworfen, die näher am Walzwerk liegt als ihre Position im Grundzustand.
  • Vorzugsweise wird die Rohrluppe von einer separaten, angetriebenen Walze, auch als "Pinch Roll" bezeichnet, in das Walzwerk getrieben.
  • Weitere Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung sind aus der folgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele ersichtlich. Die darin beschriebenen Merkmale können alleinstehend oder in Kombination mit einem oder mehreren der oben dargelegten Merkmale umgesetzt werden, insofern sich die Merkmale nicht widersprechen. Die folgende Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele erfolgt dabei mit Bezug auf die begleitenden Zeichnungen.
    • Kurze Beschreibung der Figuren
  • Bevorzugte weitere Ausführungsformen der Erfindung werden durch die nachfolgende Beschreibung der Figuren näher erläutert. Dabei zeigen:
    • Figur 1
    eine schematische Draufsicht auf eine Walzanlage zum Walzen nahtloser Rohre mit einer Vorrichtung zum Handhaben von Dornstangen und einem Walzwerk;
    Figur 2
    zeigt eine Abfolge von Zuständen, welche die Walzanlage gemäß Figur 1 während eines Maschinenzyklus einnimmt;
    Figur 3
    zeigt eine auf einem Einstößer montierte Verbindungsvorrichtung, welche die Dornstange während der Vorwärtsfahrt bis zur Übergabe an eine Rückhalteeinrichtung mit dem Einstößer fixiert.
    Detaillierte Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele
  • Im Folgenden werden bevorzugte Ausführungsbeispiele anhand der Figuren beschrieben. Dabei sind gleiche, ähnliche oder gleichwirkende Elemente in den Figuren mit identischen Bezugszeichen versehen, und auf eine wiederholte Beschreibung dieser Elemente wird teilweise verzichtet, um Redundanz zu vermeiden.
  • Die Figur 1 ist eine schematische Draufsicht auf eine Walzanlage 1 zum Walzen einer Rohrluppe 2, hierin auch als "Walzgut", "Walzprodukt" oder "Werkstück" bezeichnet, zu einem Rohr 2' (vgl. Figur 2h), wobei die Walzanlage 1 eine Vorrichtung 10 zum Handhaben von Dornstangen 3 und ein Walzwerk 20 umfasst.
  • Das Walzwerk 20 weist mehrere entlang einer Walzrichtung R hintereinander angeordnete Walzgerüste 21 auf, durch welche die Rohrluppe 2 gemeinsam mit einer eingefädelten Dornstange 3 entlang einer Walzlinie L hindurchtransportiert und plastisch verformt wird, indem die Rohrluppe 2 auf der Dornstange 3 zum Rohr 2' ausgewalzt wird.
  • Das Walzwerk 20 ist vorzugsweise als Längswalzwerk konzipiert, beispielsweise mit drei bis acht, vorzugsweise fünf bis sechs, Walzgerüsten 21 und mit zwei bis vier, vorzugsweise drei Arbeitswalzen je Gerüst, von denen mindestens eine Walze angetrieben ist, vorzugsweise alle Walzen angetrieben sind. Unter die Bezeichnung "Längswalzwerk" fallen Elongierwalzwerke aller Art wie etwa Kontiwalzwerke, MPM sowie Stoßbänke. Die Walzgerüste 21 umfassen die oben genannten Arbeitswalzen, deren Aufbau in den Figuren nicht näher dargestellt ist, welche die gewünschte Umformung des Werkstücks durchführen. Durch zwei bis vier, vorzugsweise drei gleichmäßig um das Walzgut bzw. die Walzmitte angeordnete Arbeitswalzen ein Längsvorschub des Werkstücks 2 bewirkt.
  • Im Prozessstadium der Figur 1 befinden sich sowohl die Rohrluppe 2 als auch die Dornstange 3 bereits in der Walzlinie L vor dem Walzwerk 20. Die Rohrluppe 2 und die Dornstange 3 wurden zuvor durch einen Quertransport entsprechend positioniert. Die Rohrluppe 2 befindet sich unmittelbar vor dem ersten Walzgerüst 21, vorzugsweise an einer Bündiglinie vor dem Walzwerk 20. Hinter der Rohrluppe 2 ist die Dornstange 3 koaxial positioniert. Die Dornstange 3 umfasst am vorderen Ende 3a einen abgerundeten oder leicht konisch zulaufenden Werkzeugkopf, um das Einfädeln der Dornstange 3 in die Rohrluppe 2 zu erleichtern. Im Bereich des hinteren Endes 3b weist die Dornstange 3 einen Angriffspunkt 3c zur Fixierung durch die nachstehend beschriebene Rückhalteeinrichtung 12 auf. Der Angriffspunkt 3c ist gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel als Verjüngung ausgebildet, er ist darauf jedoch nicht beschränkt.
  • Die Vorrichtung 10 zum Handhaben der Dornstange 3 umfasst einen ebenfalls in der Walzlinie L, hinter der Dornstange 3 angeordneten Einstößer 11 und eine in den Figuren nicht gezeigte Einrichtung zum aktiven Vorschieben des Einstößers 11 in Walzrichtung R. Zwischen der Dornstange 3 und dem Einstößer 11 befindet sich im Grundzustand der Figur 1 gegebenenfalls ein kleiner Sicherheitsabstand, um den Quertransport der Dornstange 3 in die Walzlinie L nicht zu behindern.
  • Die Vorrichtung 10 weist ferner eine Rückhalteeinrichtung 12 auf, deren Aufgabe in erster Linie darin besteht, die Dornstange 3 nach dem Transport der Rohrluppe 2 durch das Walzwerk 20 zurückzuhalten und entgegen der Walzrichtung R aus dem Walzwerk 20 herauszuziehen. Die Rückhalteeinrichtung 12 kann zumindest teilweise auch den Vorschub der Dornstange 3 in das Walzwerk 20 vornehmen oder daran beteiligt sein.
  • Die Rückhalteeinrichtung 12 weist dazu eine Fixiereinheit 12a auf, die eingerichtet ist, um die Dornstange 3 am Angriffspunkt 3c temporär zu fixieren, beispielsweise zu klemmen. Der Mechanismus zum Fixieren und Lösen der Dornstange 3 kann im einfachsten Fall einen Anschlag umfassen, alternativ als Greifer, mittels Klemmbacken oder auf eine andere geeignete Weise realisiert sein. Die Fixiereinheit 12a ist entlang der Walzlinie L über einen Schlitten 12b verfahrbar eingerichtet. Der Schlitten 12b wird vorzugsweise über einen Elektromotor mit einem Ritzel/Zahnstangen-Mechanismus angetrieben, von welchem die Zahnstange 12c in den Figuren schematisch gezeigt ist. Allerdings ist der Aktuator zum Verfahren des Schlittens 12b nicht auf einen elektromotorischen Ritzel/Zahnstangen-Mechanismus beschränkt. So kann die Rückhalteeinrichtung 12 alternativ beispielsweise hydraulisch oder mittels eines Linearmotors betätigt werden.
  • Ein weiteres Ausführungsbeispiel der Rückhalteeinrichtung 12 mit einer auf dem Einstößer 11 montierten Verbindungsvorrichtung 40 ist in der Figur 3 gezeigt. Mittels der Verbindungsvorrichtung 40 wird die Dornstange 3 während der Vorwärtsfahrt bis zur Übergabe an die Rückhalteeinrichtung 12 kraftschlüssig mit dem Einstößer 11 fixiert.
  • Im Weiteren wird der Prozessablauf der Walzanlage 1 für einen Maschinenzyklus mit Bezug auf die Figur 2 beschrieben. Hierbei ist die Figur 2 in Abschnitte a) bis n) unterteilt, die jeweils einen Zustand der Walzanlag 1 in zeitlicher Abfolge während des Maschinenzyklus zeigen. Die Bezugszeichen sind in der Figur 2 der Übersichtlichkeit halber teilweise weggelassen.
  • Ausgangspunkt sei der in der Figur 2a) dargestellte Grundzustand (stimmt mit dem der Figur 1 überein), in dem die Rohrluppe 2 und die Dornstange 3 mittels eines Quertransports (in der Figur nicht dargestellt), hierin auch als Dornstangenübergabehub bezeichnet, vor dem Walzwerk 20 in die Walzlinie L eingesetzt wurden. Die Fixiereinheit 12a befindet sich an einer Ausgangsposition xA in einem zur Dornstange 3 gelösten Zustand, so dass die Dornstange 3 in Walzrichtung R relativ zur Fixiereinheit 12a frei beweglich ist. Die Ausgangsposition xA liegt im Grundzustand der Figur 2a) zwischen den beiden Enden der Dornstange 3, vorzugsweise in der vorderen Hälfte der Dornstange 3.
  • Ausgehend vom Grundzustand der Figur 2a) wird der Einstößer 11 in Walzrichtung R bewegt, wodurch der Einstößer 11 die Dornstange 3 vorschiebt und in die Rohrluppe 2 einfädelt, vgl. Figur 2b). Die Fixiereinheit 12a ist geöffnet, um einen Vorschub von Einstößer 11 und Dornstange 3 zu ermöglichen.
  • Während des Vorschubs der Dornstange 3 verbleibt die Fixiereinheit 12a zunächst an der Ausgangsposition xA und wird anschließend in Walzrichtung R beschleunigt, um eine Geschwindigkeitsangleichung zwischen Dornstange 3 und Fixiereinheit 12a zu erreichen, wie es in der Figur 2c) gezeigt ist. Dieser Hub ist hierin auch als Dornstangensynchronisationshub bezeichnet. Während des Dornstangensynchronisationshubs erfolgt somit eine Relativbewegung zwischen der Dornstange 3 und der Fixiereinheit 12a, und der Angriffspunkt 3c befindet sich noch nicht unmittelbar an der Position der Fixiereinheit 12a. Hierbei kann eine vollständige oder teilweise Geschwindigkeitsangleichung angestrebt werden.
  • Erreicht der Angriffspunkt 3c der Dornstange 3 die Position der Fixiereinheit 12a, so gelangt die Fixiereinheit 12a entlang eines Dornstangenklemmhubs mit dem Angriffspunkt 3c in Eingriff bzw. schließt, wie in der Figur 2d) gezeigt. Gleichzeitig durchdringt die Dornstange 3 die Rohrluppe 2 vollständig und gelangt am kopfseitigen Ende 3a in das Walzwerk 20.
  • Nach Abschluss des Dornstangenklemmhubs wird die synchrone Bewegung zwischen dem Einstößer 11 und der Dornstange 3 aufgehoben, der weitere Vorschub der Dornstange 3 in Walzrichtung R, hierin als Dornstangenvorlagehub bezeichnet, wird von der Rückhalteeinrichtung 12 und/oder vom Walzwerk 20 übernommen, der Einstößer 11 stoppt, wodurch sich die Dornstange 3 und der Einstößer 11 voneinander trennen, vgl. Figur 2e). Gleichzeitig beschleunigt die Rohrluppe 2 in einem Rohrluppe-Beschleunigungshub in Richtung des ersten Walzgerüsts 21, wobei die Dornstange 3 die Rohrluppe 2 vollständig durchdrungen hat und am vorderen Ende 3a in das Walzwerk 20 gelangt.
  • Die Figur 2f) zeigt den Walzbeginn-Hub. Die Rohrluppe 2 dringt in das erste Walzgerüst 21 des Walzwerks 20 ein. Gleichzeitig wird der Einstößer 11 in seine Ausgangsposition zurückgefahren, wodurch er für den nächsten Maschinenzyklus bereitsteht.
  • Die Figur 2g) zeigt einen Zustand während des Walzens der Rohrluppe 2, in dem die Rohrluppe 2 bis zum letzten Walzgerüst 21 des Walzwerks vorgeschoben ist, und die Figur 2h) zeigt einen Zustand, in dem die Rohrluppe 2 das letzte Walzgerüst 21 des Walzwerks 20 verlassen hat und vollständig auf der Dornstange 3 zum Rohr 2' ausgewalzt ist. Die Dornstange 3 hat einen vollständigen Hub, hierin auch als Dornstangenhub-Walzende bezeichnet, ausgeführt.
  • Anschließend wird die Dornstange 3 durch die Rückhalteeinrichtung 12 entgegen der Walzrichtung R aus dem Walzwerk 20 heraus und in eine Auswurfposition zurückgefahren, vgl. Figur 2i).
  • Anschließend erfolgt der Dornstangenübergabehub, indem die Fixierung der Dornstange 3 durch die Fixiereinheit 12a gelöst bzw. entklemmt wird, vgl. Figur 2k), und anschließend quer zur Walzlinie L ausgeworfen wird, wie in der Figur 2l) gezeigt. Danach werden eine neue Rohrluppe 2 und eine neue Dornstange 3 in die Walzlinie L eingelegt, vgl. Figuren 2m) und 2n). Das Einlegen der Rohrluppe 2 und der Dornstange 3 im Rahmen des Dornstangenübergabehubs kann nacheinander, gleichzeitig oder zeitlich überlappend erfolgen.
  • Der vorstehend beschriebene Prozessablauf kann von einer Steuerung 30 durchgeführt werden, die in der Figur 1 schematisch dargestellt ist. Die Kommunikationswege mit entsprechenden Aktuatoren, Sensoren und dergleichen sind der Übersichtlichkeit halber nicht eingezeichnet.
  • Die Steuerung 30 kann eine separate elektronische Baueinheit bilden, mit einer Maschinensteuerung, Anlagensteuerung oder dergleichen kommunizieren oder Bestandteil davon sein. Die Kommunikation zwischen den elektronischen Komponenten kann analog oder digital, drahtgebunden oder drahtlos erfolgen. Die Steuerung 30 kann Bestandteil internetbasierter und/oder cloudbasierter Anwendungen oder auf andere Weise implementiert sein, sowie gegebenenfalls auf Datenbanken zugreifen.
  • Die Rückhalteeinrichtung 12 ist so konstruiert, dass der Installationsraum im Bereich der Walzlinie L zugänglich bleibt, so dass die Dornstange 3 in die Walzlinie L eingelegt und herausgenommen werden kann, ohne dass die Fixiereinheit 12a zur Fixierung der Dornstange 3 vom hinteren Ende der Dornstange 3 eingefahren werden muss. In anderen Worten, der Arbeitshub der Fixiereinheit 12a während eines Maschinenzyklus setzt sich nicht länger aus den Längen der Rohrluppe 2 und der Dornstange 3 zusammen, sondern ist demgegenüber verkürzt, wodurch eine Reduzierung der Hauptzeit des Maschinenzyklus möglich ist. Während die Ausgangsposition xA herkömmlich im Bereich des hinteren Endes 3b der Dornstange 3 in der Grundstellung liegt, ist die Ausgangsposition xA gemäß der hierin dargelegten Neuerung in Walzrichtung R nach vorn verschoben, sie befindet sich zwischen dem vorderen und hinteren Ende 3a, 3b der Dornstange 3. Die Verkürzung des Arbeitshubs der Rückhalteeinrichtung 12 bzw. deren Fixiereinheit 12a entspricht beispielsweise ungefähr der Länge der Rohrluppe 2.
  • Durch eine solche Verkürzung des Arbeitshubs kann die Dornstange 3 innerhalb der Nebenzeit des Maschinenzyklus in die Rohrluppe 2 voreingefädelt werden, wodurch eine Verringerung der Taktzeit erzielbar ist, die zur Produktionssteigerung genutzt werden kann.
  • Die Verkürzung des Arbeitshubs der Rückhalteeinrichtung 12 erlaubt zudem eine Minimierung der bewegten Masse, wodurch Antriebsleistungen und dynamische Lasten verringert werden können. Die Kopplung der Rückhalteeinrichtung 12 mit der Dornstange 3 im Dornstangensynchronisationshub trägt zu einer weiteren Verkürzung der Taktzeit des Maschinenzyklus bei. Die Positionierung und Justierung der Fixiereinheit 12a in Abhängigkeit von der Abmessung der Rohrluppe(n) 2 ist einfach und flexibel durchführbar. So lässt sich das System bei kürzeren Rohrluppen 2 zur weiteren Reduzierung der Zykluszeit problemlos vorpositionieren. Die Prozessschritte Einlegen der Dornstange 3 und Einlegen der Rohrluppe 2 in die Walzlinie L können gleichzeitig durchgeführt werden, wodurch eine weitere Verkürzung der Taktzeit des Maschinenzyklus erzielbar ist. Das Entnehmen der zurückgezogenen Dornstange 3 und das Einlegen einer neuen Rohrluppe 2 können entlang des kürzest möglichen Wegs, unmittelbar hintereinander erfolgen. Eine diesbezüglich eingerichtete Übergabeeinrichtung kann hierfür vorpositioniert im kürzest möglichen Abstand installiert sein.
  • Indem die Dornstange 3 in der Walzlinie L in die Rohrluppe 2 eingefädelt wird, kann ein etwaiger Temperaturverlust im Walzgut minimiert werden. Gleichzeitig erfolgt eine geringere Erwärmung der Dornstange(n) 3, wodurch sich wiederum die Anzahl der im Umlauf befindlichen Dornstangen 3 minimieren lässt.
  • Soweit anwendbar, können alle einzelnen Merkmale, die in den Ausführungsbeispielen dargestellt sind, miteinander kombiniert und/oder ausgetauscht werden, ohne den durch die Ansprüche definierten Schutzumfang der Erfindung zu verlassen.
    • Bezugszeichenliste
    • 1
    Walzanlage
    2
    Rohrluppe
    2'
    Ausgewalztes Rohr
    3
    Dornstange
    3a
    Vorderes Ende der Dornstange
    3b
    Hinteres Ende der Dornstange
    3c
    Angriffspunkt
    10
    Vorrichtung zum Handhaben von Dornstangen
    11
    Einstößer
    12
    Rückhalteeinrichtung
    12a
    Fixiereinheit
    12b
    Schlitten
    12c
    Zahnstange
    20
    Walzwerk
    21
    Walzgerüst
    30
    Steuerung
    40
    Verbindungsvorrichtung
    L
    Walzlinie
    R
    Förderrichtung/Walzrichtung
    xA
    Ausgangsposition

Claims (19)

  1. Vorrichtung (10) zum Handhaben von Dornstangen (3) in einer Walzanlage (1) mit einem Walzwerk (20) zum Walzen nahtloser Rohre (2'), wobei die Vorrichtung (10) aufweist:
    einen Einstößer (11), der eingerichtet ist, um eine in einer Walzlinie (L) angeordnete Dornstange (3) in einer Walzrichtung (R) zu bewegen, so dass die Dornstange (3) ausgehend von einem Grundzustand in eine in Walzrichtung (R) vor der Dornstange (3) angeordneten Rohrluppe (2) einschiebbar ist;
    eine Rückhalteeinrichtung (12) mit einer entlang der Walzlinie (L) verfahrbaren Fixiereinheit (12a), die eingerichtet ist, um die Dornstange (3) an einem Angriffspunkt (3c) im Bereich des hinteren Endes (3b) der Dornstange (3) temporär festzuhalten und einen Arbeitshub ausgehend von einer Ausgangsposition (xA) in Walzrichtung (R) sowie entgegen der Walzrichtung (R) durchzuführen, wodurch die Dornstange (3) in Walzrichtung (R) in das Walzwerk (20) einfahrbar und durch die Rückhalteeinrichtung (12) entgegen der Walzrichtung (R) aus dem Walzwerk (20) herausziehbar ist;
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die Rückhalteeinrichtung (12) so eingerichtet ist, dass die Ausgangsposition (xA) der Fixiereinheit (12a) im Grundzustand zwischen den beiden Enden (3a, 3b) der Dornstange (3) liegt.
  2. Vorrichtung (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Rückhalteeinrichtung (12) so eingerichtet ist, dass der Arbeitshub der Fixiereinheit (12a) kleiner ist als die axiale Gesamtlänge aus Dornstange (3) und Rohrluppe (2), vorzugsweise im Wesentlichen der Länge der Rohrluppe (2) entspricht.
  3. Vorrichtung (10) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Angriffspunkt (3c) der Dornstange (3) als Angel ausgeführt und die Fixiereinheit (12a) eingerichtet ist, um in die Angel einzugreifen und/oder an der Angel anzuschlagen, wobei die Angel vorzugsweise eine lokale Verdickung, Aussparung und/oder Eindrehung umfasst.
  4. Vorrichtung (10) nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Rückhalteeinrichtung (12) so eingerichtet ist, dass die Fixiereinheit (12a) im Grundzustand von der Dornstange (3) gelöst ist, so dass die ausgehend vom Grundzustand von dem Einstößer (11) in Walzrichtung (R) vorzuschiebende Dornstange (3) relativ zur Fixiereinheit (12a) beweglich ist.
  5. Vorrichtung (10) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Rückhalteeinrichtung (12) so eingerichtet ist, dass während des Vorschubs des Einstößers (11) in Walzrichtung (R) die Fixiereinheit (12a) mit relativ zur Dornstange (3) geringerer Geschwindigkeit vorgeschoben oder beschleunigt wird, um die Geschwindigkeit der Fixiereinheit (12a) und die Geschwindigkeit der Dornstange (3) in Walzrichtung (R) zumindest teilweise anzugleichen.
  6. Vorrichtung (10) nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Rückhalteeinrichtung (12) so eingerichtet ist, dass die Fixiereinheit (12a) mit dem Angriffspunkt (3c) in Eingriff kommt, wenn der Angriffspunkt (3c) der Dornstange (3) durch den Vorschub mittels des Einstößers (11) die Position der Fixiereinheit (12a) erreicht.
  7. Vorrichtung (10) nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Rückhalteeinrichtung (12) einen parallel zur Walzlinie (L) verfahrbaren Schlitten (12b) aufweist, an dem die Fixiereinheit (12a) angeordnet ist, wobei die Rückhalteeinrichtung (12) vorzugsweise einen Elektromotor mit einem Ritzel/Zahnstangen-Mechanismus (12c) aufweist, worüber der Schlitten (12b) angetrieben wird.
  8. Vorrichtung (10) nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Verbindungsvorrichtung (40) vorgesehen ist, die eingerichtet ist, um die Dornstange (3) während einer Vorwärtsfahrt bis zur Übergabe an die Rückhalteeinrichtung (12) kraftschlüssig mit dem Einstößer (11) zu fixieren, wobei die Verbindungsvorrichtung (40) vorzugsweise an dem Einstößer (11) montiert ist.
  9. Vorrichtung nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Rückhalteeinrichtung (12) und die Dornstange (3) eingerichtet sind, um nach erfolgter Übergabe formschlüssig mit einander gekoppelt zu werden und in diskret oder stufenlos einstellbaren Endlagen der Rückhalteeinrichtung (12) mechanisch entkoppelt werden.
  10. Walzanlage (1) mit einem ein oder mehrere Walzgerüste (21) umfassenden Walzwerk (20) zum Walzen nahtloser Rohre (2') und einer Vorrichtung (10) zum Handhaben von Dornstangen (3) nach einem der vorigen Ansprüche, wobei das Walzwerk (20) als Längswalzwerk ausgeführt ist.
  11. Walzanlage (1) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Walzwerk (20) als Längswalzwerk mit drei bis acht, vorzugsweise fünf bis sechs, Walzgerüsten (21) und mit zwei bis vier, vorzugsweise drei, Arbeitswalzen je Walgerüst (21) ausgeführt ist, wobei von den Arbeitswalzen zumindest eine angetrieben ist, vorzugsweise alle angetrieben sind.
  12. Verfahren zum Walzen nahtloser Rohre (2') mit einer Walzanlage (1) nach Anspruch 10 oder 11, wobei das Verfahren aufweist:
    Einsetzen einer Rohrluppe (2) und einer Dornstange (3) in die Walzlinie (L), so dass sich die Dornstange (3) in Walzrichtung (R) vor dem Einstößer (11), die Rohrluppe (2) vor der Dornstange (3) und das erste Walzgerüst (21) des Walzwerks (20) vor der Rohrluppe (2) befindet, wodurch sich die Dornstange (3) im Grundzustand befindet;
    Positionieren der Fixiereinheit (12a) der Rückhalteeinrichtung (12) an der Ausgangsposition (xA), die sich zwischen den beiden Enden (3a, 3b) der Dornstange (3) befindet, wobei die Fixiereinheit (12a) so von der Dornstange (3) gelöst ist, dass die Dornstange (3) entlang der Walzlinie (L) relativ zur Fixiereinheit (12a) beweglich ist;
    Bewegen des Einstößers (11) in Walzrichtung (R), wodurch der Einstößer (11) die Dornstange (3) vor- und in die Rohrluppe (2) einschiebt, wobei eine Relativverschiebung zwischen der Fixiereinheit (12a) und der Dornstange (3) stattfindet;
    Festhalten der Dornstange (3) durch die Fixiereinheit (12a), wenn der Angriffspunkt (3c) der Dornstange (3) die Position der Fixiereinheit (12a) erreicht, so dass anschließend keine Relativbewegung zwischen der Fixiereinheit (12a) und der Dornstange (3) stattfindet;
    Transportieren der Rohrluppe (2) mit eingeschobener Dornstange (3) durch das Walzwerk (20), so dass die Rohrluppe (2) auf der Dornstange (3) zum Rohr (2') ausgewalzt wird; und
    anschließend, Zurückziehen der Dornstange (3) aus dem Walzwerk (20) entgegen der Walzrichtung (R) durch die Rückhalteeinrichtung (12).
  13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Übergabe der Dornstange (3) vom Einstößer (11) an die Rückhalteeinrichtung (12) dynamisch während einer Vorwärtsbewegung geschieht, wobei die Geschwindigkeiten der Dornstange (3) und der Rückhalteeinrichtung (12) während der Übergabe synchronisiert sind.
  14. Verfahren nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Rohrluppe (2) und/oder die Dornstange (3) quer zur Walzrichtung (R) in die Walzlinie (L) eingesetzt werden.
  15. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass während des Vorschubs der Dornstange (3) in Walzrichtung (R) durch den Einstößer (11) die Fixiereinheit (12a) mit relativ zur Dornstange (3) geringerer Geschwindigkeit vorgeschoben oder beschleunigt wird, um die Geschwindigkeit der Fixiereinheit (12a) und die Geschwindigkeit der Dornstange (3) in Walzrichtung (R) teilweise oder vollständig anzugleichen.
  16. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Fixiereinheit (12a) während des Vorschubs der Dornstange (3) in Walzrichtung (R) durch den Einstößer (11) zunächst an der Ausgangsposition (xA) verbleibt, bevor sie in Walzrichtung (R) beschleunigt wird.
  17. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Fixiereinheit (12a) die Dornstange (3) festhält, indem die Fixiereinheit (12a) in eine Verjüngung am Angriffspunkt (3c) der Dornstange (3) eingreift oder anschlägt.
  18. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass im Anschluss an das Zurückziehen der Dornstange (3) aus dem Walzwerk (20) eine Dornstangenübergabe durchgeführt wird, indem die Befestigung zwischen Fixiereinheit (12a) und Dornstange (3) gelöst und die Dornstange (3) quer zur Walzlinie (L) ausgeworfen wird, wobei der Auswurf vorzugsweise an einer Position erfolgt, die sich vom Grundzustand unterscheidet.
  19. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Rohrluppe (2) von einer separaten, angetriebenen Walze in das Walzwerk (20) getrieben wird.
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