WO2023180586A1 - Verfahren und vorrichtung zum herstellen von rohren, drähten, profilen und dergleichen langmaterial vermittels einer ziehvorrichtung - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zum herstellen von rohren, drähten, profilen und dergleichen langmaterial vermittels einer ziehvorrichtung Download PDF

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WO2023180586A1
WO2023180586A1 PCT/EP2023/057866 EP2023057866W WO2023180586A1 WO 2023180586 A1 WO2023180586 A1 WO 2023180586A1 EP 2023057866 W EP2023057866 W EP 2023057866W WO 2023180586 A1 WO2023180586 A1 WO 2023180586A1
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emissions
pulling
sensor
vibration
speed
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PCT/EP2023/057866
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Ulrich Seuthe
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Qass Gmbh
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    • 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
    • B21C1/00—Manufacture of metal sheets, metal wire, metal rods, metal tubes by drawing
    • B21C1/02—Drawing metal wire or like flexible metallic material by drawing machines or apparatus in which the drawing action is effected by drums
    • B21C1/12—Regulating or controlling speed of drawing drums, e.g. to influence tension; Drives; Stop or relief mechanisms
    • 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
    • B21C1/00—Manufacture of metal sheets, metal wire, metal rods, metal tubes by drawing
    • B21C1/16—Metal drawing by machines or apparatus in which the drawing action is effected by other means than drums, e.g. by a longitudinally-moved carriage pulling or pushing the work or stock for making metal sheets, bars, or tubes
    • B21C1/27—Carriages; Drives
    • B21C1/30—Drives, e.g. carriage-traversing mechanisms; Driving elements, e.g. drawing chains; Controlling the drive
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    • 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
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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01H—MEASUREMENT OF MECHANICAL VIBRATIONS OR ULTRASONIC, SONIC OR INFRASONIC WAVES
    • G01H1/00—Measuring characteristics of vibrations in solids by using direct conduction to the detector
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01H—MEASUREMENT OF MECHANICAL VIBRATIONS OR ULTRASONIC, SONIC OR INFRASONIC WAVES
    • G01H1/00—Measuring characteristics of vibrations in solids by using direct conduction to the detector
    • G01H1/12—Measuring characteristics of vibrations in solids by using direct conduction to the detector of longitudinal or not specified vibrations
    • G01H1/14—Frequency

Definitions

  • the invention relates to a method and a device for producing pipes, wires, profiles and similar long material according to the preamble of claims 1 and 6, respectively.
  • a manufacturing process for the production of pipes, wires, profiles and similar long material is pulling.
  • a strand of material usually made of metal
  • the material strand takes on the shape of the opening of the drawing hole on the outside and generally becomes longer and thinner.
  • a mandrel can interact with the drawbar to form a gap, in particular an annular gap.
  • chattering can occur when pulling through, in which resonance vibrations occur and lead to damage in the form of chatter marks on the material strand or to the material strand breaking off.
  • the disadvantage here is that high amplitudes not caused by chattering can lead to an incorrect reduction in the pulling speed.
  • chattering can only be reliably detected if it is already occurring. As a result, only a suboptimal material throughput can be achieved with the known method.
  • the invention is based on the object of creating a method and a device for producing pipes, wires, profiles and similar long material according to the preamble of claims 1 or 6, with which errors such as chattering and drawing scores can be reliably eliminated while ensuring a high material throughput can be excluded. This task is solved according to the features of claims 1 and 6, respectively.
  • a method for drawing pipes, wires, profiles and similar material strands is created using a drawing device, in which vibration emissions are recorded and evaluated during the drawing process on the material strand and / or on the drawing device in order to detect errors such as drawing scores and chatter marks, whereby the Vibration emissions are continuously subjected to a spectral analysis in such a way that the occurrence or absence of, in particular, frequency-selective emissions that rise and fall over time and / or in particular frequency-selective, pulse-like emissions is detected, and that the pulling speed is changed in response to this.
  • spectral analysis signal patterns can be identified that indicate the onset of chattering several hundred milliseconds in advance. Chattering can be prevented more reliably than an evaluation based on the vibration amplitude, as is known from the prior art. The same applies to broadband, pulse-like emissions that are typical of drawing marks. These can also be detected using the spectral analysis according to the invention before they become too energy-intensive and leave traces on the material strand.
  • the drawing speed is expediently reduced if such emissions are detected by spectral analysis and can be increased if they do not occur.
  • An adaptive control of the drawing speed based on this ensures that work is always carried out at the highest possible drawing speed.
  • the evaluation can be carried out on the basis of the multi-dimensional pattern recognition developed by the applicant, as is known, for example, from EP 2 359 106 A2, which is hereby incorporated in its entirety by reference.
  • an amplitude threshold value in the spectrum or the vibration intensity can be used as a basis, for example as a percentage of the maximum over time.
  • the amplitude threshold for a low emission can be, for example, 1%, 2%, 3%, 5%, 7%, 10%, 15%, 20%, 25%, 30%, 35% and the time course under consideration is 0.
  • the invention further creates a pulling device for pulling pipes, wires, profiles and similar material strands in accordance with the method according to the invention, with a sensor for detecting vibrations that arise when pulling on the material strand and / or on the pulling device, and an evaluation device coupled to the sensor for evaluating the detected vibrations for the purpose of detecting defects such as draw marks and chatter marks, the evaluation device being designed to continuously subject vibration emissions to a spectral analysis in such a way that the occurrence or absence of rising and falling emissions and/or pulse-like emissions over time is recognized , and is designed to control or regulate the pulling speed in response to the detection.
  • Fig. 1A illustrates a pipe drawing device in longitudinal section.
  • Fig. 1B is a perspective view of a portion of a pipe drawing apparatus.
  • Fig. 1C illustrates a pipe drawing device with a fixed dome in longitudinal section.
  • Fig. 1D illustrates a pipe drawing device with a rotating rod in longitudinal section.
  • Fig. 1E illustrates a pipe drawing device with a flying dome in longitudinal section.
  • Fig. 2A illustrates the vibration spectrum of an almost complete pipe pulling process.
  • Fig. 2B shows a section of Fig. 2A.
  • Fig. 2C illustrates the vibration spectrum in normal, chatter-free operation.
  • Fig. 2D is a section of Fig. 2A immediately before chatter begins.
  • Fig. 2E shows individual vibration patterns from Fig. 2D.
  • Fig. 2F shows an oscillation from Fig. 2E.
  • Fig. 3 illustrates the spectrum with an adaptive control of the pulling speed.
  • Figure 4 illustrates cumulative chatter pulses.
  • the drawing device 1 which is schematically illustrated in FIG For example, arranged on the pull rod 2 and with an evaluation device 6, e.g. B. a computer is coupled.
  • the drawbar 2 shown as an example has an opening 7, which here is designed to be rotationally symmetrical about the central axis 8 and tapers from an input-side diameter to an effective diameter.
  • the tube 3 When pulled through the drawbar 2, the tube 3 undergoes a tensile pressure deformation to a desired target diameter.
  • the tube 3 on the outlet side of the taper can spring up depending on the degree of springback of the material and can therefore become larger than the effective diameter of the drawbar 2.
  • the diameter of the drawbar 2 expediently widens slightly again on the output side.
  • the pulling device 1 can have several pulling holes 2, see Fig. 1B. Three drawing holes 2a, 2b, 2c are illustrated as examples, through which pipes can be pulled at the same time. At least one pull bar 2a is assigned a sensor 5a, which is illustrated here with a cable stub. Expediently, each pull bar 2a, 2b, 2c is assigned a sensor 5a, 5b, 5c. Preferably, the sensor 5 is coupled to the pull bar 2 or an element firmly connected to it.
  • the tube 3 can also be supported from the inside by an internal tool, which is suitable for coupling the sensor 5 in addition to the pull bar 2 or instead of the pull bar 2.
  • a mandrel 9 can be provided which is attached to a dome rod 10, see Fig. 1C.
  • the tube 2 is then pulled through an annular gap formed between the drawing hole 2 and the dome 9 and takes on the outside diameter of the drawing hole 2 and the inside diameter the size of the mandrel 9, plus any springing.
  • the sensor 5 can be coupled to the dome rod 10.
  • a rotating rod 11 see Fig.
  • the sensor 5 can be coupled to the rotating rod 11. However, if a floating inner tool is provided, for example the floating mandrel 9 in FIG. 1E, this is not suitable for coupling the sensor 5. The sensor 5 is then coupled to the pull bar 2 or an element firmly connected to it.
  • Fig. 1 illustrates a wire drawing device for the purpose of illustration
  • the drawing device 1 is suitable for drawing pipes, wire, profiles or other material strands and can have further components for this purpose, such as an internal tool or a pulling device.
  • the sensor 2 is preferably a structure-borne sound sensor, for example a piezo sensor. Other types of sensors are also usable as long as they can detect vibrations in the frequency range of interest.
  • the sensor 2 is coupled to the drawbar 2, on the tube 3, on an inner tool, or on a part that is vibration-coupled to the drawbar 2, the tube 3 and/or the inner tool in such a way that it detects vibrations of the tube 3 and/or the drawbar 2 and /or the inner tool can detect.
  • the sensor is screwed on.
  • the sensor 5 is designed such that it can detect frequencies between a lower limit and an upper limit.
  • the lower limit is 0 and the upper limit is ⁇ so that the entire spectrum of interest can be recorded.
  • frequencies below 90 kHz or 40 kHz are preferably attenuated or cut off because they do not contain any usable information, so that a corresponding lower limit is appropriate, but can also be 50 kHz, 100 kHz, 500 kHz or 1 MHz.
  • the actual frequency range of the sensor 5 should be selected based on the material to be drawn and the pulling speed. The frequency range between around 180 kHz and 400 kHz has proven to be particularly informative.
  • the vibrations detected by the sensor 5 during the machining of the workpiece 3 are subjected to a spectral analysis, for example in the form of a frequency-time analysis.
  • the recorded vibration spectrum can be temporarily stored in the evaluation device 6, which is preferably a computer with an appropriate interface and suitable storage media.
  • the frequency-time analysis can be carried out in such a way that the oscillation spectrum is graphically displayed and/or analyzed numerically during the detection or afterwards.
  • the evaluation can be carried out three-dimensionally with the coordinates of time, frequency and amplitude (or maximum amplitude or intensity or the like) as illustrated in FIG.
  • Fig. 2A shows the vibration spectrum of an almost complete pipe pulling process.
  • a broadband, i.e. extending over almost the entire frequency range recorded, high-intensity chatter signal section with a limited duration can be seen, starting from around second 7.
  • Fig. 2B The chattering is announced by broadband rising and falling emissions a few 100ms in advance, see Fig. 2B. Successive emission lines show increasing intensity. They can be recognized using pattern recognition and differ significantly from the emissions in normal, chatter-free operation, see Fig. 2C.
  • Fig. 2D is a section of Fig. 2A immediately before the start of chatter with periodic oscillations. Individual vibration patterns from this are shown in Fig. 2E. An oscillation is shown in Figure 2F
  • the drawing speed can be increased according to the invention within the framework of any further operating parameters until such emission lines become apparent.
  • a possible control loop can be based on accumulated chatter pulses, see Fig. 4.
  • the upper curve 14 of FIG. 4 begins at (0,0) and in between reaches a function value of 29 at reference number 15. It describes cumulative chatter pulses in the frequency range from 200 kHz to 400 kHz, which is an example here. Each detection of a chatter pulse increases the value by 1.
  • a gradient analysis of the signal emission in this frequency range is carried out in the time direction.
  • the accumulated value is reset, if after the initial occurrence of the periodic emissions that herald chatter, these periodic emissions are omitted for a predetermined period of time, the accumulated value is reset to 0 or by a reset value, e.g. -5.
  • signals can be sent to the machine with which, for example, the speed is adjusted, in particular reduced. If the emissions that indicate chatter are then eliminated, the cumulative value can be reduced or reset as described above and the machine can accelerate.
  • This is illustrated by the lower curve 16 of FIG. 4 with an exemplary three-stage speed control, which in other embodiments can also take place in four, five or more than five stages or (quasi-)continuously.
  • the value -3 here denotes the normal speed, the value -2, which is controlled at reference number 17, a speed reduction of 25%, the value -1, which is controlled at reference number 18, a speed reduction of -50%.
  • the speed can be regulated back to normal because no chatter has been detected for a predetermined period of time.
  • the threshold values assigned to the reduction by, for example, 25% and 50% at reference numbers 17 and 18 (and subsequent control points) are illustrated by the horizontal lines 20 and 21, respectively; the reduction can take place in more than 2 stages and/or (quasi-)continuously.
  • the invention thus creates an adaptive control of the drawing speed, which remains close to the maximum even when the operating parameters change (tool wear, lubricant variation, temperature change, etc.).

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen von Rohren, Drähten, Profilen und dergleichen Langmaterial vermittels einer Ziehvorrichtung (1), bei dem während des Ziehvorgangs an einem Materiaistrang und/oder an der Ziehvorrichtung (1) Schwingungsemissionen erfasst und ausgewertet werden, um Fehler wie Ziehriefen und Rattermarken zu erkennen, wobei die Schwingungsemissionen kontinuierlich einer Spektralanalyse dergestalt unterzogen werden, dass das Auftreten oder die Abwesenheit im zeitlichen Verlauf auf- und abschwellender Emissionen und/oder impulsartiger Emissionen erkannt wird, und dass in Reaktion darauf die Ziehgeschwindigkeit geändert wird.

Description

VERFAHREN UND VORRICHTUNG ZUM HERSTELLEN VON ROHREN, DRÄHTEN, PROFILEN UND DERGLEICHEN LANGMATERIAL VERMITTELS EINER ZIEHVORRICHTUNG
Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Herstellen von Rohren, Drähten, Profilen und dergleichen Langmaterial nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 bzw. 6.
Hintergrund der Erfindung
Ein Fertigungsverfahren für die Herstellung von Rohren, Drähten, Profilen und dergleichen Langmaterial ist das Durchziehen. Bei dieser Form des Zugdruckumfbrmens wird ein Materialstrang, zumeist aus Metall, durch ein Ziehhol hindurchgezogen. Der Materialstrang nimmt dadurch außen die Form der Öffnung des Ziehhols an und wird in der Regel länger und dünner. Ist der Materialstrang ein Hohlkörper wie etwa ein Rohr, kann ein Dorn mit dem Ziehhol unter Ausbildung eines Spalts, insbesondere eines Ringspalts, Zusammenwirken. Werkstoff-, Werkzeug-, verschleiß-, Schmiermittel- und verfahrens- parameterabhängig kann beim Durchziehen ein sogenanntes Rattern auftreten, bei dem Resonanzschwingungen auftreten und zu Beschädigungen in Form von Rattermarken am Materialstrang oder zu einem Abriss des Materialstrangs führen.
Zur Erkennung und Vermeidung des Ratterns beim Rohrziehen ist es z.B. aus der EP 0 780 171 A1 bekannt, mittels Körperschallsensoren Schwingungen des Ziehsystems Rohr-Dom-Ziehhol-Maschine zu erfassen und die Schwingungsamplitude auf Überschreiten eines Grenzwerts oder mittels eines Fuzzy-Logic-Systems zu überwachen, um die Ziehgeschwindigkeit zwecks Vermeidung des Ratterns zu verringern.
Nachteilig ist hierbei, dass nicht durch Rattern hervorgerufene hohe Amplituden zu einerfehlgeleiteten Verringerung der Ziehgeschwindigkeit führen können. Zudem ist ein Rattern zuverlässig nur dann erkennbar, wenn es bereits auftritt Im Ergebnis ist mit dem bekannten Verfahren ein nur suboptimaler Materialdurchsatz erzielbar.
Andere Fehler beim Rohrziehen, insbesondere Ziehriefen, sind mit dem bekannten Verfahren nicht erkennbar.
Die gleiche Problematik zeigt sich beim Durchziehen von Drähten, Profilen und dergleichen.
Zusammenfassung der Erfindung
Ausgehend hiervon liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Herstellen von Rohren, Drähten, Profilen und dergleichen Langmaterial nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 bzw. 6 zu schaffen, mit denen Fehler wie Rattern und Ziehriefen unter Sicherstellung eines hohen Materialdurchsatzes zuverlässig ausgeschlossen werden können. Diese Aufgabe wird entsprechend den Merkmalen des Anspruchs 1 bzw. 6 gelöst.
Demnach wird ein Verfahren zum Ziehen von Rohren, Drähten, Profilen und dergleichen Werkstofisträngen vermittels einer Ziehvorrichtung geschaffen, bei dem während des Ziehvorgangs am Werkstoffstrang und/oder an der Ziehvomchtung Schwingungsemissionen erfasst und ausgewertet werden, um Fehler wie Ziehriefen und Rattermarken zu erkennen, wobei die Schwingungsemissionen kontinuierlich einer Spektralanalyse dergestalt unterzogen werden, dass das Auftreten oder die Abwesenheit insbesondere frequenzselektiver, im zeitlichen Verlauf auf- und abschwellender Emissionen und/oder insbesondere frequenzselektiver, impulsartiger Emissionen erkannt wird, und dass in Reaktion darauf die Ziehgeschwindigkeit geändert wird.
Durch die Spektralanalyse lassen sich Signalmuster erkennen, die das Einsetzen des Ratterns einige hundert Millisekunden vorher ankündigen. Rattern kann gegenüber einer auf der Schwingungsamplitude basierenden Auswertung, wie sie aus dem Stand der Technik bekannt ist, zuverlässiger verhindert werden. Gleiches gilt für breitbandige, impulsartige Emissionen, die für Ziehriefen typisch sind. Auch diese können vermittels der erfindungsgemäßen Spektralanalyse bereits erkannt werden, bevor sie zu energieintensiv werden und Spuren am Materialstrang hinterlassen.
Zweckmäßigerweise wird die Ziehgeschwindigkeit verringert, wenn derartige Emissionen spektralanalytisch erkannt werden, und sie kann erhöht werden, wenn sie ausbleiben. Eine darauf basierende, adaptive Regelung der Ziehgeschwindigkeit stellt sicher, dass stets mit der größtmöglichen Ziehgeschwindigkeit gearbeitet wird.
Die Auswertung kann auf Basis der von der Anmelderin entwickelten, mehrdimensionalen Mustererkennung erfolgen, wie sie z.B. aus der EP 2 359 106 A2 bekannt ist, die hiermit durch Inbezugnahme vollumfänglich aufgenommen wird.
Besonders vorteilhaft ist es, die Schwingungsemissionen in Frequenzbereiche geringer sowie hoher Emission zu unterteilen und die Erkennung im Bereich geringer Emissionen durchzuführen. Hierzu können ein Amplitudenschwellenwert im Spektrum oder die Schwingungsintensität zugrunde gelegt werden, z.B. prozentual vom Maximum im zeitlichen Verlauf. Der Amplitudenschwellenwert für eine geringe Emission kann z.B. bei 1%, 2%, 3%, 5%, 7%, 10%, 15%, 20%, 25%, 30%, 35% liegen und der betrachtete zeitliche Verlauf bei 0,1s, 0,2s, 0,3s, 0,4s, 0,5s, 1s, 2s, 3s, 5s, 7s, 10s, 15s, 20s, 25s, 30s, 50s, 1min, 2min, 3min, 5min, 10min oder variabel mit der Variation der Schwingungsintensität gekoppelt sein dergestalt, dass mit steigender Variation der Schwingungsemissionen der Schwellenwert steigt und mit abnehmender Variation der Schwingungsemissionen der Schwellenwert sinkt.
Die Erfindung schafft ferner eine Ziehvorrichtung zum Ziehen von Rohren, Drähten, Profilen und dergleichen Materialsträngen entsprechend dem erfindungsgemäßen Verfahren, mit einem Sensor zum Erfassen von Schwingungen, die beim Ziehen am Materialstrang und/oder an der Ziehvorrichtung entstehen, und einer mit dem Sensor gekoppelten Auswerteeinrichtung zum Auswerten der erfassten Schwingungen zwecks Erkennen von Fehlem wie Ziehriefen und Rattermarken, wobei die Auswerteeinrichtung dazu ausgestaltet ist, Schwingungsemissionen kontinuierlich einer Spektralanalyse dergestalt zu unterziehen, dass das Auftreten oder die Abwesenheit im zeitlichen Verlauf auf- und abschwellender Emissionen und/oder impulsartiger Emissionen erkannt wird, sowie zur Steuerung oder Regelung der Ziehgeschwindigkeit in Reaktion auf die Erkennung ausgestaltet ist.
Weitere Merkmale und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen.
Figurenbeschreibung
Fig. 1A illustriert eine Rohrziehvorrichtung im Längsschnitt.
Fig. 1B ist eine perspektivische Ansicht auf einen Abschnitt einer Rohrziehvorrichtung. Fig. 1C illustriert eine Rohrziehvorrichtung mit festem Dom im Längsschnitt.
Fig. 1D illustriert eine Rohrziehvorrichtung mit einer mitlaufenden Stange im Längsschnitt.
Fig. 1E illustriert eine Rohrziehvorrichtung mit fliegendem Dom im Längsschnitt.
Fig. 2A illustriert das Schwingungsspektrum eines nahezu vollständigen Rohrzugvorgangs.
Fig. 2B zeigt einen Ausschnitt der Fig. 2A.
Fig. 2C illustriert das Schwingungsspektrum im normalen, ratterfreien Betrieb.
Fig. 2D ist ein Ausschnitt der Fig. 2A unmittelbar vor Ratterbeginn.
Fig. 2E zeigt einzelne Schwingungsmuster aus Fig. 2D.
Fig. 2F zeigt eine Schwingung aus Fig. 2E.
Fig. 3 illustriert das Spektrum bei einer adaptiven Regelung der Ziehgeschwindigkeit.
Fig. 4 illustriert kumulierte Ratterpulse.
Beschreibung der Ausführungsformen
Die in Fig. 1A schematisch illustrierte Ziehvorrichtung 1 zum Ziehen von z.B. Rohren umfasst ein Ziehhol 2, durch welches ein Rohr 3 in Richtung des Pfeils 4 gezogen wird, um Außendurchmesser und Rohrdicke zu verringern, sowie einen Sensor 5 zum Erfassen von Schwingungsemissionen, der hier beispielhaft am Ziehhol 2 angeordnet und mit einer Auswerteeinrichtung 6, z. B. einem Computer, gekoppelt ist. Das beispielhaft dargestellte Ziehhol 2 weist eine Durchbrechung 7 auf, die hier rotationssymmetrisch um die Mittelachse 8 ausgestaltet ist und sich von einem eingangsseitigen Durchmesser auf einen Wirkdurchmesser verjüngt. Das Rohr 3 erfährt beim Durchziehen durch das Ziehhol 2 eine Zugdruckumformung auf einen gewünschten Zieldurchmesser. Bei der Bemessung des Wirkdurchmessers ist zu berücksichtigen, dass das Rohr 3 ausgangsseitig der Verjüngung abhängig vom Rückfederungsgrad des Materials auffedem und damit größer werden kann als der Wirkdurchmesser des Ziehhols 2. Zweckmäßigerweise weitet sich der Durchmesser des Ziehhols 2 ausgangsseitig wieder etwas auf.
Die Ziehvorrichtung 1 kann mehrere Ziehhole 2 aufweisen, siehe Fig. 1B. Beispielhaft sind drei Ziehhole 2a, 2b, 2c illustriert, durch welche gleichzeitig Rohre gezogen werden können. Mindestens einem Ziehhol 2a ist ein Sensor 5a zugeordnet, der hier mit einem Kabelstummel illustriert ist Zweckmäßigerweise ist jedem Ziehhol 2a, 2b, 2c jeweils ein Sensor 5a, 5b, 5c zugeordnet. Vorzugsweise ist der Sensor 5 am Ziehhol 2 oder einem damit fest verbundenen Element angekoppelt.
Das Rohr 3 kann auch von innen durch ein Innenwerkzeug gestützt sein, welches sich zusätzlich zum Ziehhol 2 oder anstelle des Ziehhols 2 für eine Ankopplung des Sensors 5 eignet. Beispielsweise kann ein Dorn 9 vorgesehen sein, der an einer Domstange 10 befestigt ist, siehe Fig. 1C. Beim Ziehvorgang wir das Rohr 2 sodann durch einen zwischen Ziehhol 2 und Dom 9 gebildeten Ringspalt gezogen und nimmt im Außendurchmesser das Maß des Ziehhols 2 und im Innendurchmesser das Maß des Dorns 9 an, zzgl. einer etwaigen Auffederung. Der Sensor 5 kann in diesem Fall an der Domstange 10 angekoppelt sein. Gleiches gilt bei der Verwendung einer mitlaufenden Stange 11, siehe Fig. 1D, die anstelle des Doms 7 durch das Rohr gesteckt und Über einen zylindrischen Kopfansatz 12, der sich durch das angespitzte Ende 13 des Rohrs 2 hindurch erstreckt, von einem Ziehwerkzeug erfasst wird. Der Sensor 5 kann dabei an der mitlaufenden Stange 11 angekoppelt sein. Ist hingegen ein schwimmendes Innenwerkzeug vorgesehen, z.B. der schwimmende Dorn 9 in Fig. 1E, eignet sich dieses nicht zum Ankoppeln des Sensors 5. Der Sensor 5 wird dann am Ziehhol 2 oder einem damit fest verbundenen Element angekoppelt.
Wenngleich die Fig. 1 zum Zwecke der Illustration eine Drahtziehvorrichtung illustriert, ist erfindungsgemäß die Ziehvorrichtung 1 zum Ziehen von Rohren, Draht, Profilen oder anderen Materialsträngen geeignet und kann hierzu weitere Komponenten wie etwa ein Innenwerkzeug oder eine Zugvorrichtung aufweisen.
Der Sensor 2 ist vorzugsweise ein Körperschallsensor, z.B. ein Piezo-Sensor. Andere Arten von Sensoren sind ebenfalls verwendbar, solange sie Schwingungen im interessierenden Frequenzbereich erfassen können.
Angekoppelt ist der Sensor 2 am Ziehhol 2, am Rohr 3, an einem Innenwerkzeug, oder an einem mit dem Ziehhol 2, dem Rohr 3 und/oder dem Innenwerkzeug schwingungsgekoppelten Teil derart, dass er Schwingungen des Rohrs 3 und/oder des Ziehhols 2 und/oder des Innenwerkzeugs erfassen kann. Im einfachsten Fall ist der Sensor festgeschraubt.
Während des Ziehvorgangs entstehen Schwingungen am Rohr 3 und an der Ziehvorrichtung 1, insbesondere am Außenwerkzeug Ziehhol 2 oder am Innenwerkzeug, die vom Sensor 5 aufgenommen werden. Hierzu ist der Sensor 5 derart ausgebildet, dass er Frequenzen zwischen einem unteren Grenzwert und einem oberen Grenzwert erfassen kann. Idealerweise ist der untere Grenzwert 0 und der obere Grenzwert ∞, so dass das gesamte interessierende Spektrum aufgenommen werden kann. In der Praxis ist ein oberer Grenzwert von mindestens 50 MHz, bevorzugt mindestens 100 MHz, zweckmäßig. Frequenzen unterhalb von 90 kHz oder 40 kHz werden in der Praxis vorzugsweise gedämpft oder abgeschnitten, da sie keinerlei verwertbare Information enthalten, so dass ein entsprechender unterer Grenzwert zweckmäßig ist, aber auch bei 50 kHz, 100 kHz, 500 kHz oder 1 MHz liegen kann. Der tatsächliche Frequenzbereich des Sensors 5 sollte anhand des zu ziehenden Materials und der Ziehgeschwindigkeit gewählt werden. Als besonders informativ hat sich der Frequenzbereich zwischen etwa 180 kHz und 400 kHz herausgestellt.
Die vom Sensor 5 während der Bearbeitung des Werkstücks 3 erfassten Schwingungen werden erfindungsgemäß einer Spektralanalyse z.B. in Form einer Frequenz-Zeit-Analyse unterworfen. Hierfür kann das erfasste Schwingungsspektrum in der Auswerteeinrichtung 6 zwischengespeichert werden, die vorzugsweise ein Computer mit entsprechender Schnittstelle und geeigneten Speichermedien ist.
In der Auswerteeinrichtung 6 kann die Frequenz-Zeit-Analyse dergestalt erfolgen, dass das Schwingungsspektrum noch während der Erfassung oder danach grafisch dargestellt wird und/oder numerisch analysiert wird.
Die Auswertung kann wie in Fig. 2 illustriert dreidimensional mit den Koordinaten Zeit, Frequenz und Amplitude (oder maximale Amplitude oder Intensität oder dergleichen) illustriert erfolgen.
Fig. 2A zeigt das Schwingungsspektrum eines nahezu vollständigen Rohrzugvorgangs. Erkennbar ist ein breitbandiger, d.h. sich über nahezu den gesamten erfassten Frequenzbereich erstreckender, hochintensiver Rattersignalabschnitt mit beschränkter Zeitdauer, einsetztend ab etwa Sekunde 7.
Das Rattern kündigt sich durch breitbandige auf- und abschwellende Emissionen einige 100ms vorher an, siehe Fig. 2B. Aufeinanderfolgende Emissionslinien zeigen eine zunehmende Intensität Sie sind mittels Mustererkennung erkennbar und unterscheiden sich deutlich von den Emissionen im normalen, ratterfreien Betrieb, siehe Fig. 2C. Fig. 2D ist ein Ausschnitt der Fig. 2A unmittelbar vor Ratterbeginn mit periodischen Aufschwingungen. Einzelne Schwingungsmuster daraus sind in Fig. 2E dargestellt. Eine Schwingung ist in Fig. 2F gezeigt
Erfolgt in Reaktion auf eine Erkennung derartiger auf- und abschwellender Emissionen eine Verringerung der Ziehgeschwindigkeit, verschwinden die Emissionslinien und ein Rattern kann vermieden werden, siehe Fig. 3.
Wird über einen längeren Zeitraum keine breitbandige auf- und abschwellende Emission erkannt, kann die Ziehgeschwindigkeit erfindungsgemäß im Rahmen etwaiger weiterer Betriebsparameter erhöht werden, bis sich derartige Emissionslinen abzeichnen.
Ein möglicher Regelkreis kann auf kumulierten Ratterpulsen beruhen, siehe Fig. 4.
Die obere Kurve 14 der Fig. 4 beginnt bei (0,0) und erreicht zwischendurch bei Bezugsziffer 15 einen Funktionswert von 29. Sie beschreibt kumulierte Ratterpulse im hier beispielhaften Frequenzbereich von 200 kHz bis 400 kHz. Jede Erkennung eines Ratterpulses erhöht dabei den Wert um 1.
In Zeitrichtung wird eine Gradientenanalyse der Signalemission in diesem Frequenzbereich durchgeführt. So wird der kumulierte Wert zurückgesetzt, wenn nach anfänglichem Auftreten der periodischen Emissionen, die ein Rattern ankündigen, diese periodischen Emissionen für eine vorbestimmte Zeitspanne entfallen, wird der kumulierte Wert auf 0 oder um einen Rücksetzwert, z.B. -5, zurückgesetzt.
Bei Überschreiten bestimmter Schwellenwerte können Signale an die Maschine gesendet werden, mit denen z.B. die Geschwindigkeit angepasst, insbesondere reduziert wird. Entfallen daraufhin die Emissionen, die Rattern ankündigen, kann der kumulierte Wert wie vorstehend beschrieben reduziert oder zurückgesetzt werden und die Maschine kann beschleunigen. Dies ist durch die untere Kurve 16 der Fig. 4 mit einer beispielhaft dreistufigen Geschwindigkeitsregelung illustriert, die in anderen Ausführungen auch vier, fünf oder mehr als fünfstufig oder (quasi-)kontinuieriich erfolgen kann. Der Wert -3 bezeichnet hier die Normalgeschwindigkeit, der Wert -2, auf welchen bei Bezugsziffer 17 geregelt wird, eine Geschwindigkeitsverringerung um 25%, der Wert -1 , auf den bei Bezugsziffer 18 geregelt wird, eine Geschwindigkeitsverringerung um -50%. Bei Bezugsziffer 19 kann die Geschwindigkeit wieder auf den Normalwert geregelt werden, da über eine vorbestimmte Zeitdauer kein Rattern erkannt worden ist. Die der Reduktion um hier beispielhaft 25% und 50% bei Bezugsziffem 17 bzw. 18 (und nachfolgenden Regelungspunkten) zugeordneten Schwellenwerte sind durch die horizontalen Linien 20 bzw. 21 illustriert; die Reduktion kann in mehr als 2 Stufen und/oder (quasi-)kontinuieriich erfolgen.
Die Erfindung schafft damit eine adaptive Regelung der Ziehgeschwindigkeit, die selbst bei Änderung der Betriebsparameter (Werkzeugverschleiß, Schmiermittelvariation, Temperaturänderung etc.) nahe am Maximum verbleibt.

Claims

Ansprüche
1. Verfahren zum Herstellen von Rohren, Drähten, Profilen und dergleichen Langmaterial vermittels einer Ziehvorrichtung (1), bei dem während des Ziehvorgangs an einem Materialstrang und/oder an der Ziehvorrichtung (1) Schwingungsemissionen erfasst und ausgewertet werden, um Fehler wie Ziehriefen und Rattermarken zu erkennen, dadurch gekennzeichnet, dass die Schwingungsemissionen kontinuierlich einer Spektralanalyse dergestalt unterzogen werden, dass das Auftreten oder die Abwesenheit im zeitlichen Verlauf auf- und abschwellender Emissionen und/oder impulsartiger Emissionen erkannt wird, und dass in Reaktion darauf die Ziehgeschwindigkeit geändert wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass beim Erkennen des Auftretens der Emissionen die Ziehgeschwindigkeit verringert wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass beim Erkennen der Abwesenheit der Emissionen die Ziehgeschwindigkeit erhöht wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Ziehgeschwindigkeit adaptiv geregelt wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Schwingungsemissionen in Frequenzbereiche geringer sowie hoher Emission unterteilt werden und die Erkennung im Bereich geringer Emissionen erfolgt.
6. Ziehvorrichtung (1) zum Ziehen von Rohren (3), Drähten, Profilen und dergleichen Materialsträngen, mit einem Sensor (5) zum Erfassen von Schwingungen, die beim Ziehen am Materialstrang und/oder an der Ziehvorrichtung (1) entstehen, und einer mit dem Sensor (5) gekoppelten Auswerteeinrichtung (6) zum Auswerten der erfassten Schwingungen zwecks Erkennen von Fehlem wie Ziehriefen und Rattermarken, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteeinrichtung (6) dazu ausgestaltet ist, Schwingungsemissionen kontinuierlich einer Spektralanalyse dergestalt zu unterziehen, dass das Auftreten oder die Abwesenheit im zeitlichen Verlauf auf- und abschwellender Emissionen und/oder impulsartiger Emissionen erkannt wird, sowie zur Steuerung oder Regelung der Ziehgeschwindigkeit in Reaktion auf die Erkennung ausgestaltet ist.
7. Ziehvorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor an einem Außenwerkzeug angekoppelt ist.
8. Ziehvorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor an einem Innenwerkzeug angekoppelt ist.
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