DE10054268A1 - Drehantrieb von reziprok abwälzbaren Walzenkalibern eines Kaltpilgerwalzwerkes - Google Patents
Drehantrieb von reziprok abwälzbaren Walzenkalibern eines KaltpilgerwalzwerkesInfo
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Anpassung der Abwälzkurve der Antriebsritzel von Ringwalzen an die neutrale Zone im sich verjüngenden Kaliber der Ringwalzen eines Kaltpilgerwalzwerkes, indem hierfür kreisrunde Ritzel verwendet und diese auf der Walzenachse exzentrisch angeordnet und befestigt werden.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Anpassung der Abwälzkurve der Antriebs
ritzel von Ringwalzen an die neutrale Zone im sich verjüngenden Kaliber der
Ringwalzen eines Kaltpilgerwalzwerkes.
Kaltpilgerwalzwerke sind geeignet, stranggepreßte, warmgewalzte oder strangge
gossene, dickwandige Metallluppen, insbesondere Kupferluppen, in einem Ar
beitsgang mit vergleichsweise großer Streckung auf lange, dünnwandige sowie
ziehfähige Rohre mit geringer Exzentrizität zu reduzieren.
Das zur Anwendung gelangende Kaltpilgerverfahren ist ein umformendes Walz
verfahren für Metallrohre, bei dem in einer größeren Anzahl von Umformschritten
Durchmesser und Wanddicke reduziert werden.
Dabei befindet sich ein ortsfester, sich in Walzrichtung verjüngender Walzdorn
beim Walzen im Rohrinnern. Der Walzdorn ist an einer langen Dornstange befe
stigt, die von einem Dornwiderlager geklemmt und gehalten wird.
Ein Walzenpaar überwalzt im Hin- und Hergang das auf dem Dorn befindliche
rohrförmige Walzgut und streckt es, ähnlich einer Teigrolle beim Auswalzen und
Strecken von Teig.
Das Walzenpaar ist in einem reziprozierend hin- und herbewegbaren Walzgerüst
gelagert und wird von mit ihm verbundenen Ritzeln, die mit zwei feststehenden
Zahnstangen kämmen, bei der Gerüstbewegung angetrieben. Dabei rollen die
Walzenkaliber synchron mit dem oszillierenden Walzgerüst hin und her.
Das Walzgerüst selbst wird wie ein Motorkolben durch einen Kurbeltrieb hin und
her bewegt. Die Walzenkaliber sind annähernd kreisförmig und verkleinern sich
bei der üblichen Ausführung nach dem Stand der Technik über den Walzenum
fang. Der sich verkleinernde bzw. verjüngende Querschnitt zwischen Walzen und
Walzdorn reduziert simultan Durchmesser und Wanddicke des Walzgutes.
Im Bereich von mindestens einem der beiden Totpunkte geben die Walzen die
Luppe kurz frei, wobei diese vorgeschoben und/oder zugleich gedreht wird, bei
spielsweise um ca. jeweils 60°. Bei diesem Verfahren wird sowohl der Vor- als
auch der Rückhub für die Umformung genutzt. Vorschub und Drehwinkel in beiden
Totpunkten hängen vom Rohrwerkstoff und von Qualitätsanforderungen ab. Die
Formänderungsfestigkeiten gewalzter Rohre reichen von 400 N/mm2 bis über
1.500 N/mm2 bei Sonderlegierungen.
Eine prinzipielle Darstellung des vorstehend geschilderten Rohrwalzverfahrens ist
der rein schematischen Darstellung in den Fig. 2a bis 2d zu entnehmen. Fig.
2a zeigt eine Reduktion beim Vorhub. Fig. 2b zeigt im Schnitt A-B einen Aus
trittsquerschnitt. Fig. 2c zeigt eine Reduktion beim Rückhub und Fig. 2d zeigt im
Schnitt A-B einen Austrittsquerschnitt.
Die Kombination eines Kaltpilgerwalzwerkes mit in-line-Haspeleinrichtung ermög
licht die Herstellung gecoilter Rohre von z. B. 250 m Länge. Dabei wird das mit
schrittweisem Vorschub sich hin- und herdrehende, aus dem Kaltpilgerwalzwerk
austretende Rohr beim Walzprozeß zu einem Coil gebogen und direkt in einen für
den anschließenden Ziehprozeß erforderlichen Korb abgelegt.
Der vorbeschriebene Umformprozeß nach dem Kaltpilgerverfahren ist trotz relativ
geringer Produktionsgeschwindigkeit für zahlreiche Anwendungsbereiche von er
heblichem Vorteil:
- - er ergibt fallweise relativ große Querschnittsreduktionen von Durchmesser und Wanddicke, und eine
- - erhebliche Verminderung der Exzentrizität infolge ausgleichenden Fließens in Umfangsrichtung, sowie eine
- - Optimierung des Werkstoffgefüges infolge mechanischer Vergütung, bei
- - Herstellung großer Rohrlängen.
Das Kaltpilgerverfahren zur Herstellung von Rohren ergibt eine verbesserte Rund
heit, vergleichmäßigte Spannungshomogenität und Rauhigkeit der Oberfläche, bei
- - Erzielung enger Toleranzen für Durchmesser und Wanddicke beim Walzgut,
- - kein prozeßbedingter Materialverlust,
- - Anwendbarkeit auch für schwer umformbare Werkstoffe, mit
- - hoher Wirtschaftlichkeit durch Einsatz großer Luppengewichte und -längen, sowie
- - Herstellung unterschiedlicher Fertigproduktabmessungen aus einer Luppen abmessung.
Gleichwohl ergeben sich beim Stand der Technik infolge der geometrischen Ver
hältnisse über der Hublänge eines Pilgerschritt-Walzwerks Nachteile daraus, dass
bei unverändertem Radius der Triebräder der Abwälzradius der Kaliber sich beim
Walzenumlauf in weitem Bereich ändert. Dabei rutschen diese zwangsläufig auf
dem zu walzenden Rohr, wodurch dessen Güte verschlechtert wird. Die dabei
weiter nachteilig entstehende, auf das Walzgut einwirkende Axialschubkraft verur
sacht eine Reihe von Problemen. So wird es schwierig oder gar unmöglich, dünn
wandige Rohlinge mit üblichen Vorschüben zu walzen, da sich die Stirnseiten der
Rohlinge beim Walzen ineinander verkeilen, wodurch die Walzwerksleistung entsprechend
gesenkt wird. Zudem wird das Walzwerk in allen seinen Funktionsele
menten hoch beansprucht und belastet sowie einem forcierten Verschleiß unter
worfen. Insbesondere sind Walzen- und Dornbrüche zu besorgen sowie andere
teure Schäden am Walzwerk.
Ein weiterer Nachteil des Standes der Technik liegt darin, dass der Rückhub des
Walzgerüstes nur begrenzt für die Umformarbeit genutzt werden kann, da die
höchsten Rückwalzkräfte meist auf dem Rückhub auftreten. Dies führt dazu, dass
ein prinzipiell sinnvoller, zusätzlicher Vorschub der Rohlinge im Auslauftotpunkt
bereich nicht voll genutzt werden kann und dass somit die mögliche Produktions
leistung eingeschränkt ist.
Weiterhin ist durch den Stand der Technik auch die umformtechnisch mögliche
Durchmesserreduktion eingeschränkt. Es ist einsehbar, dass mit steigender
Durchmesserreduktion auch die Problematik durch den örtlich nicht angepassten
Ritzelteilkreis zunimmt. Auch dies beeinträchtigt die Wirtschaftlichkeit des Kaltpil
gerverfahrens."
Zur Abhilfe sind beim Stand der Technik u. a. bekannt: eine Zuordnung des Teil
kreises von runden, zentrisch angeordneten Ritzeln und des Walzendurchmessers
an die aktuelle Walzabmessung. Damit läßt sich jedoch nur eine unbefriedigende
Verbesserung des Walzprozesses erreichen.
Das Dokument DE-OS 17 52 996 schlägt dagegen die Verwendung von spiralför
migen Ritzeln vor, die mit einer geneigten, geraden Zahnstange kämmen. Die be
kannte Lösung hat den wesentlichen Nachteil, dass damit nutzbare Kaliberlänge
verloren geht, und die Walzleistung reduziert wird. Weiterhin ist diese Lösung an
die gerade Form der Zahnstange gebunden. Da die Kaliberabwicklung jedoch ei
ner Parabel höherer Ordnung folgt, ist auch hier die Annäherung an die Sollkurve
nur sehr begrenzt möglich.
Ausgehend vom vorgenannten Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe
zugrunde, ein Verfahren zum Antrieb des Walzenpaares eines Kaltpilgerwalzwer
kes anzugeben, welches eine wesentlich verbesserte Anpassung der Abwälzkurve
des Ritzels an die neutrale Zone im sich verjüngenden Kaliber der Ringwalzen
verwirklicht.
Zur Lösung der Aufgabe wird mit der Erfindung vorgeschlagen, dass zur Anpas
sung der Abwälzkurve der Antriebsritzel von Ringwalzen an die neutrale Zone im
sich verjüngenden Kaliber der Ringwalzen kreisrunde Ritzel verwendet und diese
auf der Walzenachse exzentrisch angeordnet und befestigt werden. Mit der Erfin
dung werden folgende Ziele erreicht:
- - Verminderung der Druckbelastung an den Vorschubschlitten,
- - Vermeidung eines unkontrollierten Vorschubs durch Relativbewegungen zwischen Walzenprofil und Walzgut,
- - Verschleißminderung im Walzenprofil,
- - Reduktion des Energieverbrauchs durch verminderte Reibleistung,
- - Anpassung der Abwälzkurve des Ritzels an die neutrale Zone im sich ver jüngenden Kaliber der Ringwalzen,
- - Vermeidung der noch bestehenden Nachteile vorbekannter Lösungen.
Eine Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, dass zum Antrieb der Ritzel - und
damit der Ringwalzen - entsprechend sinusförmige Zahnstangen verwendet wer
den.
Diese erfindungsgemäße Lösung vermindert bzw. vermeidet die Nachteile der un
befriedigenden Verfahren und Vorrichtungen vom Stande der Technik wie z. B. das
Rutschen des Walzenpaares auf dem Walzgut mit den vorstehend geschilderten
Nachteilen für das Walzprodukt und das Walzwerk, bzw. die reduzierte Produkti
onsleistung.
Eine weitere Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht vor, dass
bei der Verwendung von kreisrunden exzentrischen Ritzeln, die mit entsprechend
sinusförmigen Zahnstangen kämmen, die folgenden vier Parameter an die aktuelle
Walzabmessung anpaßbar sind:
- - Walzendurchmesser
- - Ritzelteilkreis
- - Exzentrizität
- - Winkellage der Exzentrizität zum Einlauftotpunkt des Walzgerüstes.
In der Fig. 1 sind schematisch die geometrischen Verhältnisse über der Hublän
ge eines Kaltpilgerwalzwerkes in Form von Diagrammen dargestellt. Diesem lie
gen die folgenden Daten bzw. Parameter eines Ausführungsbeispiels wie folgt
zugrunde:
Kupferwalzung: 87 × 11 auf 40 × 2
Walzendurchmesser: 375 mm
Ritzelteilkreis: 336 mm
Hub des Gerüstes: 1.023 mm
Reduzierkaliberlänge: 600 mm
Glättkaliberlänge: 140 mm
Ritzelexzentrizität: 13 mm
Winkelversatz: 140 Grad
Kupferwalzung: 87 × 11 auf 40 × 2
Walzendurchmesser: 375 mm
Ritzelteilkreis: 336 mm
Hub des Gerüstes: 1.023 mm
Reduzierkaliberlänge: 600 mm
Glättkaliberlänge: 140 mm
Ritzelexzentrizität: 13 mm
Winkelversatz: 140 Grad
Die Kaliberabwicklung als Kalibergrundkurve besteht
- - aus der Zone 1, in der die Walzen das Walzgut zum Vorschieben und Dre hen freigeben,
- - aus der Reduktionszone 2, die einer Parabelfunktion folgt,
- - aus der zylindrischen Glättzone 3,
- - aus dem Übergang 4, in dem das Walzgut zusätzlich gedreht und/oder vor geschoben werden kann.
Die Kurve 5 zeigt die neutrale Faser, in der sich die Längskräfte aus den unter
schiedlichen Abwälzgeschwindigkeiten neutralisieren.
Der Walzgutanteil zwischen Kalibergrund und Neutraler Faser wird mit einer relativ
geringeren Geschwindigkeit, der Anteil zwischen Walzendurchmesser 6 und Neu
traler Faser 5 mit höherer Geschwindigkeit überwalzt.
Ein Ritzelteilkreis, welcher der Kurve 5 folgen könnte, würde ebenfalls die Längs
kräfte neutralisieren, die sich aus den sich über der Kaliberlänge verändernden
Abwälzverhältnissen ergeben. Ein rundes, zentrisch angeordnetes Ritzel 7 kann
sich diesen Erfordernissen nur unvollkommen nähern. Denn:
Im vorderen Kaliberbereich überwiegt der Anteil der zu großen Umfangsge schwindigkeit, dagegen ist sie im Glättbereich der Glättzone 3 zu gering. Nur bei ca. 120° Walzenabwicklung sind die Verhältnisse vorübergehend korrekt.
Im vorderen Kaliberbereich überwiegt der Anteil der zu großen Umfangsge schwindigkeit, dagegen ist sie im Glättbereich der Glättzone 3 zu gering. Nur bei ca. 120° Walzenabwicklung sind die Verhältnisse vorübergehend korrekt.
Wird jedoch das Ritzel in erfindungsgemäß geeigneter Weise exzentrisch ange
ordnet (8), so wird eine äußerst weitgehende Annäherung an die angestrebte Kur
ve 5 erreicht und die Bewegungstendenzen des Walzgutes werden weitgehend
neutralisiert. Der Walzenumfang ist uneingeschränkt nutzbar und der Kurvenver
lauf folgt wesentlich besser der Sollkurve als dies im Stand der Technik möglich
ist.
Claims (3)
1. Verfahren zur Anpassung der Abwälzkurve der Antriebsritzel von Ringwal
zen an die neutrale Zone im sich verjüngenden Kaliber der Ringwalzen ei
nes Kaltpilgerwalzwerkes, indem hierfür kreisrunde Ritzel verwendet und
diese auf der Walzenachse exzentrisch angeordnet und befestigt werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
dass zum Antrieb der Ritzel - und damit der Ringwalzen - entsprechend
sinusförmige Zahnstangen verwendet werden.
3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
dass bei der Verwendung von kreisrunden exzentrischen Ritzeln, die mit
entsprechend sinusförmigen Zahnstangen kämmen, die folgenden vier Pa
rameter an die aktuelle Walzabmessung anpaßbar sind:
- - Walzendurchmesser
- - Ritzelteilkreis
- - Exzentrizität
- - Winkellage der Exzentrizität zum Einlauftotpunkt des Walzgerüstes.
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