DE102013109218A1

DE102013109218A1 - Kaltpilgerwalzanlage und Verfahren zum Umformen einer Luppe zu einem Rohr

Info

Publication number: DE102013109218A1
Application number: DE102013109218.7A
Authority: DE
Inventors: Thomas Froböse
Original assignee: Sandvik Materials Technology Deutschland GmbH
Current assignee: Alleima GmbH
Priority date: 2013-08-26
Filing date: 2013-08-26
Publication date: 2015-02-26
Also published as: CN105592945A; JP2016531757A; ES2665676T3; JP6461963B2; EP3038766B1; US10226802B2; US20160199893A1; CN105592945B; KR20160047542A; EP3038766A1; WO2015028317A1; KR102214875B1

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Kaltpilgerwalzanlage zum Umformen einer Luppe zu einem Rohr mit einem Paar von Walzen, die drehbar an einem Walzgerüst befestigt sind, und einem Walzdorn als Werkzeug, einem Vorschubspannschlitten zum Aufnehmen der Luppe und einem Antrieb für den Vorschubspannschlitten, der so eingerichtet ist, dass er im Betrieb der Kaltpilgerwalzanlage den Vorschubspannschlitten so bewegt, dass sich die Luppe schrittweise in einer Richtung auf das Werkzeug zubewegt. Beim Kaltpilgern hat sich herausgestellt, dass die Wahl der richtigen Geschwindigkeit, insbesondere aber der Schrittlänge, mit welcher die Luppe in Richtung auf das Werkzeug hin vorgeschoben wird, einen erheblichen Einfluss auf die von dem Werkzeug auf die Luppe ausgeübte Kraft und damit auf die Qualität des fertigen Rohrs und die Haltbarkeit des Vorschubantriebs hat. Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine Kaltpilgerwalzanlage zum Umformen einer Luppe zu einem Rohr bereitzustellen, welche das Umformen der Luppe zu einem Rohr mit kontrollierter von dem Werkzeug auf die Luppe ausgeübter Kraft ermöglicht. Zur Lösung dieser Aufgabe wird daher vorgeschlagen eine eingangs genannte Kaltpilgerwalzanlage dahingehend weiter zu entwickeln, dass die Kaltpilgerwalzanlage darüber hinaus eine Steuerung und einen Sensor zum Erfassen eines Maßes für eine im Betrieb der Kaltpilgerwalzanlage von dem Werkzeug auf die Luppe ausgeübte Kraft aufweist, wobei die Steuerung mit dem Antrieb und dem Sensor verbunden ist und wobei die Steuerung so eingerichtet ist, dass sie im Betrieb der Kaltpilgerwalzanlage die Schrittlänge pro Vorschubschritt, mit welcher der Antrieb den Vorschubspannschlitten auf das Werkzeug zubewegt, in Abhängigkeit von dem mit dem Sensor erfassten Maß für die Kraft regelt.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Kaltpilgerwalzanlage zum Umformen einer Luppe zu einem Rohr mit einem Paar von Walzen, die drehbar an einem Walzgerüst befestigt sind, und einem Walzdorn als Werkzeug, einem Vorschubspannschlitten zum Aufnehmen der Luppe und einem Antrieb für den Vorschubspannschlitten, der so eingerichtet ist, dass er im Betrieb der Kaltpilgerwalzanlage den Vorschubspannschlitten so bewegt, dass sich die Luppe schrittweise in einer Richtung auf das Werkzeug zubewegt.
Die Erfindung betrifft zu dem ein Verfahren zum Umformen einer Luppe zu einem Rohr mit den Schritten: Bereitstellen einer Kaltpilgerwalzanlage mit einem Paar von Walzen, die drehbar an einem Walzgerüst befestigt sind, und einem Walzdorn als Werkzeug, einem Vorschubspannschlitten mit der darin aufgenommenen Luppe und einem Antrieb für den Vorschubspannschlitten, Bewegen des Vorschubspannschlittens mit Hilfe des Antriebs derart, dass sich die Luppe schrittweise in einer Richtung auf das Werkzeug zu bewegt.
Zum Herstellen von präzisen Metallrohren, insbesondere aus Edelstahl, wird ein ausgedehnter hohler, rohrartiger Rohling, dieser wird auch als Luppe bezeichnet, im vollständig erkalteten Zustand durch Druckspannungen kalt reduziert. Dabei wird die Luppe zu einem Rohr mit definiertem, reduziertem Außendurchmesser und einer definierten Wanddicke umgeformt.
Das am weitesten verbreitete Reduzierverfahren für Rohre ist als Kaltpilgern bekannt, wobei die Luppe beim Walzen über einen kalibrierten, das heißt den Innendurchmesser des fertigen Rohrs aufweisenden Walzdorn geschoben und dabei von außen von zwei kalibrierten, das heißt den Außendurchmesser des fertigen Rohrs definierenden Walzen umfasst und in Längsrichtung über den Walzdorn ausgewalzt wird.
Während dem Kaltpilgern erfährt die Luppe einen schrittweisen Vorschub in Richtung auf den Walzdorn zu bzw. über diesen hinweg. Zwischen zwei Vorschubschritten werde die Walzen drehend über den Dorn und damit die Luppe bewegt und walzen die Luppe aus. An jedem Umkehrpunkt des Walzgerüsts gegeben die Walzen die Luppe frei und diese wird um einen weiteren Schritt in Richtung auf das Werkzeug hin vorgeschoben.
Der Vorschub der Luppe über den Dorn erfolgt mit Hilfe eines translatorisch angetriebenen Vorschubspannschlittens, welcher eine Translationsbewegung in einer Richtung parallel zur Achse des Walzdorns ausführt und diese auf die Luppe überträgt.
Während dem Walzen ist der Vorschubspannschlitten im Wesentlichen stationär und nimmt die von dem Werkzeug, d.h. den Walzen und dem Walzdorn auf die Luppe ausgeübte Kraft auf.
Beim Kaltpilgern hat sich herausgestellt, dass die Wahl der richtigen Geschwindigkeit, insbesondere aber der Schrittlänge, mit welcher die Luppe in Richtung auf das Werkzeug hin vorgeschoben wird, einen erheblichen Einfluss auf die von dem Werkzeug auf die Luppe ausgeübte Kraft und damit auf die Qualität des fertigen Rohrs und die Haltbarkeit des Vorschubantriebs hat.
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine Kaltpilgerwalzanlage zum Umformen einer Luppe zu einem Rohr bereitzustellen, welche das Umformen der Luppe zu einem Rohr mit kontrollierter von dem Werkzeug auf die Luppe ausgeübter Kraft ermöglicht. Insbesondere ist es auch Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine Kaltpilgerwalzanlage bereitzustellen, welche die Herstellung von Rohren mit verbesserter Qualität ermöglicht. Zudem ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine Kaltpilgerwalzanlage bereitzustellen, welche eine verbesserte Haltbarkeit aufweist.
Zumindest eine der zuvor genannten Aufgaben wird durch eine Kaltpilgerwalzanlage zum Umformen einer Luppe zu einem Rohr gelöst mit einem Paar von Walzen, die drehbar an einem Walzgerüst befestigt sind, und einem Walzdorn als Werkzeug, einem Vorschubspannschlitten zum Aufnehmen der Luppe und einem Antrieb für den Vorschubspannschlitten, der so eingerichtet ist, dass er im Betrieb der Kaltpilgerwalzanlage den Vorschubspannschlitten so bewegt, dass sich die Luppe schrittweise in einer Richtung auf das Werkzeug zu bewegt, wobei die Kaltpilgerwalzanlage darüber hinaus eine Steuerung und einen Sensor zum Erfassen eines Maßes für eine im Betrieb der Kaltpilgerwalzanlage von dem Werkzeug auf die Luppe ausgeübte Kraft aufweist, wobei die Steuerung mit dem Antrieb und dem Sensor verbunden ist und wobei die Steuerung so eingerichtet ist, dass sie im Betrieb der Kaltpilgerwalzanlage die Schrittlänge pro Vorschubschritt, mit welcher der Antrieb den Vorschubspannschlitten auf das Werkzeug zubewegt, in Abhängigkeit von dem mit dem Sensor erfassten Maß für die Kraft regelt.
Während dem Walzen mit einer Kaltpilgerwalzanlage übt das Werkzeug, insbesondere die Walzen, eine Kraft auf die Luppe aus, welche der von dem Antrieb über den Vorschubspannschlitten auf die Luppe Rohr ausgeübten Haltekraft entgegenwirkt. Die von dem Werkzeug auf die Luppe ausgeübte Kraft hängt dabei insbesondere von der Dimensionierung der zu reduzierenden Luppe, aber auch von der Schrittlänge pro Vorschubschritt ab, mit welcher die Luppe zwischen dem Walzen auf das Werkzeug hin vorgeschoben wird.
Dabei hat es sich gezeigt, dass sich die von dem Werkzeug auf die Luppe beim Walzen ausgeübte Kraft verringert, wenn die Schrittlänge pro Vorschubschritt reduziert wird. Dieser Einsicht trägt die vorliegende Erfindung dadurch Rechnung, dass sie die Schrittlänge des Vorschubspannschlittens pro Vorschubschritt in Abhängigkeit von dem von dem Sensor erfassten Maß für diese Kraft während des Walzens regelt.
Im Sinne der vorliegenden Erfindung ist die Schrittlänge pro Vorschubschritt, der Translationsweg, welchen die Luppe bzw. der Vorschubspannschlitten während eines einzigen schrittweisen Vorschubschritts zwischen zwei Walzdurchgängen erfährt.
Ein Sensor zum Erfassen eines Maßes für die von dem Werkzeug auf die Luppe ausgeübte Kraft ist beispielsweise eine Kraftdose, welche diese Kraft unmittelbar misst. In einer anderen Ausführungsform ist diese Kraft aus einer Positionsmessung des Vorspannschlittens ableitbar.
Während des Kaltpilgerns erfährt die Luppe mit Hilfe des von dem Antrieb angetriebenen Spannschlittens, welcher bei einer Kaltpilgerwalzanlage auch als Vorschubspannschlitten bezeichnet wird, einen schrittweisen Vorschub in Richtung auf den Walzdorn hin bzw. über diesen hinweg. Zwischen zwei Vorschubschritten werden die Walzen drehend über den Dorn und damit die Luppe bewegt. Dabei wird die Horizontalbewegung der Walzen durch ein Walzgerüst vorgegeben, an dem die Walzen drehbar gelagert sind.
Das Walzgerüst wird in Pilgerwalzanlagen mit Hilfe eines Kurbeltriebs in einer Richtung parallel zum Walzdorn hin- und herbewegt, während die Walzen selbst ihre Drehbewegung typischerweise durch eine relativ zum Walzgerüst feststehende Zahnstange erhalten, in die fest mit den Walzenachsen verbundene Zahnräder eingreifen. An jedem Umkehrpunkt des Walzgerüsts geben die Walzen die Luppe frei und die Luppe wird um einen weiteren Vorschubschritt auf das Werkzeug zubewegt. Gleichzeitig erfährt die Luppe eine Drehung um ihre Achse, um eine gleichmäßige Form des fertigen Rohrs zu erreichen.
Das von den Walzen gebildete sogenannte Pilgermaul erfasst die Luppe und die Walzen drücken nach außen eine kleine Werkstoffwelle ab, die vom Glättkaliber der Walzen und dem Walzdorn zu der vorgesehenen Wanddicke ausgestreckt wird, bis das Leerlaufkaliber der Walzen das fertige Rohr freigibt. Mit Hilfe des Vorschubspannschlittens wird die Luppe nach dem Erreichen des Leerlaufkalibers der Walzen um einen weiteren Schritt auf den Walzdorn hin vorgeschoben. Danach kehren die Walzen mit dem Walzgerüst, die Luppe erneut überwalzend, in ihre horizontale Ausgangslage zurück. Durch mehrfaches Überwalzen jedes Rohrabschnitts werden eine gleichmäßige Wanddicke und Rundheit des Rohrs sowie gleichmäßige Innen- und Außendurchmesser erreicht.
In einer Ausführungsform der Erfindung ist der Antrieb so eingerichtet, dass er eine Ausweichbewegung des Vorschubspannschlittens in einer Richtung entgegengesetzt der Vorschubrichtung zulässt, wenn die von dem Werkzeug auf die Luppe ausgeübte Kraft eine Haltekraft des Antriebs übersteigt. Die Länge dieser Ausgleichbewegung ist dann insbesondere ein Maß für die von dem Werkzeug auf die Luppe ausgeübte Kraft. Eine solche Ausgleichbewegung verhindert auch eine Beschädigung des Vorschubspannschlittens bzw. des Antriebs.
Während bei Kaltpilgerwalzanlagen herkömmlicherweise der Antrieb für den Vorschubpannschlitten über einen Spindelantrieb erfolgt, ist eine Ausführungsform der Erfindung bevorzugt, bei welcher der Antrieb für den Vorschubspannschlitten mindestens einen direkten elektromechanischen Linearantrieb aufweist.
Unter einem elektromechanischen Linearantrieb im Sinne der vorliegenden Erfindung werden alle Linearmotoren und Linearaktoren verstanden, die ohne Umsetzung einer Rotationsbewegung in eine Translationsbewegung einen geeigneten Verfahrensweg sowie eine ausreichende Positioniergenauigkeit ermöglichen. Dies sind neben Linearmotoren mit elektrodynamischen Wirkprinzip Linearaktoren mit zur piezoelektrischem, elektrostatischem, elektromagnetischem, magnetostriktivem oder thermoelektrischem Wirkprinzip.
Ein solcher direkter elektromechanischer Linearantrieb, insbesondere ein Linearmotor, weist den Vorteil auf, dass er direkt auf den Vorschubspannschlitten wirkt sowie berührungslos und somit fast vollständig verschleißfrei arbeitet.
Die Vorschubkräfte werden durch den Linearantrieb direkt in den Vorschubspannschlitten eingebracht. Eine Umsetzung der Rotationsbewegung eines Servoantriebs über Getriebe, Spindel und Spindelmutter in eine Translationsbewegung wie bei einem Spindelantrieb entfällt. So wird auch die Anzahl der mechanischen Komponenten deutlich reduziert, was unter anderem die durch Lagerhaltung von Ersatzteilen entstehenden Kosten reduziert.
Im Hinblick auf die vorliegende Erfindung weist ein solcher direkter elektromechanischer Linearantrieb für den Vorschubspannschlitten jedoch insbesondere den Vorteil auf, dass er sich in Hinblick auf die Schrittlänge pro Vorschubschritt direkt und sehr präzise ansteuern lässt.
In einer Ausführungsform weist der direkte elektromechanische Linearantrieb zusätzlich eine hydraulische oder pneumatische Bremse auf, welche einem Verschieben des Vorschubspannschlittens entgegen der Vorschubrichtung entgegenwirkt. Mit einer solchen Bremse werden die statischen Haltekräfte des elektromechanischen Linearantriebs während dem Walzen ergänzt. Eine solche hydraulische oder pneumatische Bremse weist zudem den Vorteil auf, dass sie eine Ausgleichbewegung des Vorschubspannschlittens wie oben beschrieben in definierten Grenzen zulässt.
In einer Ausführungsform des Verfahrens wird die Schrittlänge der Luppe pro Vorschubschritt so geregelt, dass die aus der Messung des Sensors abgeleitete oder ableitbare Kraft unter einem vorgegebenen Schwellenwert liegt.
Gleichzeitig gilt es in einer Ausführungsform der Erfindung die Schrittlänge pro Vorschubschritt der Kaltpilgerwalzanlage im Sinne einer maximalen Produktivität so groß wie möglich zu wählen.
Dazu ist die Steuerung in einer Ausführungsform der Erfindung so eingerichtet, dass sie solange die aus einer Messung des Sensors abgeleitete oder ableitbare Kraft unter einem vorgegebenen Schwellenwert liegt, die Schrittlänge pro Vorschubschritt des Spannschlittens im Betrieb der Kaltpilgerwalzanlage so steuert, dass die Schrittlänge zunimmt.
In einer Ausführungsform der Erfindung ist der Sensor zum Erfassen eines Maßes für die im Betrieb der Kaltpilgerwalzanlage von dem Werkzeug auf die Luppe ausgeübte Kraft ein Positionssensor, der eine Ist-Position des Vorschubspannschlittens erfasst, wobei die Steuerung so eingerichtet ist, dass sie die von dem Sensor erfasste Ist-Position mit einer Soll-Position des Vorschubspannschlittens vergleicht, wobei eine Differenz zwischen der Ist-Position und der Soll-Position ein Maß für die von dem Werkzeug auf die Luppe ausgeübte Kraft ist.
Geht man davon aus, dass die Gegenkraft, mit welcher der Vorschubspannschlitten von dem Antrieb während dem Walzen statisch gehalten wird, bekannt ist, so lässt sich aus der Differenz zwischen der geplanten Soll-Position des Vorschubspannschlittens und der aktuellen Ist-Position die Kraft ableiten, mit welcher das Werkzeug auf die Luppe einwirkt.
Da wie oben ausgeführt die von dem Werkzeug auf die Luppe ausgeübte Kraft u.a. von der Schrittlänge pro Vorschubschritt abhängt, lässt sich die Schrittlänge des Vorschubspannschlittens in einer Ausführungsform so einregeln, dass die Differenz zwischen der Ist-Position und der Soll-Position minimal ist, unter einem vorgegebenen Schwellenwert liegt oder innerhalb eines vorgegebenen Toleranzfensters liegt.
Dabei wird die maximale Schrittlänge in einer Ausführungsform so eingestellt und vorgegeben, dass sie einen automatisierten Betrieb der Anlage dahingehenden ermöglicht, dass die Anlage nach dem Anfahren den Antrieb so regelt, dass die Schrittlänge des Spannschlittens eine optimale Abwägung zwischen der von dem Werkzeug auf die Luppe ausgeübte Kraft und der Bearbeitungszeit ist.
In einer weiteren Ausführungsform dient die erfindungsgemäße Regelung insbesondere dazu, Schwankungen in der Dimensionierung der Luppe auszugleichen. Weist die zu walzende Luppe beispielsweise einen Abschnitt mit einer vergrößerten Wandstärke auf, so führt dies dazu, dass die von dem Werkzeug auf die Luppe ausgeübte Kraft beim Walzen dieses Abschnitts gegenüber den übrigen Abschnitten der Luppe zunimmt. Um dieser Zunahme der Kraft entgegenzuwirken wird mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung und dem erfindungsgemäßen Verfahren dann die Schrittlänge solange reduziert, bis die aus der Messung des Sensors abgeleitete oder ableitbare Kraft wieder unter einem vorgegebenen Schwellenwert liegt. Erfindungsgemäß versucht in einer Ausführungsform der Erfindung die Steuerung gleichzeitig die Schrittlänge so groß wie möglich zu halten, um die Produktivität der Anlage zu optimieren. Sobald beim Erreichen eines Rohrabschnitts mit der normalen Dimensionierung ein Abfallen der von dem Werkzeug auf die Luppe ausgeübten Kraft gegenüber dem verdickten Abschnitt erfasst wird, vergrößert die Steuerung die Schrittlänge wieder.
In einer Ausführungsform der Erfindung ist die Steuerung dabei so eingerichtet, dass sie die Schrittlänge des Vorschubspannschlittens pro Vorschubschritt im Betrieb der Kaltpilgerwalzanlage so steuert, dass die Differenz zwischen der Ist-Position des Vorschubspannschlittens und der Soll-Position kleiner als ein vorgegebener Schwellenwert ist oder in einem vorgegebenen Toleranzfenster liegt.
Die Höhe dieses Schwellenwerts oder die oberen und unteren Grenzwerte des Toleranzfensters werden in einer Ausführungsform davon abhängen, welche Anforderung an die Qualität des kaltumgeformten Rohrs gestellt wird. Dabei ist davon auszugehen, dass je geringer die Abweichung zwischen Ist-Position und Soll-Position des Spannschlittens ist, die Qualität des Rohrs umso besser ist. Zudem hat auch die Dimensionierung der Antriebs einen Einfluss auf die voreingestellten Werte. Es gilt, eine Beschädigung des Antriebs durch Überschreiten einer vorgegebenen von dem Werkzeug auf die Luppe ausgeübten kritischen Kraft zu verhindern.
Zumindest eine der oben genannten Aufgaben wird auch durch ein Verfahren zum Umformen einer Luppe zu einem Rohr gelöst mit den Schritten: Bereitstellen einer Kaltpilgerwalzanlage mit einem Paar von Walzen, die drehbar an einem Walzgerüst befestigt sind, und einem Walzdorn als Werkzeug, einem Vorschubspannschlitten mit einer darin aufgenommenen Luppe und einem Antrieb für den Vorschubspannschlitten, Bewegen des Vorschubspannschlittens mit Hilfe des Antriebs derart, dass sich die Luppe schrittweise in einer Richtung auf das Werkzeug zu bewegt, wobei das Verfahren weiterhin die Schritte aufweist: Erfassen eines Maßes für eine von dem Werkzeug auf die Luppe ausgeübte Kraft mit einem Sensor und Regeln der Schrittlänge pro Vorschubschritt, mit welcher der Antrieb die Luppe auf das Werkzeug zubewegt, in Abhängigkeit von dem von dem Sensor erfassten Maß für die Kraft mit Hilfe einer Steuerung.
Soweit zuvor Aspekte der Erfindung im Hinblick auf die Kaltpilgerwalzanlage beschrieben wurden, so gelten diese auch für das entsprechende Verfahren zum Umformen einer Luppe zu einem Rohr und umgekehrt. Soweit das Verfahren mit einer Kaltpilgerwalzanlage gemäß dieser Erfindung ausgeübt wird, so weist diese die entsprechenden Einrichtungen hierfür auf. Insbesondere sind Ausführungsformen der Kaltpilgerwalzanlage auch zum Ausführen der beschriebenen Ausführungsformen des Verfahrens geeignet.
Insoweit die zuvor beschriebenen Ausführungsformen des Verfahrens zumindest teilweise realisiert werden können, wobei eine Software gesteuerte Datenverarbeitungsvorrichtung verwendet wird, es ist offensichtlich, dass ein Computerprogramm, das solch eine Softwaresteuerung bereitstellt, und ein Speichermedium, auf welchem solch ein Computerprogramm gespeichert ist, als Aspekte der Erfindung in Betracht zu ziehen sind.
Weitere Vorteile, Merkmale und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden Erfindung werden anhand der folgenden Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform und der dazugehörenden Figur deutlich.
1 zeigt eine schematische Seitenansicht des Aufbaus einer Kaltpilgerwalzanlage gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
In 1 ist schematisch der Aufbau einer Kaltpilgerwalzanlage in einer Seitenansicht dargestellt. Die Walzanlage besteht aus einem Walzgerüst 1 mit Walzen 2, 3, einem kalibrierten Walzdorn 4 sowie einem Vorschubspannschlitten 5. Dabei bilden die Walzen 2, 3 zusammen mit dem Walzdorn 4 das Werkzeug der Kaltpilgerwalzanlage im Sinne der vorliegenden Anmeldung. Anzumerken ist, dass in 1 mit dem Bezugszeichen 4 die Position des genaugenommen nicht zu sehenden Walzdorns innerhalb der Luppe 11 bezeichnet ist.
In der dargestellten Ausführungsform weist die Kaltpilgerwalzanlage einen Linearmotor auf, der mit dem Bezugszeichen 6 in 1 bezeichnet ist. Der Linearmotor 6 bildet einen Direktantrieb für den Vorschubspannschlitten 5 und ist aus einem Läufer 7 und einem Stator 8 aufgebaut. Während des Kaltpilgerns auf der in 1 gezeigten Walzanlage erfährt die Luppe 11 einen schrittweisen Vorschub in Richtung auf den Waldzdorn 4 zu bzw. über diesen hinweg. Die Walzen 2, 3 werden drehend über den Dorn 4 und damit über die Luppe 11 horizontal hin- und herbewegt. Dabei wird die Horizontalbewegung der Walzen 2, 3 durch das Walzgerüst 1 vorgegeben, in dem die Walzen 2, 3 drehbar gelagert sind. Das Walzgerüst 1 wird mit Hilfe eines Kurbelantriebs 10 in einer Richtung parallel zum Walzdorn hin- und herbewegt. Die Walzen 2, 3 erhalten ihre Drehbewegung durch eine relativ zum Walzgerüst feststehende Zahnstange, in die fest mit den Walzenachsen verbundene Zahnräder eingreifen.
Der Vorschub der Luppe 11 erfolgt jeweils an den Umkehrpunkten des Walzgerüsts 1 mit Hilfe des Vorschubspannschlittens 5, welcher von dem Linearmotor 6 angetrieben eine Translationsbewegung in einer Richtung parallel zur Achse des Walzdorns ermöglicht. Das von den Walzen gebildete sogenannte Pilgermaul erfasst nach jedem Vorschub die Luppe 11 und die Walzen 2, 3 drücken von außen eine kleine Werkstoffwelle ab, die von einem Glättkaliber der Walzen 2, 3 und dem Walzdorn 4 zu der vorgesehenen Wanddicke ausgetreckt wird, bis ein Leelaufkaliber der Walzen 2, 3 das fertige Rohr wieder freigibt.
Mit Hilfe des Vorschubspannschlittens 5 wird die Luppe 11 nach dem Erreichen des Leerlaufkalibers der Walzen 2, 3 um einen weiteren Schritt auf den Walzdorn 4 hin vorgeschoben. Gleichzeitig erfährt die Luppe 11 eine Drehung um ihre Achse, um eine gleichmäßige Form des fertigen Rohrs zu erreichen. Durch mehrfaches Überwalzen jedes Rohrabschnitts werden eine gleichmäßige Wanddicke und Rundheit des Rohrs sowie gleichmäßige Innen- und Außendurchmesser erreicht.
Eine zentrale Steuerung 12 steuert die zunächst unabhängigen Antriebe 6, 10 der Walzanlage, so dass der zuvor beschriebene Ablauf des Walzprozesses erzielt wird. Die Steuerung 12 beginnt mit dem Auslösen eines Vorschubschrittes des Linearmotors 6 zum Vorschieben der Luppe 11. Beim Erreichen der Vorschubposition wird der Linearmotor 6 so angesteuert, dass er den Vorschubspannschlitten 5 statisch hält, die Drehgeschwindigkeit des Kurbelantriebs wird so gesteuert, dass nach dem Abschluss jedes Vorschubschrittes das Walzgerüst 1 horizontal über der Luppe 11 verschoben wird, wobei die Walzen 2, 3 die Luppe 11 auswalzen.
Um ihre Steuerungsaufgaben zu erfüllen ist die Ablaufsteuerung 12, beispielsweise ein Industrie-PC, über Steuerleitungen 13, 14 sowohl mit dem Antriebsmotor für den Kurbeltrieb 10 als auch mit Linearmotor 6 verbunden. Zudem erfasst die Ablaufsteuerung 12 mit Hilfe einer Messleitung 15 die von einem Positionssensor 16 in dem Linearmotor 6 erfasste Ist-Position des auf dem Läufer 7 montierten Vorschubspannschlittens 5.
Es hat sich gezeigt, dass die von dem Werkzeug 2, 3, 4 auf die Luppe 11 ausgeübte Kraft insbesondere von den Eigenschaften der Luppe, vor allem von deren Dimensionierung, abhängt. Wenn diese Krafteinwirkung unter einem vorgegebenen Schwellenwert liegt, kann eine ausreichende Qualität des Rohrs gewährleistet und eine Beschädigung des Vorschubspannschlittens 5 oder des Antriebs 6 verhindert werden. Die von dem Werkzeug 2, 3, 4 auf die Luppe 11 ausgeübte Kraft hängt jedoch auch von der Schrittlänge ab, mit welcher der Vorschubspannschlitten 5 und damit die Luppe 11 pro Vorschubschritt auf das Werkzeug 2, 3, 4 zugestellt werden.
Ist die Krafteinwirkung des Werkzeugs 2, 3, 4 auf die Luppe 11 sehr groß, so wird der Vorschubspannschlitten 5 auf dem Läufer 7 aus der ihm von der Ablaufsteuerung 12 über die Steuerleitung 14 vorgegebene Soll-Position entgegen der Vorschubrichtung verschoben. D.h., die von dem Linearmotor 6 ausgeübte Haltekraft ist kleiner als die vom Werkzeug 2, 3, 4 auf die Luppe 11 ausgeübte Kraft. Aus dieser Tatsache resultiert dann eine Abweichung zwischen der dem Linearmotor 6 vorgegebenen Soll-Position des Vorschubspannschlittens 5 und der über die Messleitung 15 erfassten Ist-Position des Schlittens 5 beim Walzen. Die Abweichung bzw. Differenz zwischen Soll-Position und Ist-Position ist dann ein Maß für die von dem Werkzeug 2, 3, 4 auf die Luppe 11 ausgeübte Kraft.
Liegt die Differenz zwischen Soll-Position und Ist-Position des Vorschubspannschlittens 5 über einem vorgegebenen Schwellenwert, so wird davon ausgegangen, dass die Krafteinwirkung des Werkzeugs 2, 3, 4 auf die Luppe 11 zu groß ist, um noch eine ausreichende Qualität des Rohrs hinter dem Walzgerüst 1 zu gewährleisten. Zur Reduzierung der von dem Werkzeug 2, 3, 4 auf die Luppe 11 ausgeübten Kraft reduziert die Ablaufsteuerung 12 sodann die Schrittlänge, mit welcher der Vorschubspannschlitten 5 pro Vorschubschritt auf das Werkzeug 2, 3, 4 zu bewegt wird. Die von dem Werkzeug 2, 3, 4 auf die Luppe 11 ausgeübte Kraft wird sich mit geringer werdender Geschwindigkeit des Vorschubspannschlittens 5 ebenfalls verringern, sodass die Differenz zwischen Soll-Position und Ist-Position des Vorschubspannschlittens 5 wieder unter dem die erforderliche Qualität gewährleistenden Schwellenwert liegt. Gleichzeitig versucht die Steuerung 12 jedoch die Schrittlänge des Vorschubspannschlittens 5 maximal zu halten, um neben der erforderlichen Qualität auch die notwendige Produktivität der Anlage zu gewährleisten. Zu diesem Zweck weist die Steuerung nicht nur einen oberen Schwellenwert für die Differenz zwischen Ist-Position und Soll-Position des Vorschubspannschlittens, sondern auch einen unteren Schwellenwert auf, welche zusammen ein Toleranzfenster definieren. Fällt die Abweichung zwischen Ist-Position und Soll-Position des Schlittens unter den unteren Schwellenwert, so bedeutet dies, dass die Schrittlänge wieder erhöht werden kann, um die Produktivität der Anlage zu erhalten.
Für Zwecke der ursprünglichen Offenbarung wird darauf hingewiesen, dass sämtliche Merkmale, wie sie sich aus der vorliegenden Beschreibung, den Zeichnung und den Ansprüchen für einen Fachmann erschließen, auch wenn sie konkret noch im Zusammenhang mit bestimmten weiteren Merkmalen beschrieben wurden, sowohl einzeln als auch in beliebigen Zusammenstellungen mit anderen der hier offenbarten Merkmale oder Merkmalsgruppen kombinierbar sind, soweit dies nicht ausdrücklich ausgeschlossen wurde oder technische Gegebenheiten derartiger Kombinationen unmöglich oder sinnlos machen. Auf die umfassende, explizite Darstellung sämtlicher denkbarer Merkmalskombinationen wird hier nur der Kürze und der Lesbarkeit der Beschreibung wegen verzichtet.
Wenn die Erfindung im Detail in den Zeichnungen und der vorangehenden Beschreibung dargestellt und beschrieben wurde, so erfolgt diese Darstellung und Beschreibung lediglich beispielhaft und ist nicht als Beschränkung des Schutzbereichs gedacht, so wie er durch die Ansprüche definiert wird. Die Erfindung ist nicht auf die offenbarten Ausführungsformen beschränkt.
Abwandlung der offenbarten Ausführungsformen sind für den Fachmann aus den Zeichnungen und der Beschreibung offensichtlich. In den Ansprüchen schließt das Wort „aufweisen“ nicht andere Elemente oder Schritte aus, und der unbestimmte Artikel „eine“ oder „ein“ schließt in der Mehrzahl nicht aus. Die bloße Tatsache, dass bestimmte Merkmale in unterschiedlichen Ansprüchen beansprucht sind, schließt ihre Kombination nicht aus. Bezugszeichen in den Ansprüchen sind nicht als Beschränkung des Schutzbereichs gedacht.
Bezugszeichenliste

1: Walzgerüst
2, 3: Walzen
4: Walzdorn
5: Vorschubspannschlitten
6: Linearmotor
7: Läufer
8: Stator
9: Spannfutter
10: Kurbelantrieb
11: Luppe
12: Steuerung
13, 14: Steuerleitungen
15: Messleitung
16: Positionssensor
50: Edelstahlrohr

Claims

Kaltpilgerwalzanlage zum Umformen einer Luppe (11) zu einem Rohr (50) mit einem Paar von Walzen (2, 3), die drehbar an einem Walzgerüst (1) befestigt sind, und einem Walzdorn (4) als Werkzeug, einem Vorschubspannschlitten (5) zum Aufnehmen der Luppe (11) und einem Antrieb (6) für den Vorschubspannschlitten (5), der so eingerichtet ist, dass er im Betrieb der Kaltpilgerwalzanlage den Vorschubspannschlitten (5) so bewegt, dass sich die Luppe (11) schrittweise in einer Richtung auf das Werkzeug (2, 3, 4) zu bewegt, dadurch gekennzeichnet, dass die Kaltpilgerwalzanlage darüber hinaus eine Steuerung (12) und einen Sensor (16) zum Erfassen eines Maßes für eine im Betrieb der Kaltpilgerwalzanlage von dem Werkzeug (2, 3, 4) auf die Luppe (11) ausgeübte Kraft aufweist, wobei die Steuerung (12) mit dem Antrieb und dem Sensor (16) verbunden ist und wobei die Steuerung (12) so eingerichtet ist, dass sie im Betrieb der Kaltpilgerwalzanlage die Schrittlänge pro Vorschubschritt, mit welcher der Antrieb (6) den Vorschubspannschlitten (5) auf das Werkzeug (2, 3, 4) zubewegt, in Abhängigkeit von dem mit dem Sensor (16) erfassten Maß für die Kraft regelt.
Kaltpilgerwalzanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerung (12) so eingerichtet ist, dass sie im Betrieb der Kaltpilgerwalzanlage die Schrittlänge pro Vorschubschritt so regelt, dass eine aus der Messung des Sensors (16) abgeleitete oder ableitbare von dem Werkzeug (2, 3, 4) auf die Luppe (11) ausgeübte Kraft unter einem vorgegebenen Schwellenwert liegt.
Kaltpilgerwalzanlage nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerung (12) so eingerichtet ist, dass sie die Schrittlänge pro Vorschubschritt des Vorschubspannschlitten (5) im Betrieb der Kaltpilgerwalzanlage so steuert, dass die Schrittlänge pro Vorschubschritt maximal ist.
Kaltpilgerwalzanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerung (12) so eingerichtet ist, dass sie das Maß für die von dem Werkzeug (2, 3, 4) auf die Luppe (11) ausgeübte Kraft in einem stationären Zustand des Antriebs (6) und während dem Überwalzen mit den Walzen (3, 4) erfasst und dass sie die Schrittlänge reduziert, falls die aus dem erfassten Maß abgeleitete oder ableitbare von dem Werkzeug (2, 3, 4) auf die Luppe (11) ausgeübte Kraft über einem vorgegebenen Schwellenwert liegt.
Kaltpilgerwalzanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor ein Positionssensor (16) ist, der eine Ist-Position des Vorschubspannschlittens (5) erfasst, wobei die Steuerung (12) so eingerichtet ist, dass sie die von dem Sensor (16) erfasste Ist-Position mit einer Soll-Position des Vorschubspannschlittens (5) vergleicht, wobei eine Differenz zwischen der Ist-Position und der Soll-Position ein Maß für die von dem Werkzeug (2, 3, 4) auf die Luppe (11) ausgeübte Kraft ist.
Kaltpilgerwalzanlage nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerung (12) so eingerichtet ist, dass sie die Schrittlänge pro Vorschubschritt des Vorschubspannschlittens (5) im Betrieb der Kaltpilgerwalzanlage so steuert, dass die Differenz zwischen der Ist-Position des Vorschubspannschlittens (5) und der Soll-Position des Vorschubspannschlittens (5) kleiner als ein vorgegebener Schwellenwert ist.
Kaltpilgerwalzanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Antrieb (6) so eingerichtet, dass er eine Ausweichbewegung des Vorschubspannschlittens in einer Richtung entgegengesetzt der Vorschubrichtung zulässt, wenn die von dem Werkzeug (2, 3, 4) auf die Luppe (11) ausgeübte Kraft eine Haltekraft des Antriebs (6) übersteigt.
Kaltpilgerwalzanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Antrieb (6) für den Vorschubspannschlitten (5) mindestens einen direkten elektromechanischen Linearantrieb (6) aufweist.
Kaltpilgerwalzanlage nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Antrieb (6) eine hydraulische oder pneumatische Bremse aufweist.
Verfahren zum Umformen einer Luppe (11) zu einem Rohr (50) mit den Schritten Bereitstellen einer Kaltpilgerwalzanlage mit einem Paar von Walzen (2, 3), die drehbar an einem Walzgerüst (1) befestigt sind, und einem Walzdorn (4) als Werkzeug, einem Vorschubspannschlitten (5) mit einer darin aufgenommenen Luppe (11) und einem Antrieb (6) für den Vorschubspannschlitten (5), Bewegen des Vorschubspannschlittens (5) mit Hilfe des Antriebs derart, dass sich die Luppe (11) schrittweise in einer Richtung auf das Werkzeug (2, 3, 4) zu bewegt, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren weiterhin die Schritte aufweist Erfassen eines Maßes für eine von dem Werkzeug (2, 3, 4) auf die Luppe (11) ausgeübte Kraft mit einem Sensor (16) und Regeln der Schrittlänge pro Vorschubschritt, mit welcher der Antrieb (6) die Luppe (11) auf das Werkzeug (2, 3, 4) zubewegt, in Abhängigkeit von dem von dem Sensor (16) erfassten Maß für die Kraft mit Hilfe einer Steuerung (12).
Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Schrittlänge pro Vorschubschritt der Luppe (11) so geregelt wird, dass die aus der Messung des Sensors (16) abgeleitete oder ableitbare Kraft unter einem vorgegebenen Schwellenwert liegt.
Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Schrittlänge pro Vorschubschritt der Luppe (11) so geregelt wird, dass die Schrittlänge maximal ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass mit Hilfe des Verfahrens eine Schwankung in der Dimensionierung der Luppe ausgeglichen wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass mit Hilfe des Verfahrens der Betrieb der Kaltpilgerwalzanlage zum Umformen einer Luppe mit einer der Steuerung unbekannten Dimensionierung gestartet wird.
Computerprogramm mit Programmcode zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 10 bis 14.