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Die Erfindung betrifft eine Vorschubvorrichtung für Walzgut nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 und ein Verfahren zum Vorschieben eines Walzguts.
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Um das Walzgut gleichmäßig durch das Walzwerk zu führen und den Fortschritt des Walzprozesses von den durch die Arbeitswalzen auf das Walzgut aufgebrachten Kräften unabhängig zu machen, ist es in Walzwerken üblich, das Walzgut durch Vorschubvorrichtungen in das Walzwerk einzuschieben. Beispielsweise ist es beim Walzen von Nahtlos-Rohren üblich, den Hohlblock durch einen am Ende einer in den Hohlblock eingeführten Dornstange angeordneten Anschlag in das Walzwerk einzuschieben.
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Walzverfahren, bei denen ein Zwischenprodukt, beispielsweise ein Hohlblock durch eine Vorschubvorrichtung durch ein Walzwerk bewegt werden, beginnen in der Regel mit der Positionierung des Zwischenprodukt außerhalb des Walzwerks. Ein in Vorschubrichtung verfahrbarer Anschlag zur Übertragung der Vorschubbewegung auf das Walzgut wird dann in Kontakt mit dem Walzgut gebracht. Dabei kann, falls Hohlblöcke gewalzt werden, gleichzeitig eine Dornstange in den Hohlblock eingeführt werden. Dies erfolgt bevorzugt im Eilgang. Durch Vorschieben des Anschlags wird das Zwischenprodukt in das Walzwerk eingeführt und in Kontakt mit den Arbeitswalzen des Walzwerks gebracht. Bei Walzwerken, bei denen die Arbeitswalzen im in Vorschubrichtung hinteren Teil des Walzwerks angeordnet sind, muss das Zwischenprodukt dabei zunächst über eine Zustelldistanz vorgeschoben werden. Erst dann schließt sich das Walzen des Zwischenprodukts, beispielsweise zur sogenannten Luppe, an, während dem der Anschlag das Zwischenprodukt mit der festgelegten Vorschubgeschwindigkeit und -kraft vorschieben muss (Arbeitshub).
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Die Qualität des gewalzten Produkts hängt unmittelbar von der durch die Vorschubvorrichtung aufgebrachten Vorschubkraft und der erzeugten Vorschubgeschwindigkeit ab. Deshalb werden hohe Anforderungen an die erzeugte Vorschubkraft und Vorschubbewegung gestellt. Der Vorschub muss – unbeeinflusst von den aus dem Walzprozess entlang des Zwischenprodukts zurückgeleiteten Längskräften – eine konstante Geschwindigkeit und eine konstante Kraft erzeugen. Deshalb muss ein Antrieb, der den Vorschub während des Walzens erzeugt, besonders starr und steif ausgebildet sein. Beispielsweise muss er beim Walzen eines Hohlblocks Zugkräfte in der Höhe von mehreren Tonnen aufnehmen, ohne die erzeugte Vorschubgeschwindigkeit zu ändern.
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Neben diesen Anforderungen an den Antrieb der Vorschubvorrichtung tritt die Forderung nach besonders kurzen Taktzeiten. So wird gewünscht, dass die Zustellung des Zwischenprodukts an die Arbeitswalzen und der Rückhub des Anschlags nach Beendigung des Walzprozesses zur Aufnahme eines neuen Zwischenprodukts möglichst rasch erfolgen. Bekannte Vorschubvorrichtungen weisen deshalb besondere Mittel zum raschen Verfahren des Anschlags auf. Diese werden teilweise als separate Hilfsantriebe ausgebildet. Antriebe, die sowohl die Anforderungen an die Starrheit und Steifheit und die Konstanz der Vorschubgeschwindigkeit erfüllen und zudem ein rasches Verfahren des Anschlags erlauben, beispielsweise einen Eilgang aufweisen, werden als sehr aufwendig erachtet.
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Aus der Praxis sind insbesondere zwei Konstruktionsweisen für Vorschubvorrichtungen für Hohlblöcke bekannt. Eine erste Konstruktion weist einen einzigen Ritzelantrieb auf, der in eine an einer Schaftstange vorgesehenen Zahnstange eingreift. Der Abstand zwischen dem Ritzelantrieb und dem Walzwerk entspricht etwas mehr als der zweifachen Länge des zu walzenden Hohlblocks. Dieser Abstand ergibt sich durch die Dornstange, die zu Beginn des Arbeitsprozesses in einer Position gehalten werden muss, die ein Einbringen des zu walzenden Hohlblocks zwischen die Spitze der Dornstange und dem Walzwerk erlaubt. Anschließend wird die in etwa der Länge des Hohlblocks entsprechende Dornstange in einer ersten Zustellbewegung in den Hohlblock eingeführt (Zustelllänge: ca. eine Hohlblocklänge). In einer zweiten Zustellbewegung wird der Hohlblock durch einen am Ende der Dornstange vorgesehenen Anschlag auf die Arbeitswalzen zugestellt und durch den Walzspalt geschoben (Vorschubdistanz: mehr als die einfache Länge des Hohlblocks). Bei dieser ersten Konstruktionsvariante wird der gesamte Vorschub durch das Zusammenwirken des Ritzelantriebs mit der Zahnstange bewirkt. Somit muss die Zahnstange mehr als die zweifache Länge des Hohlblocks aufweisen. Daraus ergibt sich eine Baulänge der gesamten Vorschubvorrichtung, die mehr als das vierfache der Länge des Hohlblocks entspricht. Beispielsweise ist aus
GB 2 116 890 A eine Vorschubvorrichtung bekannt, bei der zwei Zahnräder auf eine als Zahnstange ausgebildete Schaftstange einwirken, um die Schaftstange in eine Vorschubrichtung vorzuschieben. Die Schaftstange ist über einen Adapter mit der Dornstange verbunden und schiebt diese in Vorschubrichtung.
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Neben der großen Baulänge ist an dieser bekannten ersten Konstruktion nachteilig, dass der Ritzelantrieb mit großer Distanz zum Walzwerk angeordnet ist (mehr als die zweifache Hohlblocklänge). Mit zunehmender Distanz erhöht sich die Schwingungsneigung der Schaftstange. Schwingungen der Schaftstange und der an dieser gehaltenen Dornstange wirken sich negativ auf die Qualität des Walzprodukts aus. Außerdem wird bei dieser bekannten Konstruktion der gesamte Vorschub durch einen Motor mit einer festgelegten Geschwindigkeit erzeugt. Dies führt zu großen Taktzeiten.
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Zur Reduktion der Baulänge einer derartigen Vorschubvorrichtung ist vorgeschlagen worden, den Vorschub des verfahrbaren Anschlags durch zwei unterschiedliche Antriebe zu bewirken. Mit einem Hilfsantrieb, der als Seilzug ausgebildet ist, wird die Einschubbewegung der Dornstange in den Hohlblock erzeugt. Diese kann mit hoher Geschwindigkeit erfolgen. Anschließend an das Einschieben der Dornstange erfolgt eine Ankupplung des Anschlagbereichs der Schaftstange an ein verfahrbares Widerlager mit Zahnstange. Das Zustellen des Hohlblocks an die Arbeitswalzen und das Vorschieben des Hohlblocks während des Walzprozesses (Arbeitshub) erfolgt dann über einen in die Zahnstange des verfahrbaren Widerlagers eingreifenden Ritzelantrieb. Diese zweite Konstruktionsvariante erlaubt – im Gegensatz zur ersten Konstruktionsvariante – ein Verfahren des Anschlags mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten, so dass geringe Taktzeiten möglich sind. Diese zweite Konstruktionsvariante weist jedoch einen sehr aufwändigen konstruktiven Aufbau auf. Zudem ist auch diese Konstruktionsvariante sehr schwingungsanfällig. Das verfahrbare Widerlager, das den Anschlagsbereich der Schubstange hält, muss ein Ergreifen und Freigeben dieses Bereichs ermöglichen. Dies macht einen starren Aufbau nur mit erheblichem Konstruktionsaufwand möglich. Selbst bei steifem Aufbau werden über dieses verfahrbare Widerlager Schwingungen in die Schubstange und die Dornstange eingebracht, die die Qualität des Walzprodukts beeinflussen.
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Neben dem hohen Bauaufwand und der baubedingten hohen Elastizität der gesamten Vorrichtung und der daraus resultierenden schlechten Positionsgenauigkeit der Dornstange ist der Greifmechanismus des verfahrbaren Widerlagers stör- und verschleißanfällig. Ferner verhindert der notwendige Verriegelungsvorgang eine weitere Optimierung der Taktzeit.
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Vor diesem Hintergrund liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Vorschubvorrichtung für Walzgut und ein Verfahren zum Vorschieben des Walzguts vorzuschlagen, die die technischen Nachteile des Standes der Technik vermeiden, ohne den baulichen Aufwand zu erhöhen.
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Diese Aufgabe wird durch die Vorschubvorrichtung gemäß Patentanspruch 1, das Verfahren zum Vorschieben eines Walzguts gemäß Patentanspruch 8 wie auch durch die Verwendung gemäß Patentanspruch 9 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen angegeben.
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Die Erfindung baut auf dem Grundgedanken auf, zum Verfahren des Anschlags mindestens zwei in Vorschubrichtung nacheinander angeordnete, gleichartige Antriebe vorzusehen. Die Anzahl der vorgesehenen Antriebe und der sich daraus ergebende Abstand der Antriebe zwischeneinander bestimmt die Ausmaße der Halterung des Anschlags, also die Länge der Vorschubvorrichtung, mit der sie die Position des vom Walzwerk entferntesten Anschlag überragt. Die Länge der Halterung, beispielsweise der Schaftstange, reduziert sich proportional zur Erhöhung der Zahl der Antriebe, so daß auch kurze Bauformen der Vorschubvorrichtung möglich sind. Durch die Verringerung der Baulänge der Halterung für den Anschlag erhöht sich die Steifigkeit der Vorschubvorrichtung. Die hierdurch erreichte Vermeidung von Schwingungen erhöht die Qualität des Walzprodukts.
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Die Gleichartigkeit der Antriebe erlaubt eine einfache Übergabe der zu verfahrenden Bauelemente von einem Antrieb auf den nächsten Antrieb, so dass der bauliche Aufwand reduziert ist. Trotz gleichartiger Bauweise können die Antriebe zur Erzeugung unterschiedlicher Vorschubgeschwindigkeiten ausgelegt sein. Dadurch kann vermieden werden, dass ein Antrieb zum Erzeugen verschiedener Vorschubgeschwindigkeiten geeignet sein muss und dadurch eine aufwändige Bauweise aufweist. Die erfindungsgemäße Vorschubvorrichtung verzichtet auf störanfällige Mechanismen, wie beispielsweise verfahrbare Widerlager mit Kupplungsmechanismus.
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Mit Vorschubvorrichtung ist insbesondere eine Vorrichtung gemeint, welche die Dornstangenbewegungen in einem Nahtlos-Rohrwalzwerk erzeugt. Vorschubvorrichtungen für anderes Walzgut, beispielsweise Brammen oder zum Nachbearbeiten von gewalzten Rohren können ebenfalls den erfindungsgemäßen Aufbau einer Vorschubvorrichtung aufweisen.
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Der erfindungsgemäß vorgesehene Anschlag zur Übertragung einer Vorschubbewegung auf das Walzgut ist insbesondere als Fläche zum Kontakt mit dem in Vorschubrichtung hinteren Ende des Walzguts ausgebildet. Als Anschlag im Rahmen dieser Beschreibung werden jedoch auch andere Bauelemente angesehen, die ein Übertragen einer Vorschubbewegung auf das Walzgut erlauben. Dies können beispielsweise Greifer oder Reibantriebe sein.
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Als Halterung für den Anschlag werden insbesondere die Bauelemente der Vorschubrichtung verstanden, auf die die Antriebe einwirken können, um den Anschlag in Vorschubrichtung zu verfahren. Als Antrieb wird insbesondere das Bauelement verstanden, das den Vorschub des verfahrbaren Anschlags erzeugt.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorschubvorrichtung ist der Anschlag am Ende einer Dornstange ausgebildet. Hierdurch ergibt sich eine besonders einfache Bauweise. Als Dornstange wird insbesondere der Teil einer Vorschubvorrichtung verstanden, der in einen zu walzender Hohlblock eingeführt wird. Die Dornstange ist vorzugsweise drehbar an der Halterung für den Anschlag gelagert. An den Anschlag kann sich, als Teil der Halterung ein Adapterstück anschließen, das das vollständige Durchschieben des Walzguts durch den Walzspalt ermöglicht.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird der Anschlag durch eine Schaftstange gehalten. Dabei kann zwischen Anschlag und Schaftstange ein Adapterstück vorgesehen sein. Eine Schaftstange kann dabei insbesondere auch einen kastenförmigen Aufbau aufweisen.
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Die Antriebe weisen vorzugsweise Ritzel auf, welche in eine an der Halterung ausgebildete Zahnstange eingreifen. Somit ist jedes in die Zahnstange eingreifende Ritzel als ein Antrieb zu verstehen. Die vorgesehenen Ritzel können dabei jeweils durch einen separaten Motor angetrieben werden. Bevorzugt ist jedoch ein gemeinsamer Motor vorgesehen, der die Antriebe, beispielsweise die Ritzel, antreibt. Als Antriebe zum Verfahren des Anschlags können auch andere Linearantriebe für die Halterung des Anschlags vorgesehen sein. Beispielsweise können Reibräder an Laufschienen der Halterung angreifen, Zahnräder in Ketten eingreifen, hydraulische Hubzylinder vorgesehen sein.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weisen die Antriebe Motoren mit unterschiedlichen Kennlinien und/oder unterschiedliche Getriebeübersetzungen auf. Hierdurch können unterschiedliche Vortriebsgeschwindigkeiten des Anschlags erreicht werden. Gemäß einer alternativen, ebenfalls bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist ein gemeinsamer Motor für die Antriebe vorgesehen, der eine Kennlinie aufweist, die ein langsames Vorschieben des Anschlags mit hoher Kraft und großer Genauigkeit erlaubt und zudem einen Eilgang zum Verfahren des Anschlags mit geringer Kraft und hoher Geschwindigkeit erlaubt.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist an mindestens einem Ende der Zahnstange eine variable Profilverschiebung vorgesehen. Als variable Profilverschiebung wird dabei eine Variation der Zahnbreite und Zahnhöhe verstanden. Insbesondere sind endseitig schmalere, niedrigere Zähne vorgesehen, die entlang der Zahnstange an Breite und Höhe bis zu einer festgelegten Grundbreite und Grundhöhe zunehmen. Diese variable Profilverschiebung erlaubt einen guten Eingriff des übernehmenden Ritzels in die auf es zubewegte Zahnstange.
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Das erfindungsgemäße Verfahren zum Vorschieben eines Walzguts, bei dem die Vorschubbewegung durch einen Anschlag auf das Walzgut übertragen wird sieht vor, dass eine den Anschlag haltende Halterung durch einen ersten Antrieb über eine erste Vorschublänge bewegt wird und durch einen zweiten, dem ersten Antrieb gleichartigen Antrieb, über eine zweite Vorschublänge bewegt wird. Dabei übergibt der erste Antrieb die Halterung an den zweiten Antrieb. Sobald der zweite Antrieb den Vorschub der Halterung fortsetzt, kann der erste Antrieb, sollte er noch im Eingriff mit Teilen der Halterung (beispielsweise einer Zahnstange) stehen, kraftlos geschaltet werden. Die Vorschublängen schließen sich vorzugsweise unmittelbar aneinander an.
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Die erfindungsgemäße Vorschubvorrichtung und das erfindungsgemäße Verfahren zum Vorschieben eines Walzguts werden insbesondere zum Einschieben eines Hohlblocks in ein Elongatorwalzwerk verwendet.
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Nachfolgend wird die Erfindung anhand einer, lediglich ein Ausführungsbeispiel darstellenden Zeichnung näher erläutert. Darin zeigen
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1 die erfindungsgemäße Vorschubvorrichtung im Zustand der vollständig zurückgezogenen Dornstange in einer schematischen Seitenansicht,
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2 die Vorrichtung gemäß 1 in einem Zustand, bei dem die Dornstange in den Hohlblock eingeführt ist, in einer schematischen Seitenansicht,
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3 die Vorrichtung gemäß der 1 und 2 während des Arbeitshubs in einer schematischen Seitenansicht.
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4 das Ende einer Zahnstange mit variabler Profilverschiebung in einer schematischen Seitenansicht.
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In 1 ist ein Walzwerk 1 zum Walzen eines Hohlblocks 2 dargestellt. Eine Vorschubvorrichtung 3 für den Hohlblock 2 ist in Vorschubrichtung vor dem Walzwerk 1 angeordnet. Die Vorschubvorrichtung weist eine Dornstange 4 auf. An einem Ende der Dornstange 4 ist ein Anschlag 5 zur Übertragung einer Vorschubbewegung auf den Hohlblock 2 ausgebildet. An den Anschlag 5 schließen sich als Halterung für den Anschlag 5 ein Adapter 6 und eine Schaftstange 7 an. An der Unterseite der Schaftstange 7 ist eine Zahnstange 8 vorgesehen. Antriebe 9 und 10 sind in Vorschubrichtung nacheinander angeordnet. Die Antriebe 9 und 10 werden durch einen oder mehrere nicht dargestellte Motoren angetrieben.
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Zum Vorschieben des Hohlblocks 2 wird die Schaftstange 7 durch den Antrieb 10 vorgeschoben. Das rotierende Ritzel 13 greift in die Zahnstange 8 ein und schiebt die Schaftstange 7 in Vorschubrichtung vor. Dabei treibt der nicht dargestellte Motor das Ritzel 12 und das Ritzel 13 im Eilgang an. Die Dornstange 4 wird im Eilgang in den Hohlblock 2 eingeführt. Der Anschlag 5 liegt am in Vorschubrichtung hinteren Ende des Hohlblocks 2 an (2).
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Mit zunehmendem Vorschub erreicht das in Vorschubrichtung vordere Ende der Zahnstange 8 den Antrieb 9. Das Ritzel 12 des Antriebs 9 greift in die Zahnstange 8 ein und setzt den Vorschub der Schaftstange 7 und damit der Dornstange 4 fort. Zeitgleich mit dem Eingriff des Ritzels 12 in die Zahnstange 8 wird die Rotationsgeschwindigkeit des nicht dargestellten Motors auf die für den Walzprozess vorgesehene, langsamere Vortriebsgeschwindigkeit reduziert (3). Im weiteren Verlauf der Vorschubbewegung kommt das Ritzel 13 des Antriebs 10 außer Eingriff mit der Zahnstange 8.
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Die Zahnstange 8 kann sowohl am vorderen wie auch am hinteren Ende eine variable Profilverschiebung aufweisen. In der 4 ist das vordere Ende der Zahnstange 8 dargestellt. Dargestellt sind Zähne 20 und 21, die das Grundprofil darstellen. Zur Übertragung von Vorschubkräften sind das Ritzel 12 und 13 jeweils mit dem Grundprofil im Eingriff. Um das Auffädeln der Zahnstange 8 auf das Ritzel zu erleichtern, sieht die variable Profilverschiebung vor, dass sich die Zahnbreite a und die Zahnhöhe b in Richtung auf das vordere Ende der Zahnstange 8 reduzieren. Die Zähne 22 und 23 weisen jeweils eine geringere Zahnhöhe und eine geringere Zahnbreite im Verhältnis zu denen der Zähne 21 und 22 auf (gestrichelt dargestellt). Hierdurch wird das Eingreifen eines Ritzels in die Zahnstange vereinfacht.
