DE3423706A1 - Vorrichtung zur kontinuierlichen stahlrohrherstellung - Google Patents

Description

Vorrichtung zur kontinuerlichen Stahl rohrherstellung

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur kontinuierlichen Herstellung von elektrisch geschweißten bzw. lichtbogengeschweißten Stahlrohren oder -röhren durch kontinuierliche Zufuhr von durch Schweißen miteinander verbundenen Stahl-Bändern von Coils, fortlaufendes Umformen des Bands in eine Rohrform und Hochfrequenzschweißen der Stoßkanten des Bands zwecks Ausbildung einer Schweißnaht.

Eine Vorrichtung zur kontinuierlichen Stahlrohrherstellung durch fortlaufendes Umformen eines Stahlbands in eine Rohrform und Verschweißen der Stoßkanten des umgeformten Stahlbands ist aus der US-PS 4,339,938 bekannt.

Die bisherigen, für die kontinuierliche Herstellung von Stahlrohren betimmten Durchmessers mit hoher Produktionsleistung geeigneten Vorrichtungen sind jedoch für die Herstellung kleiner Fertigungsmengen oder Stückzahlen an Stahlrohren unterschiedlicher Durchmesser und Wanddicken unwirtschaftlich, weil bei jeder Durchmesseränderung alle Formwalzen, Schweißwalzen und Kalibrierwalzen ausgewechselt werden müssen. Dieses Auswechseln bedingt tatsächlich die Notwendigkeit, die Vorrichtung für längere Zeit, häufig für einen vollen Arbeitstag, stillzusetzen, wobei die genanntenWalzen umgehend ausgewechselt werden müssen.

Aufgabe der Erfindung ist damit die Schaffung einer Vorrichtung für die kontinuierliche Herstellung einer erfor-

derlichen Fertigungsmenge oder Stückzahl an Stahlrohren eines gewünschten Durchmessers, wobei mit dieser Vorrichtung auch kleine Stückzahlen von Stahlrohren verschiedener Größen bei verkürzter Walzenwechselzeit herstellbar sein sollen.

Diese Aufgabe wird durch die in den beigefügten Patentansprüchen gekennzeichneten Merkmale gelöst. IO

Die erfindungsgemäße Vorrichtung weist ein mehreckiges Drehgestell (bed) auf, das an einem Gerüst drehbar gelagert ist und das nach einer Drehung in einer vorbestimmten Stellung arretiert werden kann. An jeder Seite dieses Drehgestells ist jeweils eine Reihe von Form-, Schweißoder Kalibrierwalzen gelagert, die um die Drehachse des Drehgestells drehbar sind. Wenn eine bestimmte Walzenreihe durch eine andere ersetzt werden soll, wird das Drehgestell mittels eines Hydraulikmotors gedreht, um die gewünschte Walzengruppe in die vorgeschriebene Lage zu bringen. Diese Vorrichtung eignet sich somit für die Herstellung einer großen Vielfalt von Rohren in kleinen Stückzahlen bei stark verkürzter Walzenwechselzeit. Infolgedessenentfällt die Notwendigkeit für eine Lagerhaltung aufgrund der Herstellung von Stahlrohren in einer größeren als für den jeweiligen Tag oder Zeitraum erforderlichen Menge.

Im folgenden ist eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung der Gesamtanordnung einer kontinuierlichen Rohrherstellungsvorrichtung gemäß der Erfindung,
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Fig. 2 eine Vorderansicht einer Form- und einer Schweißeinheit,

Fig. 3 eine Vorderansicht einer Maßwalz- oder Kalibriereinheit,

Fig. 4 eine Seitenansicht der Formeinheit,

Fig. 5 eine in vergrößertem Maßstab gehaltene Seitenansicht einer Walzenantr.iebs-Kupplungseinheit,

Fig. 6 eine in vergrößertem Maßstab und im Schnitt gehaltene Seitenansicht der Kalibriereinheit, 15

Fig. 7 und 8 eine Aufsicht bzw. eine Seitenansicht zur schematischen Veranschaulichung der Umformung eines Stahlbands zu einem Rohr mittels Walzen und

Fig. 9 Querschnitte eines Stahlbands bei seiner Umformung mittels Walzenanordnungen.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung umfaßt eine Formeinheit und eine damit kombinierte Schweißeinheit sowie eine Kalibriereinheit, die von der übrigen Anordnung getrennt angeordnet ist, weil sonst die Gesamtanordnung zu groß und zu lang werden würde. Diese drei Einheiten können zusammengefaßt oder voneinander getrennt sein.

Elektrisch geschweißte Stahlrohre oder -röhren mit Schweißnaht werden im allgemeinen mittels Streckwalzen (breakdown rolls), Stufenwalzen (cluster rolls), Rippenwalzen (finned rolls) und Preß(form)walzen (squeeze rolls) (zum Schweißen) durch Walzen geformt. Das geschweißte Rohrerzeugnis wird abgekühlt und dann mittels Kalibrierwalzen behandelt, um ein

Rohr eines genauen kreisförmigen oder rechteckigen Querschnitts zu erhalten.

In der Anfangsphase der Streckformung (breakdown forming) wird ein Rohrstreifen oder Stahlband von nahe an seinen Rändern liegenden Bereichen her fortlaufend auf immer größere Krümmung gewölbt.

Gemäß Fig. 1, welche die Gesamtanordnung einer Vorrichtung zur kontinuierlichen Herstellung von elektrisch geschweißten bzw. lichtbogengeschweißten Stahrohren zeigt, ist ein Vorrats-Coil (mother coil) 1 einer begrenzten Band-Länge vorgesehen. Das hintere Ende eines Bands wird in einer Enden-Vorstreckeinheit 2 zu einer planen Form begradigt. Das hintere Ende dieses Bands und das Vorderende eines anderen, aufgewickelten Bands werden abgeschnitten und (dann) mittels einer Endenschneide-Schweißeinheit 3 stumpf zusammengeschweißt. Auf diese Weise wird der Vorrichtung ein ununterbrochenes Band zugeführt.

Bei 4 ist ein Bandsammler zur Zwischenspeicherung eines Teils des endlosen Bands zwecks Gewährleistung von Reservezeit für das Verbinden der Enden von aufgewickelten Stahlbändern angedeutet. Das Band wird vom Bandsammler 4 zu einer kombinierten Form-Schweißeinheit A überführt, die eine Formeinheit mit Formwalzen und eine Schweißeinheit umfaßt. In der Form-Schweißeinheit A wird das Band (zu einer Rohrform) geformt und geschweißt, worauf das so hergestellte Rohr in einer Kühleinheit 5 mit Kühlöl und einer Kühlflüssigkeit, wie Kühlwasser, gekühlt wird, um anschließend einer Kalibrierwalzen umfassenden Maßwalz- oder Kalibriereinheit B zugeführt zu werden, in welcher das Rohr auf einen genauen kreisrunden oder rechteckigen Querschnitt gebracht wird. Hierauf wird das Rohr

mittels einer Wanderschneideeinheit (fliegende Schere) 6 genau abgelängt. Die Rohrstücke werden danach zur Lagerung zu einem Abfuhrrollgang 7 geführt.

Die Erfindung befaßt sich nun mit dem Aufbau der Formschweißeinheit A und der Kalibriereinheit B, welche die wesentlichsten Baueinheiten der betreffenden Vorrichtung darstellen, weil die anderen Baueinheiten (ohne weiteres) für Rohre unterschiedlicher Durchmesser oder Wanddicken unrüstbar und dafür nach einfacher Umstellung oder nahezu ohne Umstellung und ohne Notwendigkeit für einen Teile austausch benutzt werden können.

Dagegen müssen in der Form-Schweißeinheit A und in der Kalibriereinheit B jeweils zehn Walzen oder mehr für unterschiedliche Rohrdurchmesser und Wanddicken ausgewechselt werden.

Zur Ermöglichung eines Walzenwechsels in einem Arbeitsgang umfaßt die erfindungsgemäße Vorrichtung ein drehbares mehreckiges Drehgestell, das mit mehreren Walzenanordnungen für jede der verschiedenen Rohrgrößen ausgerüstet ist. Falls erforderlich, wird dieses Drehgestell durch Betätigung eines Schalters einfach gedreht, so daß sämtliche Walzeneinheiten gleichzeitig gewechselt werden. Falls dabei die am Drehgestell gelagerten Walzen für die Herstellung von Rohren oder Röhren eines vorgegebenen Durchmessers und einer bestimmten Wanddicke nicht geeignet sind, werden diese Walzen während des laufenden Fertigungsvorgangs gegen passende Walzen ausgewechselt, worauf die Vorrichtung auf die oben erwähnte Weise einfach für die Herstellung der speziellen Rohre umgestellt werden kann.

Im folgenden sind die Form-Schweißeinheit A anhand von Fig. 2 und die Kalibriereinheit B anhand von Fig. 3 beschrieben.
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Eine in Fig. 2 dargestellte Rahmen- oder Gerüstanordnung 8 besitzt, von vorn gesehen, einen rechteckigen Querschnitt. Ein Drehgestell 23 eines quadratischen Querschnitts ist an seinen beiden Enden mittels Lagern waagerecht drehbar am Gerüst gelagert. Gemäß den Fig. 4 und sind an diesem Drehgestell 23 vier Gruppen von Formwalzenanordnungen 9a, 9b, 9c und 9d so montiert, daß jede Gruppe durch Drehung des Drehgestells 23 in der richtigen Arbeitsstellung positioniert werden kann. Für diese

*° Formwalζen-Gruppen sind jeweils Antriebswellen 40a - 4Od vorgesehen. Wenn eine bestimmte Formwalζen-Gruppe in der vorderseitigen Arbeitsstellung ausgerichtet ist, wird die Kupplungseinheit gemäß Fig. 5 mit der betreffenden Antriebswelle verbunden, um die Antriebskraft auf die zugeordneten Formwälzen zu übertragen.

Fig. 2 veranschaulicht - in Transportrichtung eines Stahlbands gesehen - eine erste Streckwalzanordnung 9, eine zweite Streckwalzenanordnung 10, eine erste Seitenwalzen- *^ anordnung 11, eine dritte Streckwalzanordnung 12, eine erste Stufenwalzenanordnung 13, eine zweite Stufenwalzenanordnung 14 und eine dritte Stufenwalzenanordnung 15 für Grob- oder Vorformung.

^Q Das in rohe Rohrform gebrachte Band wird sodann durch drei Rippenwalzenanordnungen 16, 17 und 18 geleitet,, um einen Schweißnahtabschnitt aus gegenüberstehenden Band-Rändern mit einwandfreier Krümmung genau auszubilden. Durch eine Nahtführungs-Walzenanordnung 19 wird das geformte, geschlitzte Rohr mit genau ausgerichteter Stoß-

fuge (slit seam) zu einer nachgeschalteten Preß(form)-walzenanordnung 20 überführt. Die Preß(form)walzenanordnung 20, mit welcher das Rohr elektrisch geschweißt werden kann, enthält eine Hochfrequenz-Schweißvorrichtung 49, die bei Betriebsvorbereitung oder Einstellung in einem hochgefahrenen Zustand gehalten wird. Zum Schweißen des Schweißnahtabschnitts (Stoßfuge) wird die Vorrichtung 49 mittels Druckluftzylindern 50 für die Preß-(form)walzenanordnung 20 herabgefahren. Nach dem Schweissen werden die an der Schweißnaht entstandenen Schweißwülste (-raupen) zur Erzeugung einer genauen gekrümmten Oberfläche mittels eines Schweißwulstschneiders (bead cutter) 21 entfernt. Das geformte und geschweißte Rohr wird von einer Tragwalzenanordnung 22 unterstützt und zu einer Reinigungseinheit 5 und sodann zur Kalibriereinheit B überführt.

In der Reinigungseinheit 5 wird das beim Formen und Schweißen erwärmte Rohr abgekühlt. Zu diesem Zweck werden Kühlöl und Kühlflüssigkeit, wie Kühlwasser, umgewälzt. Das die Reinigungseinheit 5 durchlaufende Rohr wird dann auf einen kreisrunden oder rechteckigen Querschnitt genau kalibriert.

Fig. 6 veranschaulicht in der Kalibriereinheit B vorgesehene Walzen 41 und 42, die fortlaufend kleinere Durchmesser besitzen, so daß sie in einem Kalibriervorgang schließlich ein Rohr eines gewünschten Durchmessers mit genauem kreisrunden oder rechteckigen Querschnitt liefern.

Die Kalibriereinheit B umfaßt vier Gruppen von gegenüberstehenden seitlichen, oberen und unteren Kalibrierwalzenanordnungen. Gemäß Fig. 3 umfaßt jede Gruppe eine erste seitliche Kalibrierwalzenanordnung 26, eine erste obere

und untere Kalibrierwalzenanordnung 27, eine zweite seitliche Kalibrierwalzenanordnung 28, eine zweite obere und untere Kalibrierwalzenanordnung 29, eine dritte seitliehe Kalibrierwalzenanordnung 30, eine dritte obere und untere Kalibrierwalzenanordnung 31, eine vierte seitliche Kalibrierwalzenanordnung 32 sowie eine vierte obere und untere Kalibrierwalzenanordnung 33, die in der angegebenen Reihenfolge in Durchlaufrichtung des geformten Rohrs angeordnet sind.

Nach dem Kalibrieren wird die Verdrehung des Rohrs mittels einer Korrektionswalzenanordnung 34 beseitigt.

Die vier Gruppen der Kalibrierwalzenanordnungen sind ebenfalls an einem Drehgestell 24 montiert, das einen quadratischen Querschnitt besitzt und waagerecht drehbar von einer Rahmen- oder Gerüstanordnung 25 getragen wird.

Das (betreffende) quadratische Drehgestell 23 (24) weist im Inneren seines rechten Endes ein Innenzahnrad 51 eines großen Durchmessers auf, das seinerseits mit einem Antriebszahnrad oder Ritzel 52 eines Hydraulikmotors 46 (48) kämmt. Bei Betätigung eines Schalters dreht sich das Ritzel 52, so daß das Drehgestell um eine Vierteldrehung gedreht wird.

Wenn dieser Schalter geschlossen wird, wird gleichzeitig ein Positionierbolzen durch einen Verriegelungs-Hydraulikzylinder 45 (47) herausgezogen; nach Beendigung der Drehung wird dieser Positionierbolzen wieder in die zugeordnete Bohrung eingeführt, um das Drehgestell 23 (24) in seiner genauen Stellung festzulegen.

Außerdem wird bei Betätigung des genannten Schalters die

Walzenantriebs-Kupplungseinheit gemäß Fig. 5 automatisch ein- oder ausgerückt. Gemäß Fig. 5 bewirkt bei betätigtem Schalter ein Kupplungszylinder 35, daß ein Hebel 38 und eine Schiebemuffe 37 ein Kupplungsstück 39 in Aufwärtsrichtung außer Keilverzahnungseingriff mit der Antriebswelle 40 ziehen. Nachdem das Drehgestell in die gewünschte Stellung verbracht worden ist, arbeitet die Kupplungseinheit im entgegengesetzten Sinn, um das Kupplungsstück 39 wieder selbsttätig mit der Antriebswelle 40 zu verbinden. In Fig. 5 ist bei 40 ein Walzenantriebsmotor angedeutet.

Bei der dargestellten Ausführungsform werden die Streckwalzen, die oberen und unteren Kalibrierwalzen, die Rippenwalzen usw. durch den Motor angetrieben, während die Stufenwalzen und die seitlichen Kalibrierwalzen nicht angetrieben werden.

Die Vorrichtung mit dem beschriebenen Aufbau arbeitet wie folgt:

Wenn der Durchmesser der herzustellenden Rohre oder Röhren geändert werden soll, werden im voraus entsprechende Walzenanordnungen an einer von der die noch in Betrieb befindlichen Walzenanordnungen tragende Seite verschiedenen Seite des Drehgestells 23 und 24 montiert. Das Band wird hinter dem Bandsammler 4 geschnitten. Die hydraulische oder pneumatische Betätigung wird durch Umschalten beendet. Nach Sicherstellung, daß das Kupplungsstück und der Positionierbolzen zurückgezogen worden sind, werden die Hydraulikmotoren 46 und 48 gleichzeitig zum langsamen Drehen der Drehgestelle 23 und 24 in Drehung versetzt. Die Hydraulikmotoren sind jeweils mit einem Geschwindigkeitsminderventil versehen, so daß sich die Drehgestelle sehr

langsam drehen, wenn nahezu eine Vierteldrehung erreicht ist, und somit die Drehgestelle in der richtigen Stellung angehalten werden können. Wenn bei dieser Drehbewegung die vorgesehenen Walzenanordnungen nicht in die vorderseitige Arbeitsstellung verbracht worden sind, werden die Drehgestelle über eine Vierteldrehung weitergedreht.

Die Form-Schweißeinheit und die Kalibriereinheit sind gleichzeitig, d.h. gemeinsam drehbar.

Die Hochfrequenz-Schweißvorrichtung 49 kann vor dem Drehen des Drehgestells hochgefahren und anschließend mit der Bewegung von Kupplungsstück und Positionierbolzen herabgefahren werden.

Die Fig. 7 bis 9 veranschaulichen die Art und Weise, auf welche mittels der beschriebenen Vorrichtung ein Stahlband zu einem Rohr geformt wird. Das Stahlband wird durch Vorform^ oder Streckwalzen 60, 61, 62 und Stufenwalzen 63, 64, 65, 66 vorgeformt, anschließend durch Rippenwalzen 67, 68, 69 in seinem Stoßfugen- oder Schweißnahtabschnitt auf genau die richtige Krümmung geformt und zu einer Schweißnaht-Führungswalze 70 überführt. Anschließend werden der Schweißnahtabschnitt mit Hilfe der Preß(form)-walzen elektrisch geschweißt und dann die Schweißwülste (-raupen) mittels des Schweißnahtschneiders entfernt. Daraufhin wird das Rohr durch acht obere und untere sowie seitliche Walzenanordnungen, einschließlich der Kalibrierwalzen 41 und 42 gemäß Fig. 6, auf einen genauen kreisförmigen Querschnitt maßgewalzt bzw. kalibiert.

Wenn in einer Anlage zur kontinuierlichen Rohrherstellung jeweils nur kleine Stückzahlen von Rohren eines weiten Abmessungsbereichs hergestellt werden sollen, um zur Ver-

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ringerung des Lagerbestands zu einem vorgegebenen Zeitpunkt jeweils nur eine erforderliche Stückzahl zu liefern, gewährleistet die Erfindung die wirtschaftliche Nutzung einer einzigen Fertigungsstraße, weil Walzen usw. auch während des Betriebs an der nicht in Betrieb befindlichen Seite des Drehgestells auswechselbar sind, so daß anschließend die vorgesehenen Gruppen von Walzenanordnungen durch Betätigung eines Schalters in die eigentliche Betriebsstellung bringbar sind. Hierdurch werden die Stillstandszeit der Anlage verkürzt und die Notwendigkeit für einen großen Lagerbestand an Rohren ausgeschaltet.

Claims (3)

Patentansprüche

1. Vorrichtung zur kontinuierlichen Stahlrohrherstellung durch kontinuierliches Zuführen eines Stahlbands, fortlaufendes Umformen des Stahlbands in eine Rohrform mittels Walzen, Schweißen des geformten Stoßfugen- oder Schweißnahtabschnitts und Maßwalzen oder Kalibrieren des hergestellten Rohrs, dadurch gekennzeichnet, daß je eine Anzahl von Formwalzen, Schweißwalzen oder Kalibrierwalzen an einem gegen eine Gerüstanordnung verriegelbaren Drehgestell (23; 24) angeordnet sind und daß das Drehgestell zur Umstellung auf die Herstellung von Stahlrohr anderer Abmessungen drehbar ist, um dabei die Walzen einer Gruppe gegen Walzen einer anderen Gruppe auszuwechseln.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Drehgestell (23; 24) einen quadratischen Querschnitt besitzt und im Inneren seines einen Endes ein Innenzahnrad (51) aufweist, das durch ein mit einem Hydraulikmotor (46; 48) verbundenes Ritzel (52) in Drehung versetzbar ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Walzenantriebs-Kupplungseinheit einen Kupplungszylinder (35) aufweist, der mittels einer Schalt-(er)betätigung zum Wechseln der betreffenden Walzengruppe betätigbar ist, um ein Kupplungsstück (39) zu verschieben und dieses selbsttätig in Keilverzahnungsverbindung mit einer Antriebswelle (40) zu bringen oder von letzterer zu trennen.