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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Aufwickelvorrichtung für ein in einer Walzanlage gefertigtes Rohr sowie eine Walzanlage mit einer solchen Aufwickelvorrichtung und ein Verfahren zum Aufwickeln eines gefertigten Rohrs.
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Zur Herstellung von präzisen Metallrohren, insbesondere aus Stahl, wird ein ausgedehnter hohlzylindrischer Rohling zumeist im vollständig erkalteten Zustand durch Druckspannungen kalt reduziert. Dabei wird der Rohling zu einem Rohr mit definiertem reduziertem Aussendruchmesser und einer definierten Wanddicke umgeformt.
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Das am weitesten verbreitete Reduzierverfahren für Rohre ist als Kaltpilgern bekannt, wobei der Rohling Luppe genannte wird. Die Luppe wird beim Walzen über einen kalibrierten, d. h. den Innendurchmesser des fertigen Rohres aufweisenden, Walzdorn geschoben und dabei von aussen von zwei kalibrierten, d. h. den Aussendurchmesser des fertigen Rohrs definierenden, Walzen umfasst und in Längsrichtung über den Walzdorn ausgewalzt.
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Während des Kaltpilgerns erfährt die Luppe einen schrittweisen Vorschub in Richtung auf den Walzdorn zu bzw. über diesen hinweg, während die Walzen drehend über dem Dorn und damit über die Luppe horizontal hin- und herbewegt werden. Dabei wird die Horizontalbewegung der Walzen durch ein Walzgerüst vorgegeben, an dem die Walzen drehbar gelagert sind. Das Walzgerüst wird in bekannten Walzpilgeranlagen mit Hilfe eines Kurbelantriebs in eine Richtung parallel zum Walzdorn hin- und herbewegt, während die Walzen selbst eine Drehbewegung durch eine relativ zum Walzgerüst feststehende Zahnstange erhalten, in die fest mit den Walzenachsen verbundene Zahnräder eingreifen.
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Der Vorschub der Luppe über dem Dorn erfolgt mit Hilfe eines Vorschubspannschlittens, welcher eine Translationsbewegung in eine Richtung parallel zur Achse des Walzdorn ermöglicht.
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Die im Walzgerüst übereinander angeordneten konisch kalibrierten Walzen drehen sich entgegen der Vorschubrichtung des Vorschubspannschlittens. Das von den Walzen gebildete sogenannte Pilgermaul erfasst die Luppe und die Walzen drücken von 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. Während des Walzens bewegt sich das Walzgerüst mit den daran befestigten Walzen entgegen der Vorschubrichtung der Luppe. Mit Hilfe des Vorschubspannschlittens wird die Luppe nach dem Erreichen des Leerlaufkalibers der Walzen um einen weiteren Schritt auf den Walzdorn hin vorgeschoben, während die Walzen mit dem Walzgerüst in ihre horizontale Ausgangslage zurückkehren. Gleichzeitig erfährt die Luppe 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 Rohr sowie gleichmäßige Innen- und Aussendurchmesser erreicht.
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Aufgrund der komplexen Bewegungsabläufe, welche die Luppe bzw. das fertige Rohr ausführen, die aus einer Überlagerung von Rotations- und Translationsbewegungen bestehen, müssen die fertigen Rohre im Stand der Technik erst vollständig die Walzanlage verlassen haben, bevor sie, beispielsweise durch Aufwickeln, in einen transportfähigen Zustand gebracht werden können.
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Gegenüber diesem Stand der Technik ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine Vorrichtung und ein Verfahren bereitzustellen, die es ermöglichen, das fertig umgeformte Rohr hinter dem Walzgerüst in einen transportfähigen Zustand zu bringen, während sich noch andere Abschnitte des Rohrs im Stadium der Luppe befinden oder gerade umgeformt werden.
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Diese Aufgabe wird durch eine Aufwickelvorrichtung für ein in einer Walzanlage gefertigtes Rohr gelöst, mit einer Biegeeinrichtung zum Krümmen des Rohrs, so dass dieses um eine erste Achse herum spiralförmig aufwickelbar ist und einem Haltegestellt, wobei die Biegeeinrichtung um eine im Wesentlichen zu der ersten Achse senkrechte zweite Achse verschwenkbar an dem Haltegestell aufgenommen ist.
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Eine solche Vorrichtung ermöglicht es, das aus der Walzanlage auslaufende, fertig umgeformte Rohr aufzunehmen und es so zu krümmen, dass es auf einer spiralförmigen Bahn aufgewickelt werden kann. Diese Anordnung ermöglicht eine erhebliche Zeiteinsparung bei der Produktion von Stahlrohren, die so dimensioniert sind, dass sie aufwickelbar sind, da das aus dem Walzgerüst auslaufende Rohr bereits aufgewickelt werden kann, während im gleichen Strang noch Luppe in das Pilgermaul eingeführt und dort umgeformt wird. Darüber hinaus ermöglicht die erfindungsgemäße Vorrichtung eine erhebliche Platzeinsparung für die Walzanlage als solche, da bei der Herstellung des Rohrs nicht zunächst der gesamte Strang auf seiner vollen Länge aus dem Walzgerüst herauslaufen muss, bevor er aufgewickelt bzw. aufgeschossen werden kann.
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Der Kern der erfindungsgemäßen Aufwickelvorrichtung ist, dass die Biegeeinrichtung um eine Achse verschwenkbar montiert ist. Auf diese Weise kann die Biegeeinrichtung die Verschwenkbewegung, welche das Rohr bzw. die Luppe beim Walzen durch den Vorschubspannschlitten angetrieben ausführen, nachvollziehen und das Rohr kann ohne Verwindungen aufgewickelt werden. Ohne eine entsprechende verschwenkbare Lagerung der Biegeeinrichtung käme es zu einem Verwinden des Rohrs beim Aufwickeln und eine damit verbundene erhebliche Qualitätseinbuße beim fertigen Rohr.
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Die zweite Achse, um welche die Biegeeinrichtung verschwenkbar an dem Haltegestell aufgenommen ist, ist in einer Ausführungsform parallel zur Symmetrieachse des fertigen aus dem Walzgerüst auslaufenden Rohrs und vorzugsweise fällt die zweite Verschwenkachse mit der Symmetrieachse des fertigen aus dem Walzgerüst auslaufenden Rohr zusammen.
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In einer Ausführungsform der Erfindung ist die Biegeeinrichtung motorisch angetrieben um die zweite Achse verschwenkbar. Zwar kann die Verschwenkbewegung der Biegeeinrichtung prinzipiell auch durch die Verschwenkbewegung des fertigen aus dem Walzgerüst auslaufenden Rohrs bewirkt werden, jedoch verhindert ein motorischer Antrieb weitgehend, dass das Rohr beim Aufwickeln Torsionsspannungen erfährt.
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In einer Ausführungsform der Erfindung weist die Biegeeinrichtung mindestens drei um jeweils eine Drehachse drehbare Rollen auf, wobei die Drehachsen im Wesentlichen parallel zu der ersten Achse angeordnet sind und wobei mindestens zwei der Drehachsen einen voneinander verschiedenen Abstand von der ersten Achse aufweisen, so dass im Betrieb der Vorrichtung das Rohr zwischen zwei Rollen auf einer ersten Seite und einer Rolle auf einer anderen Seite geführt wird.
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Diese Anordnung der Rollen der Biegeeinrichtung ermöglichen ein kontinuierliches Krümmen des Rohrs und damit ein Aufwickeln um die erste Achse. In einer bevorzugten Ausführungsform weisen zwei Rollen einen größeren Abstand von der ersten Achse als die dritte zwischen diesen angeordnete Rolle auf. Der Krümmungsradius, welchen die Biegeeinrichtung dem fertigen Rohr aufprägt, hängt dann von der Differenz der Abstände der ersten bzw. der zweiten Rolle und der dritten Rolle von der ersten Achse ab.
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Dabei kann in einer Ausführungsform der Erfindung beim Einfädeln des Anfangs des zu krümmenden Rohrs in die Aufwickelvorrichtung zunächst die Differenz der Abstände von der ersten Achse so eingestellt werden, dass das Rohr frei zwischen die Rollen laufen kann, während erst dann die Differenz der Abstände der Rollen von der ersten Achse so eingestellt wird, dass die Rolle, welche näher an der ersten Achse liegt, eine Krümmung des Rohrs bewirkt.
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In einer Ausführungsform der Erfindung ist zumindest eine der Rollen der Biegeeinrichtung motorisch angetrieben drehbar. Während es prinzipiell auch vorstellbar ist, dass das Biegen und das nachfolgende Aufwickeln des Rohrs von der Bewegung des Vorschubspannschlittens der Walzanlage angetrieben wird, verhindert ein motorischer Antrieb mindestens einer der Rollen der Biegeeinrichtung, dass das Rohr während des Aufwickelns Druck- bzw. Zugspannungen in Längsrichtung erfährt.
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In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das Haltegestell so ausgestaltet, dass es in einer zu der zweiten Achse im Wesentlichen parallelen Richtung bewegbar ist. Auf diese Weise kann die Aufwickelvorrichtung bzw. deren Biegeeinrichtung die Translationsbewegung des Rohrs in dessen Längsrichtung beim Walzen nachvollziehen und das Aufwickeln erfolgt im Wesentlichen frei von den Einflüssen der Kräfte des Vorschubs beim Walzen.
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Dabei ist eine Ausführungsform möglich, bei welcher auch das Haltegestell motorisch angetrieben bewegbar ist.
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Die oben genannte Aufgabe wird auch durch eine Walzanlage mit einer Ausführungsform der Aufwickelvorrichtung gelöst, so wie sie zuvor beschrieben wurde.
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In einer Ausführungsform ist die Walzanlage eine Kaltpilgerwalzanlage mit zwei Walzen, wobei die Aufwickelvorrichtung in Vorschubrichtung des Rohrs hinter den Walzen bzw. dem Walzgerüst, an welchem die Walzen aufgenommen sind, angeordnet ist.
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In einer Ausführungsform weist die Walzanlage zwei Walzen und mindestens ein Vorschubspannfutter auf, wobei das Vorschubspannfutter im Betrieb der Walzanlage eine Luppe aufnimmt und diese zwischen die Walzen schiebt, wobei das Vorschubspannfutter verschwenkbar ausgestaltet ist und die Luppe um deren Längsachse verschwenkbar aufnimmt und wobei die Walzeinrichtung eine Steuerung aufweist, die so eingerichtet ist, dass sie im Betrieb der Vorrichtung das Vorschubspannfutter und die Biegeeinrichtung synchron verschwenkt. In einer solchen Ausführungsform ist die Biegeeinrichtung um die zweite Achse motorisch verschwenkbar an dem Haltegestell aufgenommen. Diese ”elektronische Welle” zwischen dem Vorschubspannschlitten und der Aufwickelvorrichtung ermöglicht ein in Längsrichtung nahezu verwindungsfreies Aufwickeln des fertigen Rohrs.
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In einer Ausführungsform weist die Walzanlage eine Steuerung auf, die so eingerichtet ist, dass sie im Betrieb der Vorrichtung in einer ersten Phase mindestens eine der Rollen der Biegeeinrichtung so antreibt, dass diese das Haltegestell mit der Biegeeinrichtung am Rohr entgegen der Vorschubrichtung des Rohrs ziehen und die in einer zweiten Phase mindestens eine Rolle der Biegeeinrichtung so fixiert, dass das Haltegestell mit der Biegeeinrichtung von dem Rohr in Vorschubrichtung des Rohrs bewegbar ist. Auf diese Weise kann ein Betrieb der erfindungsgemäßen Walzanlage mit der Aufwickelvorrichtung gewährleistet werden, bei der sich die Aufwickelvorrichtung entgegen der Vorschubrichtung am Rohr entlang in Richtung der Walzen zieht und dabei das Rohr aufwickelt. Wird der Umkehrpunkt, d. h. der Endpunkt der Führung der Translationsbewegung des Haltegestells erreicht, so wird der Aufwickelprozeß unterbrochen und zumindest eine der Rollen fixiert die Biegeeinrichtung an dem aufzuwickelnden Rohr. Von der Vorschubbewegung des Rohrs angetrieben wird dann das Haltegestell in Vorschubrichtung zum anderen Endpunkt seiner Translationsbewegung verfahren und die Aufwickeltätigkeit der Aufwickelvorrichtung beginnt erneut.
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Die oben genannte Aufgabe wird auch durch ein Verfahren zum Aufwickeln eines in einer Walzanlage gefertigten Rohrs gelöst, das die Schritte aufweist: Krümmen des Rohrs in einer Biegeeinrichtung, so dass dieses um eine erste Achse herum spiralförmig aufwickelbar ist, und Verschwenken der Biegeeinrichtung um eine im wesentlichen zu der ersten Achse senkrechte zweite Achse.
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Ein solches Verfahren wird in einer Ausführungsform zum Herstellen eines aufgewickelten Rohrs verwendet, welches zusätzlich die Schritte aufweist: Zuführen einer Luppe in eine Walzanlage und Umformen der Luppe zu einem fertigen Rohr.
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Dabei wird in einer Ausführungsform die Luppe durch Walzen umgeformt, wobei die Luppe beim Umformen um ihre Längsachse verschwenkt wird, wobei das Verschwenken der Luppe und das Verschenken der Biegeeinrichtung synchron erfolgt.
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In einer Ausführungsform der Verfahrens weist die Biegeeinrichtung Rollen auf, die mit dem Rohr in Eingriff treten, wobei in einer ersten Phase mindestens eine der Rollen so angetrieben wird, dass diese die Biegeeinrichtung am Rohr entgegen der Vorschubrichtung des Rohrs ziehen und wobei in einer zweiten Phase mindestens eine Rolle so fixiert wird, dass die Biegeeinrichtung von dem Rohr in Vorschubrichtung des Rohrs bewegt wird.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden Erfindung werden anhand der folgenden Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform und der dazu gehörigen Figuren deutlich.
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1 zeigt eine Seitenansicht des schematischen Aufbaus einer Kaltpilgerwalzanlage mit einer Aufwickelvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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2 zeigt eine detaillierte Seitenansicht der erfindungsgemäßen Aufwickelvorrichtung aus 1.
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In 1 ist schematisch der Aufbau einer erfindungsgemäßen Kaltpilgerwalzanlage in einer Seitenansicht dargestellt. Die Walzanlage besteht aus einem Walzgerüst 1 mit Walzen 2, 3 einem kalibrierten Walzdorn 4 sowie einem Vorschubspannschlitten 5. In der dargestellten Ausführungsform weist die Kaltpilgerwalzanlage einen Linearmotor 6 als Direktantrieb für den Vorschubspannschlitten 5 auf. Der Linearmotor 6 ist aus einem Läufer 16 und einem Stator 17 aufgebaut.
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Während des Kaltpilgerns auf der in 1 gezeigten Walzanlage erfährt die Luppe 11 einen schrittweisen Vorschub in Richtung auf den Walzdorn 4 zu bzw. über diesen hinweg, während die Walzen 2, 3 drehend über den Dorn 4 und damit über die Luppe 11 horizontal hin- und herbewegt werden. Dabei wird die Horizontalbewegung der Walzen 2, 3 durch ein Walzgerüst 1 vorgegeben, an dem die Walzen 2, 3 drehbar gelagert sind. Das Walzgerüst 1 wird mit Hilfe eines Kurbelantriebs 21 in eine Richtung parallel zum Walzdorn 4 hin- und herbewegt, während die Walzen 2, 3 selbst ihre Drehbewegung durch eine relativ zum Walzgerüst 1 feststehende Zahnstange (nicht gezeigt) erhalten, in die fest mit den Walzenachsen verbundene Zahnräder eingreifen. Der Vorschub der Luppe 11 über den Dorn 4 erfolgt mit Hilfe des Vorschubspannschlittens 5 welcher eine Translationsbewegung in eine Richtung parallel zur Achse des Walzdorns ermöglicht. Die im Walzgerüst 1 übereinander angeordneten konisch kalibrierten Walzen 2, 3 drehen sich entgegen der Vorschubrichtung des Vorschubspannschlittens 5. Das von den Walzen gebildete sogenannte Pilgermaul erfasst 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 ausgestreckt wird, bis ein Leerlaufkaliber der Walzen 2, 3 das fertige Rohr freigibt. Während des Walzens bewegt sich das Walzgerüst 1 mit den daran befestigten Walzen 2, 3 entgegen der Vorschubrichtung der Luppe 11. 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, während die Walzen 2, 3 mit dem Walzgerüst 1 in ihre horizontale Ausgangslage zurückkehren. Gleichzeitig erfährt die Luppe 11 eine Drehung um ihre Achse 22 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.
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Um das fertige Rohr 23 hinter dem Walzgerüst 1 in eine transportfähige Form aufwickeln zu können ist eine Aufwickelvorrichtung 24 vorgesehen. Die Aufwickelvorrichtung 24, welche in 1 schematisch dargestellt ist, besteht aus einem Haltegestell 25 und einer Biegeeinrichtung 26.
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Die Biegeeinrichtung 26 weist drei Rollen 27, 28, 29 auf, die in der dargestellten Ausführungsform alle drei motorisch angetrieben sind und reibschlüssig mit dem fertigen Rohr 23 in Eingriff treten. Die drei Rollen 27, 28, 29 biegen das fertige Rohr 23 um eine gedachte Achse 30 herum.
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Die Achse 30 steht im Wesentlichen senkrecht auf der Symmetrieachse 22 des fertigen Rohrs 23, so wie es die Walzen 2, 3 verläßt. Während das Rollenpaar 27, 28 über dem fertigen Rohr 23 angeordnet ist, ist die dritte Rolle 29 unter dem fertigen Rohr 23 angeordnet und sorgt dafür, dass das fertige Rohr 23 in der Biegeeinrichtung 26 gekrümmt wird. Dabei hängt der Biegeradius des Rohrs 23 von der Differenz der Abstände der Rolle 29 von der Achse 30 und des Rollenpaars 27, 28 von der Achse 30 ab.
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Die Biegeeinrichtung 26 bzw. die drei Rollen 27, 28, 29 sind um die Achse 22 verschwenkbar an dem Haltegestelle 25 befestigt. Dabei erfolgt die Verschwenkbewegung der Rollen 27, 28, 29 um die Achse 22 mit Hilfe eines Motorantriebs.
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In der dargestellten Ausführungsform ist die Verschwenkbewegung der Biegeeinrichtung 26 mit den Rollen 27, 28, 29 über eine Steuerung mit der Verschwenkbewegung der Luppe, die der Luppe vom Vorschubspannschlitten 5 aufgeprägt wird, synchronisiert. So kann das fertige Rohr 23 ohne Torsionsspannungen während des Walzens aufgewickelt werden.
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Darüber hinaus ist das Haltegestell 25 so auf einer Schiene 31 montiert, dass es eine Translationsbewegung in und entgegen der Vorschubrichtung der Luppe 11 bzw. des Rohrs 23 ausführen kann. Die Translationsbewegung des Haltegestells 25 erfolgt nicht über einen gesonderten motorischen Antrieb sondern wird in die eine Richtung vom Vorschub der Luppe 11 bzw. des fertigen Rohrs 23 bewirkt und in der anderen Richtung durch eine motorisch angetriebene Drehbewegung der Rollen 27, 28, 29.
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Befindet sich das Haltegestell 25 an dem dem Walzgerüst 1 abgewandten Anschlag 32 der Schiene 31 so beginnt der Aufwickelvorgang während sich die Luppe 11 bzw. das fertige Rohr 23 weiterhin im Vorschub befindet. Dazu werden die Rollen 27, 28, 29 so angetrieben, dass sie das Haltegerüst 25 am fertigen Rohr 23 in Richtung des Walzgerüsts 1 ziehen und dabei das fertige Rohr 23 krümmen und aufwickeln. Bei Erreichen des dem Walzgerüst 1 zugewandten Anschlags 33 der Schiene 31 wird die Rotationsbewegung der Rollen 27, 28, 29 gestoppt und diese fixieren das fertige Rohr 23 relativ zum Haltegerüst 25. Das Haltegerüst 25 beginnt nun sich in Vorschubrichtung, angetrieben durch den Vorschub des fertigen Rohrs 23, wieder in Richtung des ersten Anschlags 32 zu bewegen. Bei Erreichen des Anschlags 32 beginnt erneut eine Phase des Aufwickelns.
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In 2 ist die Aufwickelvorrichtung 24 aus 1 detailliert dargestellt. Dabei sind identische Elemente mit identischen Bezugszeichen bezeichnet. Deutlich zu erkennen ist die Montage des Haltegestells 25 auf einer Schiene 31, welche eine Translationsbewegung parallel mit und entgegen der Vorschubrichtung ermöglicht. Das Haltegestell 25 weist zwei Lager 34, 35 zur Aufnahme einer Verschwenkachse für die Biegeeinrichtung 26 auf. Deutlich sind auch die drei Biegerollen 27, 28, 29 zu erkennen, die motorisch angetrieben die Biegeeinrichtung 26 bilden.
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Für Zwecke der ursprünglichen Offenbarung wird darauf hingewiesen, dass sämtliche Merkmale, wie sie sich aus der vorliegenden Beschreibung, den Zeichnungen und den Ansprüchen für einen Fachmann erschließen, auch wenn sie konkret nur 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 derartige 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. Während die Erfindung im Detail in den Zeichnungen und der vorangehenden Beschreibung dargestellt und beschrieben wurde, 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.
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Abwandlungen der offenbarten Ausführungsformen sind für den Fachmann aus den Zeichnungen, der Beschreibung und den beigefügten Ansprüchen offensichtlich. In den Ansprüchen schließt das Wort ”aufweisen” nicht andere Elemente oder Schritte aus, und der unbestimmte Artikel ”eine” oder ”ein” schließt eine 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.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Walzgerüst
- 2
- Walzen
- 3
- Walzen
- 4
- Walzdorn
- 5
- Vorschubspannschlitten
- 6
- Linearmotor
- 11
- Luppe
- 16
- Läufer
- 17
- Stator
- 22
- Symmetrieachse und Drehachse
- 23
- fertiges Rohr
- 24
- Aufwickelvorrichtung
- 25
- Haltegestell
- 26
- Biegeeinrichtung
- 27
- Biegerolle
- 28
- Biegerolle
- 29
- Biegerolle
- 30
- gedachte Achse
- 31
- Schiene
- 32, 33
- Anschläge
- 34, 35
- Lager
