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Die Erfindung betrifft ein Walzgerüst, insbesondere ein Kaltpilgerwalzgerüst, welches wenigstens zwei Walzen umfasst, die angetrieben drehbar in einem vorzugsweise hin- und her bewegbaren Walzgerüst gelagert sind.
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Die Erfindung betrifft weiterhin eine Überlastsicherung zur Begrenzung der Walzkraft an einem Walzgerüst, insbesondere an einem Kaltpilgerwalzgerüst.
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Die Erfindung betrifft schließlich ein Verfahren zur Bereitstellung einer Überlastsicherung an einem Walzgerüst, insbesondere an einem Kaltpilgerwalzgerüst.
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Kaltpilgerwalzgerüste umfassen üblicherweise ein hin- und her bewegbares Walzgerüst, welches über einen Kurbeltrieb oszilliert wird.
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Das Pilgerschrittwalzen ist ein Walzvorgang zum Walzen von Metallrohren, bei dem der Durchmesser und die Wandstärke des Metallrohres reduziert werden. Bei dem Walzvorgang wird das Rohr von einem feststehenden Dorn aufgenommen, der sich in Walzrichtung verjüngt. Der Dorn ist an einer Dornstange angebracht, die in einem Widerlager gesichert ist und in Abhängigkeit der Position des Walzgerüsts während des Walzvorgangs gedreht wird. Die Pilgerwalzen des Kaltpilgerwalzwerks sind auf einem hin- und her fahrbaren Walzgerüst montiert. Ihre Antriebsritzel sind mit mindestens einer Zahnstange im Eingriff. So drehen sich die Walzen synchron zur Translationsbewegung des Walzgerüsts. Dieses wiederum bewegt sich mithilfe eines Kurbelantriebs vor und zurück.
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Ein Antriebssystem für ein Kaltpilgerwalzgerüst ist beispielsweise aus der
EP 1 369 292 A1 bekannt. Ein anderes Antriebssystem für ein Kaltpilgerwalzgerüst ist aus der
EP 2 219 107 B1 bekannt.
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Insbesondere beim Walzen im Pilgerschrittverfahren kann es beim Walzprozess zu Störungen kommen, die zu einem sprunghaften Anstieg der auf das Walzgerüst wirkenden Kräfte führen können. Diese Kräfte können zu einem Überschreiten von zulässigen Spannungen am Walzgerüst oder am Walzeneinbau und infolgedessen zu Schäden führen.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Walzgerüst bereitzustellen, insbesondere ein Kaltpilgerwalzgerüst, dessen Bauteile gegenüber Lastschäden gesichert sind. Insbesondere soll dabei den Besonderheiten der dynamischen Belastung eines Kaltpilgerwalzgerüsts Rechnung getragen werden.
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Die Aufgabe wird gelöst durch die Bereitstellung eines Walzgerüsts mit einer hydraulischen Überlastsicherung mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Die Aufgabe wird weiterhin gelöst durch eine Überlastsicherung zur Begrenzung der Walzkraft an einem Walzgerüst, insbesondere an einem Kaltpilgerwalzgerüst mit den Merkmalen des Anspruchs 11. Schließlich schlägt die Erfindung ein Verfahren zur Bereitstellung einer Überlastsicherung an einem Walzgerüst, insbesondere an einem Kaltpilgerwalzgerüst mit den Merkmalen des Anspruchs 14 vor. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung werden durch die Unteransprüche erfasst.
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Ein Gesichtspunkt der Erfindung betrifft ein Walzgerüst, insbesondere ein Kaltpilgerwalzgerüst, welches wenigstens zwei Walzen umfasst, insbesondere zwei Pilgerwalzen, die angetrieben drehbar in einem vorzugsweise hin- und her bewegbaren Walzgerüst gelagert sind, mit wenigstens einer Überlastsicherung, die als hydraulische Überlastsicherung ausgebildet ist, wobei die Überlastsicherung wenigstens einen auf ein Walzeneinbaustück parallel zur Walzkraft wirkenden, hydraulisch vorgespannten Stößel und ein hydraulisches System mit Mitteln zur Erzeugung der hydraulischen Vorspannung und mit Mitteln zur Entlastung der Vorspannung bei Überschreiten einer vorbestimmten Überlast umfasst.
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Überschreitet die Walzkraft einen vorgegebenen Grenzwert, so wird eine Entlastung der Vorspannung beispielsweise durch das Freigeben von ölhydraulisch vorgespannten Volumina bewirkt, sodass Baugruppen des Walzgerüsts auf konstruktiv definierten Wegen in Richtung der freiwerdenden Volumina ausweichen können. Der Vorzug einer solchen Ausbildung des Walzgerüsts ist, dass unzulässige Kräfte so nicht aufgebaut werden können, da sich das Walzgerüst nicht mehr starr verhält. Auf diese Art und Weise werden irreversible mechanische Verformungen von Teilen des Walzgerüsts oder dessen Antriebs vermieden.
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Eine besonders bevorzugte Ausführungsform des Walzgerüsts gemäß der Erfindung, die der besonderen dynamischen Belastung eines Kaltpilgerwalzgerüsts mit oszillierendem Walzgerüst Rechnung trägt, sieht vor, dass ein Entlastungsgrenzwert zum Auslösen der Entlastung in einem Überlastfall signifikant größer als ein Vorspanndruck ist und dass wenigstens ein Dämpfungsglied zur Vermeidung einer vorzeitigen Auslösung während eines dynamischen Belastungsfalls beim Betrieb des Walzgerüsts vorgesehen ist. Ein Dämpfungsglied oder eine Dämpfung kann beispielsweise durch ein oder mehrere Drosseln und/oder Bypass Leitungen in dem hydraulischen System der Überlastsicherung realisiert werden.
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Vorzugsweise löst die Überlastsicherung nur dann aus, wenn die Walzkraft die Vorspannkraft für einen signifikant langen Zeitraum um einen bestimmten Faktor übersteigt.
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Erfindungsgemäß kann beispielsweise vorgesehen sein, dass an je einem Walzenständer des Walzgerüsts zwei symmetrisch auf das obere Walzeneinbaustück wirkende Stößel vorgesehen sind. Die Stößel können beispielsweise in einem Joch das Walzenständers gelagert sein.
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Vorzugsweise ist zur Entlastung der hydraulischen Vorspannung wenigstens ein Drucksteuerventil an einer Überlastsicherung vorgesehen, das beispielsweise als hydraulisch gesteuertes Proportionalventil ausgebildet sein kann.
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Bei einer besonders bevorzugten Variante des Walzgerüsts gemäß der Erfindung umfasst die Überlastsicherung Mittel zur Zulassung eines Pulsationsvolumenstroms des hydraulischen Systems, der bei dynamischer Belastung auftritt.
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Bei einer besonders bevorzugten Variante des Walzgerüsts gemäß der Erfindung ist als Mittel zur Zulassung eines Pulsationsvolumenstroms wenigstens ein gedrosselter Bypass zwischen einer Druckseite des Stößels und einer hydraulischen Vorsteuerung des Drucksteuerungsventils vorgesehen. Auf diese Art und Weise lässt das System während des Betriebs ein Zwischenspeichern kleiner Mengen des auf der Druckseite des Stößels verdrängten Hydraulikfluids zu. Der Pulsationsvolumenstrom kann beispielsweise über wenigstens eine, vorzugsweise über zwei Drosselblenden in einer Hydraulikleitung geführt sein.
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Vorzugsweise ist zur Bewerkstelligung einer Dämpfung beispielsweise eine die Walzkraft abstützende mittels gedrosselter Steuerleitungen sowohl mit einer Steuerseite des Drucksteuerungsventils als auch mit einem Blasenspeicher verbunden, so dass kurzzeitige Druckspitzen aus dem Walzprozess auch auf die Steuerseite wirken und kleine Mengen dabei verdrängten Öls oder eines Hydraulikfluids zwischengespeichert und anschließend zurückgeführt werden können.
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Die mit Drosseln versehenen Steuerleitungen erlauben ein Entweichen kleiner Ölmengen in den Blasenspeicher und vermeiden so eine Reaktion des Drucksteuerungsventils auf kurze Druckspitzen. Sobald die Lastspitze abgeklungen ist fördert der Blasenspeicher diese kleinen Ölmengen wieder zurück.
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Vorstehend und auch im Folgenden ist jeweils von einer Überlastsicherung mit einem Drucksteuerventil die Rede, im Rahmen der Erfindung können jedoch eine Vielzahl von hydraulischen Überlastsicherungen an einem Walzgerüst vorgesehen sein, beispielsweise vier (je zwei an einem Walzenständer), die jeweils eine entsprechende hydraulische Drucksteuerung aufweisen.
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Das Drucksteuerungsventil ist vorzugsweise als 2/2 Wegeventil ausgebildet, wobei eine Schaltstellung dem Überlastfall Rechnung trägt und die Freigabe des Hydraulikvolumens zwecks Entlastung des Stößels bewirkt. In der anderen, nämlich der gesperrten Stellung wird das Drucksteuerventil mit einem Vorsteuerdruck in der geschlossenen Stellung gehalten, wobei der Vorsteuerdruck in einem bestimmten Verhältnis zu dem Druck steht, der der Vorspannung des Stößels entspricht.
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Bei einer weiterhin vorteilhaften Ausführungsform des Walzgerüsts ist vorgesehen, dass das hydraulische System einen Blasenspeicher umfasst, der vorzugsweise in dem geschlossenen Hydraulikkreislauf des hydraulischen Systems angeordnet ist und der sowohl als Dämpfer für Druckstöße als auch zum Ausgleich von Leckageverlusten des Hydraulikfluids dient. Ein einziger Blasenspeicher kann beispielsweise mehreren Überlastsicherungen zugeordnet sein.
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Vorzugsweise ist der Stößel als Teil einer Kolben-Zylinder-Anordnung des hydraulischen Systems ausgebildet. Ein Teil des Stößels kann beispielsweise als Kolben ausgebildet sein, der in einem Zylinder gelagert ist, der integraler Bestandteil des Walzenständers ist und der an das hydraulische System angeschlossen ist.
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Bevorzugt ist das Drucksteuerungsventil der Überlastsicherung als Teil einer Verschlusseinheit der Kolben-Zylinder-Anordnung ausgebildet. Die Verschlusseinheit kann beispielsweise als Verschlussdeckel eines Zylinders ausgebildet sein.
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Ein weiterer Gesichtspunkt der Erfindung betrifft eine Überlastsicherung zur Begrenzung der Walzkraft an einem Walzgerüst, insbesondere an einem Kaltpilgerwalzgerüst, wobei die Überlastsicherung ein hydraulisches System zur Erzeugung einer hydraulischen Vorspannung von Teilen des Walzgerüsts umfasst und Mittel zur Entlastung der Vorspannung bei Überschreiten einer vorbestimmten Überlast aufweist.
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Die Entlastung der Vorspannung erfolgt bei der Überlastsicherung gemäß der Erfindung, wie auch bei dem Walzgerüst gemäß der Erfindung, durch Freigabe eines hydraulisch vorgespannten Volumens im Falle der Überlast. Das kann beispielsweise durch Öffnen eines geschlossenen Hydraulikkreislaufs mittels eines Drucksteuerventils erfolgen.
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Die Überlastsicherung nach einer besonders bevorzugten Variante gemäß der Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass die Druckspitzen, die beim Walzbetrieb entstehen, über Steuerleitungen auf die Vorsteuerseite des Vorsteuerventils geleitet werden. Dadurch werden interne Leckagen und sogenanntes Mikrolupfen innerhalb des Drucksteuerungsventils bzw. einer Mehrzahl von Drucksteuerventilen infolge der dynamischen bzw. pulsierenden Betriebskräfte verhindert.
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Im Übrigen umfasst die Überlastsicherung für die gemäß der Erfindung separat Schutz nachgesucht wird, eines oder mehrere Merkmale der im Zusammenhang mit dem Walzgerüst beschriebenen Überlastsicherung.
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Ein weiterer Gesichtspunkt der Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bereitstellung einer Überlastsicherung an einem Walzgerüst, insbesondere an einem Kaltpilgerwalzgerüst, das wenigstens zwei Pilgerwalzen umfasst, die angetrieben drehbar in einem hin- und her bewegten Walzgerüst gelagert sind, wobei das Verfahren die Erzeugung einer hydraulischen Vorspannung im Kraftfluss zwischen Walzgut und Walzenständer und die Entlastung der Vorspannung bei Überschreiten einer vorbestimmten Überlast umfasst.
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Bei einer besonders vorteilhaften Variante des Verfahrens ist vorgesehen, dass ein Entlastungsgrenzwert zum Auslösen der Entlastung in einem Überlastfall über das Flächenverhältnis des Drucksteuerventils deutlich größer definiert wird als der Vorspanndruck der Überlastsicherung.
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Dieser Vorspanndruck erzeugt eine hydraulische Vorspannung auf die eine Walzkraft ausübenden Teile des Walzgerüsts.
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Die Erfindung wird nachstehend anhand eines in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiels erläutert.
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Es zeigen:
- 1 eine perspektivische Ansicht eines Kaltpilgerwalzgerüsts gemäß der Erfindung,
- 2 eine Schnittdarstellung des Kaltpilgerwalzgerüsts gemäß 1,
- 3 einen hydraulischen Schaltplan eines Teils der Überlastsicherung gemäß der Erfindung und
- 4 einen hydraulischen Schaltplan der an einem Walzgerüst vorgesehenen Überlastsicherungen, in diesem Beispiel mit vier Überlastsicherungen.
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Das in 1 gezeigte Kaltpilgerwalzgerüst 1 umfasst in bekannter Art und Weise zwei in einem oszillierenden Walzgerüst 2 angeordnete Pilgerwalzen 3, die jeweils in einem Walzenständer 4 in Walzeneinbaustücken 5 gelagert sind.
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Die Pilgerwalzen 3 werden über Antriebsritzel 6 und nicht dargestellte Zahnstangen angetrieben, an denen entlang das Kaltpilgerwalzgerüst von einem ebenfalls nicht dargestellten Kurbelantrieb bewegt wird. In
1 ist das Antriebsritzel 6 der unteren Pilgerwalze 3 dargestellt, die obere Pilgerwalze 3 ist auf der gegenüberliegenden Seite des Walzgerüsts 2 angeordnet und in der Darstellung nicht sichtbar. Hinsichtlich des Antriebssystems wird Bezug genommen auf die Veröffentlichungen
EP 1 396 292 A1 und
EP 2 216 107 B1 .
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Wie dies insbesondere aus 2 ersichtlich ist, wirken auf die obere Seite der Walzeneinbaustücke 5 der oberen Pilgerwalzen 3 jeweils zwei Stößel 7 ein, die in Zylindern 8 hydraulisch vorgespannt verschiebbar angeordnet sind. Je Walzenständer 4 sind zwei Zylinder 8 vorgesehen, die jeweils als integraler Bestandteil eines Jochs 9 des betreffenden Walzenständers 4 ausgebildet sind. Jeder Zylinder 8 ist mit einem oberen Zylindervolumen an einen geschlossenen Hydraulikkreislauf angeschlossen, der beispielsweise mit einem Druck des Hydraulikfluids von ca. 350 bar auf die Stößel 7 wirkt.
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Die Zylinder 8 sind oberseitig jeweils mit einem Steuerdeckel 10 verschlossen, der eine Drucksteuerungseinheit 11 trägt, die an einen geschlossenen Hydraulikkreislauf 12 angeschlossen ist, der in Teilen in 3 dargestellt ist. Die Drucksteuerungseinheit 11 gemäß der Erfindung ist als Teil einer Überlastsicherung 13 ausgebildet und umfasst ein als 2/2 Wegeventil ausgebildetes Drucksteuerungsventil 14, welches mit einem ersten Anschluss A an die Druckseite des Zylinders 8 und mit einem zweiten Anschluss P an eine Versorgungsdruckleitung 15 des geschlossenen Hydraulikkreislaufs 12 angeschlossen ist. Das Drucksteuerungsventil 14 weist eine erste geschlossene Schaltstellung 16 und eine zweite geöffnete Schaltstellung 17 auf. In dem in 3 gezeigten Zustand befindet sich das Drucksteuerungsventil 14 in der ersten geschlossenen Schaltstellung 16. In dieser Schaltstellung liegt sowohl an dem ersten Anschluss A als auch an dem zweiten Anschluss P der Systemdruck von beispielsweise 350 bar an. Das Drucksteuerungsventil 14 ist in dieser Stellung ausbalanciert und in der Lage, die Vorspannung des Stößels 7 in gewissen Grenzen zu halten. Das wird insbesondere bei kleineren Druckstößen auf den Stößel 7 dadurch bewerkstelligt, dass zwischen den Anschlüssen A und P eine Kurzschlussleitung MA-MP vorgesehen ist, in der zwei Drosselblenden 18 angeordnet sind. Über die Bypass-Leitung MA-MP wird ein geringfügiger, gedrosselter Pulsationsvolumenstrom des Hydraulikfluids durch das Drucksteuerungsventil 14 zugelassen, um so Fehlauslösungen zu vermeiden.
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Zusätzlich ist in der Versorgungsdruckleitung 15 ein Blasenspeicher 19 vorgesehen, der einerseits eine Dämpfung des Systems bewirkt, andererseits Leckvolumenströme ausgleichen kann.
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Das System ist so eingestellt, dass die Vorspannung des Stößels 7 in gewissen Grenzen schwanken kann, ohne dass das Drucksteuerungsventil 14 auslöst. Wird ein gewisser Grenzdruck überschritten, veranlasst dieser die Betätigung des Drucksteuerungsventil 14 und die Verlagerung eines Ventilkörpers in die zweite geöffnete Schaltstellung 17, sodass hierüber das vorgespannte hydraulische Volumen über einen Abgang 20 entweichen kann.
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An dem Walzgerüst 2 sind insgesamt vier Stößel 7 vorgesehen, von denen jeweils zwei in einem Walzenständer 4 jeweils auf das obere Einbaustück 5 der oberen Pilgerwalze 3 wirken. Diese sind jeweils einzeln mit einer Überlastsicherung 13 abgesichert, wobei alle Überlastsicherungen 13 des Walzgerüsts in einem Hydraulikkreislauf 12 verschaltet sind. Ein Übersichtsplan der Anordnung der Überlastsicherungen ist in 4 dargestellt. Der Hydraulikkreislauf 12 wird zur Inbetriebsetzung an eine nicht dargestellte Hydraulikpumpe angeschlossen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Kaltpilgerwalzgerüst
- 2
- Walzgerüst
- 3
- Pilgerwalzen
- 4
- Walzenständer
- 5
- Walzeneinbaustück
- 6
- Antriebsritzel
- 7
- Stößel
- 8
- Zylinder
- 9
- Joch
- 10
- Steuerdeckel
- 11
- Drucksteuerungseinheit
- 12
- Hydraulikkreislauf
- 13
- Überlastsicherung
- 14
- Drucksteuerungsventil
- 15
- Versorgungsdruckleitung
- 16
- erste Schaltstellung
- 17
- zweite Schaltstellung
- 18
- Drosselblenden
- 19
- Blasenspeicher
- 20
- Abgang
- A
- erster Anschluss
- P
- zweiter Anschluss
- MA-MP
- Kurzschlussleitung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
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Zitierte Patentliteratur
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- EP 1369292 A1 [0006]
- EP 2219107 B1 [0006]
- EP 1396292 A1 [0035]
- EP 2216107 B1 [0035]