Kurbeltrieb für ein Kaltpilgerwalzwerk

Abstract

 Die Erfindung betrifft ein Kaltpilgerwalzwerk mit hin- und herbewegbarem Walzgerüst, das über eine Schubstange mit dem Kurbelzapfen einer Kurbel gekoppelt ist und dessen Trägheitsmasse durch Gegenmassen teilweise ausgleichbar ist. Hierbei ist das aus Kurbeltrieben und Gegenmassen gebildete Getriebe in zwei spiegelbildlich einer die Walzachse (10) senkrecht schneidenden Ebene angeordnete Getriebeteile aufgeteilt, die über die Welle (15a,15b) eines gemeinsamen Antriebsstranges miteinander verbunden sind.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft ein Kaltpilgerwalzwerk mit hin- und herbewegbarem Walzgerüst, das über zwei Schubstangen mit den Kurbelzapfen zweier Kurbeln gekoppelt ist, und dessen Trägheitskräfte durch Gegenmassen mindestens teilweise ausgleichbar sind, die in Form von Fliehgewichten exzentrisch zur Drehachse der Kurbeln um 180 Grad zum Anlenkpunkt der Schubstangen versetzt auf den Kurbeln angeordnet sind.

[0002] Die Hin- und Herbewegung des Walzgerüstes herkömmlicher Kaltpilgerwalzwerke wird von unterschiedlichen Kurbeltrieb-Bauformen erzeugt. Die großen bewegten Trägheitsmassen der Walzgerüste mit den Walzen erzeugen sehr große Trägheitskräfte, die Gegenmaßnahmen zur Reduktion der Schwingungsemission notwendig machen. In einfachsten Ausführungen beschränken sich die Gegenmaßnahmen auf das Anbringen von Gegengewichten an der Kurbel des Kurbeltriebes, die jedoch nur einen schlechten Massenausgleich bewirken und nicht geeignet sind, die Schwingungsemission zu verhindern.

[0003] Die meisten Kaltpilgerwalzwerke werden mit einem Drehmomenten- und Massenausgleichssystem ausgerüstet, mit dem ein vollkommener Massenkraftausgleich erster Ordnung ebenso ermöglicht wird, wie ein sehr guter Drehmomentausgleich. Ein bekanntes Kaltpilgerwalzwerk verwicklicht dies mit einem an dem Kurbeltrieb angelenkten Drehmomentenausgleichssystem, das die Bewegungsenergie, die bei der Verzögerung des Walzgerüstes zur Totpunktlage frei wird, in der am Kurbeltrieb um 90 Grad versetzt angeordneten vertikal auf-und abbewegbaren Ausgleichsmasse aufspeichert und bei der anschließenden Beschleunigung des Walzgerüstes wieder verwendet. Dieses vertikale Drehmomentenausgleichssystem unter Einbeziehung des Walzendrehmomentes auf Vorwärts- und Rückwärtshub bewirkt, daß der gesamte Antrieb zwischen Antriebsmotor und Kurbelwelle von zeitweilig zurückfließender Bewegungsenergie entlastet wird. Das heißt, bei konstanter Kurbeldrehzahl ist auch das Antriebsmoment weitgehend konstant, weil die kinetische Energie zwischen den Teilgetrieben hin- und herfließt, ohne den Motor zu belasten (Mannesmann Demag Hüttentechnik. "Maschinen und Anlagen zur Herstellung von Rohren nach dem Kaltpilgerverfahren". Seiten 18 und 19).

[0004] Obgleich mit dieser Bauform den Erfordernissen eines ausreichenden Massen- und Drehmomentenausgleiches Rechnung getragen wird, hat die bekannte Lösung den Nachteil, daß tiefe Fundamente erforderlich sind, die einen erheblichen Anteil der Investitionskosten ausmachen. Ein weiterer Nachteil besteht darin, daß geteilte und damit teure Lager an den Kurbelkröpfungen und als mittleres Kurbelwellenlager verwendet werden müssen.

[0005] Es ist auch schon vorgeschlagen worden, für kleine Rohrabmessungen Planetenkurbeltriebe zu verwenden, mit denen auch ein vollkommener Massenausgleich und ein vollkommener Drehmomentenausgleich möglich ist. Mit diesen Walzwerken lassen sich auch ungeteilte Lager einsetzen und es sind geringe Fundamenttiefen vorzusehen, doch läßt sich diese Bauform nicht auf Kaltpilgerwalzwerke für große Rohrabmessungen übertragen.

[0006] Schließlich ist es bekannt (DE 41 24 691 C1), den Kurbeltrieb eines Kaltpilgerwalzwerkes dadurch zu vereinfachen, daß dieser aus drei parallel zueinander und gleich beabstandet angeordneten Wellen besteht, von denen die mittlere als Kurbelwelle ausgebildete Welle über ihren Kurbelzapfen mit der das Walzgerüst koppelbaren Schubstange verbunden ist. Eine Hauptmasse ist exzentrisch auf der Kurbel versetzt angeordnet, während auf den beiden anderen Wellen sich Zusatzmassen befinden, die insgesamt die Trägheitsmasse des Walzgerüstes ausgleichen sollen. Mit dieser Antriebsanordnung ist zwar ein vollkommener Massenkraftausgleich erster Ordnung bei Verwendung ungeteilter Lager möglich, doch werden auch hier relativ tiefe Fundamente gefordert, weil das gesamte Getriebe einschließlich Antriebszapfen, Ausgleichsgewichten, Lagern, Zahnrädern und Gehäuse unterhalb der fest vorgegebenen Walzmittel anzuordnen ist, um einen freien Auslauf des gewalzten Rohres zu ermöglichen. Insbesondere bei Kaltpilgerwalzwerken für große Rohrabmessungen führt die Addition der Mindesthöhen dieser Komponenten auf eine Gesamthöhe der Getriebe, die wiederum tiefe Gruben im Fundament erfordern. Auch sieht der bekannte Vorschlag keine Gegenmaßnahmen gegen die Ungleichförmigkeit der Kurbelwinkelgeschwindigkeit vor.

[0007] Ausgehend von einem Kaltpilgerwalzwerk der in der DE 41 24 691 C1 beschriebenen Art ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Kurbelbetrieb für ein gattungsgemäßes Walzwerk zu schaffen, das bei optimalem Massen- und Drehmomentenausgleich konstruktiv einfach ist und bei Verwendung ungeteilter Lager mit geringen Fundamenttiefen auskommt und somit kostengünstig ist.

[0008] Zur Lösung der Aufgabe wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß das aus Kurbelbetrieb und Gegenmassen gebildete Getriebe in zwei spiegelbildlich einer die Walzachse senkrecht schneidenden Ebene angeordnete Getriebeteile aufgeteilt ist, die über die Welle eines gemeinsamen, unterhalb der Walzebene angeordneten aus Motor, Kupplung und Kegelradgetriebe bestehenden Antriebsstranges miteinander verbunden sind, wobei die Drehachsen der Getriebeteile parallel zueinander und horizontal angeordnet sind und die Kurbeln der beiden Getriebeteile zueinander gegensinnige Drehrichtung aufweisen.

[0009] Es wird also ein Kurbelbetrieb vorgeschlagen, der aus jeweils zwei rechts und links der Walzmitte angeordneten Teilgetrieben besteht, wobei die Drehachsen der Wellen der Teilgetriebe horizontal liegen, mit Ausnahme der Antriebswelle vorzugsweise in einer gemeinsamen Ebene. Die Aufteilung in zwei Getriebeteile ermöglicht den freien Durchgang für das gewalzte Rohr auch großer Abmessungen, wobei die Antriebe unterhalb oder auch oberhalb der Walzebene anzuordnen sind. Dadurch werden nur flache Fundamente erforderlich.

[0010] Die vorgeschlagene Kurbelantriebsordnung ermöglicht die Verwendung nicht versetzter Schubkurbeln als Walzgerüstantrieb, was bei bisherigen Antrieben, beispielsweise der Bauart MEER nicht möglich war, weil das im Kaltpilgerprozeß erzeugte Rohr über die Kurbelwelle hinweggeführt werden mußte.

[0011] In einer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß der Antrieb des Kaltpilgerwalzwerkes einen unterhalb der Walzebene angeordneten Antriebsmotor mit zur Walzachse paralleler Antriebswelle aufweist, die unter Zwischenschaltung einer Kupplung mit einem Verteilergetriebe in Verbindung steht, dessen beidseitig senkrecht zur Walzachse und horizontal verlaufende Abtriebswellenhälften das Antriebsmoment in die Getriebeteile einleiten. Auf diese Weise muß das erzeugte Rohr lediglich über den tieferliegenden Antrieb hinweggeführt werden, während die Kurbeltriebe je zur Hälfte beidseitig des Rohres angeordnet sind.

[0012] In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß zum Ausgleich verbleibender Trägheitskräfte zusätzliche Fliehgewichte auf zur Drehachse der Kurbeln jedes Getriebeteils parallelen Wellen angeordnet sind, die über Stirnräder mit auf dem Kurbeltrieb angeordneten Stirnräder dergestalt miteinander kämmend verbunden sind, daß die Fliehgewichte der Kurbeln und die zusätzlichen Fliehgewichte gegenläufig umlaufen.

[0013] Die Fliehgewichte an den Kurbeln der Getriebeteile gleichen die Fliehkräfte der rotierenden Massen von Kurbeltrieb und Schubstange aus. Ein zusätzlicher Fliehgewichtanteil an jeder Kurbel sowie diesem Anteil gleiche Fliehgewichte an gegensinnig mit der Drehzahl der Kurbeln umlaufenden Zwischenwellen ermöglichen den vollständigen Ausgleich des oszillierenden Trägheitskraftanteils erster Ordnung von Walzgerüst und Schubstange.

[0014] In einem anderen Vorschlag der Erfindung ist zum Ausgleich von oszillierenden Trägheitskräften zweiter Ordnung vorgesehen, auf den beiden Antriebswellen beidseitig der senkrechten Ebene exzentrisch angeordnete senkrecht umlaufende Schwungmassen vorzusehen. Diese werden mit doppelter Kurbeldrehzahl und zueinander gegensinniger Drehrichtung angetrieben.

[0015] Die zusätzlichen Fliehgewichte jedes Getriebeteils können nach einem anderen Vorschlag der Erfindung auch auf jeweils zwei parallele Wellen verteilt sein, die beidseitig des geteilten Kurbeltriebes jedes Getriebeteils über Stirnräder synchronisiert angeordnet sind.

[0016] Zusammenfassend löst der erfindungsgemäße Kurbeltrieb die Aufgabe durch folgende Effekte zur Kompensation der Massenwirkungen:
Die Fliehgewichte an den Kurbeln gleichen zunächst die Fliehkräfte der rotierenden Massen von Kurbeltrieb und Schubstange aus.

[0017] Ein zusätzlicher Fliehgewichtanteil an jeder Kurbel sowie diesem Anteil gleiche Fliehgewichte an gegensinnig mit Drehzahl der Kurbel umlaufenden Zwischenwellen ermöglichen den vollständigen Ausgleich des oszillierenden Trägheitskraftanteils erster Ordnung von Walzgerüst und Schubstange. Die Fliehgewichte an den Zwischenwellen können dabei auch auf jeweils zwei Wellen aufgeteilt sein.

[0018] Die spezielle Anordnung der Getriebeteile verhindert das Entstehen von Massenkraftmomenten durch die Fliehgewichte, da sich die in den Kurbeltriebsteilen verbleibenden Massenkraftmomente kompensieren.

[0019] Die gegenläufige Bewegung der Kurbeln bewirkt, daß sich die Massenmomente der Schubstangen kompensieren.

[0020] Exzentrisch auf dem den Antriebsstrang mit den Getriebeteilen verbindenden Wellen angeordnete Schwungmassen kompensieren die oszillierenden Trägheitskräfte zweiter Ordnung. Zusätzlich kann auf der Antriebswelle eine Schwungmasse vorgesehen sein, die den Drehzahlverlauf der Kurbelwelle und damit des Kurbeltriebes glättet.

[0021] Der erfindungsgemäße Kurbeltrieb zeichnet sich durch einen vollommenen Massenkraftausgleich erster und zweitar Ordnung, durch einen vollkommenen Ausgleich aller Massenkraftmomente erster Ordnung und einen vollkommenen Ausgleich der Massenmoment der Schubstangen aus. Die Anordnung kommt mit geringer Fundamenttiefe aus und benötigt keine geteilten teuren Lager. Varianten der Antriebskinematik sind denkbar: drei von ihnen werden in der Zeichnung dargestellt und nachfolgend beschrieben. Es zeigt:

Fig. 1:

die einfachste Form des erfindungsgemäßen Kurbeltriebes,

Fig. 2:

den erfindungsgemäßen Kurbeltrieb mit vollkommenem Ausgleich und

Fig. 3:

einen Kurbeltrieb nach der Erfindung, bei dem die zusätzlichen Fliehgewichte aufgeteilt sind.

[0022] In Figur 1 ist mit 1 das hin- und hergehende Walzgerüst bezeichnet, in dem das Kaltpilgerwalzenpaar 2 aufgenommen ist. An dem Walzgerüst 1 ist bei 3 beidseitig je eine Schubstange 4 drehgelenkig angeordnet, deren entgegengesetzte Seite bei 5 auf den Kurbelzapfen 6 je einer Kurbel 7 gelagert ist, der seinerseits bei 8 und 9 am nicht dargestellten Gehäuse gelagert ist.

[0023] Wie aus der unteren Zeichnungshälfte in Figur 1 erkennbar ist, sind beidseitig einer senkrecht durch die Walzachse 10 verlaufenden gedachten Ebene zwei spiegelbildliche Getriebeteile vorzusehen, die sowohl die Kurbel 7 wie auch die anderen Antriebsteile beinhalten. Auf jeder Kurbel jedes Getriebeteils sitzt um 180 Grad zum Kurbelzapfen 6 versetzt exzentrisch ein Fliehgewicht 11, welches in der Summe beider Fliegewichte 11 beider Getriebeteile so groß ist, daß alle rotierenden und oszillierenden Trägheitskräfte erster Ordnung ausgeglichen werden.

[0024] Erkennbar ermöglicht die Anordnung der Getriebeteile beidseitig der Walzachse den freien Auslauf des gewalzten Rohres zwischen den beiden Schubstangen hindurch und über den Antriebsstrang hinweg. Der Antriebsstrang besteht, wie die untere Zeichnungshälfte von Figur 1 zeigt, aus dem Motor 12, der Kupplung 13 und dem Kegelradgetriebe 14, welches das Antriebsmoment auf die beiden miteinander fluchtenden Halbwellen 15a und 15b verteilt, die senkrecht zum Antriebsstrang und horizontal verlaufen. Jede der Halbwellen 15a, 15b trägt eine Schwungmasse in Form eines Schwungrades 16 zum Glätten des Drehzahlverlaufs der Kurbelwelle. Die Halbwellen 15a und 15b sind bei 17 gelagert und tragen jeweils ein Stirnrad 18, welches im Ausführungsbeispiel mit einem im Verhältnis 4:1 übersetzten Stirnrad 19 auf dem Kurbeltrieb 7 kämmt und diesen in Drehung versetzt. Die Schwungräder 16 und die Fliehgewichte 11 laufen in Pfeilrichtung mit synchronisierten Drehzahlen um und ermöglichen auf diese Weise den Ausgleich.

[0025] Die in Figur 2 dargestellte Kurbeltriebsanordnung gestattet einen noch besseren Ausgleich durch zusätzliche Fliehgewichte 20, die gemeinsam mit den Fliehgewichten 11 auf den beiden Kurbeln 7 die Fliehkräfte der rotierenden Massen von Kurbel und Schubstange sowie des oszillierenden Trägheitskraftanteils erster Ordnung von Walzgerüst und Schubstange ausgleichen. Die zusätzlichen Fliehgewichte 20 sind auf Wellen 21 angeordnet, die parallel zur Drehachse der Kurbeln 7 in der gleichen horizontalen Ebene angeordnet sind und gleichzeitig je ein Stirnrad 22 tragen, die einerseits mit den Stirnrädern 18 der Antriebshalbwellen 15a und 15 b und andererseits mit den Stirnrädern 19 auf den Kurbeln 7 kämmen und mit entsprechender Übersetzung das Antriebsdrehmoment übertragen. In diesem Ausführungsbeispiel sind die auf den Antriebswellen 15a und 15b angeordneten Schwungräder 16 exzentrisch derartig angeordnet, daß sie die bei gegenüber der Kurbeltriebsdrehzahl verdoppelter Drehzahl die oszillierenden Trägheitskräfte zweiter Ordnung kompensieren. Gleichartige Bauteile sind in Figur 2 gleich bezeichnet.

[0026] Figur 3 stellt einen Mechanismus dar, der auch bei gleicher Drehrichtung der beiden Kurbeln 7 einen vollkommenen Ausgleich der Massenkräfte und Masenkraftmomente erster Ordnung ermöglicht, allerdings dann keinen Ausgleich der Massenmomente der Schubstangen aufweist. Bei der hier dargestellten Anordnung des erfindungsgemäßen Kurbeltriebes sind die zusätzlichen Fliehgewichte 20a und 20b auf zwei Wellen 21a und 21b aufgeteilt, die beidseitig und parallel zur Drehachse der Kurbeln 7 angeordnet sind. Beide Fliegewichte 20a und 20b laufen in zur Kurbeldrehrichtung entgegengesetzter Richtung um, wobei das Antriebsmoment über die Stirnräder 18, 22a, 19 und 22b verteilt wird.

Ansprüche

1. Kaltpilgerwalzwerk mit hin- und herbewegbarem Walzgerüst, das über eine Schubstange mit dem Kurbelzapfen einer Kurbel gekoppelt ist und dessen Trägheitsmasse durch Gegenmassen mindestens teilweise ausgleichbar ist, die in Form von Fliehgewichten exzentrisch zur Drehachse der Kurbel um 180° zum Anlenkpunkt der Schubstange versetzt auf der Kurbel angeordnet sind,
dadurch gekennzeichnet,
daß das aus Kurbel (7) und Gegenmassen gebildete Getriebe in zwei spiegelbildlich einer die Walzenachse (10) senkrecht schneidenden Ebene angeordnete Getriebeteile aufgeteilt ist, die über die Welle (15a, 15b) eines gemeinsamen, unterhalb der Walzebene angeordneten, aus Motor (12), Kupplung (13) und Kegelradgetriebe (14) bestehenden Antriebsstranges miteinander verbunden sind, wobei die Drehachsen der Getriebeteile parallel zueinander und horizontal angeordnet sind und die Kurbeln (7) der beiden Getriebeteile zueinander gegensinnige Drehrichtungen aufweisen.

2. Kaltpilgerwalzwerk nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Antrieb des Kaltpilgerwalzwerkes einen unterhalb der Walzebene angeordneten Motor (12) mit zur Walzachse paralleler Antriebswelle aufweist, die unter Zwischenschaltung einer Kupplung (13) mit einem Verteilergetriebe (Kegelradgetriebe 14) in Verbindung steht, dessen beidseitig senkrecht zur Walzachse und horizontal verlaufender Antriebswellenhälften (15a, 15b) das Antriebsmoment in die Getriebeteile einleiten.

3. Kaltpilgerwalzwerk nach Anspruch 1 und 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß zum Ausgleich verbleibender Trägheitskräfte zusätzliche Fliehgewichte (20) auf zur Drehachse der Kurbeln (7) jedes Getriebeteils parallelen Wellen (21) angeordnet sind, die über Stirnräder (22) mit den auf den Kurbeln (7) angeordneten Stirnrädern (19) dergestalt miteinander kämmend verbunden sind, daß die Fliehgewichte (11) der Kurbeln (7) und die zusätzlichen Fliehgewichte (20) gegenläufig umlaufen.

4. Kaltpilgerwalzwerk nach Anspruch 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet,
daß zum Ausgleich von oszillierenden Trägheitskräften zweiter Ordnung auf der den Antriebsstrang mit den Getriebeteilen verbindenden Welle (15a, 15b) beidseitig der senkrechten Ebene exzentrisch angeordnete senkrecht umlaufende Schwungmassen (16) vorgesehen sind.

5. Kaltpilgerwalzwerk nach Anspruch 3
dadurch gekennzeichnet,
daß die zusätzlichen Fliehgewichte (20) jedes Getriebeteiles auf jeweils parallele Wellen (21a, 21b) verteilt sind, die beidseitig der Kurbeln (7) jedes Getriebeteils über Stirnräder (19, 22a, 22b) synchronisiert angeordnet sind.

6. Kaltpilgerwalzwerk nach Anspruch 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Kurbeln (7) der beiden Getriebeteile zueinander gegensinnige Drehrichtungen aufweisen.

Zeichnung