[0001] Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Auslenken einer noch walzwarmen und sich
mit hoher Geschwindigkeit bewegenden Walzader aus der Walzlinie heraus und besteht
im wesentlichen aus einem in einer horizontalen Ebene schwenkbarem Weichenrohr.
[0002] Um eine Walzader, welche mit hoher Geschwindigkeit und Walztemperaturen bis 1000
°C aus dem letzten Walzgerüst austritt, beispielsweise den Schneidmessern nachgeordneter
Schereinrichtungen sowie nachgeordneten Führungskanälen zuführen zu können, werden
insbesondere in der Praxis mechanisch betriebene Weichensysteme verwendet.
[0003] Bevorzugt werden Weichensysteme eingesetzt, die mittels Linearantrieben in Form von
Hydraulik- oder Pneumatikzylindern, einer Bewegungsschnecke und / oder einer Kombination
vorgenannter Antriebe betrieben sind.
[0004] Durch die DD 218 852 wird eine rotierende Schopfschere für schnellaufenden Walzdraht
offenbart, wobei die Walzader mittels eines Weichenrohres (hier Schwenkrohr genannt)
in den Schneidbereich der Messer der Schopfschere geführt wird.
Betrieben wird das Weichenrohr mittels eines Pneumatikzylinders, der dieses in der
Führungsbahn eines Kulissensteins bewegt. Zur Synchronisation der Querbewegung der
Walzader bis zu den Messern weist das Weichenrohr eine Hebelbuchse mit Führungselement
auf, welches seinerseits in ein Führungskaliber des Obermesserkopfes einrastet.
[0005] Eine weitere gattungsgemäße Vorrichtung ist in der DD 145 237 beschrieben, wobei
hier ebenfalls Linearantriebe zur Realisierung der Schwenkbewegung des Weichenrohres
Verwendung finden.
[0006] Der DE 35 23 046 ist ein Verfahren und ein Apparat zum Abtrennen des voreilenden
und nacheilenden Endes einer schnellaufenden Walzader zu entnehmen, wobei die gewalzte
Ader nach dem Passieren des letzten Walzenpaares in eine Führungsnut geleitet wird,
die im Umfang einer Kreisscheibe vorgesehen ist und sich mit der Umfangsgeschwindigkeit
entsprechend der Bewegungsgeschwindigkeit der Walzader dreht sowie die Walzader veranlaßt,
in diesem Zustand die Bewegung der Scheibe über ihren Sektor mitzumachen. Am Ende
des genannten Sektors wird dann die Walzader mittels einer Abtrennvorrichtung getrennt
und es werden die abgetrennten Stücke in eine Richtung und die Gutader in eine andere
Richtung abgeführt.
[0007] Die oben genannten mechanischen Weichensysteme mögen bis zu Schwenkgeschwindigkeiten
bis 2 m/s noch zufriedenstellend arbeiten. In der Praxis hat sich jedoch herausgestellt,
daß bei Bedarf an höheren Schwenkgeschwindigkeiten immer höhere Beschleunigungsmomente
zu realisieren waren.
Um den Biegewinkel der Walzader bei gegebenen Auslenkweg möglichst gering zu halten,
werden Weichenrohre entsprechend lang ausgeführt. Des weiteren hängt das Antriebsmoment
der Schwenkbewegung eines Weichenrohres auch von den geometrischen Bedingungen desselben
ab.
Es gilt bekanntermaßen:

[0008] Die Massenträgheit besitzt somit im Hinblick auf die erforderliche Antriebsleistung,
das Beschleunigungs- und Bremsverhalten und damit auf die Schwenkzeit des Weichensystems
einen hohen Stellenwert.
[0009] Des weiteren machte es sich in der Praxis erforderlich, zur Gewährleistung der maximal
zulässigen Auslenkung sogenannte Anschläge an den Weichen zu installieren. Dies führt
jedoch zu stoßbehafteten Betrieb, welches sich wiederum nachteilig auf die Lebensdauer
derartiger Weichensysteme auswirkt.
[0010] Ebenso ist es in der Praxis bekannt, daß aufgrund der hohen thermischen Belastung
der Weichenrohre, insbesondere des

Verziehens" derselben, die Positioniergenauigkeit nicht mehr den gewünschten Anforderungen
entspricht.
[0011] Die sich abzeichende Entwicklung von Walzstraßen zu immer höheren Walzgeschwindigkeiten
bis über 120 m/s, erfordert demgemäß Weichensysteme, die dieser Entwicklung gerecht
werden und höhere Schwenkgeschwindigkeiten gwährleisten. Die Entwicklung geht derzeit
bis zu Schwenkgeschwindigkeiten von 4 m/s und darüber.
Hier setzt die nachfolgend beschriebene Erfindung an.
[0012] Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, den eingangs geschilderten Stand der Technik
dahingehend zu verbessern, daß eine Vorrichtung der gattungsbestimmenden Art geschaffen
wird, die unter Berücksichtigung von Walzgeschwindigkeiten bis wenigstens 120 m/s
geeignet ist, bei hoher Positioniergenauigkeit die Leistungsfähigkeit bestehender
Vorrichtungen, die gegebenenfalls schon in ihren Grenzbereichen betrieben werden,
zu verbessern. Das bedeutet, höhere Schwenkgeschwindigkeiten als bisher zu erzielen
und nachteilige thermische Belastungen auf das Weichenrohr weitestgehend zu vermeiden.
Des weiteren soll ein stoßfreier Betrieb der Vorrichtung gewährleistet sein.
[0013] Erfindungsgemäß wird die Aufgabe in Verbindung mit den Merkmalen im Oberbegriff des
Anspruches 1 dadurch gelöst, daß dem Weichenrohr als Antrieb eine motorbetriebene
Kurbelschwinge zugeordnet ist und sich innerhalb des Weichenrohres in einem radialen
Abstand zur Innenkontur des Weichenrohres, einen Zwischenraum bildend, ein Führungsrohr
für die Walzader abstützt.
[0014] In Ausgestaltung der Erfindung ist es vorgesehen, daß die Kurbelschwinge eine fest,
jedoch lösbar mit dem Weichenrohr verbundene Aufnahmeschelle sowie eine Koppelstange
und eine Kurbel aufweist, wobei die Koppelstange endseitig zum einen mit der Aufnahmeschelle
und zum anderen mit der Kurbel drehgelagert verbunden und die Kurbel ihrerseits mittels
eines Elektromotors angetrieben ist.
[0015] Ferner ist das zur Aufnahmeschelle weisende Lager der Koppelstange in Form eines
Gelenkkopfes und die zur Kurbel weisende Lagerung als Wälzlagerung ausgeführt, wobei
die Wälzlagerung eine Achse aufweist, deren herausragender Achsstumpf radial außerhalb
der Drehachse der Kurbel fest mit der Kurbel verbunden ist.
[0016] Die Kurbel zeichnet sich des weiteren dadurch aus, daß sie in Wälzlagern gelagert
ist, welche sich innerhalb eines fest am Maschinengestell angeordneten Lagergehäuses
abstützen.
[0017] Zur direkten Übertragung des Drehmomentes des Elektromotors auf die Kurbel, ist die
Drehwelle des Elektromotors innerhalb der Drehachse der Kurbel drehsteif mit der Kurbel
verbunden ist.
[0018] In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung stützt sich das Führungsrohr innerhalb
des Weichenrohres mittels Abstandsbuchsen an der Innenkontur des Weichenrohres ab.
[0019] Weiterhin wird im Sinne der Erfindung vorgeschlagen, daß der Zwischenraum zwischen
Weichenrohr und Führungsrohr endseitig abgedichtet, sowie über Bohrungen mit einem
Kühlmedium beaufschlagbar ist.
[0020] Die endseitig des Weichenrohres angeordneten Abstandsbuchsen können dabei als Dichtelemente
ausgeführt sein. Gegebenenfalls weitere über die Länge des Weichenrohres noch dazwischen
angeordnete Abstandsbuchsen sind mit in Achsrichtung angeordneten Bohrungen versehen.
[0021] Als zweckmäßig ist anzusehen, wenn die Bohrungen für das Kühlmedium im Weichenrohr
selbst und/oder in den endseitig angeordneten Abstandsbuchsen angeordnet sind.
[0022] Eine weitere Maßnahme sieht vor, daß das Weichenrohr aus Leichtmetall oder einer
Leichtmetallegierung besteht.
[0023] Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, daß während
der Schwenkbewegung des Weichenrohres selbst bei hohem Beschleunigungsmoment des Elektromotors
ein sanftes Anlaufen und Abbremsen des Weichenrohres gewährleistet ist.
Es kann somit auf externe Anschläge verzichtet werden.
Des weiteren ist aufgrund der erzielten hohen Biegesteifigkeit des Weichenrohres und
der Verringerung der thermischen Belastung desselben eine hohe Positioniergenauigkeit
erzielbar.
Ebenso ist mit geringerem Wartungsaufwand zu rechnen, da zum einen lediglich das Führungsrohr
als Verschleißteil bei Bedarf einfach und kostengünstig zu wechseln ist und zum anderen
die mechanische Belastung auf das Weichensystem infolge der Verwendung einer Kurbelschwinge
erheblich gemindert werden konnte.
Kurbelachwingen zur Übertragung von Drehbewegungen sind sicherlich dem Stand der Technik
zuzurechnen, aber entgegen der vorherrschenden Entwicklungsrichtung an Weichensystemen
in Walzstraßen wird mit Verwendung dieser Technik in Kombination mit den übrigen erfindungswesentlichen
Merkmalen ein überraschender und in dieser Höhe nicht erwarteter vorteilhafter Effekt
erzielt, der eine Bereicherung und Weiterentwicklung bekannter Weichensysteme darstellt.
[0024] Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden
Erläuterung eines bevorzugten und in den Zeichnungen schematisch dargestellten Ausführungsbeispieles.
[0025] Es zeigen:
- Figur 1a
- eine Seitenansicht der Vorrichtung,
- Figur 1b
- die Einzelheit X nach Figur 1,
- Figur 2
- die Draufsicht nach Figur 1,
- Figur 3
- den Schnitt A - A nach Figur 1,
- Figur 4
- den Schnitt B - B nach Figur 1,
- Figur 5a
- die schematische Ansicht der Vorrichtung zum Zeitpunkt t0 während des Einlaufens der Walzader in das Weichenrohr,
- Figur 5b
- die schematische Ansicht der Vorrichtung zum Zeitpunkt t1 während des Austretens der Walzaderspitze aus dem Weichenrohr,
- Figur 5c
- die Darstellung eines Kurvenverlaufes im Zeitraum t0 bis t1 im ϕ (t) ― Diagramm,
- Figur 5d
- die Darstellung eines Kurvenverlaufes im Zeitraum t0 bis t1 im v (t) ― Diagramm,
- Figur 5e
- die Darstellung eines Kurvenverlaufes im Zeitraum t0 bis t1 im s (t) ― Diagramm.
[0026] Gemäß den Figuren 1a bis 3 ist in einem Maschinengestell 1 ein Weichenrohr 2 zum
einen auf einem Schwenklagerbock 3 und zum anderen auf einem Gleitlagerbock 4 horizontal
schwenkbar gelagert.
Innerhalb des Weichenrohres 2 stützt sich in einem bestimmten radialen Abstand zur
Innenkontur des Weichenrohres 2 ein Führungsrohr 5 für die nicht näher dargestellte
Walzader mittels stirnseitig angeordneter Abstandsbuchsen 6 ab.
Zwischen der Innenkontur des Weichenrohres 2 und dem Führungsrohr 5 ist demgemäß ein
Zwischenraum 7 gebildet, der mittels der Abstandsbuchsen 6, die zweckmäßigerweise
als Dichtelemente ausgeführt sind, nach außen abgedichtet ist.
[0027] Im vorliegenden bevorzugten Ausführungsbeispiel sind sowohl das Weichenrohr 2 als
auch das Führungsrohr 5 geteilt dargestellt. Dies machte sich in der Praxis aus Fertigungs-
und Montagegründen erforderlich, wobei die beiden Abschnitte des Weichenrohres 2 mittels
einer Flanschverbindung 8 stirnseitig miteinander verbunden sind.
Die beiden Abschnitte des Führungsrohres 5 dagegen sind über eine Abstandsbuchse 9
miteinander verbunden, wobei sich diese vorteilhafterweise wiederum an der Innenkontur
des Weichenrohres 2 abstützt.
Zur Schaffung einer räumlichen Verbindung des geteilten Zwischenraums 7 ist die Abstandsbuchse
9 mit einer geeigneten Anzahl in Achsrichtung angeordneter Bohrungen 10 versehen (Figur
1b).
Sowohl die räumliche Verbindung des geteilten Zwischenraums 7 als auch die stirnseitigen
Abdichtungen sind notwendig, da es erfindungsgemäß beabsichtigt ist, den Zwischenraum
7 mit Kühlmedium zu beaufschlagen.
Um einen wirkungsvollen Kühlkreislauf zu realisieren, ist der Zwischenraum 7 über
sinnvoll angeordnete Bohrungen 11 im Weichenrohr 2 mit einem Rohr- und/oder Schlauchsystem
12 für den Zu- und Ablauf des gewählten Kühlmediums verbunden, welches wiederum mit
einer nicht näher dargestellten Kühl- und Pumpeinrichtung in Verbindung steht.
Ebenfalls ist es denkbar, wenn die Bohrungen 11 in den stirnseitig als Abstandsbuchsen
6 ausgeführten Dichtelementen eingebracht sind (nicht näher dargestellt).
[0028] Walzguteinlaufseitig ist am Weichenrohr 2 eine sich zum Führungsrohr 5 hin verjüngende
Einlaufbuchse 13 fest angeordnet, um die Walzader exakt in das Führungsrohr 5 einführen
zu können (Fig. 1).
[0029] An geeigneter Stelle und zwar im vorliegenden Ausführungsbeispiel vorteilhafterweise
im unmittelbaren Bereich der Verbindungsstelle des geteilten Weichenrohres 2 greift
mittels einer Aufnahmeschelle 14 orthogonal zur Walzrichtung eine sogenannte Kurbelschwinge
15 an, die ihrerseits aus der besagten Aufnahmeschelle 14 (Figur 4), einer Koppelstange
16 und einer Kurbel 17 besteht.
Die Koppelstange 16 ist endseitig zum einen über ein an sich bekanntes Lager 18 als
Schwenklager in Form eines Gelenkkopfes mit der Aufnahrneschelle 14 und zum anderen
über eine Lagerung 19 in Form einer Wälzlgerung mit der Kurbel 17 verbunden.
[0030] Die Kurbel 17 ist des weiteren mittels eines Elektromotors 20, vorzugsweise in Form
eines Gleichstrommotors mit Drehzahl- und Winkelgeber, angetrieben.
Geregelt wird der Elektromotor 20 in Abhängigkeit von allen dem Weichensystem direkt
vor- und nachgeordneten Aggregaten über eine Speicherprogrammierbare Steuerung (SPS).
[0031] Es ist zu bemerken, daß die als Wälzlagerung ausgeführte und zur Kurbel 17 weisende
Lagerung 19 eine Achse 21 aufweist, deren herausragender Achsstumpf 22 radial außerhalb
der Drehachse 23 der Kurbel 17 fest mit der Kurbel 17 verbunden ist.
Die Kurbel 17 ist ihrerseits in Wälzlagern 24 gelagert, welche sich innerhalb eines
fest am Maschinengestell 1 angeordneten Lagergehäuses 25 abstützt.
[0032] Durch diese Ausführung in Form einer Querkraftstütze ist gewährleistet, daß eventuell
auftretende Belastungen auf die Kurbelschwinge 15 nicht direkt auf den Elektromotor
20 übertragen werden.
Die Drehwelle 26 der Elektromotors 20 ist aufgrund der gewünschten direkten Übertragung
des Drehmomentes auf die Kurbel 17 innerhalb der Drehachse 23 der Kurbel 17 drehsteif
mit der Kurbel 17 verbunden.
[0033] Da das Führungsrohr 5 direkten Kontakt mit dem Walzgut hat, ist es erforderlich dieses
bekanntermaßen aus einem verschleißfesten Werkstoff, wie zum Beispiel gehärteten Stahl,
herzustellen.
Für das Weichenrohr 2 selbst kann aufgrund der geringen thermischen Belastung Leichtmetall
oder eine geeignete Leichtmetallegierung Verwendung finden. Hierfür wird insbesondere
Aluminium als geeignet angesehen, jedoch sind auch andere Werkstoffe wie z. B. Titan
denkbar.
Mit dieser Lösung wird zum einen die gewünschte hohe Biegesteifigkeit des Weichenrohres
2 gewährleistet, zum anderen ist eine Minimierung der Eigenmasse des Weichensystems
zu verzeichnen, welches sich wiederum positiv in Bezug auf die Massenträgheit und
damit die benötigte Antriebsleistung des Elektromotors 20 auswirkt.
[0034] Nachfolgend wird die Funktion und Wirkungsweise der Erfindung näher beschrieben:
[0035] Weichensysteme werden beispielsweise benötigt, um eine mit hoher Geschwindigkeit
aus dem letzten Walzgerüst austretende noch walzwarme Walzader aus der Walzlinie 26
heraus in eine neben der Walzlinie 26 angeordnete Führungsbahn 27 oder beispielsweise
in eine nicht näher dargestellte Schereinrichtung zu führen.
Wie in Figur 1a und schematisch in Figur 5a gezeigt, läuft die nicht näher dargestellte
Walzader in Pfeilrichtung ― Walzlinie 26 - mit Walzgeschwindigkeit in die Einlaufbuchse
13 des Weichenrohres 2 ein.
Während des Einlaufens der Walzader zum Zeitpunkt t
0 wird der Elektromotor 20 zugeschaltet und dreht die Kurbel 17 der Kurbelschwinge
15 um den Winkel ϕ zum Zeitpunkt t
1 (Figur 5b).
[0036] Über die Koppelstange 16 wird hierbei auf das im Schwenklagerbock 3 schwenkbar gelagerte
Weichenrohr 2 eine in einer horizontalen Ebene verlaufende Schwenkbewegung aufgebracht,
die das Weichenrohr 2 aus der Walzlinie 26 heraus in eine daneben angeordnete Führungsbahn
27 schwenkt.
Die Schwenkbewegung ansich ist mit einer derart hohen Geschwindigkeit zu realisieren,
daß das Weichenrohr 2 den erforderlichen Schwenkweg s spätestens zu dem Zeitpunkt
t
1 zurückgelegt bzw. das Weichenrohr 2 die Normale der Führungsbahn 27 erreicht hat,
an dem die Walzaderspitze das Weichenrohr 2 verläßt.
[0037] Den Figuren 5c bis 5e sind Kurvenverläufe während des Zeitraums t
0 bis t
1 in einem ϕ (t) -, v(t) - und s(t) ― Diagramm zu entnehmen.
Es ist ersichtlich, daß infolge der Drehbewegung der Kurbel 17 selbst bei hohem Beschleunigungsmoment
des Elektromotors 20 ein sanftes Anlaufen und Abbremsen des Weichenrohres 2 gegeben
ist.
Durch diese Kinematik sind Anschläge nicht mehr erforderlich und ein stoßfreier Betrieb
ist gewährleistet.
Während der eigentlichen Schwenkbewegung des Weichenrohres 2 und des Führens der noch
walzwarmen Walzader wird erfindungsgemäß der Zwischenraum 7 zwischen Weichenrohr 2
und Führungsrohr 5 mit einem Kühlmedium beaufschlagt. Damit wird gewährleistet, daß
ein

Verziehen" insbesondere des Führungsrohres 5 und damit die thermische Belastung desselben
in Grenzen gehalten wird, woraus wiederum eine hohe Positioniergenauigkeit des Führungsrohres
5 einschließlich Weichenrohres 2 resultiert.
[0038] Abschließend ist zu bemerken, daß im vorliegenden Ausführungsbeispiel lediglich die
Schwenkbewegung des Weichenrohres 2 aus der Walzlinie 26 heraus in eine einzige daneben
angeordnete Führungsbahn 27 beschrieben wurde.
Es versteht sich von selbst, daß entsprechend der durchzuführenden Technologie, im
eigentlichen Schwenkbereich zwischen der oberen und unteren Totlage der Kurbel 17
weitere Führungsbahnen angefahren werden können.
Dies scheint insbesondere erforderlich beim Einführen der Walzader in den Schneidbereich
einer nachgeordneten Schereinrichtung (nicht dargestellt), mit der beispielsweise
das nicht qualitätsgerechte vorlaufende und nachlaufende Ende der Walzader abgeschnitten
werden.
Diese Walzaderenden werden dann als Schrottenden in einer von der eigentlichen Walzader
(Gutader) getrennten Führungsbahn abgeführt.
1. Vorrichtung zum Auslenken einer noch walzwarmen und sich mit hoher Geschwindigkeit
bewegenden Walzader aus der Walzlinie heraus, bestehend aus einem in einer horizontalen
Ebene schwenkbaren Weichenrohr,
dadurch gekennzeichnet, daß
dem Weichenrohr (2) als Antrieb eine motorbetriebene Kurbelschwinge (15) zugeordnet
ist und sich innerhalb des Weichenrohres (2) in einem radialen Abstand zur Innenkontur
des Weichenrohres (2), einen Zwischenraum (7) bildend, ein Führungsrohr (5) für die
Walzader abstützt.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß
die Kurbelschwinge (15) eine fest, jedoch lösbar mit dem Weichenrohr (2) verbundene
Aufnahmeschelle (14) sowie eine Koppelstange (16) und eine Kurbel (17) aufweist, wobei
die Koppelstange (16) endseitig zum einen mit der Aufnahmeschelle (14) und zum anderen
mit der Kurbel (17) drehgelagert verbunden und die Kurbel (17) ihrerseits mittels
eines Elektromotors (20) angetrieben ist.
3. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 und 2,
dadurch gekennzeichnet, daß
das zur Aufnahmeschelle (14) weisende Lager (18) der Koppelstange (16) als Schwenklager
in Form eines Gelenkkopfes und die zur Kurbel (17) weisende Lagerung (19) als Wälzlagerung
ausgeführt sind, wobei die Wälzlagerung eine Achse (21) aufweist, deren herausragender
Achsstumpf (22) radial außerhalb der Drehachse (23) der Kurbel (17) fest mit der Kurbel
(17) verbunden ist.
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet, daß
die Kurbel (17) in Wälzlagern (24) gelagert ist, welche sich innerhalb eines fest
am Maschinengestell (1) angeordneten Lagergehäuses (25) abstützen.
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet, daß
zur direkten Übertragung des Drehmomentes des Elektromotors (20) auf die Kurbel (17),
die Welle des Elektromotors (20) innerhalb der Drehachse (23) der Kurbel (17) drehsteif
mit der Kurbel (17) verbunden ist.
6. Vorrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß
sich das Führungsrohr (5) innerhalb des Weichenrohres (2) mittels Abstandsbuchsen
(6) an der Innenkontur des Weichenrohres (2) abstützt.
7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 und 6,
dadurch gekennzeichnet, daß
der Zwischenraum (7) zwischen Weichenrohr (2) und Führungsrohr (5) endseitig abgedichtet,
sowie über Bohrungen (11) mit einem Kühlmedium beaufschlagbar ist.
8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 und 7,
dadurch gekennzeichnet, daß
endseitig des Weichenrohres (2) angeordnete Abstandsbuchsen (6) als Dichtelemente
ausgeführt sind und gegebenenfalls weitere über die Länge des Weichenrohres (2) noch
dazwischen angeordnete Abstandsbuchsen (9) mit in Achsrichtung angeordneten Bohrungen
(10) versehen sind.
9. Vorrichtung nach Anspruch 7,
dadurch gekennzeichnet, daß
die Bohrungen (11) für das Kühlmedium im Weichenrohr (2) selbst und/oder in den endseitig
angeordneten Abstandsbuchsen (6) angeordnet sind.
10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9,
dadurch gekennzeichnet, daß
das Weichenrohr (2) aus Leichtmetall oder einer Leichtmetallegierung besteht.