[0001] Die Erfindung betrifft Verfahren zum Herstellen eines Rohres mit einer gewindeförmig
oder wendelförmig verlaufenden Innenprofilierung durch Kaltpilgern, bei dem das Rohr
in einem Kaltpilgerwalzwerk in Richtung der Rohrachse translatorisch bewegt wird und
bei dem das Rohr mit seiner inneren Mantelfläche über einen ein der herzustellenden
Innenprofilierung entsprechendes Negativprofil aufweisenden Stopfen gewalzt wird.
Des weiteren betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zum Herstellen eines Rohres mit
einer gewindeförmig oder wendelförmig verlaufenden Innenprofilierung durch Kaltpilgern.
[0002] Ein solchesKaltpilgerwalzverfahren ist beispielsweise aus der DE 43 36 422 C2 bekannt.
Zur Durchführung des Kaltpilgerprozesses ist ein mit einem Kaltpilgerwalzenpaar ausgestattetes
Walzgerüst vorgesehen, das oszillierend angetrieben wird. Hierzu wird ein Kurbeltrieb
eingesetzt, der von einem Motor angetrieben wird. Der Kurbeltrieb ist zum Ausgleich
der Massenkräfte des Walzgerüsts mit einem Ausgleichsgewicht versehen. Die Produktivität
eines Kaltpilgerwalzwerks ist dabei direkt von der Hubzahl des Walzgerüsts pro Zeiteinheit
abhängig, weshalb es aus Wirtschaftlichkeitsgründen angestrebt wird, eine möglichst
große Anzahl an Arbeitshüben pro Minute zu bewerkstelligen. In der genannten Schrift
ist des weiteren vorgesehen, dass der Kurbeltrieb über Verzahnungen weitere Wellen
antreibt, auf denen Gegenmassen hinsichtlich des Schwerpunkts exzentrisch angeordnet
sind. Diese Gegenmassen laufen bei Drehung des Kurbeltriebs gleich- und gegensinnig
um und sind so in der Lage, ausgleichende Massenkräfte bzw. Massenmomente zu erzeugen,
so dass sich insgesamt ein Massenkraftausgleich im gesamten Antriebssystem ergibt.
[0003] Aus der DE-PS 962 062 ist ferner ein Kaltpilgerwalzwerk bekannt, bei dem die Kurbelwelle
zum Antrieb des Walzgerüsts mit Fliehgewichten und einem vertikal oszillierenden Ausgleichsgewicht
zum Ausgleich der Massenkräfte erster Ordnung sowie der Massenmomente im Antrieb ausgestattet
ist.
[0004] Die DE 36 13 036 C1 offenbart einen Antrieb für das Walzgerüst eines Kaltpilgerwalzwerks,
wobei ein Planetkurbeltrieb zum Antrieb und Ausgleich von Massenkräften und Massenmomenten
zum Einsatz kommt.
[0005] Für verschiedene Anwendungsfälle werden kaltgepilgerte Rohre aus metallischen Werkstoffen
benötigt, deren innere Mantelfläche eine gewindeförmige bzw. wendelförmige Innenprofilierung
aufweist. Diese Innenprofilierung kann beispielweise für Kräfte- und Momentenübertragung
im Maschinen- oder Fahrzeugbau zum Einsatz kommen; sie werden auch zur Optimierung
von Strömungsverhältnissen und Wärmeübergängen in Leitungen und bei Wärmetauschern
benötigt.
[0006] Um ein kaltgepilgertes Rohr mit der genannten gewendelten Innenprofilierung herzustellen,
ist es bekannt, einen Walzdorn mit einem nachgeschalteten frei drehbaren Stopfen einzusetzen,
wobei der Stopfen das Negativprofil der gewünschten Innenprofilierung aufweist. Die
dem Drall der Innenprofilierung entsprechende Drehbewegung des Stopfens muss dabei
durch die Vorschubbewegung des Walzgutes bewirkt werden. In nachteiliger Weise ist
hierdurch der mögliche Drallwinkel stark eingeschränkt, und auch die Profiltiefe ist
aufgrund der hiermit zusammenhängenden Vorschubkraft begrenzt.
[0007] Nachteilig ist es weiterhin, dass die zugbeanspruchte Drehverbindung zwischen Walzdorn
und Stopfen die übertragbaren Kräfte begrenzt. Der Stopfen muss zur Anordnung eines
Drucklagers hohl ausgebildet sein. Hierdurch ist auch die Radialbelastung für den
Stopfen begrenzt.
[0008] Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der gattungsgemäßen
Art sowie eine entsprechende Vorrichtung zu schaffen, durch das bzw. durch die es
möglich wird, die genannten Nachteile zu überwinden. Insbesondere soll die dem Drall
entsprechende Drehbewegung des Stopfens nicht mehr ausschließlich über die Vorschubbewegung
erzeugt werden.
[0009] Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass der Stopfen während des Kaltpilgerprozesses
so rotatorisch angetrieben wird, dass die axiale Fortschreitgeschwindigkeit des Gewindes
oder der Wendel seines Negativprofils in Richtung der Rohrachse der axialen Fortschreitgeschwindigkeit
des Gewindes oder der Wendel der herzustellenden Innenprofilierung in Richtung der
Rohrachse entspricht.
[0010] Bevorzugt wird dabei der Stopfen während des Kaltpilgerprozesses - in Richtung der
Rohrachse betrachtet - axial stationär gehalten.
[0011] Eine gute Synchronisation der den Walzprozess bestimmenden Mechanismen wird dadurch
erreicht, dass weiterbildungsgemäß vorgesehen wird, dass das Rohr während des Kaltpilgerprozesses
sowohl translatorisch als auch rotatorisch angetrieben wird, wobei die translatorische
und die rotatorische Antriebsbewegung des Rohres mit der rotatorischen Antriebsbewegung
des Stopfens gesteuert oder geregelt abgeglichen wird.
[0012] Umformtechnische Vorteile werden erzielt, wenn gemäß einer weiteren Ausgestaltung
vorgesehen wird, dass die Kalibrierung der Kaltpilgerwalzen und die Kalibrierung des
Negativprofils des Stopfens so gewählt sind, dass beim Kaltpilgern keine Streckung
des Rohres im axialen Bereich des Negativprofils des Stopfens erfolgt.
[0013] Das vorgeschlagene Kaltpilgerwalzwerk zum Herstellen eines Rohres mit einer gewindeförmig
oder wendelförmig verlaufenden Innenprofilierung, bei dem das Rohr in Richtung der
Rohrachse translatorisch bewegt wird und bei dem das Rohr mit seiner inneren Mantelfläche
über einen ein der herzustellenden Innenprofilierung entsprechendes Negativprofil
aufweisenden Stopfen gewalzt wird, ist erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, dass
der Stopfen mit einem Drehantrieb in Verbindung steht.
[0014] Vorzugsweise ist dabei der Stopfen axial ortsfest gelagert. Mit Vorteil weist das
Kaltpilgerwalzwerk einen Drehantrieb für die Drehung des Rohres sowie einen translatorischen
Antrieb für die translatorische Bewegung des Rohres auf, wobei der Drehantrieb des
Stopfens, der Drehantrieb des Rohres und der translatorische Antrieb des Rohres von
einer gemeinsamen Steuerung oder Regelung angetrieben werden.
[0015] Gute umformtechnische Verhältnisse lassen sich erzielen, wenn gemäß einer Weiterbildung
vorgesehen wird, dass der Stopfen eine Außenkontur aufweist, die - abgesehen vom Negativprofil
- im wesentlichen zylindrisch ausgebildet ist.
[0016] Eine vorteilhafte Glättung der Vorrohrinnenoberfläche lässt sich erzielen, wenn der
Stopfen einen in Vorschubsrichtung des Rohres betrachtet vorgelagerten zylindrischen
Abschnitt aufweist.
[0017] Maschinentechnisch einfach lässt sich das vorgeschlagene Kaltpilgerwalzwerk realisieren,
wenn der Drehantrieb des Stopfens, der Drehantrieb für die Drehung des Rohres und/oder
der translatorische Antrieb für die translatorische Bewegung des Rohres als Servomotor
ausgebildet ist bzw. sind.
[0018] Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung wird die dem Drall der Innenprofilierung
entsprechende Drehbewegung des Stopfens aktiv durch einen Drehantrieb erzeugt. Hierdurch
ergibt sich in vorteilhafter Weise, dass es keine Begrenzung des möglichen Drallwinkels
ergibt. Weiterhin kann damit auch die Profiltiefe vergrößert werden. Möglich wird
dies dadurch, dass die dem Drall entsprechende Drehbewegung des Stopfens nicht mehr
nur durch die Vorschubbewegung des Rohres erzeugt werden muss.
[0019] Damit ist es möglich, dass Rohre mit einer gewindeförmig bzw. wendelförmig verlaufenden
Innenprofilierung quasi ohne Restriktionen in Bezug auf die Größe des Drallwinkels
wirtschaftlich erzeugt werden können.
[0020] In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt. Es zeigen:
- Fig. 1a
- schematisch die Seitenansicht eines Kaltpilgerwalzenpaars während des Vorhubs des
Kaltpilgerwalzprozesses;
- Fig. 1 b
- die entsprechende Ansicht gemäß Fig. 1a während des Rückhubes;
- Fig. 2
- schematisch das Antriebskonzept eines kaltzupilgernden Rohres in einem Kaltpilgerwalzwerk;
und
- Fig. 3
- das kaltzupilgemde Rohr samt sich in diesem befindlichen Stopfen zur Erzeugung einer
Innenprofilierung.
[0021] In Fig. 1 a und Fig. 1 b ist schematisch der Kaltpilgerwalzprozess als solcher dargestellt.
Er dient zur Fertigung bzw. Umformung eines Rohres 1 mittels eines Paares Kaltpilgerwalzen
12 und 13, wobei das Paar in einem - nicht dargestellten - Walzgerüst gelagert ist.
Das zu bearbeitende Rohr 1 ist auf einem Stopfen (Walzdom) 6 geführt. Das Walzgerüst
vollzieht während des Walzprozesses eine oszillierende Bewegung, wobei Hubfrequenzen
bis zu 300 pro Minute und mehr möglich sind.
[0022] Das Rohr 1 wird während des Walzprozesses in Förderrichtung L - entsprechend der
Richtung der Rohrachse 3 - bewegt. Während des Vorhubs, der in Fig. 1 a schematisch
skizziert ist, rollt das Kaltpilgerwalzenpaar 12, 13 in Förderrichtung L auf dem Rohr
1 ab; während des Rückhubes, der in Fig. 1 b skizziert ist, erfolgt das Abrollen des
Walzenpaares 12, 13 auf dem Rohr 1 entgegen der Förderrichtung L (s. Pfeile für Drehrichtung
und Translationsrichtung).
[0023] Zum Durchführen des Kaltpilger-Walzprozesses muss das Walzgerüst eine oszillierende
Bewegung - also eine hin- und hergehende Bewegung - ausführen. Um dies zu bewerkstelligen,
ist meist ein Kurbeltrieb vorgesehen, der einen Kurbelarm mit mindestens einer Kröpfung
und mit einem in Bezug auf den Lagerpunkt exzentrisch angeordneten Ausgleichsgewicht
aufweist.
[0024] In Fig. 2 ist schematisch der Aufbau eines Kaltpilgerwalzwerkes zu sehen, wobei allerdings
lediglich die Kaltpilgerwalzen 12, 13 sowie die Elemente zum translatorischen und
rotatorischen Antrieb des Rohres 1 angedeutet sind.
[0025] Das Rohr 1 wird in bekannter Weise durch die Kaltpilgerwalzen 12 und 13 gewalzt,
wie dies im Zusammenhang mit den Fig. 1 a und 1b erläutert wurde. Das fertig gewalzte
Rohr 1 soll eine Innenprofilierung 2 aufweisen, die sich schraubenförmig bzw. wendelförmig
in Richtung L der Rohrachse 3 erstreckt.
[0026] Um dies zu erreichen, wird die innere Mantelfläche 4 des Rohres 1 über einen als
Walzdorn fungierenden Stopfen 6 gewalzt, der im wesentlichen zylindrische Außenkontur
hat, jedoch an seinem Außenumfang mit einem Negativprofil 5 versehen ist, das demjenigen
der herzustellenden Innenprofilierung 2 entspricht.
[0027] Die translatorische und rotatorische Bewegung des Rohres 1 erfolgt durch einen Drehantrieb
8 für die Drehung des Rohres 1 bzw. durch einen translatorischen Antrieb 9 für die
translatorische Bewegung des Rohres 1. In Fig. 2 sind die Elemente nur sehr schematisch
skizziert.
[0028] Der sich im Inneren des Rohres 1 befindliche Stopfen 6 ist gleichermaßen mit einem
Drehantrieb 7 versehen. Alle drei Antriebe - nämlich der Drehantrieb 7 für die Drehung
des Stopfens 6, der Drehantrieb 8 für die Drehung des Rohres 1 und der translatorische
Antrieb 9 für die translatorische Bewegung des Rohres 1 - werden von einer gemeinsamen
Steuerung bzw. Regelung 10 gesteuert bzw. geregelt. Dabei erfolgen die jeweiligen
Antriebe so, dass der Stopfen 6 während des Walzprozesses so rotatorisch angetrieben
wird, dass die axiale Fortschreitgeschwindigkeit des Gewindes bzw. der Wendel des
Negativprofils 5 des Stopfens 6 in Richtung L der Rohrachse 3 der axialen Fortschreitgeschwindigkeit
des Gewindes bzw. der Wendel der herzustellenden Innenprofilierung 2 in Richtung L
der Rohrachse 3 entspricht.
[0029] Der als Innenwerkzeug fungierende Stopfen 6 wird - wie in den Figuren nicht näher
illustriert ist - mittels einer Stange in einem Dornwiderlager axial stationär gehalten.
Der Drehantrieb 7 des Stopfens 6 erfolgt also in der Weise, dass die Tangentialkomponente
des Negativprofils 5 derjenigen der Innenprofilierung 2 am Ort des Stopfens 6 entspricht,
unter Berücksichtigung der translatorischen Bewegung des Rohres 1 sowie dessen Drehbewegung.
[0030] Die Zuordnung der Kalibrierung der Kaltpilgerwalzen 12 bzw. 13 einerseits und der
Kalibrierung des Negativprofils 5 des Stopfens 6 andererseits sind dabei so gewählt,
dass im wesentlichen keine Streckung des Walzgutes im Bereich des Negativprofils 5
des Stopfens 6 erfolgt.
[0031] Die Antriebe 7, 8 und 9 weisen dabei Servomotoren auf, die von der Steuerung bzw.
Regelung 10 angesteuert werden.
[0032] Die Drehung des Rohres 1 durch den Drehantrieb 8 kann dabei so gewählt werden, dass
sie von der Drehung des Stopfens 6 mittels des Drehantriebs 7 subtrahiert wird, wodurch
sich eine Minimierung des erforderlichen Drehwinkels bzw. der erforderlichen Drehgeschwindigkeit
des Stopfens 6 ergibt.
[0033] Die Kalibergrundabwicklung der Walzen 12, 13 kann dabei so gewählt werden, dass die
Profilgebung der Innenprofilierung in mehreren Walzschritten erfolgt.
[0034] Dem Negativprofil 5 am Stopfen 6 ist ein zylindrischer Abschnitt 11 ohne Profil vorgeschaltet,
der eine Glättung der Vorrohrinnenoberfläche im wesentlichen ohne Streckung bewirkt.
[0035] Der im Kaltpilgerwalzwerk ablaufende Arbeitszyklus wird nachfolgend unter Bezugnahme
auf Fig. 3 erläutert: Im Bereich des Einlauftotpunktes ET wird das Rohr 1 bei jeder
Kurbelwellenumdrehung des Kaltpilgerwalzwerk-Antriebs vorgeschoben. Da das Rohr 1
während des Walzprozesses praktisch nicht gestreckt wird, entspricht die Vorschubgröße
der erzeugten Rohrlänge je Hub. In diesem Bereich gibt es keinen Kontakt zwischen
Walzgut und Walzwerkzeug. Gleichzeitig wird das Rohr 1 um einen üblichen Drehwinkel
(z. B. 31°) um seine Rohrachse 3 gedreht. Synchron mit der Vorschubbewegung wird die
Dornstange 14 mit dem mit dieser fest verbundenen Stopfen 6 so gedreht, dass die Überlagerung
von Vorschubbewegung des Rohres, Drehung des Rohres und Drehung des Stopfens der Steigung
des Gewindes bzw. der Wendel folgt.
[0036] Es folgt der Walzbereich, in dem die sich verjüngende Walzenkalibrierung das Walzgut
zunehmend in das Negativprofil 5 drückt, wobei sich der Rohrquerschnitt nicht vermindert,
d. h. es erfolgt keine Streckung des Walzgutes.
[0037] Am Ende der Umformstrecke erweitert sich das Walzgut wieder und gibt das Walzgut
frei, wobei kurz hinter der Ablösestelle auch das Stopfenprofil endet.
[0038] Im nun folgenden Bereich um den Auslauftotpunkt AT werden das Rohr 1 und der Stopfen
6 gemeinsam um einen Drehwinkel (z. B. 70°) gedreht, so dass auf dem Rückhub des Walzgerüstes
in der Umformzone die Breitung ausgeglichen und ein Löseeffekt erzielt wird.
[0039] Bei längeren, relativ dünnen Dornstangen wird hierbei schon die Drehung der Dornstange
14 begonnen, damit eine gewisse Torsionsvorspannung erzielt wird. Damit ist ein Arbeitszyklus
beendet; der nächste schließt sich an.
Bezugszeichenliste:
[0040]
- 1
- Rohr
- 2
- Innenprofilierung
- 3
- Rohrachse
- 4
- inneren Mantelfläche des Rohres
- 5
- Negativprofil
- 6
- Stopfen
- 7
- Drehantrieb für die Drehung des Stopfens
- 8
- Drehantrieb für die Drehung des Rohres
- 9
- translatorischer Antrieb für die translatorische Bewegung des Rohres
- 10
- Steuerung oder Regelung
- 11
- zylindrischer Abschnitt des Stopfens
- 12
- Kaltpilgerwalze
- 13
- Kaltpilgerwalze
- 14
- Dornstange
- L
- Förderrichtung / Richtung der Rohrachse
- ET
- Einlauftotpunkt
- AT
- Auslauftotpunkt
1. Verfahren zum Herstellen eines Rohres (1) mit einer gewindeförmig oder wendelförmig
verlaufenden Innenprofilierung (2) durch Kaltpilgern, bei dem das Rohr (1) in einem
Kaltpilgerwalzwerk in Richtung (L) der Rohrachse (3) translatorisch bewegt wird und
bei dem das Rohr (1) mit seiner inneren Mantelfläche (4) über einen ein der herzustellenden
Innenprofilierung (2) entsprechendes Negativprofil (5) aufweisenden Stopfen (6) gewalzt
wird,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Stopfen (6) während des Kaltpilgerprozesses so rotatorisch angetrieben wird,
dass die axiale Fortschreitgeschwindigkeit des Gewindes oder der Wendel seines Negativprofils
(5) in Richtung (L) der Rohrachse (3) der axialen Fortschreitgeschwindigkeit des Gewindes
oder der Wendel der herzustellenden Innenprofilierung (2) in Richtung (L) der Rohrachse
(3) entspricht.
2. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Stopfen (6) während des Kaltpilgerprozesses in Richtung (L) der Rohrachse (3)
betrachtet axial stationär gehalten wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
dass das Rohr (1) während des Kaltpilgerprozesses sowohl translatorisch als auch rotatorisch
angetrieben wird, wobei die translatorische und die rotatorische Antriebsbewegung
des Rohres (1) mit der rotatorischen Antriebsbewegung des Stopfens (6) gesteuert oder
geregelt abgeglichen wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Kalibrierung der Kaltpilgerwalzen (12, 13) und die Kalibrierung des Negativprofils
(5) des Stopfens (6) so gewählt sind, dass beim Kaltpilgern keine Streckung des Rohres
(1) im axialen Bereich des Negativprofils (5) des Stopfens (6) erfolgt.
5. Vorrichtung zum Herstellen eines Rohres (1) mit einer gewindeförmig oder wendelförmig
verlaufenden Innenprofilierung (2), in der das Rohr (1) in Richtung (L) der Rohrachse
(3) translatorisch bewegt wird und in der das Rohr (1) mit seiner inneren Mantelfläche
(4) über einen ein der herzustellenden Innenprofilierung (2) entsprechendes Negativprofil
(5) aufweisenden Stopfen (6) gewalzt wird, insbesondere zur Durchführung des Verfahrens
nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Stopfen (6) mit einem Drehantrieb (7) in Verbindung steht.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Stopfen (6) axial ortsfest gelagert ist.
7. Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6,
gekennzeichnet durch
einen Drehantrieb (8) für die Drehung des Rohres (1) sowie einen translatorischen
Antrieb (9) für die translatorische Bewegung des Rohres (1), wobei der Drehantrieb
(7) des Stopfens (6), der Drehantrieb (8) des Rohres (1) und der translatorische Antrieb
(9) des Rohres (1) von einer gemeinsamen Steuerung oder Regelung (10) angetrieben
werden.
8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 7,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Stopfen (6) eine Außenkontur aufweist, die im wesentlichen zylindrisch ausgebildet
ist.
9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 8,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Stopfen (6) einen in Vorschubsrichtung des Rohres (1) betrachtet vorgelagerten
zylindrischen Abschnitt (11) aufweist.
10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 9,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Drehantrieb (7) des Stopfens (6), der Drehantrieb (8) für die Drehung des Rohres
(1) und/oder der translatorische Antrieb (9) für die translatorische Bewegung des
Rohres (1) als Servomotor ausgebildet ist bzw. sind.