Die Erfindung betrifft ein Walzgerüst, eine Walzstraße sowie die Verwendung eines Walzgerüsts und/oder einer Walzstraße zum Reduzieren, insbesondere zum Streckreduzieren von Stäben und/oder Rohren.

Aus der Praxis ist es bekannt, zum Walzen von stab- oder rohrförmigem Walzgut ein Walzgerüst, bzw. eine Walzstraße mit mehreren Walzgerüsten einzusetzen, bei denen ein Walzgerüst zwei oder mehr Walzen aufweist, die derart ausgebildet und angeordnet sind, dass sie ein Kaliber bilden. Beim Walzen von rohrförmigem Walzgut und stabförmigem Walzgut mit rundem oder im Wesentlichen ovalen Außendurchmesser werden in der Regel Walzen eingesetzt, die zur Bildung des Kalibers Ausnehmungen an ihren Oberflächen aufweisen, die die Form eines Kreissegments oder eines Segments eines Ovals haben. Dabei wird der tiefste Punkt dieser Ausnehmung häufig als Kalibergrund bezeichnet, während man bei den, den Auslauf der Ausnehmung begrenzenden Abschnitten der Walze häufig von Walzenrändern spricht. Die die Ausnehmung bildende (begrenzende) Oberfläche der Walze verläuft im Querschnitt gesehen also von einem ersten Walzenrand über den Kalibergrund zu einem zweiten Walzenrand.

Das Walzen von stab- oder rohrförmigen Walzgut mit einem Walzgerüst mit mindestens zwei Walzen, die ein Kaliber bilden, hat systembedingt Nachteile. Beim Reduzieren eines Rohres ohne Innenwerkzeug wäre die Veränderung der Wanddicke über den Umfang gesehen beim Walzen nur dann gleichförmig, wenn der Spannungszustand und der Umformverlauf radialsymmetrisch wäre, wie zum Beispiel beim Ziehen eines Rohres durch eine im Querschnitt kreisrunde Düse. Bei einem durch Walzen gebildetes Kaliber (Walzkaliber) wird die Radialspannung an den Walzenrändern auf 0 abgebaut. Die Reibungsschubspannungen sind ebenfalls am Umfang nicht konstant. Das Kaliber ist in der Regel nicht kreisrund. Dies führt zu einer ungleichmäßigen Wandveränderung vom Kalibergrund zum Walzenrand. Das rohrförmige Walzgut verläßt das Walzgerüst in der Regel mit über den Umfang ungleichförmigen Wanddicke. Das stabförmige Walzgut verlässt das Walzgerüst in der Regel nicht kreisrund.

Dieser Nachteil verstärkt sich dadurch, dass das Walzgut in der Regel in einer Walzstraße mit mehreren nacheinander angeordneten Walzgerüsten gewalzt wird. Zwar wird in der Praxis versucht, durch die Anordnung der Walzen der jeweiligen Walzgerüste eine verbesserte Bearbeitung zu erreichen, nämlich dadurch, dass die Anordnung der Walzen eines ersten Walzgerüsts nicht der Anordnung der Walzen eines zweiten, unmittelbar nachfolgenden Walzgerüsts entspricht. Da aber auch in dem zweiten und den nachfolgenden Walzgerüsten die Wanddicke nicht gleichförmig gewalzt wird, überlagern sich die durch das jeweilige Walzgerüst eingebrachten Formfehler. Dies führt bei der üblicherweise eingesetzten Anordnung der Walzgerüste mit sich ändernder Anordnung der Walzen zu einer polygonen Ausbildung der Innenbohrung, wobei erfahrungsgemäß die Zahl der Seiten des Polygons gleich der doppelten Zahl der Walzen pro Kaliber ist. Bei einem Drei-Walzen-Walzgerüst bildet sich in der Innenbohrung somit ein Sechseck aus. Es hat sich insbesondere gezeigt, dass dieses Polygon umso deutlicher sichtbar wird, je dicker die Wand im Verhältnis zum Durchmesser ist.

Aus der Praxis ist es beispielsweise bekannt, in einer Walzstraße Walzgerüste mit jeweils drei Walzen vorzusehen, die Y-förmig (sternförmig) um das Kaliber angeordnet sind. Die Walzgerüste der Walzstraße werden dabei mit wechselnder Anordnung der Walzen eingebaut, nämlich beispielsweise in einem ersten Gerüst mit einer Y- Anordnung und in einem zweiten, dem ersten unmittelbar nachfolgenden Gerüst, mit einer Anti-Y-Anordnung.

Vor diesem Hintergrund liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Walzgerüst und eine Walzstraße zu schaffen, die ein formgenaues Walzen des stab- oder rohrförmigen Walzguts erlauben.

Diese Aufgabe wird durch das Walzgerüst gemäß Anspruch 1 und die Walzstraße gemäß Anspruch 8 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind in den Unteransprüchen und der hier nachfolgenden Beschreibung angegeben.

Die Erfindung geht von dem Grundgedanken aus, dem Walzgut beim Durchtritt durch das Kaliber aufgrund der Anordnung der Walzen eine Rotationsbewegung, insbesondere um die Mittelachse des Walzguts aufzugeben. Diese aufgebrachte Rotationsbewegung ist vorzugsweise so auf den Abstand der einander folgenden Walzgerüste einer Walzstraße abgestimmt, dass das Walzgut zwischen dem Austritt aus dem ersten Walzgerüst und dem Eintritt in das nächste Walzgerüst um einige Grad um seine Mittelachse rotiert wird, beispielsweise um mehr als 1 °, vorzugsweise um mehr als 3°, und ganz besonders bevorzugt um mehr als 5° und gemäß einer bevorzugten Ausführungsform um weniger als 10°, insbesondere bevorzugt um weniger als 5° und ganz besonders bevorzugt um weniger als 2°.

Das erfindungsgemäße Walzgerüst weist mindestens zwei Walzen auf, die derart ausgebildet und angeordnet sind, dass sie ein Kaliber zum Walzen von stab- oder rohrförmigen Walzgut bilden. Im Betrieb durchläuft das Walzgut das Walzgerüst in einer Walzrichtung. Bei dem erfindungsgemäßen Walzgerüst verläuft die Walzenachse zumindest einer Walze nicht in oder parallel zu einer Ebene, zu der die Walzrichtung die Normale bildet. Bei den aus der Praxis bekannten Walzgerüsten ist es vorgesehen, dass die das Kaliber bildenden Walzen so angeordnet sind, dass ihre Walzenachsen senkrecht zur Walzrichtung stehen. Die Walzenachsen verlaufen bei Walzgerüsten des Standes der Technik in einer Ebene, zu der die Walzrichtung die Normale bildet. Ordnet man nun die Walzenachse eines solchen Walzgerüsts in einem anderen Winkel als rechtwinklig zur Walzrichtung an, so führt dies dazu, dass die Walzenoberfläche der Walzgutoberfläche eine Bewegung aufprägt, die sowohl eine Komponente in Walzrichtung als auch eine senkrecht dazu stehende Komponente aufweist. Diese senkrecht zur Walzrichtung weisende Komponente führt zu einer Rotationsbewegung des Walzguts um seine Mittelachse.

Unter einem Kaliber wird die Öffnung verstanden, die zumindest im Wesentlichen von zum Kontakt mit dem Walzgut vorgesehenen Oberflächenabschnitten, der Walzen begrenzt wird. Dabei sind die zum Kontakt mit dem Walzgut vorgesehenen Oberflächenabschnitte in einer bevorzugten Ausführungsform Oberflächenabschnitte der Umfangsfläche von im Wesentlichen zylindrischen, bzw. bei geringer Längserstreckung scheibenförmigen Walzen, die aber durch an der Umfangsfläche vorgesehene, in der Regel um die Walzenachse rotationssymetrische Ausnehmungen von der zylinderförmigen, bzw. scheibenförmigen Grundform abweichen können. In einer bevorzugten Ausführungsform sind die Walzen nicht kegel- oder kegelstumpfförmig, bzw. nicht aus kegelstumpfförmigen Abschnitten zusammengesetzt.

Die als Kaliber bezeichnete Öffnung wird in der Regel nur im Wesentlichen von den zum Kontakt mit dem Walzgut vorgesehnen Oberflächenabschnitten der Walzen begrenzt, da die Walzen, beispielsweise im Bereich der Walzenränder zueinander beabstandet angeordnet werden. Dies vermeidet Berührungen der Walzen miteinander. Das Maß mit dem die Walzen an ihren Rändern von einander beabstandet sind, kann bei Walzgerüsten mit anstellbaren Walzen eingestellt werden. In einer bevorzugten Ausführungsform wird das Walzgerüst so ausgelegt, daß die Spaltdicke des Walzspalts zwischen den Rändern zweier Walzen geringer ist, als die Längserstreckung des mit dem Walzgut in Kontakt kommenden Oberflächenabschnitts. Dabei wird das Walzgerüst so ausgestaltet, dass der Abstand zwischen den durch Parallelprojektion entlang der Walzrichtung auf eine zur Walzrichtung senkrechten Ebene erzeugten Projektionen der Ränder der Walzen geringer als 25% der Länge der durch Parallelprojektion entlang der Walzrichtung auf eine zur Walzrichtung senkrechten Ebene erzeugte Projektion des Oberflächenabschnitts ist, der für den Kontakt mit dem Walzgut vorgesehnen ist, , insbesondere bevorzugt kleiner als 10% und ganz besonders bevorzugt kleiner als 5%. In einer bevorzugten Ausführungsform sind alle Walzen des Walzgerüsts derart angeordnet, dass ihre Walzenachsen nicht in oder parallel zu einer Ebene verlaufen, zu der die Walzrichtung die Normale bildet. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform sind die Walzenachsen rotationssymmetrisch um die Walzrichtung angeordnet. Diese gleichartige Anordnung der Walzenachsen relativ zur Walzrichtung führt in vorteilhafter Weise dazu, dass sich die von den einzelnen Walzen auf das Walzgut aufgeprägte Rotationsbewegung mit der von den anderen Walzen aufgeprägten Rotationsbewegung ergänzt. Dies kann zu einer gleichmäßigen Rotationsbewegung des Walzguts um seine Mittelachse führen. In einer alternativen Ausführungsform ist mindestens eine Walze der Walzen des Walzgerüsts in einem anderen Winkel zu den Ebenen angeordnet, zu denen die Walzrichtung die Normale bildet, als die übrigen Walzen.

In einer bevorzugten Ausführungsform verläuft mindestens eine Walzenachse in einem Winkel von mehr als 0,1° zu den Ebenen, zu denen die Walzrichtung die Normale bildet. Insbesondere bevorzugt verläuft die Walzenachse in einem Winkel von mehr als 0,2°, insbesondere bevorzugt von mehr als 0,5° und ganz besonders bevorzugt in einem Winkel von mehr als 1 ° zu den Ebenen, zu denen die Walzrichtung die Normale bildet. Insbesondere bevorzugt wird der Winkel, in dem zumindest eine Walzenachse zu den Ebenen verläuft, zu denen die Walzrichtung die Normale bildet, in Abhängigkeit von der gewünschten, aufzuprägenden Rotationsgeschwindigkeit gewählt. Die aufzuprägende Rotationsgeschwindigkeit wird dabei insbesondere in Abhängigkeit von dem Abstand der einander folgenden Walzgerüste und in Abhängigkeit des gewünschten Rotationswinkels, um den sich das Walzgut zwischen den beiden Walzgerüsten drehen soll, gewählt. Es ist zu erwarten, dass mit zunehmendem Winkel, in dem die Walzenachse zu der Ebene verläuft, zu der die Walzenrichtung die Normale bildet, auch die aufgeprägte Rotationsgeschwindigkeit zunimmt.

In einer bevorzugten Ausführungsform des Walzgerüsts weist dies mehr als zwei Walzen auf, die derart ausgebildet und angeordnet sind, dass sie ein Kaliber zum Walzen von stab- oder rohrförmigem Walzgut bilden.

In einer bevorzugten Ausführungsform weist das Walzgerüst drei Walzen auf, die sternförmig auf das Kaliber zulaufen und zwischen sich einen Winkel von 120° einschließen.

In einer bevorzugten Ausführungsform weisen die Walzen zur Bildung des Kalibers Ausnehmungen an ihrer Oberfläche auf. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform hat die Ausnehmung im Wesentlichen die Form eines Kreissegments oder eines Segments eines Ovals, insbesondere eines Ellipsensegments. Es ist zu erwarten, dass die gleichen Walzen, die derzeit in den aus der Praxis bekannten Einsätzen mit senkrecht zur Walzrichtung verlaufenden Walzenachsen verbaut werden, auch in dem erfindungsgemäßen Walzgerüst verbaut werden können. Ebenso können zu den herkömmlichen Walzen vergleichbare Walzen eingesetzt werden, die aber beispielsweise mit einer weiter geöffneten Ausnehmung ausgeführt sind.

In einer bevorzugten Ausführungsform weist das Walzgerüst mindestens eine Eintriebswelle sowie Übertragungselemente, die eine Rotation der Eintriebswelle auf mindestens eine Walze übertragen, auf. Das Antreiben der aus dem Stand der Technik bekannten Walzgerüste erfolgt in der Regel nach einer von zwei grundsätzlichen Antriebsmethoden. Beide Antriebsmethoden können auch bei dem erfindungsgemäßen Walzgerüst eingesetzt werden. Gemäß der ersten Alternative ist eine einzige Eintriebswelle vorgesehen. Bei einem so ausgerüsteten Walzgerüst sitzt in der Regel die erste Walze auf der Eintriebswelle. Diese erste Welle kann über zweite Übertragungselemente, beispielsweise Zahnräder, eine zweite Welle antreiben, auf der eine zweite Walze des Walzgerüsts sitzt. Sind weitere Walzen im Walzgerüst verbaut, so kann die erste Welle beispielsweise dritte Übertragungselemente, beispielsweise Zahnräder, aufweisen, die eine dritte Welle antreiben, auf der die dritte Walze sitzt. Ebenso können weitere Wellen mit darauf sitzenden Walzen vorgesehen sein, die mit Übertragungselementen, beispielsweise Zahnrädern, durch eine der ersten, zweiten, dritten oder eine der anderen weiteren Wellen angetrieben werden können.

Gemäß einer zweiten Alternative kann für jede Walze eine eigene Welle vorgesehen sein, die über Übertragungselemente, beispielsweise eine Kupplung, mit einem eigenen Antrieb oder einem Getriebe verbunden sein kann. Die Wahl zwischen der ersten und der zweiten Alternative erfolgt insbesondere im Hinblick auf den durch die erste Alternative möglichen einfach aufgebauten Antrieb oder im Hinblick auf die durch die zweite Alternative mögliche Steigerung der Antriebsleistung.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform weist jede Eintriebswelle einen eigenen Antrieb auf. Alternativ ist es möglich, die Eintriebswellen einzelner Walzgerüste zu Gruppen zusammenzufassen und durch einen Antrieb und zwischengeschaltete Übertragungsmittel anzutreiben. Ebenfalls ist es möglich, eine gesamte Walzstraße mit mehreren Walzgerüsten lediglich mit einem einzigen Antrieb oder zumindest weniger Antrieben als maximal einsetzbare Walzgerüste zu versehen und die Eintriebswellen über zwischengeschaltete Übertragungsmittel anzutreiben. Innerhalb der Walzstraße können Walzgerüste bzgl. ihres Antriebs zu Gruppen zusammengefaßt werden, so dass ein Antrieb über Übertragungsmittel die eine vom Antrieb erzeugte Rotationsbewegung auf mindestens eine Eintriebswelle eines ersten Walzgerüsts und eine Eintriebswelle eines zweiten Walzgerüsts überträgt, wobei das "erste Walzgerüst" nicht zwingend das erste Walzgerüst der Walzstraße sein muss. In einer bevorzugten Ausführungsform ist zumindest eine Walze des Walzgerüsts anstellbar gelagert. Dies erlaubt es, das Kaliber für den gewünschten Stich anzustellen. Das Anstellen der Walzen kann beispielsweise mit dem aus DE 37 03 756 A1 bekannten Exzenterbuchsen erfolgen, wobei die zwischen den Wellen der Walzen vorgesehene Übertragungsmittel der neuen Ausrichtung der Wellenachsen anzupassen sind, beispielsweise durch achsversetzte Kegelräder. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform sind alle Walzen eines Walzgerüsts anstellbar gelagert.

Die erfindungsgemäße Walzstraße weist mindestens zwei erfindungsgemäße Walzgerüste auf. Das Walzgut kann die erfindungsgemäße Walzstraße durchlaufen, indem dem Walzgut in dem ersten Walzgerüst eine Rotationsgeschwindigkeit um seine Mittelachse aufgeprägt wird, die das Walzgut bis zum Auslauf aus der Walzstraße beibehält. Die Rotation des Walzguts bewirkt, dass das Walzgut um einen Rotationswinkel rotiert in das nächste Walzgerüst einläuft. Je nach Wahl des Winkels, in dem die Walzenachse zu den Ebenen verläuft, zu denen die Walzrichtung die Normale bildet, ändert sich die Rotationslage des Rohrs zwischen dem Auslauf aus dem einen Walzgerüst und den Einlauf in das nächste Walzgerüst mehr oder weniger. Es ist zu erwarten, dass bei einer Schräglage der Walzenachsen von 0,5° bis 0,6° das Rohr in den ersten acht bis neun Walzgerüsten um 30° gedreht wird. In den weiteren Walzgerüsten erfolgt eine Drehung um 30° in immer weniger Gerüsten. Dies hängt damit zusammen, dass der Umfang des rohrförmigen oder stabförmigen Walzgut von Walzgerüst zu Walzgerüst kleiner wird. Am Ende der Reduktionsreihe können möglicherweise fünf Gerüste ausreichen, um das Rohr um 30° zu drehen. Die Drehung des Rohrs bewirkt eine weitgehende Vermischung des Polygoneffekts. Zugleich kann die Drehung pro Kaliber jedoch so gering gewählt werden, dass kalibrierungstechnische Probleme vermieden werden können.

In einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Walzstraße ist die Anordnung der Walzen eines ersten Gerüsts entsprechend der Anordnung der Walzen eines zweiten, dem ersten Walzgerüst in Walzrichtung unmittelbar nachfolgen Walzgerüst. Alternativ kann die derzeit in der Praxis angewandte Methode, auf einander folgenden Gerüstplätzen (so genannte geradzahlige und ungeradzahlige Gerüstplätze) identische, jedoch um 180° gedrehte Walzgerüste einzusetzen (bei Drei- Walzen-Gerüsten so genannte Y- und Anti-Y-Stellung) mit den erfindungsgemäßen Walzgerüsten eingesetzt werden. Dies erlaubt es, so ausgeführte Walzstraßen mit minimalen Umbaumaßnahmen, insbesondere der Anpassung des Eintriebs an die Schrägstellung der Walzenachse, mit den erforderungsgemäßen Walzgerüsten auszurüsten. In einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Walzstrasse sind das erste und das zweite Walzgerüst so angeordnet, dass zwischen ihren Kalibern ein Abstand A besteht. Das zweite Walzgerüst ist so ausgebildet, dass sein Kaliber den Umfang U aufweist. Das erste Walzgerüst ist so ausgebildet, dass die Walzenachsen der Walzen jeweils einen Winkel ALPHA zur Ebene einnehmen, zu der die Walzrichtung die Normale bildet. Ferner ist das erste Walzgerüst derart ausgebildet, dass die Richtung der Umlaufgeschwindigkeit der Walzen mit einem Wirkungsgrad ETA auf das auslaufende Walzgut übertragen wird. Damit gemäß dieser bevorzugten Ausführungsform das Walzgut zwischen dem Austritt aus dem ersten Walzgerüst und dem Eintritt in das nächste Walzgerüst um weniger als 10°, insbesondere bevorzugt um weniger als 5° und ganz besonders bevorzugt um weniger als 2° um seine Mittelachse rotiert wird, sind die vorgenannten Parameter wie folgt aufeinander abgestimmt:

360° x (A / U) x arc (ALPHA) x ETA < 10°

bzw. 360° x (A / U) x arc (ALPHA) x ETA < 5°, bzw. 360° x (A / U) x arc (ALPHA) x ETA < 2°.

Der Wirkungsgrad ETA hängt insbesondere von der geometrischen Form der zur Kaliberbildung beitragenden Ausnehmung am Umfang der Walze, den Reibbeiwerten und der Walzkraft ab und kann für den jeweiligen Anwendungsfall leicht mit Versuchen ermittelt werden.

Das erfindungsgemäße Walzgerüst und/oder die erfindungsgemäße Walzstraße werden bevorzugt zum Reduzieren, insbesondere zum Streckreduzieren von Stäben und/oder Rohren eingesetzt.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand einer lediglich ein Ausführungsbeispiel darstellenden Zeichnung näher erläutert. Darin zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung der Anordnung der Walze eines erfindungsgemäßen Walzgerüsts relativ zur Walzrichtung des Walzguts; Fig. 2A eine schematische Darstellung der Anordnung der ein Kaliber zwischen sich bildenden drei Walzen eines Walzgerüsts nach dem Stand der Technik Fig. 2B eine schematische Darstellung der Anordnung der ein Kaliber zwischen sich bildenden drei Walzen eines Walzgerüsts gemäß der Erfindung.

In Fig. 1 dargestellt ist eine Walze 1 die neben weiteren, nicht dargestellten Walzen in einem nicht dargestellten Walzgerüst derart verbaut ist, dass sie mit den weiteren nicht dargestellten Walzen ein Kaliber zum Walzen des rohrförmigen Walzguts 2 bildet. Im Betrieb durchläuft das Walzgut 2 das Walzgerüst in Walzrichtung W. Der Figur ist zu entnehmen, dass die Walzachse A nicht parallel zu einer Ebene E verläuft, zu der die Walzrichtung die Normale bildet. Die Walzenachse A ist um den Winkel ALPHA zur Ebene E verschwenkt. Die Walze 1 hat an ihrer Oberfläche eine Ausnehmung 3, die sich von einem Walzenrand 4 über den Kalibergrund 5 zu dem gegenüberliegenden Walzenrand 6 erstreckt. Die Ausnehmung 3 hat im Wesentlichen die Form eines Kreissegments.

Fig. 2A zeigt, dass das Kaliber K im wesentlichen von zum Kontakt mit dem Walzgut vorgesehenen Oberflächenabschnitten 7, 8, 9 begrenzt wird. Der jeweilige Oberflächenabschnitt 7, 8, 9 erstreckt sich dabei von einem Walzenrand 4 über einen Walzengrund 5 zu einem Walzenrand 6. Die zum Kontakt mit dem Walzgut vorgesehenen Oberflächenabschnitte 7, 8, 9 sind Oberflächenabschnitte der Umfangsfläche von im Wesentlichen zylindrischen Walzen. Die Walzen weichen durch die Form der Oberflächenabschnitte 7, 8, 9, die eine an der Umfangsfläche vorgesehene, um die Walzenachse rotationssymetrische Ausnehmungen bilden, von der zylinderförmigen Grundform ab.

Das Kaliber K wird nicht vollständig von den Oberflächenabschnitten 7,8,9 der Walzen begrenzt, da die Walzen im Bereich der Walzenränder zueinander beabstandet angeordnet werden und hier einen Spalt 10 bilden. Der Abstand 11 zwischen den durch Parallelprojektion entlang der Walzrichtung auf eine zur Walzrichtung senkrechten Ebene erzeugten Projektionen der Rändern der Walzen ist geringer als 25% der Länge der durch Parallelprojektion entlang der Walzrichtung auf eine zur Walzrichtung senkrechten Ebene erzeugte Projektion des Oberflächenabschnitts 12, der für den Kontakt mit dem Walzgut vorgesehen ist.

In der Fig. 2B kann man erkennen, dass - im Gegensatz zur Darstellung des Standes der Technik in Fig. 2A - die Walzenachsen der Walze nicht in oder parallel zu einer Ebene verlaufen, zu der die Walzrichtung die Normale bildet.