JP3860810B2 - 管製造装置 - Google Patents

Description

本発明は、平らな帯状金属から管を成形して該管を生じた継ぎ目個所において溶接する管溶接ユニットと、管の搬送方向において管溶接ユニットに接続し、管を横断面にて多角形の実質的に所望の輪郭に圧延する圧延ユニットとを有し、管の搬送方向において圧延ユニットの下流側にクラウン付与ユニットが設けられ、該クラウン付与ユニットが、管の互いに対向する少なくとも２つの管側面のために、凸状に膨らんだロールを有している、横断面にて多角形の、有利には四角形の管を製造するための装置に関するものである。この種の装置は特許文献４から知られるようになった。

縦方向継ぎ目管を製造するためのこの種の他の装置も知られている。特許文献１には、管溶接装置に供給される帯状金属からいかにして管を成形させるかが記載されている。管を製造するには、管状に成形した帯状金属を、生じた継ぎ目個所において溶接せねばならない。このため、特許文献２および特許文献３には、溶接時に管を保持するために必要なロールの構成と、溶接ビームを制御する構成とに関し詳細に説明されている。

横断面においてまだ円形の状態にある溶接後の管から、次の圧延プロセスで矩形横断面を持った管を成形させることができる。この場合、適当に成形したロール対が管に作用する。通常は、ロール対は管の搬送方向に相前後して接続している複数個の校正スタンドの中に配置されている。この場合の目的は、管がたとえば矩形形状のような所望の輪郭を理想的に持つように管を成形することである。

溶接した管（成形プロセスと溶接プロセスとによりかなりの応力を受けている）がその長手軸線に沿ってまっすぐであるようにするため、管の直線性を「伸ばし」により生じさせる矯正プロセスが下流側に必要である。

特に矩形管の製造の場合には、管材がその内部応力のために外側へ湾曲する傾向にあるので、所望の矩形輪郭が生じないという問題がある。矩形管の側面、特に長手側の側面は少なくとも最低限凸状に外側へ湾曲し、所望の輪郭に対し形状ずれが生じる。

ドイツ連邦共和国特許公告第１２８９８１４号公報 ドイツ連邦共和国特許公開第１９２３２４１号公報 ドイツ連邦共和国特許第３２１２３６５Ｃ２号公報 英国特許公開第８７８７１３号公報

本発明の課題は、上記欠点が解消されるように冒頭で述べた種類の装置を改良することである。

この課題は、独立請求項の特徴部分に含まれた構成によって解決される。

すなわち本発明は、もし矯正力以外に、主にクラウン付与圧延プロセスから予想されるような補助力が管に作用すると、矯正過程の精度と効率が損なわれるので、これを回避することを考慮したものである。このプロセスが矯正過程を損なわせないようにするため、クラウン付与ユニットは「浮くように」構成される。したがってクラウン付与ロールは、（管を矯正することにより生じる）管の偏位に依存して、無負荷で管偏位に追従するように追従制御される。製造された多角管または矩形管は正確に所望の輪郭を有しており、外側不都合にへ湾曲した側面は存在しないので有利である。

クラウン付与ユニットを案内する手段が、クラウン付与ユニットを管の長手方向に対し横方向に移動させる少なくとも１つの移動ユニットを有しているのが有利である。特に有利なのは、この手段が、少なくとも１つのセンサと制御部と少なくとも１つの移動ユニットとから成る制御回路である構成である。

移動ユニットとして電気操作要素を設けることができ、特に電動機と伝動装置とを備えた電気操作要素を設けることができる。伝動装置として、ロールを直線移動させるためのねじスピンドルを設けることができる。これとは択一的に液圧操作要素、特にピストン・シリンダシステムを使用してよい。

クラウン付与過程の圧延結果を最適にするため、ロールの半径方向の間隔を調整する位置調整手段を設けることができる。

クラウン付与ユニットを案内する手段が、ロールを定置の１個のクラウン付与圧延スタンドまたは複数個のクラウン付与圧延スタンドに対し相対移動させるのが有利である。最後に、矩形管の製造を改善するため、クラウン付与ユニットは少なくとも２つのロール対を有し、これらロール対の軸線は、矩形管を圧延するため、互いに直角に回転して配置されている。

次に、本発明の実施形態を添付の図面を用いて詳細に説明する。
図１は、矩形管２を製造する装置１の概略構成図である。装置１には図において左側から（搬送方向Ｒ）に平らな帯状金属１９が供給される。帯状金属１９は、図示していないが公知の態様で円形横断面の管に曲げられる。円形横断面の管は管溶接ユニット３で溶接され、すなわち円形横断面の管に曲げられた帯状金属は、生じた継ぎ目個所において、極めて概略的に図示した溶接機２０を用いて溶接される。溶接過程の間管２はロール２１によって案内される。

管溶接ユニット３の端部には、横断面が円形の完成した管２がある。これを図１では概略的に示唆した。この管２はこの時点で矩形管に成形されるべきものである。このため圧延ユニット４が設けられている。圧延ユニット４は、搬送方向Ｒにおいて直列に配置されている複数個の（図１では２個の）サイジング圧延ユニットから成っている。それぞれ２つの協働するサイジングロール対２２，２３，２２’，２３’はサイジング圧延ユニット４の終端部までに漸次所望の矩形プロフィールを成形させる。これを図１では概略的に示唆した。本実施形態では、これはそれぞれ９０゜回転させて配置されている４つのロール対２２，２３，２２’，２３’によって行われる。

溶接プロセスと成形プロセスによって管２内に応力が生じるため、管２はさしあたりその長手方向Ｌに沿ってまっすぐ延びていない。このため、管の直線性を生じさせる矯正プロセスを行う。図１では、これが生じる状況を極めて概略的に示唆した。矯正ユニット１０は、管２の長手軸線Ｌに対しほぼ垂直に管に対し力を作用させることができる要素を有している。図１からわかるように、これによって管２は搬送方向Ｒに対し垂直に偏向する。管２は（搬送方向Ｒに見て最後の）サイジングスタンドのロール対２２または２３’によって保持されるので、矯正ユニット１０により管２が偏向すると、すでに管に内在している撓みに反作用するような曲げひずみが管２にもたらされる。

これにより管は全体的に「まっすぐに曲げられる」。この場合矯正プロセスは、管２の長手方向Ｌに対し垂直な２つの軸線上で行われる（図１ではこのうち１つの軸線のまわりでの曲げのみを図示した）。さらに矯正プロセスは自動的に行われる。図１ではこれを詳細に図示していない。矯正プロセスは一般的な従来の技術のそれに対応している。

図２は、矯正ユニット１０が複数個の押圧要素１０ａ，１０ｂ，１０ｃから成っていてもよいことを概略的に図示したものである。これらの押圧要素１０ａ，１０ｂ，１０ｃは理想的な長手軸線Ｌに対し垂直に力を管２に対し作用させて、管に内在している撓みに抗して管を曲げることによりまっすぐに矯正させる。押圧要素１０ａ，１０ｂ，１０ｃによってもたらされる力を図では矢印で示した。また、１つの軸線のまわりでの撓みだけを図示したが、これに対して垂直な軸線のまわりでも管２を曲げて、この軸線方向でも矯正することができる。

管側面６と７（図３を参照）が外側へ撓みやすいという矩形管２の傾向を阻止するため、クラウン付与ロールユニット５が設けられている。

このクラウン付与ロールユニット５は、図１によれば、圧延ユニット４と矯正ユニット１０との間に配置される圧延ユニットである。しかし図２のように、クラウン付与ロールユニット５を矯正ユニット１０の領域に配置してもよい。

クラウン付与ロールユニット５は２つのクラウン付与ロール８と９を有しており、これらクラウン付与ロール８と９はそれぞれ膨らんだ凸形状を有している。管側面６と７はクラウン付与ロールユニット５を通過するときに凹状に圧延される。この場合のクラウン付与ロール８，９の膨らみ（クラウン）は、実験により或いは演算により、クラウン付与ロール８，９により管２にもたらされる凹面性の程度が管側面６，７の外側への撓みと相殺されるように選定されている。これにより総じて管側面６と７の正確にまっすぐな所望の輪郭が得られる。

矯正ユニット１０による矯正プロセスがクラウン付与プロセスとその際に作用する力とにより阻害されないようにするため、クラウン付与ロール８，９は管長手軸線Ｌに関し「浮いて」支持されている。すなわちこれらクラウン付与ロール８，９によって力が管２の長手軸線Ｌに対し垂直に作用することはない。

このため、クラウン付与ユニット５を管２の長手軸線Ｌに対し垂直に案内するための手段１１が設けられている。この手段１１は、理想線２４（図１を参照）からの管２の実際の（鉛直方向の）偏位を検知するためのセンサ１４と、クラウン付与ロール８，９を鉛直方向へ移動させるための移動ユニット１２である。センサ１４と移動ユニット１２とは制御部１６を介して互いに接続されている。センサ１４が理想線２４からの管２の偏位を検知すると、クラウン付与ロール８，９がその定置のクラウン付与圧延スタンド１８に対し鉛直方向へ移動するような制御を行い、その結果クラウン付与ロール８，９によって長手軸線Ｌに対し垂直な力が管２に伝達されることはない。これにより矯正プロセスを正確に、よって効率的に行うことができる。

図３に示すように、クラウン付与ロール８，９の移動は２つの軸線に沿って行われる。管２の鉛直方向の偏位を検知するセンサ１４と、水平方向の偏位を検知するセンサ１５とが設けられている。制御部１６はセンサ１４と１５によって検出された値を出発点として２つの移動ユニット１２と１３を制御し、その結果クラウン付与ロール８，９は鉛直方向の偏位でも水平方向の偏位でも追従制御される。

クラウン付与ロール８，９によって管に作用する力は位置調整手段１７（図３を参照）によって設定される。この位置調整手段１７は両ロール８と９を互いに半径方向に圧下させる。

基本的には、矩形管において特に長いほうの管側面が外側へ撓む傾向があるが、短いほうの側面も外側へ撓むことがある。

したがって図４の実施形態では、矩形管のクラウン付与圧延は管２の４つの側面６，６’，７，７’すべてにおいて行われる。

図示した実施形態の場合、管２には全部で４つのクラウン付与ロール８，９と８’，９’が接触している。これにより管側面６，７と６’，７’はすべて凹状に圧延される。図４にも、実際の管偏位に応じてクラウン付与ロール８，９，８’，９’を定置のクラウン付与圧延スタンドまたはロールスタンド１８に対し相対的に追従制御する構成が図示されている。

矩形管を製造するための装置の概略構成図である。 図１の装置の変形実施形態を示す図である。 管の搬送方向でクラウン付与ユニットを切断した断面図である。 図３に対する変形実施形態を示す図である。

符号の説明

１ 管製造装置
２ 矩形管
３ 管溶接ユニット
４ 圧延ユニット
５ クラウン付与ロールユニット
６ 管側面
７ 管側面
６’ 管側面
７’ 管側面
８ クラウン付与ロール（上ロール）
９ クラウン付与ロール（下ロール）
８’ クラウン付与ロール
９’ クラウン付与ロール
１０ 矯正ユニット
１０ａ 押圧要素
１０ｂ 押圧要素
１０ｃ 押圧要素
１１ クラウン付与ユニット５の案内手段
１２ 鉛直方向の移動ユニット
１３ 水平方向の移動ユニット
１４ 鉛直方向センサ
１５ 水平方向センサ
１６ 制御部
１７ 位置調整手段
１８ クラウン付与圧延スタンド
１９ 帯状金属
２０ 溶接機
２１ ロール

Claims (9)

1. 平らな帯状金属から管（２）を成形して該管（２）を生じた継ぎ目個所において溶接する管溶接ユニット（３）と、管（２）の搬送方向（Ｒ）において管溶接ユニット（３）に接続し、管（２）を横断面にて多角形の実質的に所望の輪郭に圧延する圧延ユニット（４）とを有し、管（２）の搬送方向（Ｒ）において圧延ユニット（４）の下流側にクラウン付与ユニット（５）が設けられ、該クラウン付与ユニット（５）が、管（２）の互いに対向する少なくとも２つの管側面（６，７）のために、凸状に膨らんだロール（８，９）を有している、横断面にて多角形の、有利には四角形の管（２）を製造するための装置（１）において、
   クラウン付与ユニット（５）が、管（２）をその長手軸線に対し横方向に偏位させる力を管（２）に対し作用させないように或いは最小の前記力を管（２）に対し作用させるように管（２）の長手方向（Ｌ）に対し横方向においてクラウン付与ユニット（５）を管偏位に追従させて案内するために適した手段（１１）を有していることを特徴とする装置。
2. クラウン付与ユニット（５）を案内する手段（１１）が、クラウン付与ユニット（５）を管（２）の長手方向（Ｌ）に対し横方向に移動させる少なくとも１つの移動ユニット（１２，１３）を有していることを特徴とする、請求項１に記載の装置。
3. クラウン付与ユニット（５）を案内する手段（１１）が、少なくとも１つのセンサ（１４，１５）と制御部（１６）と少なくとも１つの移動ユニット（１２，１３）とから成る制御回路を有していることを特徴とする、請求項１または２に記載の装置。
4. 移動ユニット（１２，１３）が電気操作要素であることを特徴とする、請求項２または３に記載の装置。
5. 移動ユニット（１２，１３）が電動機と伝動装置とを有していることを特徴とする、請求項４に記載の装置。
6. 伝動装置がロール（８，９）を直線移動させるためのねじスピンドルを有していることを特徴とする、請求項５に記載の装置。
7. 移動ユニット（１２，１３）が液圧操作要素であることを特徴とする、請求項２または３に記載の装置。
8. 液圧操作要素がピストン・シリンダシステムであることを特徴とする、請求項７に記載の装置。
9. クラウン付与ユニット（５）を案内する手段（１１）が、ロール（８，９）を定置の１個のクラウン付与圧延スタンドまたは複数個のクラウン付与圧延スタンドに対し相対移動させることを特徴とする、請求項１から８までのいずれか一つに記載の装置。

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