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WO2003068448A1 - Rohrschweissvorrichtung - Google Patents

Rohrschweissvorrichtung Download PDF

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Publication number
WO2003068448A1
WO2003068448A1 PCT/EP2003/000931 EP0300931W WO03068448A1 WO 2003068448 A1 WO2003068448 A1 WO 2003068448A1 EP 0300931 W EP0300931 W EP 0300931W WO 03068448 A1 WO03068448 A1 WO 03068448A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
roller
welding device
pipe welding
roller shaft
bearing body
Prior art date
Application number
PCT/EP2003/000931
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Bernhard Heimann
Original Assignee
Sms Meer Gmbh
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Sms Meer Gmbh filed Critical Sms Meer Gmbh
Priority to AU2003205714A priority Critical patent/AU2003205714A1/en
Publication of WO2003068448A1 publication Critical patent/WO2003068448A1/de

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Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21B—ROLLING OF METAL
    • B21B27/00—Rolls, roll alloys or roll fabrication; Lubricating, cooling or heating rolls while in use
    • B21B27/02—Shape or construction of rolls
    • B21B27/03—Sleeved rolls
    • B21B27/035—Rolls for bars, rods, rounds, tubes, wire or the like
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21C—MANUFACTURE OF METAL SHEETS, WIRE, RODS, TUBES OR PROFILES, OTHERWISE THAN BY ROLLING; AUXILIARY OPERATIONS USED IN CONNECTION WITH METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL
    • B21C37/00—Manufacture of metal sheets, bars, wire, tubes or like semi-manufactured products, not otherwise provided for; Manufacture of tubes of special shape
    • B21C37/06—Manufacture of metal sheets, bars, wire, tubes or like semi-manufactured products, not otherwise provided for; Manufacture of tubes of special shape of tubes or metal hoses; Combined procedures for making tubes, e.g. for making multi-wall tubes
    • B21C37/08—Making tubes with welded or soldered seams
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K37/00—Auxiliary devices or processes, not specially adapted for a procedure covered by only one of the other main groups of this subclass
    • B23K37/04—Auxiliary devices or processes, not specially adapted for a procedure covered by only one of the other main groups of this subclass for holding or positioning work
    • B23K37/053—Auxiliary devices or processes, not specially adapted for a procedure covered by only one of the other main groups of this subclass for holding or positioning work aligning cylindrical work; Clamping devices therefor
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21B—ROLLING OF METAL
    • B21B17/00—Tube-rolling by rollers of which the axes are arranged essentially perpendicular to the axis of the work, e.g. "axial" tube-rolling
    • B21B17/14—Tube-rolling by rollers of which the axes are arranged essentially perpendicular to the axis of the work, e.g. "axial" tube-rolling without mandrel, e.g. stretch-reducing mills
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21B—ROLLING OF METAL
    • B21B27/00—Rolls, roll alloys or roll fabrication; Lubricating, cooling or heating rolls while in use
    • B21B27/02—Shape or construction of rolls
    • B21B27/03—Sleeved rolls
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21B—ROLLING OF METAL
    • B21B31/00—Rolling stand structures; Mounting, adjusting, or interchanging rolls, roll mountings, or stand frames
    • B21B31/08—Interchanging rolls, roll mountings, or stand frames, e.g. using C-hooks; Replacing roll chocks on roll shafts

Definitions

  • the invention relates to a pipe welding device, with which a pipe formed from a flat metal strip is welded at the resulting seam, which has a calibration stand that contains at least two rolls, each of which partially comprises the pipe formed from the metal strip, each roll being on one Seat portion of a roller shaft is arranged.
  • the flat strip After entering the tube welding system, the flat strip is gradually or continuously formed into a round slotted tube by means of mold stands or ruler molding lines.
  • the molded tube then passes through a welding unit, in which the strip edges are heated to the welding temperature at the interface and welded together by being pressed together. In a subsequent operation, beads and burrs on the weld seam inside and outside of the pipe are removed.
  • the tube After passing through a cooling section, the tube is then rolled to an exact diameter in one or more roll stands (calibration stands). In a final step, the pipe is replaced by a rotating one Separating device divided into individual lengths. The individual tubes are collected and used for further determination.
  • Welded pipes are used for a wide variety of purposes, for example processed into water pipes.
  • the pipes are hot-dip galvanized inside and outside. No high demands are made on the diameter tolerances on these pipes. It is not even necessary to remove the inner ridge here.
  • Each roller encompasses the metal band formed into a tube over a circumferential section of almost 180 °.
  • the known device has a unit with which the longitudinal seam can be centrally controlled in the region of the welding beam.
  • This version has limits when it comes to the manufacture of pipes with a narrow tolerance.
  • a side frame has two horizontally arranged lateral rollers. Devices are provided for the horizontal, lateral, transverse relative movement of these rollers in the direction of the axis of the tube and away from it, on the housing below the corresponding rollers sit. However, no play-free mounting of the rolls of a calibration stand is disclosed here either.
  • the invention is therefore based on the objective of further developing a pipe welding device of the type mentioned at the outset in such a way that it is possible to produce pipes with narrow diameter tolerances and thus to be able to dispense with a subsequent drawing process so that the costs for the production of such pipes can be reduced.
  • This object is achieved in that a space is formed between the surface of the seat portion and the surface of a receiving bore of the roller, in which at least one clamping element is arranged.
  • This tensioning element can preferably generate a radially acting force between the seat section and the receiving bore.
  • a structurally simple configuration results if the seat section of the roller shaft is cylindrical.
  • the tensioning element is particularly advantageously formed from two plate spring assemblies, which are each arranged in the axial end region of the rollers; At least one spacer sleeve can be arranged between these two plate spring assemblies, preferably two spacer sleeves arranged concentrically one inside the other.
  • the plate spring assemblies are manufactured so precisely that - in contrast to conventional feather keys - they center the roller precisely on the roller shaft. With such an embodiment, it is advantageously possible to create a play-free mounting of the calibration roller on the roller shaft, which ensures high concentricity.
  • the tensioning element can be activated and deactivated in the axial direction of the roller shaft by moving at least one pressure element, in particular a pressure pin.
  • the roller shaft can be mounted in a bearing body. This results in a structurally advantageous configuration if the at least one pressure element is guided in an axially movable manner in a bore in the bearing body. An optimal centering and a tight fit of the roller shaft on the bearing body can be achieved in that the roller shaft has a conical section which is guided in a conical section of the bearing body.
  • the bearing body is preferably rotatably mounted relative to an installation piece by means of at least one bearing, in particular a rolling bearing.
  • a simple and nevertheless stable connection of the roller including the roller shaft can be achieved if the roller shaft has a threaded section on which a nut is screwed on.
  • the pressure element can be indirect or be set directly by the nut in its axial position in at least one axial direction.
  • a tight fit between the bearing body and roller shaft can advantageously be favored in that a compression spring is arranged between the bearing body and the nut. This presses the conical surfaces of the bearing body and roller shaft against each other via their spring force.
  • the compression spring is preferably designed as a plate spring assembly.
  • a further embodiment provides that a pressure ring which is axially displaceable relative to the roller shaft is arranged between the nut and the pressure element and / or between the nut and the compression spring.
  • a pressure ring that is axially displaceable relative to the roller shaft can be arranged between the tensioning element and the pressure element.
  • a sealing ring made of elastic material can also be arranged between the roller and the bearing body.
  • a tensioning device is used which is only temporarily placed on the assembly, namely for tensioning.
  • the roller shaft preferably in its end region remote from the roller, has a receptacle for axially fixedly receiving a slide; this receptacle can be formed by screwing it into the roller shaft.
  • a tensioning device is then arranged between the pressure ring and slide for tensioning the roller on the roller shaft.
  • the tensioning device can have a cylinder and a piston guided therein, which can be moved against one another by means of hydraulic oil.
  • Cylinder and piston arranged a spring the cylinder and piston against the movement caused by the hydraulic oil acts elastically.
  • This clamping and centering process can be carried out with just a single hydraulic clamping device, so that a quick roll change can be made possible despite the complexity of the entire system.
  • Figure 1 shows schematically a welded tube, seen in the direction of the longitudinal axis of the tube, which is contacted by two calibration rollers.
  • FIG. 2 shows a schematic perspective view of a calibration frame of a pipe welding system
  • FIG. 3 shows a schematic perspective view in section of a roller which is mounted on a roller shaft
  • FIG. 4 shows a sectional view of the roller together with the roller shaft according to FIG. 3;
  • FIG. 5 shows an enlarged detail from the illustration according to FIG. 4.
  • Fig. 1 it can be seen how a tube 1 formed from a flat metal strip is produced in principle.
  • the flat metal strip runs in the direction of the longitudinal axis 34 of the tube 1 and is molded into the tube 1 in upstream stations.
  • the preformed tube 1 is then welded to the resulting interface 2 in a welding station, which is also located upstream, and the welding burr which arises on the outside and inside is removed.
  • 1 shows the state of calibration after welding:
  • the tube 1 is contacted by two rollers 4 and 5 - calibration rollers. Because of their contour, the rollers 4, 5 each encompass the tube 1 over a circumferential section of almost 180 °.
  • rollers 4 and 5 are outlined in Fig. 2.
  • the rollers 4, 5 are part of a calibration stand 3, in which two roller shafts 7 and 8 are mounted.
  • the calibration stand 3 is designed here as a duo stand.
  • the lower roller 5 can be seen in its assembled position, while the upper roller 4 is shown subtracted from the roller shaft 7.
  • FIGS. 3, 4 and 5 The structure of the entire assembly for tensioning and storing the rollers 4, 5 on the roller shafts 7, 8 together with the elements important for the function is shown in FIGS. 3, 4 and 5. It should first be generally noted that two roller shafts 7, 8 cooperate, as can be seen from FIG. 2. For the sake of simplicity, the representations in FIGS. 3, 4 and 5 show only one roller 4 or 5 with one roller shaft 7 or 8.
  • the roller shaft 7, 8 has a cylindrical seat section 6, which serves to receive the roller 4, 5.
  • the roller 4, 5 has a cylindrical receiving bore 12.
  • a space 9 is formed by appropriate selection of the respective component diameter, which has the shape of a hollow cylinder.
  • a clamping element 13 is arranged, which consists of two disk spring assemblies 13 'and 13 "(see best in FIG. 5). Between these two assemblies 13', 13", two spacer sleeves 14 ', 14 "are arranged one inside the other.
  • clamping elements as present DIN 5415, which shows and describes clamping sleeves that use elements with a conical outer jacket for the central clamping of rolling bearings, is also known.
  • Ring clamping elements for the central fixing of a machine part with a bore on a shaft section are also known.
  • the tensioning element 13 is designed such that on the one hand it enables a non-positive connection for transmitting a torque between the roller shaft 7, 8 and the roller 4, 5 and on the other hand creates a high concentricity of the roller 4, 5 relative to the roller shaft 7, 8.
  • the activation of the tensioning element 13 for tensioning the roller 4, 5 on the roller shaft 7, 8 takes place by axially shifting (to the left, see FIG. 5) one.
  • Push pin 15. If this pin 15 - as will be described in detail, will be described - shifted to the left, it presses on a pressure ring 26, which in turn straightens the individual plate springs of the plate spring assembly 13 "during its displacement, which has a radially acting clamping force generated between the surface 10 of the seat section 6 and the surface 11 of the receiving bore 12.
  • the movement of the pressure pin (to the left) is transmitted through two spacer sleeves 14 'and 14 "to the plate spring assembly 13', which works correspondingly to the plate spring assembly 13" 14 "is (see best Fig.
  • the bearing body 16 supports and guides the roller shaft 7, 8, both of which the roller shaft 7, 8 is provided with a conical section 18 and the bearing body 16 with a conical section 19. Both cone sections 18, 19 have the same cone angle. If the bearing body 16 and the roller shaft 7, 8 are pressed together relative to one another, the roller shaft 7, 8 is centered via its conical section 18 on the conical section 19 of the bearing body 16.
  • the bearing body 16 is supported by a roller bearing 20 on a chock 21 arranged in a stationary manner on the calibration stand 3 (this The chock 21 is adjustable) so that the roller shaft 7, 8 and with it also the roller 4, 5 are supported in a defined manner.
  • the roller shaft 7, 8 For tensioning the roller 4, 5 on the roller shaft 7, 8, thus for activating the tensioning element 13, and for simultaneously pressing the two cone sections 18 and 19 against one another, the roller shaft 7, 8 is equipped with a threaded section 22 onto which a nut 23 is screwed is.
  • the nut 23 presses (see FIGS. 3 and 4) with its left axial end against the axially right end of a pressure ring 25.
  • the pressure ring 25 is arranged to be axially movable relative to the roller shaft 7, 8. With its axially left end, the pressure ring 25 presses on the axially right end of the pressure pin 15.
  • the pressure pin 15 When the nut 23 is tightened, it moves. the pressure pin 15 to the left, whereby the tensioning element 13 is activated and thereby tensioning and centering the roller 4, 5 relative to the roller shaft 7, 8.
  • the pressure ring 25 presses on a compression spring 24 in the form of a plate spring assembly, which in turn acts on the bearing body 16.
  • a force is generated between the bearing body 16 and the roller shaft 7, 8, which presses the two cone sections 18 and 19 against one another.
  • the roller shaft 7, 8 thus sits firmly and without play in the bearing body 16.
  • the nut 23 is screwed onto the threaded section 22 of the roller shaft 7, 8 in an otherwise preassembled unit, which can be done by hand.
  • the roller shaft 7, 8 has at its axial end (on the right, see FIGS. 3 and 4) a receptacle 28 which is formed by turning the shaft 7, 8.
  • a clamping device 30 is placed on the end region of the roller shaft 7, 8.
  • This device consists of a hydraulic force generating unit with a cylinder 31 and a piston 32 movable therein.
  • the tensioning device 30 When the tensioning device 30 is actuated, the piston 32 presses on the pressure ring 25. So that the tensioning device 30 is not pressed thereby, a slide 29 is previously inserted into the receptacle 28 used, so that a force can be applied by the tensioning device 30 between the (right) end region of the roller shaft 7, 8 and the pressure ring 25.
  • the piston 32 When the piston 32 is displaced, it presses the pressure ring 25 to the left, as a result of which the pressure pin 15 is moved to the left, so that the tensioning element 13 is activated.
  • the pressure ring 25 presses the compression spring 24 to the left, so that the cone sections 18 and 19 are pressed together.
  • the nut 23 can now be turned, e.g. B. by hand or through a rod inserted into a bore 35. Then there is a firm, play-free and exactly centered composite of roller 4, 5, roller shaft 7, 8 and bearing body 16.
  • roller 4, 5 is supported on both sides by a bearing unit.
  • roller 4, 5 and roller shaft 7, 8 on the one hand and roller shaft 7, 8 and bearing body 16 on the other hand are clamped together via the pressure ring 25, however, through a separate introduction of the clamping forces, namely once via the pressure pin 15 and the clamping element 13 and once the compression spring 24. Both the roller 4, 5 and the bearing body 16 are seated firmly, centered and free of play on the roller shaft 7, 8. The prerequisite is thus created to carry out the tube diameter calibration with the highest precision. LIST OF REFERENCE NUMBERS

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Geometry (AREA)
  • Rolls And Other Rotary Bodies (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Rohrschweissvorrichtung, mit der ein aus einem flächigen Metallband geformtes Rohr (1) an der sich ergebenden Nahtstelle (2) verschweisst wird, die ein Kalibriergerüst (3) aufweist, das mindestens zwei Walzen (4, 5) beinhaltet, die jeweils das aus dem Metallband gebildete Rohr (1) teilweise umfassen, wobei jede Walze (4, 5) auf einem Sitzabschnitt (6) einer Walzenwelle (7, 8) angeordnet ist. Zur Erzeugung von Rohren mit ein­geengter Durchmessertoleranz ist erfindungsgemäss vorgesehen, dass ein Raum (9) zwischen der Oberfläche (10) des Sitzabschnitts (6) und der Ober­fläche (11) einer Aufnahmebohrung (12) der Walze (4, 5) ausgebildet ist, in dem mindestens ein Spannelement (13) angeordnet ist, das Vorzugweise aus zwei Tellerfeder paketen (13, 13') besteht.

Description

Rohrschweißvorrichtung
Die Erfindung betrifft eine Rohrschweißvorrichtung, mit der ein aus einem flächigen Metallband geformtes Rohr an der sich ergebenden Nahtstelle verschweißt wird, die ein Kalibriergerüst aufweist, das mindestens zwei Walzen beinhaltet, die jeweils das aus dem Metallband gebildete Rohr teilweise umfassen, wobei jede Walze auf einem Sitzabschnitt einer Walzenwelle angeordnet ist.
Bei der Herstellung von Rohren aus Metall (insbesondere aus C-Stählen sowie niedrig- und hochlegierten Stählen) unterscheidet man zwischen nahtlosen und geschweißten Rohren. Geschweißte Rohre mit Durchmessern bis ca. 600 mm werden vorzugsweise kontinuierlich aus einem endlosen Band gefertigt. Dazu wird das Band auf die erforderliche Breite geteilt, zu Coils aufgewik- kelt und einer Rohrschweißanlage zugeführt. Um Unterbrechungen der Produktion zu vermeiden, werden die Bandstöße der einzelnen Coils im laufenden Betrieb und unter Einsatz sogenannter Bandspeicher aneinander geschweißt. '
Das ebene Band wird nach dem Einlaufen in die Rohrschweißanlage mittels Formgerüsten oder Linealformstrecken schrittweise oder kontinuierlich zu einem runden Schlitzrohr eingeformt. Das eingeformte Rohr durchläuft anschließend eine Schweißeinheit, in der die Bandkanten an der Nahtstelle auf Schweißtemperatur erhitzt und durch Zusammendrücken verschweißt werden. In einem anschließenden Arbeitsgang werden Wülste und Grate der Schweißnaht im Inneren des Rohres und außen entfernt.
Nach dem Durchlaufen einer Kühlstrecke wird das Rohr dann in einem oder in mehreren Walzgerüsten (Kalibriergerüsten) auf einen genauen Durchmesser gewalzt. In einem letzten Arbeitsgang wird das Rohr durch eine mitlaufende Trennvorrichtung in Einzellängen unterteilt. Die einzelnen Rohre werden gesammelt und ihrer weiteren Bestimmung zugeführt.
Geschweißte Rohre werden für die unterschiedlichsten Zwecke eingesetzt, beispielsweise zu Wasserleitungsrohren weiterverarbeitet. Dazu werden die Rohre innen und außen feuerverzinkt. An diese Rohre werden keine hohen Anforderungen bezüglich der Durchmessertoleranzen gestellt. Es ist hier nicht einmal notwendig, den Innengrat zu entfernen.
Aus anderen Rohren werden hingegen sogenannte Präzisionsrohre hergestellt, die besonders genaue Durchmessertoleranzen aufweisen müssen. Diese Rohre werden in der Regel nach dem Schweißen durch ein sich anschließendes Ziehen auf einer Ziehbank erzeugt, da Rohre mit bekannten Rohrschweißanlagen nicht mit engen Durchmessertoleranzen gefertigt werden können. Durch das Ziehen treten zusätzliche Verarbeitungskosten auf, da die Rohre vor dem Ziehen gebeizt, gespült, befettet und angeangelt werden müssen. Nach dem Ziehen müssen die Angeln entfernt werden, was einen erhöhten Materialverlust bedeutet. Weiterhin müssen die Rohre dann entfettet werden.
Das sich an das Schweißen anschließende Ziehen verursacht daher erhebliche Zusatzkosten, die den Herstellprozess von Präzisionsrohren verteuern. Um diese Arbeitsgänge und die damit verbundenen Zusatzkosten einzusparen, ist man bestrebt, Präzisionsrohre mit hoher Oberflächenqualität und engen Durchmessertoleranzen direkt in der Rohrschweißanlage herzustellen. Dafür sind mehrere Maßnahmen erforderlich. Zum Beispiel müssen kaltgewalzte, blanke Bänder zum Einsatz kommen, die nicht mehr entzundert und gebeizt werden müssen. Weiterhin ist man bemüht, die Kalibriergerüste zum Walzen der Rohre auf das Fertigmaß so zu gestalten, dass ihre Walzenlagerungen spielfrei sind und eine hohe Rundlaufgenauigkeit besitzen, so dass enge Rohrdurchmessertoleranzen eingehalten werden können. Aus der DE-OS 19 23 241 ist eine Vorrichtung zum kontinuierlichen Längsnahtschweißen von Rohren bekannt. Die dort offenbarte Anordnung weist ein Seitengerüst auf, auf dem zwei Walzen gelagert sind. Jede Walze umfasst das zum Rohr geformte Metallband über einen Umfangsabschnitt von fast 180°. Die bekannte Vorrichtung weist eine Einheit auf, mit der eine Mittigsteuerung der Längsnaht im Bereich des Schweißstrahles erfolgen kann. Über die Ausbildung des Kalibriergerüsts sowie die Lagerung der Kalibrierwaizen in diesem Gerüst finden sich jedoch keine konkreten Hinweise. Bei dieser Ausführung sind Grenzen gesetzt, was die Fertigung von Rohren mit eng toleriertem Durchmesser anbelangt.
Die DE 32 12 365 C2 zeigt eine Anordnung von drei Walzen, mit denen das aus dem Metallband geformte Rohr fast über den gesamten Umfang geführt wird. Die unteren beiden Walzen sind hier schräg gestellt, die obere Walze ist geteilt ausgebildet. Die sich aus der oberen Walze ergebenden beiden Waiz- scheiben können zueinander um einen einstellbaren Winkel verschwenkt werden. Damit läßt sich die Breite der Mittelnut zwischen den beiden Walzscheiben der oberen Walze in Abhängigkeit von der Wanddicke des geformten Rohres stufenlos einstellen. Allerdings finden sich auch hier keine Hinweise auf eine spielfreie Lagerung der Walzen in einem Kalibriergerüst. Hohe Anforderungen an die Durchmessertoleranz des geschweißten Rohres sind damit also ebenfalls nicht zu erfüllen.
Eine weitere Rohrschweißvorrichtung ist auch aus der DE-AS 12 89 814 bekannt1. Auch hier weist ein Seitengerüst zwei waagerecht angeordnete seitliche Walzen auf. Für die horizontale, seitliche Querrelativbewegung dieser Walzen in Richtung auf die Achse des Rohres zu und von dieser weg sind Vorrichtungen vorgesehen, die auf dem Gehäuse unterhalb der entsprechenden Walzen sitzen. Allerdings wird auch hier keine spielfreie Lagerung der Walzen eines Kalibriergerüsts offenbart.
Beim Einsatz all dieser vorbekannten Schweißvorrichtungen kann daher bei der Fertigung von Rohren mit engen Durchmessertoleranzen nicht auf das nachgeschaltete Ziehen verzichtet werden. Die Fertigung solcher Rohre ist entsprechend teuer.
Der Erfindung liegt daher die A u f g a b e zugrunde, eine Rohrschweißvorrichtung der eingangs genannten Art so weiterzuentwickeln, dass es möglich ist, Rohre mit engen Durchmessertoleranzen herzustellen und so auf einen nachgeschalteten Ziehvorgang verzichten zu können, damit sich die Kosten für die Herstellung solcher Rohre reduzieren lassen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass ein Raum zwischen der Oberfläche des Sitzabschnitts und der Oberfläche einer Aufnahmebohrung der Walze ausgebildet ist, in dem mindestens ein Spannelement angeordnet ist.
Bevorzugt kann dieses Spannelement eine radial wirkende Kraft zwischen dem Sitzabschnitt und der Aufnahmebohrung erzeugen. Eine konstruktiv einfache Ausgestaltung ergibt sich, wenn der Sitzabschnitt der Walzenwelle zylindrisch ausgebildet ist. Besonders vorteilhaft wird das Spannelement aus zwei Tellerfederpaketen gebildet, die jeweils im axialen Endbereich der Walzen angeordnet sind; zwischen diesen beiden Tellerfederpaketen kann mindestens eine Abstandshülse angeordnet sein, wobei bevorzugt zwei konzentrisch ineinander angeordnete Abstandshülsen zum Einsatz kommen. Die Tellerfederpakete sind dabei so präzise gefertigt, dass sie - im Gegensatz zu herkömmlichen Passfedern - die Walze genau auf der Walzenwelle zentrieren. Mit einer solchen Ausführung wird es in vorteilhafter Weise möglich, eine spielfreie Lagerung der Kalibrierwalze auf der Walzenwelle zu schaffen, die eine hohe Rundlaufgenauigkeit gewährleistet. Weiterhin wird hierdurch ein zuverlässiger kraftschlüssiger Verbund zwischen Walzenwelle und Walze gebildet, der zudem einen einfachen Walzenwechsel ermöglicht. Damit wird erreicht, in wirtschaftlicher Weise Rohre hinsichtlich ihres Durchmessers mit hoher Präzision zu fertigen, wobei auf das sonst übliche nachgeschaltete Ziehen verzichtet werden kann. Es wird somit ein ökonomisches Fertigen von Rohren mit engen Durchmessertoleranzen möglich. Insgesamt wird dadurch der Her- stellprozess für Präzisionsrohre wesentlich vereinfacht und entsprechend kostengünstiger.
Gemäß einer Weiterbildung ist vorgesehen, dass das Spannelement durch Verschieben mindestens eines Druckelements, insbesondere eines Druckstiftes, in Achsrichtung der Walzenwelle aktivierbar und deaktivierbar ist.
Die Walzenwelle kann in einem Lagerkörper gelagert sein. Dabei ergibt sich eine konstruktiv günstige Ausgestaltung, wenn das mindestens eine Druckelement axial beweglich in einer Bohrung im Lagerkörper geführt wird. Eine optimale Zentrierung sowie ein fester Sitz der Walzenwelle auf dem Lagerkörper kann dadurch erreicht werden, dass die Walzenwelle einen Kegelabschnitt aufweist, der in einem Kegelabschnitt des Lagerkörpers geführt wird.
Der Lagerkörper ist bevorzugt mittels mindestens eines Lagers, insbesondere eines Wälzlagers, gegenüber einem Einbaustück drehbar gelagert.
Ein einfacher und trotzdem stabiler Verbund der Walze samt Walzenwelle läßt sich erreichen, wenn die Walzenwelle einen Gewindeabschnitt aufweist, auf dem eine Mutter aufgeschraubt" ist. Das Druckelement kann mittelbar oder unmittelbar von der Mutter in seiner axialen Position zumindest in eine Achsrichtung festgelegt werden.
Ein fester Sitz zwischen Lagerkörper und Walzenwelle kann mit Vorteil dadurch begünstigt werden, dass zwischen Lagerkörper und Mutter eine Druckfeder angeordnet ist. Diese drückt über ihre Federkraft die Kegelflächen von Lagerkörper und Walzenwelle aneinander. Die Druckfeder ist bevorzugt als Tellerfederpaket ausgebildet.
Zur Erzielung einer gut verteilen Krafteinleitung ist gemäß einer weiteren Ausgestaltung vorgesehen, dass zwischen Mutter und Druckelement und/oder zwischen Mutter und Druckfeder ein relativ zur Walzenwelle axial verschiebbarer Druckring angeordnet ist. Alternativ kann zwischen dem Spannelement und dem Druckelement ein relativ zur Walzenwelle axial verschiebbarer Druckring angeordnet werden.
Zur Abdichtung kann ferner zwischen Walze und Lagerkörper ein Dichtring aus elastischem Material angeordnet sein.
Zum Verspannen des gesamten Verbundes - bestehend insbesondere aus Walze, Walzenwelle und Lagerkörper - kommt eine Spannvorrichtung zum Einsatz, die nur zeitweise, nämlich zum Spannen, auf den Verbund aufgesetzt wird. Hierzu ist vorgesehen, dass die Walzenwelle, vorzugsweise in ihrem von der Walze entfernten Endbereich, eine Aufnahme zum axial festen Aufnehmen eines Schiebers aufweist; diese Aufnahme kann durch eine Eindrehung in die Walzenwelle gebildet werden. Zum Spannen der Walze auf der Walzenwelle wird dann eine Spannvorrichtung zwischen Druckring und Schieber angeordnet. Die Spannvorrichtung kann einen Zylinder und einen in diesem geführten Kolben aufweisen, die sich mittels Hydrauliköl gegeneinander bewegen lassen. Um nach Entlastung des hydraulischen Drucks ein automatisches Zusammenfahren von Kolben und Zylinder zu bewirken, ist bevorzugt zwischen Zylinder und Kolben eine Feder angeordnet, die Zylinder und Kolben entgegen der durch das Hydrauliköl veranlassten Bewegung elastisch beaufschlagt.
Mit dem erfindungsgemäßen Vorschlag wird es möglich, ein gleichzeitiges Verspannen der Walze mit der Walzenwelle und der Walzenwelle mit dem Lagerkörper zu bewerkstelligen; dabei wird sowohl die Walze als auch das Wälzlager zentriert, so dass eine hohe Rundlaufgenauigkeit der Walze erzielt werden kann.
Dieser Spann- und Zentriervorgang kann mit nur einer einzigen hydraulischen Spannvorrichtung vorgenommen werden, so dass sich ein schneller Walzenwechsel trotz der Komplexität des gesamten Systems ermöglichen lässt.
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Es zeigen:
Fig. 1 schematisch ein geschweißtes Rohr, in Richtung der Längsachse des Rohres gesehen, das von zwei Kalibrierwalzen kontaktiert wird;
Fig. 2 eine schematische perspektivische Ansicht eines Kalibriergerüsts einer Rohrschweißanlage;
Fig. 3 im Schnitt eine schematische perspektivische Ansicht einer Walze, die auf einer Walzenwelle gelagert ist;
Fig. 4 eine Schnittdarstellung der Walze samt Walzenwelle gemäß Fig. 3; und
Fig. 5 einen vergrößerten Ausschnitt aus der Darstellung gemäß Fig. 4. In Fig. 1 ist zu sehen, wie prinzipiell ein aus einem flächigen Metallband geformtes Rohr 1 hergestellt wird. Das flächige Metallband läuft in Richtung der Längsachse 34 des Rohres 1 und wird in vorgelagerten Stationen zum Rohr 1 eingeformt. Anschließend wird in einer ebenfalls vorgelagerten Schweißstation das vorgeformte Rohr 1 an der sich ergebenden Nahtstelle 2 verschweißt und der außen und innen entstehende Schweißgrat entfernt. In Fig. 1 ist der dem Schweißen nachgeschaltete Zustand des Kalibrierens skizziert: Das Rohr 1 wird von zwei Walzen 4 und 5 - Kalibrierwalzen - kontaktiert. Aufgrund ihrer Kontur umfassen die Walzen 4, 5 das Rohr 1 jeweils über einen Umfangsab- schnitt von fast 180°.
Die Anordnung der Walzen 4 und 5 ist in Fig. 2 skizziert. Die Walzen 4, 5 sind Bestandteil eines Kalibriergerüsts 3, in dem zwei Walzenwellen 7 und 8 gelagert sind. Das Kalibriergerüst 3 ist hier als Duogerüst ausgebildet. Die untere Walze 5 ist in ihrer montierten Position zu sehen, während die obere Walze 4 von der Walzenwelie 7 abgezogen dargestellt ist.
Der Aufbau des gesamten Verbunds zum Spannen und Lagern der Walzen 4, 5 auf den Walzenwellen 7, 8 samt der für die Funktion wichtigen Elemente ist in den Figuren 3, 4 und 5 dargestellt. Es sei zunächst allgemein angemerkt, dass zwei Walzenwellen 7, 8 zusammenwirken, wie es aus Fig. 2 zu erkennen ist. Die Darstellungen in den Figuren 3, 4 und 5 zeigen der Einfachheit halber nur eine Walze 4 bzw. 5 mit einer Walzenwelle 7 bzw. 8.
Die Walzenwelle 7, 8 weist einen zylindrischen Sitzabschnitt 6 auf, der zur Aufnahme der Walze 4, 5 dient. Die Walze 4, 5 hat hierzu eine zylindrische Aufnahmebohrung 12. Zwischen der Oberfläche 10 des Sitzabschnittes 6 einerseits und der Oberfläche 11 der Aufnahmebohrung 12 andererseits ist durch entsprechende Wahl der jeweiligen Bauteildurchmesser ein Raum 9 ausgebildet, der die Form eines Hohlzylinders aufweist. In diesem Raum ist ein Spannelement 13 angeordnet, das aus zwei Tellerfederpaketen 13' und 13" besteht (s. am besten in Fig. 5). Zwischen diesen beiden Paketen 13', 13" sind zwei ineinander liegende Abstandshülsen 14', 14" angeordnet.
Bei den Tellerfederpaketen 13', 13" handelt es sich um solche, die aus speziellen Tellerfedern bestehen, die nach dem Ausstanzen mit einem präzisen Schliff am Innen- und am Außendurchmesser versehen werden, um sie maßgenau auszugestalten. Zur Ausführung von Spannelementen, wie sie vorliegend auch zum Einsatz kommen können, wird auf DIN 5415 hingewiesen, die Spannhülsen zeigt und beschreibt, die zum zentrischen Aufspannen von Wälzlagern Elemente mit kegeligem Außenmantel einsetzen. Bekannt sind auch Ringspannelemente zum zentrischen Befestigen eines Maschinenteils mit Bohrung auf einem Wellenabschnitt.
Das Spannelement 13 ist so ausgebildet, dass es einerseits eine kraftschlüssige Verbindung zur Übertragung eines Drehmoments zwischen Walzenwelle 7, 8 und Walze 4, 5 ermöglicht und andererseits eine hohe Rundlaufgenauigkeit der Walze 4, 5 relativ zur Walzenwelle 7, 8 schafft.
Die Aktivierung des Spannelements 13 zum Spannen der Walze 4, 5 auf der Walzenwelle 7, 8 erfolgt durch axiales Verschieben (nach links, s. Fig. 5) eines . Druckstifts 15. Wird dieser Stift 15 - wie dies im einzelnen erfolgt, wird noch beschrieben werden - nach links verschoben, drückt er auf einen Druckring 26, der wiederum bei seiner Verschiebung die einzelnen Tellerfedern des Tellerfederpakets 13" etwas aufrichtet, was eine radial wirkende Spannkraft zwischen der Oberfläche 10 des Sitzabschnitts 6 und der Oberfläche 11 der Aufnahmebohrung 12 erzeugt. Die Bewegung des Druckstifts (nach links) wird durch zwei Abstandshülsen 14' und 14" auf das Tellerfederpaket 13' übertragen, das entsprechend zum Tellerfederpaket 13" arbeitet. Die Abstandshülse 14" ist dabei (s. hierzu am besten Fig. 5) konzentrisch in der Abstandshülse 14' angeordnet. Dadurch greift die Abstandshüise 14' am Außendurchmesser der Tellerfederpakete 13 an, während die Abstandshüise 14" am Innendurchmesser der Pakete 13 angreift.
Mehrere über den Umfang verteilt angeordnete Druckstifte 15 - in den Figuren 3, 4 und 5 ist jedoch von diesen nur einer zu sehen - verlaufen in je einer Bohrung 17 eines Lagerkörpers 16. Der Lagerkörper 16 lagert und führt die Walzenwelle 7, 8, wozu sowohl die Walzenwelle 7, 8 mit einem Kegelabschnitt 18 als auch der Lagerkörper 16 mit einem Kegelabschnitt 19 versehen ist. Beide Kegelabschnitte 18, 19 weisen denselben Kegelwinkel auf. Werden Lagerkörper 16 und Walzenwelle 7, 8 relativ zueinander aneinandergedrückt, zentriert sich die Walzenwelle 7, 8 über ihren Kegelabschnitt 18 am Kegelabschnitt 19 des Lagerkörpers 16. Der Lagerkörper 16 ist über ein Wälzlager 20 an einem ortsfest am Kalibriergerüst 3 angeordneten Einbaustück 21 gelagert (das Einbaustück 21 ist dabei einstellbar ausgebildet), so dass damit die Walzenwelle 7, 8 und mit ihr auch die Walze 4, 5 definiert gelagert ist.
Zum Spannen der Walze 4, 5 auf der Waizenwelle 7, 8, somit zum Aktivieren des Spannelements 13, und zum gleichzeitigen Anpressen der beiden Kegelabschnitte 18 und 19 aneinander ist die Walzenwelle 7, 8 mit einem Gewindeabschnitt 22 ausgestattet, auf den eine Mutter 23 aufgeschraubt ist. Die Mutter 23 drückt (vgl. Fig. 3 und Fig. 4) mit ihrem linken axialen Ende gegen das axial rechte Ende eines Druckrings 25. Der Druckring 25 ist relativ zur Walzenwelle 7, 8 axial beweglich angeordnet. Mit seinem axial linken Ende drückt der Druckring 25 auf das axial rechte Ende des Druckstifts 15. Beim Anziehen der Mutter 23 verschiebt sich. der Druckstift 15 nach links, wodurch das Spannelement 13 aktiviert wird und dadurch die Walze 4, 5 relativ zur Walzenwelle 7, 8 spannt und zentriert. π
Gleichzeitig drückt der Druckring 25 auf eine Druckfeder 24 in Form eines Tellerfederpakets, das wiederum auf den Lagerkörper 16 wirkt. Dadurch wird eine Kraft zwischen Lagerkörper 16 und Walzenwelle 7, 8 erzeugt, die die beiden Kegelabschnitte 18 und 19 gegeneinander drückt. Die Walzenwelle 7, 8 sitzt damit fest und spielfrei in dem Lagerkörper 16.
Zwischen Lagerkörper 16 und Walze 4, 5 ist ein Dichtring 27 angeordnet, der aus elastischem Material besteht. Dadurch werden die beiden Bauteile zwar abgedichtet, jedoch wird keine (nennenswerte) Kraft vom Lagerkörper 16 auf die Walze 4, 5 übertragen.
Zum Spannen des Verbundes, bestehend aus Walze 4, 5, Walzenwelle 7, 8 und Lagerkörper 16, wird wie folgt vorgegangen:
Auf den Gewindeabschnitt 22 der Walzenwelle 7, 8 wird bei ansonsten vormontierter Einheit die Mutter 23 aufgeschraubt, was von Hand geschehen kann. Die Walzenwelle 7, 8 weist an ihrem axialen Ende (rechts, s. Fig. 3 und Fig. 4) eine Aufnahme 28 auf, die durch eine Eindrehung in die Welle 7, 8 gebildet wird.
Dann wird eine Spannvorrichtung 30 auf den Endbereich der Walzenwelle 7, 8 aufgesetzt. Diese Vorrichtung besteht aus einer hydraulischen Krafterzeugungseinheit mit einem Zylinder 31 und einem in diesem beweglichen Kolben 32. Bei Betätigung der Spannvorrichtung 30 drückt der Kolben 32 auf den Druckring 25. Damit die Spannvorrichtung 30 hierdurch nicht abgedrückt wird, wird vorher ein Schieber 29 in die Aufnahme 28 eingesetzt, so dass eine Kraft von der Spannvorrichtung 30 zwischen dem (rechten) Endbereich der Walzenwelle 7, 8 und dem Druckring 25 aufgebracht werden kann. Beim Verschieben des Kolbens 32 beaufschlagt dieser den Druckring 25 nach links, wodurch zum einen der Druckstift 15 nach links bewegt wird, so dass das Spannelement 13 aktiviert wird. Zum anderen presst der Druckring 25 die Druckfeder 24 nach links, so dass die Kegelabschnitte 18 und 19 aufeinan- dergedrückt werden. Die Mutter 23 kann jetzt nachgedreht werden, z. B. von Hand oder durch eine in eine Bohrung 35 gesteckte Stange. Danach liegt ein fester, spielfreier und exakt zentrierter Verbund von Walze 4, 5, Walzenwelle 7, 8 und Lagerkörper 16 vor.
Nach dem Ablassen des Hydrauliköls aus der Spannvorrichtung 30 fährt diese durch eine Feder 33 in ihre Ausgangslage zurück, so dass der Schieber 29 entfernt und die Spannvorrichtung 30 abgenommen werden kann.
Wie in Fig. 4 zu sehen ist, ist die Walze 4, 5 beidseitig durch je eine Lagereinheit gelagert.
Mit der vorgeschlagenen Vorrichtung ist eine spielfreie und exakt zentrierte Lagerung der Walze 4, 5 im Kalibriergerüst 3 möglich. Gleichzeitig kann in sehr einfacher Weise ein Wechsel der Walze 4, 5 erfolgen.
Zwar werden Walze 4, 5 und Walzenwelle 7, 8 einerseits und Walzenwelle 7, 8 und Lagerkörper 16 andererseits gemeinsam über den Druckring 25 miteinander verspannt, allerdings durch eine getrennte Einleitung der Spannkräfte, nämlich einmal über den Druckstift 15 und das Spannelement 13 und einmal über die Druckfeder 24. Damit sitzen sowohl die Walze 4, 5 als auch der Lagerkörper 16 fest, zentriert und spielfrei auf der Walzenwelle 7, 8. Die Voraussetzung ist damit geschaffen, die Rohrdurchmesser-Kalibrierung mit höchster Präzision durchzuführen. Bezugszeichenliste
Rohr
Nahtstelle
Kaiibriergerüst
Walze
Walze
Sitzabschnitt
Walzenwelle
Walzenwelle
Raum
Oberfläche des Sitzabschnitts 6
Oberfläche der Aufnahmebohrung 12
Aufnahmebohrung
Spannelement ', 13" Tellerfederpakete ', 14" Abstandshülsen
Druckelement (Druckstift)
Lagerkörper
Bohrung im Lagerkörper 16
Kegelabschnitt der Walzenwelle 7, 8
Kegelabschnitt des Lagerkörpers 16
Wälzlager
Einbaustück
Gewindeabschnitt
Mutter
Druckfeder
Druckring
Druckring
Dichtring Aufnahme
Schieber
Spannvorrichtung
Zylinder
Kolben
Feder
Längsachse des Rohres 1
Bohrung in der Mutter 23

Claims

Patentansprüche
1. Rohrschweißvorrichtung, mit der ein aus einem flächigen Metallband geformtes Rohr (1) an der sich ergebenden Nahtstelle (2) verschweißt wird, die ein Kalibriergerüst (3) aufweist, das mindestens zwei Walzen (4, 5) beinhaltet, die jeweils das aus dem Metallband gebildete Rohr (1 ) teilweise umfassen, wobei jede Walze (4, 5) auf einem Sitzabschnitt (6) einer Walzenwelle (7, 8) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß ein Raum (9) zwischen der Oberfläche (10) des Sitzabschnitts (6) und der Oberfläche (11) einer Aufnahmebohrung (12) der Walze (4, 5) ausgebildet ist, in dem mindestens ein Spannelement (13) angeordnet ist.
2. Rohrschweißvorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Spannelement (13) eine radial wirkende Kraft zwischen dem Sitzabschnitt (6) und der Aufnahmebohrung (12) erzeugt.
3. Rohrschweißvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Spannelement (13) aus zwei Tellerfederpaketen (13', 13") besteht, die jeweils im axialen Endbereich der Walzen (4, 5) angeordnet sind.
4. Rohrschweißvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den beiden Tellerfederpaketen (13', 13") mindestens eine Abstandshüise (14', 14") angeordnet ist.
5. Rohrschweißvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Spannelement (13) durch Verschieben mindestens eines Druk- kelements (15), insbesondere eines Druckstiftes, in Achsrichtung der Walzenwelle (7, 8) aktivierbar und deaktivierbar ist.
6. Rohrschweißvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Druckelement (15) axial beweglich in einer Bohrung (17) eines Lagerkörpers (16) der Walzenwelle (7, 8) geführt ist.
7. Rohrschweißvorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Walzenwelle (7, 8) einen Kegelabschnitt (18) aufweist, der in einem Kegelabschnitt (19) des Lagerkörpers (16) geführt wird.
8. Rohrschweißvorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Lagerkörper (16) mittels mindestens eines Lagers (20), insbesondere eines Wälzlagers, in einem Einbaustück (21) drehbar gelagert ist.
9. Rohrschweißvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Walzenwelle (7, 8) einen Gewindeabschnitt (22) für eine Mutter (23) aufweist.
10. Rohrschweißvorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Druckelement (15) mittelbar oder unmittelbar von der Mutter (23) in seiner axialen Position zumindest in eine Achsrichtung festgelegt wird.
11. Rohrschweißvorrichtung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen Lagerkörper (16) und Mutter (23) eine Druckfeder (24) angeordnet ist.
12. Rohrschweißvorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 11 , dadurch gekennzeichnet, dass zwischen Mutter (23) und Druckelement (15) und/oder zwischen Mutter (23) und Druckfeder (24) ein relativ zur Walzenwelle (7, 8) axial verschiebbarer Druckring (25) angeordnet ist.
13. Rohrschweißvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Spannelement (13) und dem Druckelement (15) ein relativ zur Walzenwelle (7, 8) axial verschiebbarer Druckring (26) angeordnet ist.
14. Rohrschweißvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen Walze (4, 5) und Lagerkörper (16) ein Dichtring (27) aus elastischem Material angeordnet ist.
15. Rohrschweißvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Walzenwelle (7, 8), vorzugsweise in ihrem von der Walze (4, 5) entfernten Endbereich, eine Aufnahme (28) zum axial festen Aufnehmen eines Schiebers (29) aufweist.
16. Rohrschweißvorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass zum Spannen der Walze (4, 5) auf der Walzenwelle (7, 8) eine Spannvorrichtung (30), insbesondere eine hydraulische Spannvorrichtung, zwischen Druckring (25) und Schieber (29) angeordnet ist.
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