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Gruppenantrieb für kontinuierliche Walzwerke Der Antrieb kontinuierlicher
Walzwerke, wie Knüppel-, Band- und Drahtstraßen, Rohr-Reduzierwerke usw., erfolgte
bisher grundsätzlich auf drei verschiedene Arten, und zwar: i. Es wurden sämtliche
Gerüste des Walzwerks von einem einzigen Motor aus angetrieben und die von Gerüst
zu Gerüst erforderliche Änderung der Drehzahlen durch entsprechende Zahnradübersetzungen
erzielt.
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2. Es wurde jedes Gerüst durch einen einzelnen Motor angetrieben.
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3. Es wurden aus sämtlichen Gerüsten mehrere Gruppen gebildet und
jede einzelne Gruppe durch einen besonderen Motor angetrieben. .4. Es wurden Gruppenantriebe
mit zwischen dem Gruppenantrieb und den Walzgerüsten angeordneten Flüssigkeitsgetrieben
oder anderen stufenlos regelbaren Getrieben üblicher Bauart verwendet, wobei diese
stufenlos, einzeln oder gemeinsam regelbar sein können.
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Die unter i beschriebene Betriebsart hat gegenüber den beiden anderen
Betriebsarten den Vorteil größerer Einfachheit und daher Billigkeit. Sie hat aber
den Nachteil, daß das durch die Zahnradübersetzungen gegebene Drehzahlverhältnis
zwischen den Gerüsten nur durch einen Austausch der Zahnräder geändert werden kann.
Letzterer ist bei der Größenordnung der zur Verwendung gelangenden
Antriebe
außerordentlich zeitraubend und kostspielig und kann nur während der Betriebspausen
durchgeführt werden. Außerdem können die Gerüstdrehzahlen und daher auch die Verhältnisse
der Gerüstdrehzahlen zueinander nicht stufenlos geändert werden, sondern nur im
Verhältnis voll ganzen Zähnezahlen. Dies ist jedoch in jenen Fällen, in denen der
»Zug« zwischen den Gerüsten stufenlos reguliert werden soll, ein bedeutender walztechnischer
Nachteil.
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Die unter a beschriebene Betriebsart, allgemein als Motor-Einzelantrieb
bezeichnet, vermeidet die Nachteile des gemeinsamen Antriebs, ist jedoch wesentlich
kostspieliger als dieser. Es muß nicht nur für jedes Gerüst ein ?Motor mit regelbarer
Drehzahl, also praktisch ein Gleichstrommotor, sondern meist auch noch ein besonderes
Vorgelege vorgesehen werden, um die hohe Drehzahl des hTotors auf die niedrige Drehzahl
des Gerüstes zu untersetzen. Ein weiterer Nachteil des Motor-Einzelantriebes ist,
daß die Motor- und daher auch Gerüstdrehzahl bei Belastung niedriger ist als bei
Leerlauf. Die Folge davon ist, daß das im Leerlauf eingestellte Drehzahlverhältnis
der Gerüste sich während des Durchlaufens des Walzgutes nicht ull wesentlich ändert.
Gleichzeitig mit dem Drehzahlverhältnis der Gerüste verändert sich aber auch der
auf das Walzgut ausgeübte Zug, der in vielen Fällen eine ausschlaggebende walztechnische
Bedeutung hat, z. B. beim Reduzieren von Rohren, bei welchem der Zug zwischen den
Gerüsten die M'andstärke des Rohres beeinflußt. In solchen Fällen konnte man sich
bis jetzt nur durch die Aufstellung stark übermessener Motoren helfen, um den bei
Belastung eintretenden Drehzahlabfall möglichst gering zu halten. Diese Lösung des
Antriebsproblems ist besonders kostspielig und trotzdem unvollkommen.
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Die unter 3 beschriebene Antriebsart ist eine Zwischenlösung zwischen
dein gemeinsamen Alltrieb und dem Motor-Einzelantrieb und kann als Aufspaltung des
kontinuierlichen Walzwerkes in mehrere kontinuierliche Walzwerke mit je einen) gemeinsamen
Antrieb aufgefaßt werden. Dieser Antriebsart haften die gleichen Nachteile all wie
der unter i beschriebenen.
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Es ist auch bekannt, das Drehzahlenverhältnis aufeinanderfolgender
Walzgerüste mit Motor-Ein7elantrieben während des Betriebes selbsttätig zu regeln.
Beispielsweise ist es bei kontinuierlichen Bandstraßen üblich, die Größe der sich
zwischen den Walzgerüsten bildenden Bandschleife zur autoinatisch-elektrischen Regelung
der Walzgerüstdrehzahlen zu benutzen, und zwar derart, daß eine sich vergrößernde
Schleife die Antriebsdrehzahl des vorhergehenden Gerüstes verlangsamt bzw. die Antriebsdrehzahl
des nachfolgenden Gerüstes beschleunigt. Eine derartige selbsttätige Regelung ist
bisher nur bei Motor-Einzelantrieb, jedoch nicht bei gemeinsamem Antrieb möglich
gewesen.
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Die vierte bekannte Antriebsart hat den entscheidenden Nachteil, daß
bei Flüssigkeitsgetrieben oder anderen ähnlich wirkenden Getrieben ein Drehzahlschlupf
entsteht, der bei kontinuierlichen Walzwerken, insbesondere bei Streckreduzierwalzwerken,
nicht in Kauf genommen werden kann. Bei diesen wird verlangt, daß die Drehzahlverhältnisse
der einzelnen Gerüste zueinander unabhängig voll den auftretenden Beanspruchungen
konstant bleiben.
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Diese Forderung wird gemäß der Erfindung erreicht, und gleichzeitig
werden die geschilderten 1\fängel der anderen bekannten Antriebsarten vermieden
dadurch, daß jedes Getriebe mit einem all sich bekannten praktisch schlupffrei arbeitenden
Summengetriebe, z. B. einem Differentialgetriebe, ausgestattet ist, bei dein die
durch den Gruppenantrieb eingeleitete Grunddrehzahl durch einen in der Drehzahl
regelbaren Nebenantrieb, der auf das Summengetriebe einwirkt, verändert wird.
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Ein weiteres Merkmal gemäß der Erfindung besteht in der Verwendung
an sich bekannter stufenlos regelbarer hydraulisch-mechanischer Überlagerungsgetriebe.
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Als Beispiel für ein praktisch starres Überlagerungsgetriebe sei auf
das all sich bekannte Planetengetriebe verwiesen, dessen eine Welle mit konstanter
Drehzahl angetrieben wird, während die Drehzahl der austreibenden Welle dadurch
stufenlos reguliert wird, das einem beeinflußbaren Getriebeteil eine Drehbewegung
überlagert wird.
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Die Überlagerungsbewegung kann dem Planetengetriebe auf verschiedene
Arten, z. B. durch Motoren, Bremsen, Kettenantriebe mit einstellbarem Scheibendurchmesser
usw.. erteilt «=erden. Als besonders vorteilhaft hat sich gemäß einem weiteren Merkmal
der Erfindung die Anwendung all sich bekannter hydraulisch-mechanischer Überlagerungsantriebe
herausgestellt, bei denen die Überlagerungsbewegung durch zwei ölhydraulische Pumpen
hervorgerufen wird. Dabei muß die Fördermenge der Primärpumpe stufenlos regulierbar
seil), ,%#eilli die Drehzahl der Sekundärpumpe und dadurch die dem Planetengetriebe
überlagerte Drehzahl ebenfalls stufenlos regulierbar sein soll. Der Vorteil der
hydraulisch-mechanischeil Überlagerungsgetriebe gegenüber allen anderen bekannten
Antrieben mit stufenloser Drehzahlregulierungen ist der, daß sie alle Eigenschaften
in sich vereinen, die an Getriebe für kontinuierliche Walzwerke gestellt werden
müssen, nämlich Feinstufigkeit der Regulierung, Starrheit, d. h. Freiheit voll Schlupf,
verschleißloser Betrieb, geringer Raumbedarf und große Leistungen. Die weiteren
Ausführungen beschränken sich daher auf die Anwendung voll hydraulisch-mechanischen
Überlageruilgsgetrieben, obwohl sie sinngemäß auch teilweise für andere Überlagerungsgetriebe
mit stufenloser Regulierung gelten.
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Der Antrieb für die Regelorgane, z. B. für die Druckölpumpen, der
Überlagerungsgetriebe erfolgt zweckmäßig gemeinsam, z. B. über eine zur Walzrichtung
parallele Welle. Es ist besonders vorteilhaft, den Antrieb für die Regelorgane der
Überlagerungsgetriebe vom Gruppenantrieb des Walzwerks abzuleiten. Auf diese Weise
läßt sich mit einem einzigen Drehstrommotor eine stufenlose Regulierung jeder einzelnen
Gerüstdrehzahl herbeiführeii,
und zwar finit einem Gesamtwirkungsgrad,
der von keinem Gleichstromantrieb erreicht wird.
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Das Planetengetriebe des Überlagerungsgetriebes kann auf der Gruppenantriebswelle
des Walzwerks angeordnet sein. Um einen möglichst geringen Gerüstabstand zu erzielen,
wird empfohlen, das Planetengetriebe des Überlagerungsgetriebes auf eine Welle zu
legen, die senkrecht zur Gruppenantriebswelle und auf der verlängerten Walzenachse
angeordnet ist. Der Gerüstabstand wird dann nicht größer als bei den bisher verwendeten
Antrieben von kontinuierlichen Walzwerken mittels eines gemeinsamen Motors.
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Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung werden kontinuierliche Walzwerke
mit Gruppenantriel) durch überlagerungsantriebe derart betrieben, daß die Getriebe
der einzelnen Walzgerüste Grunddrehzahlen aufweisen, die den Mittelwerten der Drehzahlen
entsprechen, wie sie bei den vorkommenden Arbeitsverhältnissen und Walzenkalibriertxngen
auftreten.
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Bei den Grunddrehzahlen ist die Leistung der ölhydraulischen Pumpen
gleich Null, d. h. .die Überlagerungsgetriebe arbeiten als rein mechanische Getriebe
mit dem bekannten hohen Wirkungsgrad. Eine Änderung der Gerüstdrehzahlen erfolgt
nur dadurch, daß der Sekundärpumpe durch Regulierung der Primärpumpe eine bestimmte
Drehzahl erteilt und dadurch das Übersetzungsverhältnis des Überlagerungsantriebes
geändert wird. Hierbei bleibt, wie ohne weiteres verständlich, die Tourenzahl der
antreibenden Welle unverändert. Die notwendige Regulierung über bzw. unter die Grunddrehzahl
beträgt im allgemeinen nur wenige Prozente. Es liegt in der Natur der hydrauliscli-mechanischen
Überlagerungsantriebe, daß die von den ölhydraulischen Pumpen aufzunehmenden Leistungen
ebenfalls nur wenige Prozente betragen, so daß der hohe Wirkungsgrad des Gesamtantriebes
erhalten bleibt.
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Besonders vorteilhaft ist die Verwendung hydraulisch-mechanischer
Überlagerungsgetriebe bei Rohrreduzierwalzwerken, bei denen der zwischen den Gerüsten
auf das Rohr ausgeübte Zug die Wandstärke des Rohres beeinflußt, und zwar derart,
daß eine Vergrößerung des Zuges die Wandstärke des fertig reduzierten Rohres verringert,
eine Verminderung des Zuges aber vergrößert. Es ist eine bisher noch nicht beachtete,
aber wesentliche Eigenschaft der Überlagerungsgetriebe, daß die im Leerlauf eingestellte
Drehzahl auch bei Belastung praktisch unverändert bleibt, und zwar deshalb, weil
der an sich schon geringe Drehzahlabfall der Pumpen bei Belastung sich in der gleichen
prozentualen Höhe nicht auf die Austriebsdrehzahl, sondern auf die Differenz zwischen
Austriebsdrehzahl und Grunddrehzahl auswirkt. Beträgt beispielsweise der Drehzahlabfall
der Sekundärpumpe, die nur wenige Prozent der gesamten Gerüstleistung aufzubringen
hat, 1 °/a, und hat man die Austriebsdrehzahl um 5 % gegenüber der Grunddrehzahl
verändert, so beträgt der Abfall der Gerüstdrehzahl bei Belastung nur o,05 0/0,
d. h. der gesamte Antrieb ist praktisch starr. Diese Starrheit konnte bis jetzt
durch Motor-Einzelantrieb auch bei Übermessung der Motoren nicht erreicht werden.
Man konnte daher wohl bestimmte Drehzahlverhältnisse der Gerüste bei Leerlauf einstellen,
doch änderten sich diese bei Belastung, also beim Durchgang des Rohres, da die bei
den einzelnen Gerüsten aufgetretenen Leistungen untereinander verschieden sind.
Die Folge davon war, daß man die Beeinflussung der Rohrwandstärken wenig oder überhaupt
nicht in der Hand hatte, während sie gemäß der Erfindung infolge der Starrheit des
Antriebes vollkommen beherrscht wird. Die stufenlose Regulierbarkeit gestattet darüber
hinaus die Einstellung jedes beliebigen Drehzahlverhältnisses entsprechend den einzelnen
Gerüsten, d. h. die Erreichung jeder beliebigen Rohrwandstärke in den gegebenen
technischen Grenzen.
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Der Gegenstand der Erfindungen wird durch die Abb. i bis .4 beispielsweise
für ein sechsgerüstiges Rohrreduzierwerk mit hydraulisch-mechanischen Überlagerungsgetrieben
veranschaulicht, und zwar zeigt Abb. i das Walzw-etk mit Antrieb im Gru@nd.riß,
Abb. 2 das gleiche Walzwerk im Aufriß, wobei die hydraulisch-mechanischen Üli.erlagerungsantriebe
auf der linken und rechten Seite in zwei verschiedenen Ausführungen dargestellt
sind, Abb. 3 einen Schnitt durch ein hydraulischmechanisches überlagerungsgetriebe
nach der Linie 1-I in Abb. 2 im Grun.driß, um 9o° verdreht, Abb.,4 eiiven Schnitt
durch ein hydraulisch-mec'hanisches überlagerungsgetriebe nach der Linie II-11 in
Abb. i und im Aufriß.
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In Abb. i ist i der Antriebsmotor mit konstanter Dre'h.zah.l, 2 ein
an sich. bekanntes Überlagerungsgetriebe beliebiger Bauart, .4 und 3 zwei Keg-elradgetriebe,
die die Drehbewegung von der Querwelle 5 auf die beiden Längswellen 6 und 7 übertragen,
8 bis ii die hydraulisch-m@echanischen Überlagerungsa.ntriebe, die in zwei verschiedenen
Ausführungen dargestellt sind, und zwar 8 und 9
die mechanischen, io und ii
die hvdraulisehen Teile dieser Getriebe, 12 die Kupplungen zwischen den Überlagerungsgetrieben
und den Walzenachsen 13, 14. die Walzgerüste, 15 die Walzen und 16 einen gemeinsamen
Grundrahmen, auf dein die Walzgerüste aufgestellt sind. Man erkennt aus den Abb.
i und 2, daß die Gesamtanordnung des Walzwerksantriebes grundsätzlich die gleiche
ist wie bei den bisher bekannten Antrieben mit einem gemeinsamen Motor.
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Die Bauart und die Wirkungsweise der hydraulisch-mechanischen Überlageruaigsgetriebe
gehen aus den Abb. 3 und .I 'hervor. Abb. 3 zeigt ein Über:lagerungsgetriebe, dessen
Planetengetriebe auf der Gruppenantriebswelle des `'Falzwerks angeordnet sind,,
Abb. 4 ein Überlagerungsgetriebe, dessen Planetengetriebe auf einer Welle liegt,
die in Ridhtung der Walzenachse senkrecht zur Gruppenantriebswelle angeordnet ist.
In Abb. 3 ist 6 die gemeinsame Längswelle, 17 der mit der Welle 6 verkeilte
Steg
des Planetengetriebes, 18 das lose auf der Welle 6 laufende Sonnenrad, ig die Planetenräder,
die lose auf den im Steg 17 gelagerten Achsen 2o laufen., 21 ein ebenfalls lose
auf der Welle 6 laufender Innenzahnkranz, der mit dem Kegelrad 22 starr verbunden
ist. Letzteres kämmt mit dem Kegelrad 23, das über die Achse 24 den Antrieb des
Walzgerüstes 14 besorgt. In das Kegelrad 22 greift auch, dzas Kegelrad 25 ein, das
über die Welle 26 die Primärpumpe 27 antreibt, hier eine Thomapumpe, deren Fördermenge
durch Einstellung der Schräglage veränderlich ist. Die Verstellbarkeit der Schräglage
ist durch den Pfeil 28 angedeutet. Die S,kwndärpump-e 29 beeinflußt über die Kegelräder
30 und 3i und die Zahnräder 32, 33 das Sonnenrad 18, das mit dem Zahnrad
33 starr verbunden ist. Der Stillstand der Sekundärpumpe 29 wird dadurch erreicht,
daß die Primärpumpe 27 auf Fördermenge Null eingestellt wird, so daß die SekundärpuMpe
29 kein Druckölerhält. Bei Stillstand der Sekundärputnpe wird auch über die Räder
3o bis 33 das Sonnenrad 18 festgehalten, so daß sich die Planetenräder ig bei Drehung
des Steges 17 auf dem Sonnenrad i8 abwälzen und dem Kegelrad 22 über den Innenzahnkranz
21 eine drehende Bewegung erteilen. In diesem Falle arbeitet das Planetengetriebe
als rein mechanisches Getriebe und die Austriebsdrehzahl des Getriebes ist gleich
der Grunddrehzahl. Will man nun die Austriebsdrehzahl der Kegelräder 22, 23 ändern,
so muß man die Primärpumpe 27 aus ihrer Nullstellung herausschwenken und dadurch
der Sekundärpumpe 29 eine Drehzahl erteilen. Die Sekundärpumpe 29 gibt über die
Zahnräder 3o bis 33 dem Sonnenrad 18 eine drehende. Bewegung, die sich der Drehbewegung
des Kegelrades 22 überlagert und dadurch dessen Drehzahl nach oben oder unten verändert.
Der Einbau der Pumpen 27, 29 erfolgt zweckmäßig in geschlossenen Kästen io.
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Aus Abb. 3 ist ersichtlich, d.aß das Planetengetriebe und der Antrieb
der Sekundärpumpe in axialer Richtung, also in Richtung der durchgehenden Längswelle
6, einen Raum einnimmt, der bei geringem Gerüstabstand unterUmständen nicht zur
Verfügung steht. In solchen. Fällen ist es vorteilhaft, die Überlagerungsgetriebe
nach Abb. ,4 so zu bauen, d'aß sie zwischen der gemeinsamen Längswelle und den Gerüsten
angeordnet sind.
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In Abb. 4 bedeutet 7 dlie gemeinsame Längswelle im Querschnitt, 34
und 35 ein Kegelradpaa.r, das die Drehbewegung von. der gemeinsamen Längswelle 7
auf die Welle 36 des Überlagerungsgetriebes überträgt. Auf dieser ist das Sonnenrad
37 aufgekeilt, in welches die Planetenräder 38 eingreifen. Diese laufen lose auf
den Achsen 39, die in dem Steg 40 gelagert sind. Letzterer läuft lose auf
der Welle 36 und trägt am Umfang eine Außenverzahnung 41, die über das Zahnrad 42
und das Kegelradpaar 43, 44 mit der Sekundärpumpe 45 verbunden ist. Die Primärpumpe
46, deren Fördermenge wieder durch Änderung der Schräglage gemäß Pfeil 47 stufenlos
regulierbar ist, wird in ähnlicherWeise wie in Abb. 3 von der austreibenden Welle
angetrieben. Auf dieser ist ein innen verzahntes Zahnrad 48 aufgekeilt, auf welchem
sich die Planetenräder 38 abwälzen. Das Zahnrad 48 .hat außerdem am Umfang eine
Außenverzahnung 4.9, die mit dem Zahnrad, 50 im Eingriff steht und die Primärpumpe
46 über die Wellen 51 und die Kegelräder 52, 53 antreibt. Die Wirkungsweise des
Überlagerungsantriebes ist grundsätzlich die gleiche wie in Abb. 3. Wenn die Sekundärpumpe
45 stillsteht, steht auch das von ihr beeinflußte Getriebeteil, in diesem Falle
der Planetensteg 40. Die Planetenräder 38 wirken dann als Zwischenräder zwischen
dem Sonnenrad 37 und dem Innenzahnrad 48, das Überlagerungsgetriebe arbeitet als
rein mechanisches Getriebe, und die Austriebsdrehzahl ist gleich der Grunddrehzahl.
Erteilt man nun der Sekundärpumpe 45 eine Drdhbewegung, indem man die Primärpumpe
46 eine bestimmte :Menge Öl fördern läßt, so wird dem Planetensteg 4o über die Räder
44, 43, 42 und 41 eine Drehbewegung erteilt, die sich der ursprünglichen Drehbewegung
der austreibenden Welle überlagert. Die Austriebsdrehzahl des Innenzahnrades 48
überträgt sich auf die Welle 54 und über die Kammwalzen 56, 57 auf die Welle 55.
Diese beiden austreibenden Wellen sind gemäß Abb. 2 durch die Kupplung i2 mit den
Walzenachsen 13 des Walzgerüstes 14 verbunden.