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Verfahren und Vorrichtung zum Aufweiten von zylindrischen Ringen
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Aufweiten von Stahlringen, insbesondere von Halteringen für Generatoren und ein Verfahren und eine Einrichtung zum Aufweiten derartiger Ringe auf Fertigmass in einem Kaltverformungsvorgang.
Zum Festhalten der Lauferwicklungen von grossen elektrischen Generatoren werden gewöhnlich Halteringe aus unmagnetischem Stahl verwendet, die in den verschiedenen Grössen hergestellt werden. Allgemein haben sie je nach der Leistung des Generators und dem Durchmesser seines Läufers einen Durchmesser von 50 bis 165 cm, von der Mitte der Wandstärke gemessen, ferner eine Axiallänge von 43 bis 76 cm, eine Wandstärke von 5 bis 10 cm und ein. Gewicht von 450 bis 1800 kg. Da sie im Betrieb starken Zentrifugalkräften ausgesetzt sind, sind derzeit Stähle vorgeschrieben, die beispielsweise eine 0, 2-Grenze von mindestens 7000 bis 11200 kg/cm2 und entsprechend höhere Zugfestigkeiten von mindestens 8000 bis 12000 kg/cm2 haben.
Um diesen Vorschriften zu genügen, werden die Halteringe für Generatoren derzeit aus austenitischen rostfreien Stählen wie austenitischem Mangan- oder Mangannickelstahl hergestellt, die
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ihrer durch Kaltverformung bewirkten Dehnung (bzw. Aufweitung im Falle eines Ringes) um 20-40 lu eine 0, 2-Grenze von 7000 bis 10000 kg/cm2 bei guter Dehnbarkeit und Zähigkeit erhalten.
Bei Zusammensetzungen in diesen Bereichen ist es üblich, den Kohlenstoff- und Mangangehalt niedriger einzustellen, wenn der Nickelgehalt angehoben wird, den Kohlenstoffgehalt unabhängig davon einzustellen und den Betrag der Kaltverformung (Dehnung) so zu wählen, dass die für einen bestimmten Ring gewünschte Streckgrenze erreicht wird.
Zur Herstellung von Halteringen von Generatoren sind auch andere Stähle vorgeschlagen worden, in denen verschiedene Kombinationen von Kaltverformungs- und/oder Entspannungsbehandlungen bzw. Behandlungen gegen Alterungserscheinungen erforderlich sind, um Streckgrenzen über 11200 kg/cm2 zu er- zielen. Zwar sind diese andern Stähle keiner Dehnung von 40 % gewachsen, doch sind Dehnungen einer Grössenordnung von 15 bis 30 o möglich und führen zu den erforderlichen physikalichen Eigenschaften.
Bei der Herstellung von nichtmagnetischen Halteringen wird ein Stahl der gewünschten Zusammensetzung in einem Elektroofen geschmolzen, als beruhigter Block vergossen und bei etwa 12000C in einer Schmiedepresse geschmiedet. Dann wird in der Mitte des geschmiedeten Blockes ein Loch ausgestanzt und der Block dann zur Erweiterung des Loches auf einem Dorn geschmiedet. Während des Heissschmiedens, Ausstanzens und Dornschmiedens wird das Schmiedestück nach Bedarf zwischenerhitzt. Nach dem Schmieden auf dem Dorn wird das Schmiedestück in der angegebenen Reihenfolge mit Wasser abgeschreckt, geschruppt, etwa 2 - 4 Stunden lang bei etwa 10900C lösungsgeglüht und mit Wasser abgeschreckt.
Dann wird der Ring annähernd auf sein Fertigmass aufgeweitet, wobei der Durchmesser des Stückes um etwa 20-40 lu vergrössert wird, indem der Stahl entweder bei Zimmertemperatur oder bei Temperaturen, oberhalb deren Austenit ohne Bildung von Martensit verformbar ist, kaltverformt wird, so dass die gewünschten Eigenschaften entwickelt werden.
Derzeit ist es technisch üblich, das Aufweiten des ringförmigen Schmiedestückes durch Kaltverformung in der Weise vorzunehmen, dass in der Umfangsrichtung in Abständen voneinander mehrere Aufweitbacken an der Innenfläche des Ringes angeordnet werden und dann ein grosser konischer Treibzapfen
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LangwierigkeitDornes 4 kürzer sein als die Fertiglänge des aufgeweiteten Ringes, damit nach einer bevorzugten Ausfüh- rungsform der Erfindung geschmiedete Rohlinge B nacheinander aufgeweitet werden können, doch hat der
Dorn 4 vorzugsweise eine Länge, die annähernd ebenso gross ist wie die Fertiglänge des aufgeweiteten
Ringes, damit die Arbeitsdrücke an der Dornfläche 13 auf einem Minimum gehalten werden.
Ausserdem bestimmen die Innendurchmesser des Rohlings B vor und nach dem Aufweiten die Durchmesser des oberen
Endes 6 und des unteren Endes 14 des Dornes 4. Der Durchmesser des oberen Dornendes 6 ist kleiner als der
Innendurchmesser des Rohlings B, um dessen Anordnung auf dem Dorn 4 in der in Fig. 1 gezeigten Weise zu ermöglichen. Der Durchmesser des unteren Dornendes 14 muss ebenso gross sein wie der gewünschte
Innendurchmesser des aufgeweiteten Ringes. Der Durchmesser der Säule 3 ist beträchtlich kleiner als der grösste Durchmesser des unteren Dornendes 14, damit ein aufgeweiteter Ring sich axial frei relativ zu der
Säule bewegen und in noch zu beschreibender Weise von der Vorrichtung abgenommen werden kann.
Bevor der Rohling B gemäss Fig. 1 auf dem Dorn 4 angeordnet werden kann, wird auf die Dornfläche
13 und dieinnenfläche des Rohlings B ein aus einem Schmiermittel bestehender Überzug aufgebracht. Da zu diesem Zweck mehrere übliche Schmiermittel geeignet sind, genügt hier die Angabe, dass ein Gemisch aus drei Teilen Bienenwachs und einem Teil Terpentinöl oder von Molybdändisulfid in einem aus einem
Mineralöl bestehenden Träger verwendet werden kann. Nach dem Aufbringen des Schmiermittels wird die aus der Säule 3, dem Dorn 4 und dem Ring B bestehende Anordnung unter dem Stössel 2 der Schmiede- presse angeordnet, wie in Fig. 1 und 4 gezeigt ist. Dann wird die Schmiedepresse so betätigt, dass der
Stössel 2 gesenkt und der Rohling B abwärts über den Dorn 4 getrieben wird.
Während dieser Abwärtsbewegung greift der Stössel 2 an der oberen Stirnfläche 8 des Rohlings B an und drückt diesen abwärts über die in Fig. 5 gezeigte Zwischenstellung in die in Fig. 6 gezeigte Stellung, in der eine weitere Bewegung dadurch verhindert wird, dass der Stössel 2 am oberen Ende 6 des Dornes 4 angreift. Diese Abwärtsbewegung des Stössels 2 erfolgt daher so langsam, dass der Rohling B durch den Kaltfluss seines Metalles und ohne Rissbildung aufgeweitet wird. Diese erste Abwärtsbewegung bewirkt ein Auf- weiten des unteren Endes des Ringes B, dessen zu dem oberen Ende 6 des Domes konzentrisches oberes En- de 8 nicht aufgeweitet wird.
Nach der Bewegung in die in Fig. 6 gezeigte Stellung wird der Stössel 2 angehoben und ein zweiter zylindrischer Ring B konzentrisch auf dem oberen Ende des teilaufgeweiteten Rohlings B angeordnet. Dies ist in Fig. 7 dargestellt. Dann wird der Stössel 2 über die in Fig. 8 gezeigte Stellung in die in Fig. 9 ge- zeigte Stellung abwärtsbewegt, in der seine Bewegung wieder durch den Angriff am oberen Ende 6 des
Domes 4 unterbrochen wird. Während dieser Bewegung des Stössels 2 wird die Abwärtsbewegung des ersten
Ringes B auf dem Dorn 4 vervollständigt, so dass das obere Ende 8 dieses Ringes durch die Bewegung auf dem unteren Ende 14 des Dornes 4 aufgeweitet wird. Der vollständig aufgeweitete erste Ring B fällt auf den Sockel 15 der Säule 3, und der zweite Ring B wird teilweise aufgeweitet.
Dann wird die aus der Säule3 und dem Dorn4bestehende Anordnung unter dem Stössel2wegbewegt und derDorn4von der Säule3 abgenommen, damit der auf dem Sockel 15 befindliche, vollständig aufgeweitete Ring B abgenommen werden kann. Darauf wird der Dorn 4 mit dem darauf befindlichen, teilweise aufgeweiteten Ring B wieder auf die Tragsäule 3 aufgesetzt. Auf den teilweise aufgeweiteten Ring B wird nun ein weiterer aufzuweitender Ring B konzentrisch aufgesetzt und die Anordnung wieder in die Stellung nach Fig. 7 gebracht, worauf der vorstehend beschriebene Vorgang wiederholt wird, so dass aufeinanderfolgende Ringe aufgeweitet werden. Beim Aufweiten von aufeinanderfolgenden Ringen bewegt sich nur der erste Ring B durch die in Fig. 4,5 und 6 gezeigten Schritte.
Der letzte auf den Dorn aufgetriebene Ring B kann auf dem Dorn für eine spätere Produktionsserie gespeichert werden. Er kann nach dem schematisch in Fig. 10, 11 und 12 dargestellten Verfahren vollständig aufgeweitet werden. Zu diesem Zweck kann der teilweise aufgeweitete Ring B von dem Dorn 4 abgestreift und umgekehrt auf dem Dorn angeordnet werden, so dass das obere Ende des Dornes 4 von dem nicht aufgeweiteten Ende des Dornes aufgenommen wird (Fig. 10). Der Stössel 2 wird dann abwärts in eine Stellung bewegt, in der er am oberen Ende 6 des Domes 4 angreift. Dadurch wird der Ring B abwärts in die in Fig. 11 gezeigte Stellung bewegt, so dass er vollständig aufgeweitet wird.
Ein zweiter Ring 5, der entweder ein vorher aufgeweiteter Ring oder ein Hilfsring sein kann, der, wie vorstehend erläutert wurde, die Abmessungen eines vollständig aufgeweiteten Ringes hat, wird dann zwischen dem Stössel 2 und dem Dorn 4 eingesetzt, wie es in Fig. 12 dargestellt ist. Der Stössel 2 wird dann abwärtsgedrückt, um den Rohling B über den Dorn 4 weiter zu bewegen, damit er auf den Sockel 15 fällt. Die aus dem der Säule 3 und dem Dorn 4 bestehende Anordnung wird dann unter dem Stössel 2 weggezogen, damit, wie vorstehend erläutert, der aufgeweitete Ring von dem Sockel 15 abgenommen werden kann.
Es wurde ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt und beschrieben, das jedoch im Rahmen der Erfindung abgeändert und angepasst werden kann.