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Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von Stahlrohren Zur Herstellung
von Stahlrohren ist es bekannt, kontinuierlich arbeitende Reduzierwalzwerke zu verwenden,
in welchen die Ausgangsrohre bzw. Luppen mittels mehrerer, in Walzrichtung hintereinandergeschalteterWalzensätze,
d. h. fortlaufend in mehreren aufeinanderfolgenden Walzenstufen, in warmem Zustand
auf die Endabmessungen gewalzt werden. Bei den bekannten Reduzierwalzwerken sind
die hintereinandergeschalteten Walzensätze mit in Durchlaufrichtung entsprechend
derLängung desRohres stufenweise gesteigerter Umfangsgeschwindigkeit angetrieben
und in der senkrecht zur Rohrlängsachse gerichteten Drehebene gegeneinander versetzt.
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Um die Luppen bei der Verminderung des Durchmessers gleichzeitig auch
in der Wandstärke vermindern zu können, sind sogenannte Reduzierstreckwalzwerke
bekannt, die sich von den einfachen Reduzierwalzwerken im wesentlichen dadurch unterscheiden,
daß die stufenweise Erhöhung der Umfangsgeschwindigkeit der Arbeitswalzen größer
gewählt ist, als es der sich aus der Wandstärkenverminderung ergebenden Längung
des Rohres entspricht. Auf diese Weise wird auf das Rohr jeweils zwischen zwei benachbarten
Walzensätzen ein zusätzlicher Zug ausgeübt.
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Beim Warmwalzen von Rohren ist es ferner bekannt, dadurch eine Wandstärkenverminderung
zu erzielen, daß das Walzen über einen gegebenenfalls unrunden Dorn partiell erfolgt,
indem die Luppe während des kontinuierlichen Durchgangs stufenweise nacheinander
in in der senkrecht zur Rohrlängsachse gerichteten Drehebene gegeneinander versetzten
Kalibern jeweils gleichzeitig nur auf begrenzten Umfangsabschnitten gewalzt wird.
Die stufenweise Erhöhung der Umfangsgeschwindigkeit der hintereinandergeschalteten
Walzensätze entspricht hierbei derjenigen Längung des Rohres, die sich aus der Verminderung
des Außendurchmessers zufolge Streckung der Rohrwand ergibt.
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Auf diese Weise hergestellte Rohre genügen hinsichtlich derGenauigkeit
ihrerAbmessungen nur dann den Anforderungen, wenn sie beispielsweise als Siederohre,
Gas- oder Wasserrohre verwendet werden sollen, an welche keine sehr hohen Anforderungen
gestellt werden. Zur Herstellung von Präzisionsrohren ist es dagegen üblich, dem
vorstehend behandelten Warmbearbeitungsvorgang Kaltziehoperationen nachzuschalten.
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Da das Warmwalzen nur bis zu begrenzten Querschnittsabmessungen der
Rohre möglich ist, z. B. bei Verwendung einer Dornstange bis etwa 50 mm und ohne
Dornstange bis etwa 20 mm, ist es ferner grundsätzlich dann notwendig, die Rohre
durch Kaltziehbearbeitung weiter zu verformen, wenn die Endabmessungen der Fertigrohre
entsprechend kleiner sein müssen oder aber eine Wandstärke besitzen sollen, die
unter derjenigen liegt, die im Warmwalzprozeß erreichbar ist, nämlich unter etwa
2,5 mm. Da insbesondere beim Streckreduzieren ohne Innenwerkzeug ein größerer Abfall
in Forin verdickter Enden von z. B. beiderseits je etwa 1,5 m in Kauf genommen werden
muß, geht man daher in der Regel zur Herstellung von Präzisionsrohren bereits oberhalb
der weiter oben angegebenen Grenzabmessungen vom Warmreduzieren auf die Kaltziehbearbeitung
über, wozu es jedoch notwendig ist, die in größerer Länge anfallenden Warmrohre
für die Nachbearbeitung auf der Ziehbank in entsprechende Ziehlängen zu unterteilen.
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Das Kaltziehverfahren hat jedoch eine Reihe wesentlicher Nachteile.
Man hat zwar in jüngerer Zeit auch unter Erzielung höherer Querschnittsabnahrnen
größere Ziehgeschwindigkeiten erreicht, doch sind diese mit etwa 40 bis 80 m/min
immer noch unbefriedigend. Ein Nachteil des Kaltziehverfahrens liegt insbesondere
darin, daß der Ziehvorgang mehrfach unterbrochen werden muß, um das durch die Kaltverformung
versprödete Material durch Glühbehandlungen für die weitere Kaltbearbeitung erneut
vorzubereiten. Da die Rohrlängen während des Ziehvorganges ständig zunehmen, ist
es weiter notwendig, die Rohre bereits nach einem oder mehreren Durchgängen wieder
zu unterteilen und dieAbschnitte nach Anschmieden einer neuen Ziehangel getrennt
weiterzuziehen. Hierdurch wird das Kaltziehverfahren umständlich und auch mit Rücksicht
auf die hohen Materialverluste durch die Ziehangel kostspielig. Das
Kaltziehverfahren
führt insbesondere dann zu Schwierigkeiten, wenn es sich um die Herstellung von
Rohren aus schwer verformbarem Werkstoff, z. B. austenitischem Chrom-Nickel-Stahl
od. dgl. handelt, da es - abgesehen von dem hohen Verschleiß an Ziehwerkzeugen -
hierbei nicht möglich ist, präzise Fertigrohre ohne umständliche und meist von Hand
durchzuführende Neben- und Nacharbeiten herzustellen. Der durch die Ziehangel bedingte
Materialverlust fällt hierbei besonders nachteilig ins Gewicht.
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Man ist daher zur Herstellung von Rohren aus schwer verformbarem Stahl
in der Praxis dazu übergegangen, die an sich für das Warmwalzen seit langem bekannten
Pilgerschritt-@,#Talzwerlce zu verwenden, mittels welcher die Ausgangsrohre in kaltem
Zustand über konische Dornstangen gestreckt, d. h. gewalzt werden. Das Pilgerschritt-Walzverfahren
hat aber den Nachteil, daß jeweils nur ein kurzer Längenbereich von einigen Millimetern
gleichzeitig gestreckt werden kann, was zur Folge hat, daß die Herstellung solcher
Präzisionsrohre erhebliche Zeit in Anspruch nimmt und daher kostspielig ist. Aus
diesem Grunde ist die Anwendung dieses Verfahrens in der Praxis auf die Herstellung
von Rohren aus hochwertigem, insbesondere schwer verformbarem Werkstoff beschränkt
geblieben, während man für die Massenherstellung von Rohren aus üblichem Stahl das
Kaltziehverfahren beibehalten hat.
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Bei der Herstellung von Rohren aus Bandstreifen aus Stahl oder anderen
Metallen, die nach der Umformung zum Schlitzrohr im Kantenbereich elektrisch verschweißt
werden, hat man bereits vorgeschlagen, hinter die Schweißmaschine ein an sich bekanntes
Reduzierwalzwerk mit abschaltbaren Walzenpaaren zu schalten, bei welchem die Achsen
jedes Walzenpaares parallel gelagert sind, während die Achsrichtungen aufeinanderfolgender
Paare um j e 90° zueinander versetzt sind, so daß der Walzvorgang, bestehend in
einem abwechselnden Oval- und wieder Runddrücken der Rohre, in unmittelbarem Anschluß
an die Herstellung des geschweißten Rohres in kaltem Zustand und fortlaufend erfolgen
kann. Diesem Vorschlag lag der Gedanke zugrunde, stets von Bandeisenstreifen gleicher
Breite ausgehen zu können, während die gewünschten Endabmessungen dem Rohr durch
Benutzung einer unterschiedlichen Anzahl von Walzensätzen in dem nachgeschalteten
Reduzierwalzwerk erteilt -werden. Durch Verwendung eines geringen Streckzuges zwischen
den einzelnen Walzensätzen wird hierbei ein übermäßiges Anstauchen der Wandstärke
vermieden, indessen keine oder jedenfalls keine nennenswerte Verminderung der Wandstärke
erreicht, die man auch deshalb nicht für erreichbar hielt, weil die hierbei in Frage
kommenden, ohnehin geringen Wandstärken die Anwendung größerer Walzdrücke scheinbar
nicht zuließen. Die Wandstärke des Fertigrohres wurde vielmehr bereits durch Wahl
entsprechend dicker Ausgangsbänder festgelegt, zumal dasWalzen vonBandstreifen mit
sehr viel einfacheren Mitteln und daher billiger möglich ist.
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Von dem kalten Reduzieren des Durchmessers in vom Warmwalzen an sich
bekannten Reduzierwalzwerken hat man auch bei solchen Rohren bereits Gebrauch gemacht,
die aus -warmen Rohrluppen im Warmreduzierwalzwerk .hergestellt sind. Diesem Vorschlag
liegt die Aufgabe zugrunde, die aus dem Warmwalzwerk kommenden und daher in ihren
Abmessungen wenig präzisen Rohre durch einen nachgeschalteten kalten Reduzierwalzvorgang
unter gleichzeit iger Verringerung des Durchmessers zu kalibrieren oder die beim
Warmwalzen bestehende untere Grenze des Durchmessers unter Vermeidung nachgeschalteter
Kaltziehoperationen in den Fertigabmessungen zu unterschreiten. Eine nennenswerte
Verminderung der Wandstärke ist bei diesem Verfahren weder beabsichtigt noch erreichbar.
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Die Erfindung hat sich nun die Aufgabe gestellt, die Herstellung von
Stahlrohren, und zwar auch solcher aus schwer verformbarem Stahl, zu vereinfachen
und unter Einhaltung sonst nur beim Kaltziehverfahren erreichbarer enger Maßtoleranzen
in erheblichem Maße wirtschaftlicher zu gestalten. Zur Lösung dieser Aufgabe geht
die Erfindung von dem eingangs behandelten bekannten Verfahren aus, hei welchem
ein kaltes Ausgangsrohr fortlaufend in mehreren aufeinanderfolgenden Walzstufen,
in denen der Walzdruck jeweils gleichzeitig nur auf begrenzten und gegeneinander
in Drehrichtung versetzten Umfangsabschnitten des Rohres ausgeübt wird, auf den
gewünschten Enddurchmesser heruntergewalzt wird, und kennzeichnet sich dadurch,
daß das Walzen unter Anwendung eines beim warmen Streckreduzieren bekannten, die
durch das Walzen bewirkte Längung des Rohres übersteigenden geringen Streckzuges
zwischen den einzelnen Walzgerüsten mit hoher Walzgeschwindigkeit, z. B. 120 m/min
und mehr, erfolgt, wobei je Durchgang etwa dem Warmwalzen entsprechende Gesamtduerschnittsabnahmen
(Wandstärke und Durchmesser) bewirkt werden.
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Durch das Verfahren gemäß der Erfindung ist es möglich, präzise Stahlrohre
in kaltem Zustand auf derart kleine Abmessungen herunterzuwalzen, wie sie sonst
nur beim Kaltziehverfahren erreichbar sind. Zur Herstellung von Fertigrohren mit
einem Innendurchmesser von mehr als 10 mm wird das Ausgangsrohr zweckmäßig unter
gleichzeitiger Wandstärkenverminderung über eine mitwandernde, auf ganzer Länge
mit gleichem Durchmesser versehene zylindrische Dornstange gewalzt, während unterhalb
eines Innendurchmessers von etwa 10 mm ohne Dornstange gearbeitet wird, -wodurch
es möglich ist, Rohre mit Innendurchmessern von weniger als etwa 4 mm und unter
1 mm Wandstärke herzustellen.
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Gegenüber den bekannten Kaltziehverfahren sowie Kaltreduzierverfahren,
bei denen im wesentlichen nur der Durchmesser vermindert wird, liegt ein besonderer
Vorteil des Verfahrens darin, daß trotz größerer Ouerschnittsabnahmen, die sonst
nur beim Warmwalzen erreichbar sind, nur eine verhältnismäßig geringe Kaltverfestigung
bei überraschend geringer Verminderung der Zähigkeit bzw. Dehnung eintritt. Durch
die besonders starke Längsstreckung des Rohrwerkstoffes beim Kaltwalzen ergibt sich
ferner ein erheblich feineres Gefüge, d. h. eine Gefügeverbesserung gegenüber dem
Ausgangsstoff, sofern das Fertigrohr nach dem Verformungsv organg oder
je-
weils zwischen zwei Durchgängen einer Glühbehandlung unterworfen wird,
die bei der Kaltziehbearbeitung üblich ist.
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Abgesehen davon, daß die hohe Walzgeschwindigkeit unter gleichzeitiger,
etwa den Verhältnissen beim Warmwalzen entsprechenden Querschnittsabnahmen (Durchmesser
und Wandstärke) bis zu etwa 80°/o je Durchgang außer der Gefügeverbesserung zu einer
außerordentlichen Beschleunigung des Fertigungsvorganges führt, hat das Verfahren
gemäß der Erfindung den Vorteil, daß dank des ständigen partiellen Fließzustandes
des Rohrwasserstoffes übermäßig hohe Walzdrücke nicht angewendet zu werden brauchen:
Es hat sich indessen als zweckmäßig erwiesen, die'
Arbeitswalzen
der in Walzrichtung hintereinandergeschaltz-ten Streckwalzensätze im Durchmesser
entsprechend der Ouerschnittsabnahme so klein wie möglich zu bemessen und auf der
dein Rohr abgekehrten Seite gegen eine oder mehrere Stützwalzen abzustützen, wie
dies bei anderen Walzwerken an sich besannt ist.
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Auf diese Weise ist es möglich, die Gesamtquerschnittsalinahme je
Durchgang in der Weise zu verteilen, daß nur etwa ein Viertel auf die Durchmesserverminderung
und drei Viertel auf die Wandstärkenverminderung - gerechnet in Prozenten der Querschnittsabnahme
- entfällt. Durch die während des Durchgangs auf das Rohr ausgeübten Verformungskräfte,
die sich teils aus den partiell auf den Umfang wirkenden Walzdrücken und zum Teil
aus dem zwischen den einzelnen Walzensätzen wirksamen Streckzug herleiten, wird
vermieden, daß an einzelnen Stellen des Rohrumfanges eine übermäßige Verfestigung
bzw. Ermüdung des Werkstoffes eintritt, die zu Rohrbrüchen führen könnte.
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Zur Erläuterung der Erfindung möge nachstehendes Beispiel dienen:
Das aus normalem Stahl finit einer Zugfestigkeit von etwa 35 mm/qmm und einer Dehnung
von etwa 30 bis 35% bestehende Ausgangsrohr möge einen Auflendurchmesser von 25
mm und eine Wandstärke von 2,5 mm besitzen. Dieses Rohr wird unter Verwendung einer
mitwandernden Dornstange in einem Durchgang auf ein Fertigungsrohr gewalzt, welches
einen Durchmesser von 20 mm und eine Wandstärke von etwa 0,8 mm besitzt, was einer
Gesamtquerschnittsabnahme von etwa 74% entspricht. Das Endrohr besitzt bei diesem
Durchgang eine Zugfestigkeit von etwa 65 kg/qmm bei einer Dehnung von etwa 6 liis
8%. Anschließend kann das Rohr geglüht und darauf einem nachgeschalteten Walzwerk
zugeführt werden, wobei dieser Vorgang sich unter Anwendung einer jedesmaligen nuerschnittsverminderung
um insgesaiiit etwa 800/0 so lange wiederholen läßt, bis sich schließlich ein Endrohr
von annähernd 4 mm Durchmesser mit einer Wandstärke von etwa 0,8 mm ergibt.
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Zweckmäßig sind den für den ersten Durchgang bestimmten Walzensätzen
in Walzrichtung Lösewalzen nachgeschaltet, deren Kaliber die Dornstange unter Einschluß
der Rohrwand koaxial umschließen. Um eine präzise Nachbearbeitung zu ermöglichen,
können gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung den Lösewalzen Kalibrierwalzen
nachgeschaltet sein, wobei es sich indessen in manchen Fällen empfiehlt, entweder
an Stelle dieser Kalibrierwalzen oder im Anschluß an diese eine Ringmatrize vorzusehen,
die die Toleranzen des Fertigprofils auf ein absolutes Mindestmaß einengt und diesem
im übrigen eine für manche Verwendungszwecke besonders hohe Genauigkeit in den Außenabmessungen
verleiht.
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Für diese in den Ansprüchen 3 bis 5 gekennzeichneten Gegenstände wird
kein selbständiger Schutz begehrt.
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In der Zeichnung ist die Erfindung an einem Ausführungsbeispiel erläutert.
Es zeigt Fig. 1 ein Streckwalzwerk in schematischer Seitenansicht, Fig. 2 das Anordnungsschema
der in Walzrichtung hintereinandergeschalteten Walzensätze, Fig. 3 einen Duo-Walzensatz,
Fig.4 und 5 ein Mehrwalzengerüst mit Arbeits-und Stützwalzen in teilweise geschnittener
Draufsicht und in Längsansicht, Fig.6 bis 10 die Verformungsstufen eines Rohres
während des Durchganges durch die Streckwalzensätze in mehreren Ouerschnitten, Fig.
11 das Schema eines Lösewalzensatzes ebenfalls im Querschnitt.
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In Fig. 1 ist ein zur Durchführung des Verfahrins geeignetes, an sich
bekanntes Streckwalzwerk für die Kaltverformung von Stahlrohren dargestellt. Das
Streckwalzwerk 1 besteht aus dem Antriebsmotor 2, dem Zentralgetriebe 3 sowie den
diesem Getriebe nachgeschalteten zwei senkrecht zur Zeichenebene nebeneinander angeordneten
Kegelradgetrieben 4 und den von diesen angetriebenen, in Walzrichtung hintereinander
angeordneten Walzgerüsten 5 bis 16. Der Antrieb der einzelnen Walzensätze erfolgt
durch den gemeinsamen Motor 2 über die beiden Kegelradgetriebe 4 mittels der beiderseits
des Walzwerkes angeordneten Antriebswellen, an welche die Walzen-s *itze
a unter Zwischenschaltung von Regelgetrieben und Kupplungen mittels Kardanwellen
angeschlossen sind. Durch die zwischengeschalteten Einzelgetriebe (in der Zeichnung
nicht dargestellt') ist es möglich, die einzelnen Walzensätze mit stufenweise gesteigerter
Geschwindigkeit je nach dem gewünschten Streckmaß anzutreiben und die Umdrehungsgeschwindigkeiten
der Walzen unabhängig voneinander zu regeln. Die beiden beiderseits des Walzwerkes
angeordneten Kegelgetriebe 4 treiben mit ihren Antriebswellen jeweils nur die eine
Hälfte der hintereinandergeschalteten Walzengerüste an, wobei zwischen jeweils zwei
von demselben Kegelgetriebe angetriebenen Walzensätzen ein Walzensatz vorgesehen
ist, welcher auf der gegenüberliegenden Seite durch die Antriebswelle des anderen
Kegelgetriebes angetrieben wird, derart, daß die in Walzrichtung hintereinandergeschalteten
Walzgerüste wechselweise von verschiedenen Seiten ihren Antrieb erhalten.
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In Fig. 1 sind die Walzensätze 5 und 10 als Streck-oder Arbeitswalzensätze
ausgebildet, während die Walzensätze 11 und 12 als Lösewalzen und die Walzgerüste
13 bis 16 als Rundungs- bzw. Kalibrierwalzensätze dienen.
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Gemäß Fig. 2 ist die Anordnung der einzelnen als Duo-Walzensätze ausgebildeten
Streckwalzgerüste 5 bis 10 derart gewählt, daß die in Walzrichtung hintereinandergeschalteten
Walzenpaare5a" 5b; 6a., 6b usw., die das Profil nur jeweils auf einem begrenzten
Umfangsabschnitt gleichzeitig strecken, in der senkrecht zur Profilachse liegenden
Drehebene gegeneinander verdreht bzw. versetzt sind.
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Während des Kaltwalzvorganges wird das z. B. durch Warmwalzen hergestellte
Ausgangsrohr 17 über eine zylindrische Dornstange 18 iin kontinuierlichen Durchgang
sowohl im Durchmesser als auch in der Wandstärke durch die mit unterschiedlicher
Umlaufgeschwindigkeit angetriebenen Walzensätze reduziert und zugleich in Walzrichtung
mitgenommen.
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In Fig. 3 ist ein Arbeitswalzen-Walzgerüst in vergrößertem Maßstab
im einzelnen dargestellt. Die Streckwalzen 5 a und 5 b des Walzensatzes 5 umschließen
ein im wesentlichen flachrundes Kaliber 19, derart, daß das über eine Dornstange
geführte Rohr auf den beiden in der Walzenebene gegenüberliegenden Seiten des Umfanges
partiell gestreckt wird. Die Walzen 5 a und 5 b sind über die beiden Wellenstümpfe
20a und 20b unter Zwischenschaltung j e einer Kupplung 21 a und 21 b, die zugleich
als Kreuzgelenke ausgebildet sind, an ein regelbares Getriebe angeschlossen, derart,
daß die von der Hauptantriebswelle des Motors 2 bzw. des Kegelradgetriebes 4 abgeleitete
Antriebsgeschwindigkeit
je Walzensatz beliebig eingestellt werden kann. Die Verstellung des Kalibers 19
erfolgt über die Spindeln 22 a und 22 b, auf denen die Walzen 5 a und 5 b mittels
der Führungen 23 in der Walzenebene verstellbar gelagert sind. Die Spindeln sind
mittels der Vorgelegezahnräder24a, 24b über das Zahnrad 25 mittels des Handrades
26 verstellbar. Die Verstellung der Spindeln 22a, 22b
erfolgt bei größeren
Walzwerken zweckmäßig anstatt über ein Handrad durch einen Anstellmotor maschinell.
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In Fig. 4 und 5 ist eine andere Ausführungsform eines Walzengerüstes
dargestellt, bei welcher die im Durchmesser kleiner bemessenen Streckwalzen 5 a.,
5 b lose zwischen den den Walzdruck aufnehmenden Stützwalzen 27a, 27b und
28a, 28b gelagert sind. Die Anstellung der Stützwalzen 27 und 28 erfolgt
ebenfalls mittels Spindeln, und zwar in der gleichen Weise, wie es in Fig.3 dargestellt
ist. Der Antrieb der Arbeitswalzen 5 a., 5 b erfolgt mittelbar über die angetriebenen
Stiitzwalzen 27 und 28.
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Das Schema des Verformungsgange-s des Rohres innerhalb der einzelnen
Walzgerüste ist in Fig. 6 bis 10 dargestellt. Mit 17 ist in allen Fällen das Rohr
und mit 18 die zylindrische Dornstange bezeichnet. Wie aus Fig. 6 bis 10 ersichtlich,
wird das auf der zylindrischen Dornstange 18 geführte Rohr 17 von den Streckwalzen
6 a, 6 b; 7a, 7 b . . . und 10 a, 10 b jeweils partiell, d.
h. auf begrenzten Umfangsabschnitten auf zwei gegenüberliegenden Seiten gestreckt,
wobei außer der Wandstärke auch der Durchmesser reduziert wird. Auf diese Weise
kann das Rohr 17 beispielsweise in den Querschnittsabmessungen auf einen Außendurchmesser
von etwa 12 mm und in der Wandstärke auf etwa 1 mm reduziert werden, woraufhin anschließend
nach Herausnahme der Dornstange eine weitere Reduzierung des Durchmessers bis herunter
auf etwa 4 mm und darunter möglich ist.
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In Fig. 11 ist ein Lösewalzen-Walzsatz mit den ein kreisrundes Kaliber
einschließenden Lösewalzen 11 a, 11 b dargestellt, welche die Dornstange
18 unter Einschluß des Rohres 17 koaxial umschließen. Auf diese Weise wird das schließlich
zum kreisrunden Rohr umgeformte Rohr 17 lose auf der Dornstange 18 geführt, so daß
die Dornstange ohne Schwierigkeiten herausgezogen werden kann. Die in Fig. 1 mit
11 und 12 bezeichneten Lösewalzen-Walzensätze entsprechen etwa der Ausführungsform
gemäß Fig. 11. Die Kalibrierwalzensätze 13 bis 16 sind ähnlich ausgebildet und dienen
dazu, die Außenabmessungen des Rohres den geforderten Toleranzen anzupassen.
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Dem in Walzrichtung letzten Kalibrierwalzensatz 16 kann auch eine
Ringmatrize nachgeschaltet sein, falls es erwünscht ist, dem Rohr eine besonders
hohe Genauigkeit in den Abmessungen zu verleihen. Durch diese Ringmatrize wird das
Rohr während des kontinuierlichen Durchganges durch die Walzensätze hindurchgedrückt.