DE102006006192A1

DE102006006192A1 - Profilwalzmaschine mit Hydromotor

Info

Publication number: DE102006006192A1
Application number: DE102006006192A
Authority: DE
Inventors: Günter Hofmann
Original assignee: Langenstein and Schemann GmbH
Current assignee: Langenstein and Schemann GmbH
Priority date: 2006-02-09
Filing date: 2006-02-09
Publication date: 2007-08-16
Also published as: CZ200778A3

Abstract

Walzmaschine (1) mit wenigstens zwei rotierbaren oder rotierenden, mit Werkzeugen bestückbaren oder bestückten Walzen (2, 3) zum Umformen eines zwischen den Walzen anordenbaren oder angeordneten Werkstücks, mit wenigstens einem Antrieb (46, 47) zum Antreiben der Walzen, wobei der wenigstens eine Antrieb wenigstens einen Hydromotor umfasst.

Description

Die Erfindung betrifft eine Profilwalzmaschine.
Zum Umformen von Werkstücken aus einer Ausgangsform in eine gewünschte Zwischenform (Halbzeug, Vorformen) oder Endform (Fertigprodukt, Fertigformen) sind neben vielen anderen Verfahren auch Walzverfahren bekannt, die zu den Druckumformverfahren gezählt werden. Beim Walzen wird das Werkstück (Walzgut) zwischen zwei rotierenden Walzen angeordnet und durch Ausüben eines Umformdrucks durch die rotierenden Walzen in seiner Form verändert. Beim Profilwalzverfahren sind Werkzeugprofile am Umfang der Walzen angeordnet, die die Erzeugung entsprechender Profile im Werkstück ermöglichen. Beim Flachwalzen wirken die zylindrischen oder kegeligen Außenflächen der Walzen unmittelbar auf das Werkstück.
Bezüglich der Relativbewegung der Werkzeuge oder Walzen einerseits und des Werkstückes andererseits unterteilt man Walzverfahren in Längswalzen, Querwalzen und Schrägwalzen. Beim Längswalzen wird das Werkstück senkrecht zu den Drehachsen der Walzen in einer translatorischen Bewegung und meist ohne Drehung durch den Zwischenraum zwischen den Walzen (Walzenspalt) bewegt. Beim Querwalzen bewegt sich das Werkstück nicht translatorisch bezüglich der Walzen oder deren Drehachsen, sondern dreht sich nur um seine eigene Achse, die üblicherweise eine Hauptträgheitsachse, insbesondere die Symmetrieachse bei einem rotationssymmetrischen Werkstück, ist. Bei Kombination beider Bewegungsarten beim Längswalzen und beim Querwalzen spricht man von Schrägwalzen. Die Walzen stehen dabei in der Regel schräg zueinander und zum Werkstück, das translatorisch und rotatorisch bewegt wird.
Profilquerwalzmaschinen, bei denen zwei Walzen mit am Außenumfang angeordneten keilförmigen Profilwerkzeugen um zueinander parallele Drehachsen gleichsinnig rotieren, bezeichnet man mitunter auch als Querkeilwalzen. Die Werkzeuge weisen dabei eine keilförmige oder im Querschnitt dreieckförmige Geometrie auf und können entlang des Umfangs in ihrer radialen Abmessung in einer Richtung zunehmen und/oder schräg zur Drehachse der Walzen verlaufen.
Diese Querkeilwalzen oder Profilquerwalzen erlauben ein vielfältiges Massivumformen von Werkstücken in hoher Präzision oder Maßgenauigkeit. Infolge der von den keilförmigen Werkzeugen auf das Werkstück ausgeübten Druckkraft wird dabei die Materialverteilung im Werkstück während des Umlaufs der Walzen durch einen Fließvorgang im Werkstück verändert. Die keilförmigen Werkzeuge können umlaufende Nuten und andere Verjüngungen in dem rotierenden Werkstück erzeugen. Durch den axialen Versatz in Umfangsrichtung oder die schräge Anordnung der Werkzeugkeile relativ zur Drehachse können beispielsweise axial zur Drehachse sich ändernde Strukturen und Verjüngungen im Werkstück erzeugt werden. Durch die Zunahme oder Abnahme des Außendurchmessers der Werkzeugkeile beim Verlauf um die Drehachse können in Kombination mit der schrägen Anordnung axial verlaufende Schrägen und kontinuierliche Übergänge zwischen zwei Verjüngungen unterschiedlichen Durchmessers im Werkstück erzeugt werden. Die Keilform der Werkzeuge erlaubt die Herstellung feiner Strukturen durch die Keilaußenkanten oder -außenflächen. Besonders geeignet sind Querkeilwalzen zum Herstellen von langgestreckten, rotationssymmetrischen Werkstücken mit Einschnürungen oder Erhöhungen wie Nocken oder Rippen.
Die Umformdruckkraft sowie die Umformtemperatur sind abhängig von dem Werkstoff, aus dem das Werkstück besteht, sowie von den Anforderungen an die Maßgenauigkeit und Oberflächenqualität nach der Umformung. Insbe sondere bei Eisen- oder Stahlwerkstoffen wird üblicherweise die Umformung beim Walzen bei erhöhten Temperaturen durchgeführt, um die zum Umformen erforderliche Umformbarkeit oder Fließfähigkeit des Werkstoffes zu erreichen. Diese, insbesondere beim Schmieden auftretenden, Temperaturen können bei einer sogenannten Kaltumformung im Bereich von Raumtemperatur, bei einer Halbwarmumformung zwischen 550°C und 750°C und bei einer sogenannten Warmumformung oberhalb 900°C liegen. Die Umform- oder Schmiedetemperatur wird üblicherweise auch in einen Temperaturbereich gelegt, in dem Erholungs- und Rekristallisationsvorgänge im Werkstoff ablaufen und auch unerwünschte Phasenumwandlungen vermieden werden.
Es sind Querkeilwalzmaschinen (oder: Profilquerwalzmaschinen) bekannt, bei denen die Werkstücke zu Beginn des Walzprozesses mittels einer Positioniereinrichtung, die zwei Positionierträger (sogenannte Leitlineale) umfasst, in eine Ausgangsposition zwischen den beiden Walzen, die üblicherweise der geometrischen Mitte oder der Mitte des Walzenspaltes entspricht, positioniert. Nun werden die Positionierträger der Positioniereinrichtung zurückgezogen, so dass sich das Werkstück frei zwischen den Walzen dreht und zwischen den Werkzeugen in die gewünschte Form geknetet wird. Nach diesem Walz- oder Knetvorgang und der entsprechenden Fertigstellung des Werkstückes wird das Werkstück über eine Aussparung im rotierenden Walzwerkzeug erfasst und ausgeworfen.
Aus DE 1 477 088C ist eine Querkeilwalzmaschine bekannt zum Querwalzen von Rotationskörpern oder flachen Werkstücken mit zwei in gleicher Drehrichtung rotierenden Arbeitswalzen, auf deren Walzenflächen Keilwerkzeuge austauschbar angeordnet sind. Die Keilwerkzeuge weisen jeweils keil- oder dreieckförmig verlaufende, vom Walzenmantel aus bis zu einer dem herzustellenden Werkstück angepassten Höhenendlage ansteigende, durch Rändelung oder auf andere Weise aufgeraute Reduktionsleisten und im gleichen Abstand zum Walzenmantel verlaufende, keilförmige glatte Formflächen mit Kalibriereffekt auf. Die Keilwerkzeuge sind als Verformungssegmente ausgebildet und verlaufen nur über einen Teilumfang der zugehörigen Walzenoberfläche. Am Werkstück bewegen sich die einander zugewandten Oberflächen und Werkzeuge der beiden Arbeitswalzen gegenläufig oder gegensinnig zueinander.
Die EP 1 256 399 A1 offenbart eine Querwalzmaschine mit zwei parallel betriebenen Modulen von jeweils zwei in gleicher Drehrichtung rotierenden Walzen, die halbschalenförmig ausgebildete Werkzeuge mit radial vorstehenden Werkzeugkeilen auf ihrer Umfangsfläche aufweisen, wobei die Umformung eines Werkstücks nur die Drehung um den halben Umfang eines Walzenpaares erfordert. Alle vier Walzen werden von nur einem Antriebsmotor über jeweils eine dazwischengeschaltete Getriebeeinheit und Antriebswelle angetrieben.
Aus der DE 195 26 071 A1 ist eine Vorrichtung zum Walzen von Profilen in ein Werkstück, insbesondere Querwalzen, Längswalzen und Schrägwalzen von Gewinden, Rändelungen, Zahnwalzprofile oder dergleichen, bekannt mit zwei Umformwalzen, die um zueinander parallele Drehachsen im gleichen Umlaufsinn rotiert werden und jeweils von einem zugehörigen Antrieb mit Antriebsmotor angetrieben werden, wobei jedem Antrieb eine Bremseinrichtung zugeordnet ist.
Die DE 21 31 300B offenbart eine Querwalzmaschine mit zwei achsparallel horizontal übereinander liegenden Profilwalzen zum Formen und Ablängen drehsymmetrischer Werkstücke, bei der die Profilwalzen die Werkstücke aneinander diametral gegenüberliegenden Umfangstellen berühren und die untere Profilwalze eine Ausnehmung zum Abführen der gewalzten und abgelängten Werkstücke aus dem Walzspalt aufweist.
Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, eine neue Profilwalzmaschine anzugeben.
Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung gelöst mit den Merkmalen des Anspruchs 1.
Die Profilwalzmaschine gemäß Anspruch 1 umfasst wenigstens zwei rotierende, mit Werkzeugen versehene (bestückte) Walzen zum Warmumformen eines zwischen den Walzen anordenbaren oder angeordneten Werkstücks und wenigstens einen Antrieb zum Antreiben der Walzen, der einen Hydromotor aufweist. Ein Hydromotor ist ein hydraulisch betriebener Drehantrieb, der durch die Druckenergie einer Flüssigkeit, meist Mineralöl, in Drehung versetzt wird. Gängige Bauformen eines Hydromotors sind der Axialkolbenmotor oder Axialkolbenpumpe, Drehflügelmotor, Radialkolbenmotor, Flügelzellenmotor und Zahnradmotor.
Durch den Einsatz eines Hydromotors werden bei einer Profilwalzmaschine zum Warmschmieden von Schmiedeteilen neue dynamische Eigenschaften möglich. Außerdem ist eine deutlich kompaktere Bauweise der Profilwalzmaschine möglich als bei den gemäß dem Stand der Technik eingesetzten Elektromotoren.
Unter dem Begriff „Warmumformen" wird dabei jede Massivumformung oder Umwandlung der Form eines Werkstückes in eine andere Form bei Schmiedetemperaturen von über 900 °C verstanden, wie auch eingangs beschrieben, einschließlich Vorformen und Fertigformen.
Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Walzmaschine ergeben sich aus den vom Anspruch 1 abhängigen Ansprüchen.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass jeder Antrieb oder jeder Hydromotor auf die Betriebsdrehzahl und/oder das Betriebsdrehmoment zum Betrieb der Walze(n) innerhalb eines maximalen Drehwinkelintervalls von höchstens 3°, höchstens 2,2°, höchstens 1° oder höchstens 0,5° für eine Profilquerwalzmaschine und höchstens 25° oder höchstens 20° oder höchstens 15° für eine Reckwalzmaschine beschleunigt oder verzögert.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform weist wenigstens ein oder jeder Antrieb ein Betriebsdrehmoment zwischen etwa 5.000 Nm und etwa 80.000 Nm, insbesondere zwischen etwa 30.000 Nm und etwa 60.000 Nm, für eine Profilquerwalzmaschine und zwischen etwa 20.000 Nm und etwa 400.000 Nm, insbesondere zwischen etwa 150.000 Nm und etwa 300.000 Nm, für eine Reckwalzmaschine auf.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform weist wenigstens ein oder jeder Antrieb eine Betriebsdrehzahl zwischen 5 U/min und 900 U/min, insbesondere zwischen 10 U/min und 50 U/min für eine Profilquerwalzmaschine und zwischen 100 U/min. und 900 U/min. für eine Reckwalzmaschine auf.
Bei einem Direktantrieb, bei dem der Hydromotor unmittelbar an die Walze gekoppelt ist, entspricht das maximale Drehwinkelintervall oder das Betriebsdrehmoment oder die Betriebsdrehzahl des Antriebs dem bzw. der des Hydromotors.
Bei einem Antrieb mit Getriebe zwischen Hydromotor und Walze ist das Betriebsdrehmoment oder die Betriebsdrehzahl des Antriebs aus dem des Hydromotors durch Division durch das Übersetzungsverhältnis des Getriebes zu ermitteln und das maximale Drehwinkelintervall des Antriebs aus dem des Hydromotors durch Multiplikation mit dem Übersetzungsverhältnis des Getriebes.
Es kann ein gemeinsamer Antrieb für beide oder alle Walzen vorgesehen sein. Vorzugsweise weist jede Walze einen zugehörigen Antrieb auf.
In einer vorteilhaften Weiterbildung ist auch vorgesehen, dass die Rotationsgeschwindigkeit, insbesondere der Winkelgeschwindigkeit, Drehzahl oder Umfangsgeschwindigkeit, wenigstens einer der Walzen in Abhängigkeit von der Drehposition wenigstens einer der Walzen gesteuert oder geregelt wird mittels einer entsprechenden Steuer- oder Regeleinrichtung.
In einer ersten Ausführungsform wird oder ist die Abhängigkeit der Rotationsgeschwindigkeit der Walzen von der Drehposition der Walze(n) abhängig vom bearbeiteten Werkstück gewählt. Dazu wird ein an das Werkstück angepasster optimaler Verlauf der Rotationsgeschwindigkeit vorab ermittelt und dann beim Umformen des Werkstücks eingestellt.
In einer ersten Prozessphase wird das Werkstück zwischen den Walzen positioniert. In einer zweiten Prozessphase wird das Werkstück zwischen den drehenden Werkzeugen der Walzen umgeformt. In einer dritten Prozessphase wird das Werkstück wieder aus dem Zwischenraum zwischen den Walzen entnommen oder ausgeworfen. Im zeitlichen Ablauf dieser drei Prozessphasen ändert sich natürlich auch fortlaufend der Drehwinkel oder die Winkelposition der Walzen.
Es kann nun die Rotationsgeschwindigkeit in unterschiedlichen Prozessphasen und/oder auch innerhalb einer Prozessphase variiert werden.
In einer Variante wird die Rotationsgeschwindigkeit der Walzen in der ersten Prozessphase wenigstens im Mittel geringer gewählt als während der zweiten Prozessphase.
In einer alternativen oder zusätzlichen Variante wird die Rotationsgeschwindigkeit der Walzen während der zweiten Prozessphase zumindest im Mittel größer gewählt als während der dritten Prozessphase. Vorzugsweise wird das Werkstück während der ersten Prozessphase mittels einer Positioniereinrichtung automatisch zwischen den Walzen positioniert.
Zu Beginn der zweiten Prozessphase wird das Werkstück vorzugsweise von einer Ausnehmung in den Werkzeugen wenigstens einer Walze erfasst und dann während der zweiten Prozessphase zwischen den Werkzeugen der beiden Walzen gewalzt. Die Rotationsgeschwindigkeit wird nun in einer vorteil haften Ausführungsform nach Erfassen des Werkstückes durch die Ausnehmung in den Werkzeugen der Walze(n) erhöht.
Vorzugsweise wird weiter zu Beginn der dritten Prozessphase das Werkstück von einer Ausnehmung in den Werkzeugen wenigstens einer Walze erfasst und aus dem Zwischenraum zwischen den Walzen ausgeworfen. Vor dem Erfassen des Werkstückes durch die weitere Ausnehmung in der oder den Walze(n) wird nun die Rotationsgeschwindigkeit der Walzen vorzugsweise vermindert.
Die Rotationsgeschwindigkeiten beim Erfassen des Werkstückes zu Beginn der zweiten Prozessphase und beim Erfassen des Werkzeuges zum Ende der zweiten Prozessphase sind insbesondere etwa gleich.
In einer bevorzugten Ausführungsform wird die Rotationsgeschwindigkeit während der zweiten Prozessphase zumindest teilweise konstant gehalten.
Die Rotationsgeschwindigkeit der Walze(n) kann aber auch in der zweiten Prozessphase verändert werden, insbesondere, wenn mehrere Werkzeuge auf der Walze nacheinander in verschiedenen Teilprozessphasen der zweiten Prozessphase das Werkstück bearbeiten. Beispielsweise kann die Rotationsgeschwindigkeit zu Beginn einer Teilprozessphase reduziert werden.
Die Rotationsgeschwindigkeit kann auch während der ersten Prozessphase und der Positionierung des Werkstückes zumindest teilweise konstant gehalten werden.
Die Rotationsgeschwindigkeit und/oder Drehrichtung der Walzen werden bzw. wird wenigstens in Winkel- oder Zeitabschnitten, vorzugsweise überwiegend, im Wesentlichen gleich zueinander eingestellt, können aber auch wenigstens abschnittsweise unterschiedlich zueinander eingestellt werden.
Die aktuelle Drehposition der Walze(n) kann aus der Ausgangsposition oder Referenzposition der Walze(n) und dem Verlauf der Rotationsgeschwindigkeit rechnerisch ermittelt werden. Vorzugsweise wird aber die Drehposition der Walze(n) mittels wenigstens einer Positionserfassungseinrichtung bestimmt. Die Positionserfassungseinrichtung umfasst vorzugsweise wenigstens einen Winkelpositionsinkrementalgeber oder einen Absolutwertgeber und/oder einen optischen, magnetischen, induktiven oder Ultraschall-Winkelpositionsgeber.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand von Ausführungsbeispielen weiter erläutert. Dabei wird auf die Zeichnungen Bezug genommen, in deren
1 eine Profilwalzmaschine mit zwei Walzen und einem gemeinsamen Antrieb in einer teilweise geschnittenen Längsansicht,
2 die Profilwalzmaschine gemäß 1 in einer teilweise geschnittenen Draufsicht von oben,
3 die Profilwalzmaschine gemäß 1 und 2 in einer Seitenansicht,
4 die beiden Arbeitswalzen einer Profilwalzmaschine im Querschnitt vor Einbringen des Werkstückes,
5 die beiden Arbeitswalzen der Profilwalzmaschine beim Einbringen des Werkstückes,
6 die Arbeitswalzen mit dem bearbeiteten Werkstück im Querschnitt,
7 die beiden Arbeitswalzen beim Auswerfen des Werkstückes und
8 einen hydraulischen Antriebskreis mit zwei Hydromotoren für jede Walze der Profilwalzmaschine.
9 eine Ausführungsform einer Walzmaschine mit zwei Walzen und unabhängigen Antrieben für die Walzen in einer teilweise geschnitten Längsansicht und
10 die Walzmaschine gemäß 9 in einer Seitenansicht
jeweils schematisch dargestellt sind. Einander entsprechende Teile und Größen sind in den 1 bis 10 mit denselben Bezugszeichen versehen.
Die in den 1 bis 3 dargestellte Ausführungsform einer als Querkeilwalze oder Querkeilwalzmaschine ausgebildeten Walzmaschine 1 umfasst eine erste Arbeitswalze 2, die um eine Rotationsachse A rotierbar oder rotierend ist und eine zweite Arbeitswalze 3, die um eine Rotationsachse B rotierbar oder rotierend ist. Der Drehsinn beider Arbeitswalzen 2 und 3 ist mit den dargestellten Pfeilen veranschaulicht und gleich. Die Rotationsachsen A und B sind im Wesentlichen parallel zueinander angeordnet, im Beispiel der 1 bis 3 in Richtung der Schwerkraft gesehen übereinander, so dass auch die Arbeitswalzen 2 und 3 übereinander angeordnet sind. Die Arbeitswalzen weisen eine im Wesentlichen zylindrische Außenfläche auf. Der Abstand zwischen den zylindrischen Außenflächen der beiden Arbeitswalzen 2 und 3 ist mit W bezeichnet.
An der Außenfläche oder Mantelfläche der Arbeitswalzen 2 und 3 sind jeweils im Querschnitt keilförmige Werkzeuge 20 und 21 bzw. 30 und 31 befestigt, insbesondere verspannt. In der dargestellten Ausführungsform sind die Werkzeuge 20 und 21 der ersten Arbeitswalze 2 und die Werkzeuge 30 und 31 der zweiten Arbeitswalze 3 jeweils schräg und unter einem Winkel zu der jeweiligen Drehachse A und B angeordnet, wobei die Werkzeuge 20 und 21 der Arbeitswalze 2 bezüglich der zwischen den beiden Walzen parallel zu den Drehachsen verlaufenden, die geometrische Mitte definierenden Mittelachse M axial in den im Wesentlichen gleichen Positionen angeordnet sind. Die Werkzeuge 20 und 21 sowie 30 und 31 nehmen in Umfangsrichtung gesehen in ihrem Querschnitt zu, wobei die Zunahme des Querschnittes bei den Werkzeugen 20 und 21 in der gleichen Drehrichtung oder Orientierung ist und bei den Werkzeugen 30 und 31 der zweiten Arbeitswalze 3 entgegengesetzt oder gegensinnig zu der zu den Werkzeugen 20 und 21 der ersten Arbeitswalze 2 ist.
Jede Arbeitswalze 2 und 3 ist in einer aus zwei Teilen bestehenden Halteeinrichtung lösbar gehalten und kann aus der Halteeinrichtung in deren entriegelten Zustand herausgenommen werden zum Auswechseln der Werkzeuge 20 und 21 bzw. 30 und 31 oder der gesamten Arbeitswalzen 2 und 3 mit den Werkzeugen 20 und 21 bzw. 30 und 31. Die Halteeinrichtung für die Arbeitswalze 2 ist mit 12 bezeichnet und die Halteeinrichtung für die Arbeitswalze 3 mit 13. Ein in 1 und 2 links angeordnete erste Teil 12A der Halteeinrichtung 12 umfasst eine konische Aufnahme 14 zum Aufnehmen eines sich axial zur Drehachse A nach außen von der Arbeitswalze 2 erstreckende kegelstumpfförmigen Fortsatzes 24 (Wellenstumpf). Der zweite Teil 12B umfasst entsprechend eine Aufnahme 15 zur Aufnahme eines entsprechenden konisch sich von der Arbeitswalze 2 weg verjüngenden und axial zur Drehachse A verlaufenden Fortsatzes 25 der Arbeitswalze 2. Unter der resultierenden Keil- und Klemmwirkung ist die Arbeitswalze 2 fest in den Aufnahmen 14 und 15 der Halteeinrichtung 12 verspannt, wobei die axiale Kraft auf die Aufnahme 15 in Richtung der Drehachse A zur Arbeitswalze 2 hin zur Halterung der Arbeitswalze 2 von einer Feder 16 oder einem sonstigen eine axiale Kraft ausübenden Element erzeugt wird. Die Aufnahmen 14 und 15 sind drehsymmetrisch zur Drehachse A ausgebildet und in nicht näher bezeichneten Drehlagern gelagert.
Die Aufnahme 14 setzt sich als Hohlwelle axial zur Drehachse A fort und weist in ihrem von der Arbeitswalze 2 abgewandten Endbereich ein Zahnrad 18 auf, das ebenso wie ein entsprechendes Zahnrad 19, das der zweiten Arbeitswalze 3 zugeordnet ist, mit einem Steuerzahnrad (Ritzel, Antriebszahnrad) 5 in Eingriff steht. Das Zahnrad 18, das zum Antrieb der ersten Arbeitswalze 2 über die Halteeinrichtung 12 dient, greift dabei von oben in das Steuerzahnrad 5 und das Zahnrad 19, das mit der zweiten Arbeitswalze 3 über die Halteeinrichtung 13 gekoppelt ist, greift von unten in das Steuerzahnrad 5.
Das Steuerzahnrad 5 ist nun über eine Abtriebswelle 45 mit einem Antriebsmotor 4 gekoppelt. Das Steuerzahnrad 5, die Abtriebswelle 45 und der – nicht dargestellte – Rotor des Antriebsmotors 4 sind dabei um eine gemeinsame Rotationsachse R rotierbar oder rotierend. Der aus dem Antriebsmotor 4, der Abtriebswelle 45 und dem Steuerzahnrad 5 aufgebaute Antrieb für die Zahnräder (Walzenzahnräder) 18 und 19 und damit die synchron mit den Zahnrädern 18 und 19 drehenden Arbeitswalzen 2 und 3 ist somit ein Direktantrieb.
Die vom Antriebsmotor 4 geleistete mechanische Leistung entspricht dem Produkt aus Drehmoment und Winkelgeschwindigkeit oder Kreisfrequenz ω, wobei die Kreisfrequenz ω gleich dem Produkt aus 2π und der Drehzahl n ist.
Der Antriebsmotor 4 ist ein Hydromotor und weist ein hohes Drehmoment auch bei vergleichsweise kleiner Drehzahl n des Antriebsmotors 4 zum Erzeugen der erforderlichen Antriebsleistung für die Antriebswalzen 2 und 3 auf. Das hohe Drehmoment bewirkt auch eine sehr schnelle Drehbeschleunigung. Insbesondere kann der Hydromotorantrieb die Walzen innerhalb eines Drehwinkels von nur 1 °, vorzugsweise sogar nur 0,5°, auf die Nenndrehzahl, beispielsweise 30 U/min beschleunigen. Diese hohe Dynamik oder Drehbeschleunigung des Hydromotors allein bei Direktantrieb oder des Antriebssystems aus Hydromotor und Getriebe erlaubt eine sehr dynamische Steuerung der Drehzahl.
Das Übertragungsverhältnis von dem Steuerzahnrad 5 auf die Zahnräder 18 und 19 kann somit im Bereich um 1 gewählt werden, insbesondere zwischen etwa 1 : 1 und etwa 1 : 2. Bei einem Übertragungsverhältnis von 2 drehen sich die Antriebswalzen 2 und 3 doppelt so schnell wie das Steuerzahnrad 5 und der Antriebsmotor 4, bei einem Übertragungsverhältnis von 1 : 1 genau so schnell. Typische Drehzahlen der Arbeitswalzen 2 und 3 liegen zwischen etwa 10 Umdrehungen pro Minute (U/min) und etwa 40 U/min, typischerweise bei 15 U/min bei einer Querkeilwalzmaschine und 30 U/min. bei einer Reckwalzmaschine.
Mit einem derart niedrigtourigen oder mit geringer Drehzahl drehendem Antriebsmotor 4 oder Antrieb kann nun eine sehr dynamische Anpassung oder Steuerung oder Regelung der Drehzahl der Arbeitswalzen 2 und 3 realisiert werden.
Die 4 bis 7 zeigen nun einen möglichen Ablauf eines Profilquerwalzprozesses bei dem Warmumformen eines Werkstücks 10. Eine Positioniereinrichtung für das Werkstück 10 ist mit 60 bezeichnet und umfasst zwei relativ zueinander bewegliche Positionierteile (Leitlineale) 61 und 62.
4 zeigt eine Stellung der Arbeitswalzen 2 und 3 vor dem Einbringen des Werkstückes. Die gleichsinnigen Drehrichtungen der beiden Walzen 2 und 3 um die jeweiligen Drehachsen A und B sind mit entsprechenden Pfeilen gekennzeichnet. In dem Werkzeug 20, das segmentartig um die Außenfläche der Arbeitswalze 2 und um die Drehachse A verläuft, ist eine Aussparung 23 vorgesehen. In der zweiten Arbeitswalze 3 ist ebenfalls im segmentartigen Werkzeug 30 eine weitere Aussparung 33 vorgesehen.
Das Werkstück 10 wird nun mittels zweier Leitlineale einer nicht weiter dargestellten Positioniereinrichtung in eine Position zwischen den Arbeitswalzen 2 und 3 beigebracht, in der es von der Aussparung 23 im Werkzeug 20 der ersten Arbeitswalze 2 erfasst wird. Diese Prozessphase mit eingebrachtem Werkzeug 10 in der Ausgangsposition zeigt 5. Am Werkstück 10 bewegen sich die einander zugewandten Oberflächen der Arbeitswalzen 2 und 3 gegensinnig oder entgegengesetzt zueinander.
Bei der weiteren Drehung der Arbeitswalzen 2 und 3 zueinander wird nun das Werkstück 10 zwischen die Werkzeuge 20 und 30 gebracht und unter dem Druck der Werkzeuge 20 und 30, die einen geringeren Abstand w zueinander aufweisen als der ursprüngliche Durchmesser des Werkstückes 10 in einen kleineren Durchmesser verbracht. Der nach der Umformung entstandene verkleinerte Durchmesser (Einstich) des Werkstückes 10 an der im Querschnitt gezeigten Stelle entspricht weitgehend dem minimalen Abstand w zwischen den Werkzeugen 20 und 30 der Arbeitswalzen 2 und 3. Eine Stellung der Arbeitswalzen 2 und 3 mit dem dazwischenliegenden gekneteten Werkstück 10 während des eigentlichen Walzprozesses ist in 6 gezeigt.
In 7 schließlich ist die Stellung der Arbeitswalzen 2 und 3 veranschaulicht, bei der das Werkstück 10 in die Aussparung 33 des Werkzeugs 30 der zweiten Arbeitswalze 3 hineinfällt und, bei weiterer Drehung der Arbeitswalze 3, aus dem Zwischenraum zwischen Arbeitswalzen 2 und 3 ausgeworfen wird.
Man kann also in dem Walzprozess grundsätzlich drei Prozessphasen unterscheiden, nämlich einer ersten Prozessphase zur Vorbereitung des Walzprozesses und Positionierung des Werkstückes in der Ausgangsstellung, also einer Prozessphase, die in den 4 und 5 gezeigt ist, ferner einer zweiten Prozessphase, während der der eigentliche Walzprozess stattfindet und das Werkstück zwischen Werkzeugen der beiden Arbeitswalzen umgeformt wird, entsprechend 6, und schließlich einer dritten Prozessphase, während der das Werkstück wieder aus den Werkzeugen entnommen wird, entsprechend 7.
1 und 3 zeigen ferner ein Schneckenrad 9, das mit dem Zahnrad 18 für die Arbeitswalze 2 gekoppelt ist und eine Verstellung oder Einstellung der relativen Winkelposition der Arbeitswalze 2 relativ zur Arbeitswalze 3 ermöglicht. Damit können in Anpassung an unterschiedliche Werkzeuge oder auch zur Korrektur die Winkelpositionen der Arbeitswalzen 2 und 3 relativ zueinander eingestellt werden.
Zum Einstellen oder Korrigieren des Zahnspiels oder Zahneingriffes zwischen den Walzenzahnrädern 18 und 19 sowie dem zentralen Steuerzahnrad 5 kann ferner ein nicht dargestellter Verstellantrieb vorgesehen sein, der den Rotationsantrieb mit dem Hydromotor 4 sowie dem Getriebe mit der Abtriebswelle 45 und dem Steuerzahnrad 5 relativ zu den beiden Walzenzahnrädern 18 und 19 bewegen kann. Dadurch kann ein asymmetrischer Eingriff oder Zahnflankenspiel korrigiert werden. Ferner ist es auch möglich, ge trennte Antriebe zum Verstellen der Walzen 2 und 3 mit ihren Walzenzahnrädern 18 und 19 vorzusehen, so dass der Zahneingriff der Walzenzahnräder 18 und 19 zum zentralen Steuerzahnrad 5 jeweils unabhängig voneinander eingestellt werden kann.
Die Halteeinrichtungen 12 und 13 der beiden Arbeitswalzen 2 und 3 sind von einer Trägereinrichtung 6 getragen und in dieser gelagert oder verankert. Die Trägereinrichtung 6 umfasst vier säulenartige Trägerelemente 6A bis 6D, die in einer rechteckigen Anordnung angeordnet sind und auf einer gemeinsamen Bodenplatte 6E, die auf dem Boden 50 abgestützt ist, montiert oder befestigt. In jedem der Trägerelemente 6A bis 6D ist eine zugehöriger Zuganker 7A bis 7B vertikal in der Längsrichtung des jeweiligen Trägerelements angeordnet, der unten an der Trägerplatte 6E befestigt ist und oben mittels einer zugehörigen Gegenmutter, vorzugsweise einer hydraulisch betätigten Gegenmutter (9B, 9C in 3), vorgespannt ist. Dabei wird unter die Hydraulikmutter ein geschlitztes Unterlagringsegment gelegt, wenn die Hydraulikmutter im gelösten Zustand ist und dann durch Anlegen des hydraulischen Druckes die Mutter auf das Unterlagsringsegment gepresst. Dadurch kann die Trägereinrichtung, die das Gestell der Walzmaschine bildet, unter eine bestimmte Zugspannung gesetzt werden. Dies führt zu einer Versteifung des Walzengerüstes.
8 zeigt einen hydraulischen Schaltkreis mit einem Hydraulikkreis 100, der eine hydraulische Pumpe 101, die von einem Elektromotor 105 angetrieben wird, einen hydraulischen Speicher 106 zur Speicherung des hydraulischen Mediums und zwei Hydromotoren 102 und 103 umfasst. Der hydraulische Druck in dem Hydraulikkreis 100 wird von der Pumpe 101 aufgebaut, die das hydraulische Medium, typischerweise ein hydraulisches Öl, in dem Hydraulikkreis 100 fördert oder unter den bestimmten hydraulischen Druck setzt. Der hydraulische Speicher 106 dient zum Speichern von hydraulischem Medium als Energiespeicher oder Energiereserve. Die beiden Hydromotoren 102 und 103 sind zueinander parallel an die hydraulische Pumpe 101 angeschlossen. Jeder Hydromotor 102 und 103 treibt über eine zugehörige Ab triebswelle 112 bzw. 113 und ein zugehöriges Getriebe 202 bzw. 203 die zugehörige Arbeitswalze 2 bzw. 3 der Profilwalzmaschine, die in 8 sonst nicht weiter dargestellt ist, an.
9 und 10 zeigen eine weitere Ausführungsform einer Querkeilwalzmaschine 1, bei der im Unterschied zu der Ausführungsform gemäß 1 bis 3 ein erster Antrieb 42 für die erste Arbeitswalze 2 und ein zweiter, vom ersten Antrieb 42 unabhängiger Antrieb 43 für die zweite Arbeitswalze 3. Jeder Antrieb 42 und 43 umfasst einen zugehörigen Hydromotor 44 und 45 und ein – nicht näher dargestelltes – Getriebe, beispielsweise ein, insbesondere dreistufiges, Zahnradgetriebe, zum Übertragen des Drehmoments des Hydromotors 44 und 45 auf die zugehörige Arbeitswalze 2 bzw. 3. Das Untersetzungsverhältnis jedes Getriebes kann beispielsweise 1:35 betragen. Im dargestellten Ausführungsbeispiel gemäß 9 und 10 sind die Drehachse C der Abtriebswelle des Hydromotors 44 des ersten Antriebs 42 und die Drehachse D der Abtriebswelle des Hydromotors 45 des zweiten Antriebs 43 orthogonal zu den Drehachsen A und B der jeweiligen Arbeitswalzen 2 und 3 gerichtet und die Hydromotoren 44 und 45 entsprechend seitlich am Walzengerüst angeordnet. Die Arbeitswalzen 2 und 3 können entweder synchron oder auch asynchron angetrieben werden.

1: Walzmaschine
2, 3: Arbeitswalze
4: Antriebsmotor
5: Steuerzahnrad
6: Trägereinrichtung
6A bis 6D: Trägerelement
6E: Bodenplatte
7A bis 7D: Zuganker
8A bis 8D: Führung
9: Schneckenrad
9B, 9C: Gegenmutter
10: Werkstück
12: Halteeinrichtung
12A, 12B: Teil
13: Halteeinrichtung
13A, 13B: Teil
14, 15: Aufnahme
16: Feder
18, 19: Zahnrad
20, 21: Werkzeug
23: Aussparung
24, 25: Fortsatz
30, 31: Werkzeug
33: Aussparung
42, 43: Rotationsantrieb
45: Abtriebswelle
46, 47: Rotationsantriebsgetriebe
50: Boden
60: Positioniereinrichtung
61, 62: Positionierteile
A, B: Drehachse
C, D: Antriebsachse
G: Gravitationskraft
M: Mittelachse
P: Positionierachse
R: Rotationsachse
w: Werkzeugabstand
W: Walzenabstand

Claims

Profilwalzmaschine, insbesondere Profilquerwalzmaschine und/oder Reckwalzmaschine, mit a) wenigstens zwei rotierbaren oder rotierenden, mit Profilwerkzeugen bestückbaren oder bestückten Walzen zum Warmumformen eines zwischen den Walzen anordenbaren oder angeordneten Werkstücks, b) wenigstens einem Antrieb zum Antreiben der Walzen, wobei c) der wenigstens eine Antrieb wenigstens einen Hydromotor umfasst.
Walzmaschine nach Anspruch 1, bei der jeder Antrieb oder jeder Hydromotor auf die Betriebsdrehzahl und/oder das Betriebsdrehmoment zum Betrieb der Walze(n) innerhalb eines maximalen Drehwinkelintervalls von höchstens 3°, höchstens 2,2°, höchstens 1° oder höchstens 0,5° für eine Profilquerwalzmaschine und höchstens 25° oder höchstens 20° oder höchstens 15° für eine Reckwalzmaschine beschleunigt oder verzögert.
Walzmaschine nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, bei der wenigstens ein Antrieb ein Betriebsdrehmoment zwischen etwa 5.000 Nm und etwa 80.000 Nm, insbesondere zwischen etwa 30.000 Nm und etwa 60.000 Nm, für eine Profilquerwalzmaschine und zwischen etwa 20.000 Nm und etwa 400.000 Nm, insbesondere zwischen etwa 150.000 Nm und etwa 300.000 Nm, für eine Reckwalzmaschine aufweist.
Walzmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei der jeder Antrieb eine Betriebsdrehzahl zwischen 5 U/min und 900 U/min, insbesondere zwischen 10 U/min und 50 U/min für eine Profilquerwalzmaschine und zwischen 100 U/min. und 900 U/min. für eine Reckwalzmaschine aufweist.
Walzmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei jeder Walze wenigstens ein Antrieb zugeordnet ist zum unabhängigen Antreiben der Walzen.
Walzmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der ein gemeinsamer Antrieb für wenigstens zwei der Walzen vorgesehen ist.
Walzmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der wenigstens ein Antrieb neben dem wenigstens einen Hydromotor wenigstens ein Getriebe umfasst zur Übertragung der Drehkraft oder der Drehbewegung des Hydromotors auf die zugeordnete(n) Walze(n).
Walzmaschine nach Anspruch 7, bei der das Getriebe wenigstens ein mit einer Abtriebswelle des Hydromotors gekoppeltes zentrales Antriebszahnrad sowie zwei mit dem Antriebszahnrad in Eingriff stehende oder bringbare und mit jeweils einer der Walzen gekoppelte Walzenzahnräder umfasst.
Walzmaschine nach Anspruch 8, bei der das Zahnflankenspiel oder der Zahneingriff der Walzenzahnräder zum Antriebszahnrad einstellbar oder korrigierbar ist.
Walzmaschine nach Anspruch 9, bei der Mittel zum Bewegen des Antriebszahnrades, vorzugsweise zusammen mit dem Hydromotor, relativ zu den Walzenzahnrädern vorgesehen sind, insbesondere wenigstens ein Verstellantrieb.
Walzmaschine nach einem der Ansprüche 8 bis 10, bei der das Übersetzungsverhältnis des Getriebes vom Hydromotor auf jede der Walzen gleich ist und vorzugsweise in einem Bereich zwischen 1 : 1 und 1 : 1,5 liegt.
Walzmaschine nach Anspruch 7, bei dem das Übersetzungsverhältnis des oder jedes Getriebes in einem Bereich zwischen 1 : 15 und 1 : 50 liegt.
Walzmaschine nach einem der Ansprüche 7 bis 12, bei der die Betriebsdrehzahl des oder jedes Hydromotors dem Produkt aus der Betriebsdrehzahl des zugehörigen Antriebs und dem Übersetzungsverhältnis des Getriebes dieses Antriebs entspricht.
Walzmaschine nach einem der Ansprüche 7 bis 13, bei der das Betriebsdrehmoment des oder jedes Hydromotors dem Produkt aus dem Betriebsdrehmoment des zugehörigen Antriebs und dem Übersetzungsverhältnis des Getriebes dieses Antriebs entspricht.
Walzmaschine nach einem der Ansprüche 7 bis 14, bei der das maximale Drehwinkelintervall, innerhalb dessen der oder jeder Hydromotor auf die Betriebsdrehzahl und/oder das Betriebsdrehmoment beschleunigt oder verzögert, dem Quotienten aus dem maximalen Drehwinkelintervall des zugehörigen Antriebs und dem Übersetzungsverhältnis des Getriebes dieses Antriebs entspricht.
Walzmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der wenigstens ein Antrieb oder wenigstens ein Hydromotor in seiner Drehrichtung reversierbar ist.
Walzmaschine nach Anspruch 16, die als Reckwalzmaschine und als Profilquerwalzmaschine einsetzbar ist und Mittel zum Reversieren der Drehrichtung und vorzugsweise auch zum Steuern der Drehgeschwindigkeit des Antriebs oder Hydromotors wenigstens einer Walze aufweist, wobei bei dem Einsatz als Reckwalzmaschine die Drehrichtungen der beiden Walzen entgegengesetzt sind und bei dem Einsatz als Profilquerwalzmaschine die Drehrichtungen der beiden Walzen gleich sind.
Walzmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche mit Mitteln zum Einstellen der relativen Winkelposition der beiden Walzen zueinander, insbesondere mit einem mit einer der Walzen gekoppelten Schneckenrad.
Walzmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, umfassend wenigstens eine Positionserfassungseinrichtung zum Erfassen oder Bestimmen der Drehposition wenigstens einer der Walzen und mit Mitteln zum Steuern des oder der Walzenantriebe(s) abhängig von der erfassten Drehposition der Walze(n).
Walzmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der wenigstens eine oder jede Walze im Querschnitt keilförmige oder dreieckförmige Profilwerkzeuge aufweist, die entlang des Umfangs in ihrer radialen Abmessung in einer Richtung zunehmen und/oder schräg zur Drehachse der zugehörigen Walze verlaufen.