DE102011012761A1

DE102011012761A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Erzeugen eines Hohlblocks, Innenwerkzeug mit einer Dornstange und einem Lochdorn, Verwendung eines Innenwerkzeugs und Verwendung eines Deoxidationsmittels

Info

Publication number: DE102011012761A1
Application number: DE102011012761A
Authority: DE
Inventors: Hans-Joachim Pehle; Helge Dähndel
Original assignee: SMS Meer GmbH
Current assignee: SMS Group GmbH
Priority date: 2011-03-01
Filing date: 2011-03-01
Publication date: 2012-05-24

Abstract

Um Verfahren und Vorrichtungen zum Erzeugen eines Hohlblocks aus einem erhitzten Vollblock weiterzuentwickeln, schlägt die Erfindung ein Verfahren zum Erzeugen eines Hohlblocks aus einem erhitzten Vollblock vor, bei welchem der erhitzte Vollblock gewalzt und hierbei mittels eines Innenwerkzeugs mit einem Lochdorn zu dem Hohlblock gelocht wird und bei welchem ein Kühlmedium zum Kühlen des Lochdorns in das Innenwerkzeug und/oder ein Inertgas zum Vermeiden eines Verzunderns einer Hohlblockinnenoberfläche in den Hohlblock eingeleitet werden können, wobei während des Walzens beziehungsweise Lochens die Hohlblockinnenoberfläche deoxidiert wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erzeugen eines Hohlblocks aus einem erhitzten Vollblock, bei welchem der erhitzte Vollblock gewalzt und hierbei mittels eines Innenwerkzeugs mit einem Lochdorn zu dem Hohlblock gelocht wird, und bei welchem ein Kühlmedium zum Kühlen des Lochdorns in das Innenwerkzeug und/oder ein Inertgas zum Vermeiden eines Verzunderns einer Hohlblockinnenoberfläche in den Hohlblock eingeleitet werden können. Die Erfindung betrifft auch eine Vorrichtung, insbesondere zum Durchführen des vorliegenden Verfahrens, zum Erzeugen eines Hohlblocks aus einem erhitzten Vollblock mit einem Innenwerkzeug umfassend eine Dornstange, einen Lochdorn und eine Einrichtung zum Kühlen des Innenwerkzeugs, bei welcher der Lochdorn unmittelbar oder mittelbar über einen Adapter an der Dornstange angeordnet ist. Darüber hinaus betrifft die Erfindung ein Innenwerkzeug mit einer Dornstange und einem Lochdorn zum Erzeugen eines Hohlblocks aus einem erwärmten Vollblock, bei welchem der Lochdorn unmittelbar oder mittelbar über einen Adapter an der Dornstange angeordnet ist. Des Weiteren betrifft die Erfindung eine Verwendung eines Innenwerkzeugs zum Erzeugen eines Hohlblocks aus einem erwärmten Vollblock mit einer Dornstange und mit einem Lochdorn sowie die Verwendung eines Deoxidationsmittels.
Gattungsgemäße Verfahren und Vorrichtungen sind aus dem Stand der Technik insbesondere zum Erzeugen einer Rohrluppe – einem Vorerzeugnis eines nahtlosen Rohres – in vielfältiger Ausgestaltung bekannt. Hierbei wird ein erhitzter Vollblock aus Metall über einen Walzdorn gewalzt, beispielsweise in einer Schrägwalzanlage, wodurch der Vollblock zu einem Hohlblock – also zu einer Rohrluppe – gelocht wird. Die Rohrluppe wird in einem weiteren Verfahrensschritt zu einem nahtlosen Rohr gezogen. Problematisch beim Erzeugen von derartigen Hohlblöcken bzw. Rohrluppen sind einerseits die hohen Bearbeitungstemperaturen, bei denen der Walzdorn in den erhitzten Vollblock eingetrieben werden muss. Zum anderen treten hierbei enorme Bearbeitungskräfte auf, die insbesondere auf den Walzdorn einwirken. Nutzt der Walzdorn ab, steigt die Gefahr einer kritischen Oberflächenrauheit im Rohrinneren. Eine weitere Gefahr ist ein Verzundern der Innenoberfläche der Rohrluppe, welche es möglichst zu verhindern gilt. Beides führt nämlich zu einer minderwertigen Qualität des nahtlosen Rohrs. Es wird somit Wert darauf gelegt, dass sowohl die thermischen Belastungen als auch die mechanischen Belastungen möglichst gering gehalten werden können, um sowohl eine hohe Qualität an den nahtlosen Rohren als auch eine möglichst hohe Standzeit hinsichtlich des Walzdorns erzielen zu können.
Aus der Patentschrift DE 196 04 969 C2 ein Verfahren zur Herstellung von nahtlosen Rohren und ein diesbezügliches Innenwerkzeug bekannt. Das Verfahren zeichnet sich insbesondere dadurch aus, dass Wasser zum Kühlen eines Walzdorns ruckgefuhrt und an einer nahestmöglichen Position hinter einer Umformzone zum Abschrecken einer Hohlblockinnenseite in einem Zwischenraum zwischen Walzstange und Hohlblockinnenseite geleitet wird. Gleichzeitig wird die Umformzone um den Walzdorn herum zur Verhinderung einer Oxidation in der Hohlblockinnenseite unter Inertgas gesetzt, wobei das Inertgas als Sperre gegen Eindringen in die Umformzone zwischen Walzdorn und Hohlblock wirkt. Werter wird der Hohlblock unmittelbar nach dem Walzen von einer Walzstange gezogen. Hierdurch kann einerseits die Lebensdauer des Walzdorns deutlich erhöht und gleichzeitig die Qualität der Innenoberfläche des über das Innenwerkzeug gedrückten Hohlblocks verbessert werden.
Aus der Patentschrift DE 34 32 288 C2 ist eine Anwendung von Inertgas beim Herstellen von nahtlosen Rohren bekannt, bei welchen beim Eindringen oder Herausziehen eines Innenwerkzeugs in bzw. aus einem Hohlblock und/oder einer Dornstange aus einer Rohrlupe gleichzeitig ein Inertgas in den freiwerdenden Innenraum des Hohlblocks oder der Rohrlupe eingebracht wird. Hierdurch kann beim Herstellen nahtloser Rohre aus einer Rohrluppe eine Verzunderung der Innenwand verhindert werden.
In der Patentschrift DE 197 58 388 C1 ist eine Vorrichtung zum Innenentzundern eines Vorrohres während eines Walzprozesses in einem Stopfenwalzwerk beschrieben, bei welchem Druckwasser für die Innenentzunderung über ein gesteuertes mechanisch zu- und abschaltbares Ventil zugeleitet wird. Die Vorrichtung zeichnet sich dadurch aus, dass das Ventil von einem Stopfen des Stopfenwalzwerks gesteuert ist, wobei das Ventil von der in Rohrachsenrichtung aufgebrachten Umformkraft beaufschlagt gegen den anstehenden Systemdruck des Druckwassers öffnet. Bei Wegfall der auf den Stopfen wirkenden Umformkraft schließt das Ventil. Durch die hier beschriebene Vorrichtung gelingt es, ein Verformungsprozess im Rohrinneren vom Zunder freizuhalten. Hierdurch kann wirkungsvoll verhindert werden, dass vor dem Stopfen vorhandener Zunder sich zunehmend auf dem Stopfen aufbaut und dadurch die Rohrwand kontinuierlich in ihrer Dicke reduziert wird. In diesem Stopfenwalzwerk wird aus einem bereits gelochten Hohlblock eine dünnwandige Rohrluppe gezogen.
Daruber hinaus ist aus dem japanischen Patent Abstract JP 59033011 A ein Verfahren und ein Vorrichtung zum Produzieren von nahtlosen Rohren bekannt, wobei Kühlwasser durch das Innere einer Dornstange bis ins Innere eines Lochdorns hinein geleitet wird, wodurch der Lochdorn gekühlt werden kann. Darüber hinaus wird über Bohrungen innerhalb der Dornstangenwandung ein Inertgas ins Innere der Rohrluppe eingedüst, um die Gefahr einer zu starken Verzunderung der Rohrluppeninnenseite zu unterbinden. Der Lochdorn ist hierbei mittels eines Adapters an der Dornstange fest geschraubt, wobei die Dornstange drehbar an einem hinteren Dornwiderlager und an Stützwalzen drehbar gelagert ist.
Aus dem japanischen Patent Abstract JP 63154207 A ist ebenfalls eine Methode und eine Vorrichtung zum Herstellen eines nahtlosen Rohres bekannt, bei welchen zum einen Kuhlwasser und zum anderen ein Schmierstoff in das Innere eines über ein Innenwerkzeug der Vorrichtung gewalzten Hohlblocks eingeleitet wird. Insbesondere durch den Schmierstoff werden zum einen die Standzeit eines fest an dem Innenwerkzeug befestigten Lochdorns und zum anderen die Innenoberflächenqualität des nahtlosen Rohres verbessert.
Es ist Aufgabe vorliegender Erfindung sowohl gattungsgemäße Verfahren als auch gattungsgemäße Vorrichtungen zum Erzeugen eines Hohlblocks aus einem erhitzten Vollblock dahingehend zu verbessern, dass sowohl die Gefahr einer Verzunderung als auch die Gefahr eines vorzeitigen Innerwerkzeugverschleißes nochmals reduziert wird.
Die Aufgabe der Erfindung wird von einem Verfahren zum Erzeugen eines Hohlblocks aus einem erhitzten Vollblock, bei welchem der erhitzte Vollblock gewalzt und hierbei mittels eines Innenwerkzeugs mit einem Lochdorn zu dem Hohlblock gelocht wird und bei welchem ein Kühlmedium zum Kühlen des Lochdorns in das Innenwerkzeugs und/oder Inertgas zum Vermeiden eines Verzunderns einer Hohlblockinnenoberfläche in den Hohlblock eingeleitet werden können, gelöst, wobei sich das Verfahren dadurch auszeichnet, dass während des Walzens bzw. des Lochens die Hohlblockinnenoberfläche deoxidiert wird.
Wird die Hohlblockinnenoberfläche direkt während des Lochens des erhitzten Vollblocks deoxidiert und nicht nur durch ein Inertgas vor Luftsauerstoff geschützt, kann die Gefahr des Verzunderns der Hohlblockinnenoberfläche wesentlich verringert werden.
Bei allen aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren wird zum Vermeiden eines Verzunderns nahezu immer ein Inertgas in den Hohlblock eingeleitet, wodurch eine Reaktion mit dem Luftsauerstoff spätestens dann nicht wirkungsvoll vermieden werden kann, wenn das Innenwerkzeug aus dem Hohlblock herausgezogen wird. Aus diesem Grund wird der Hohlblock mittels entsprechender Transporteinrichtungen zu einer Deoxidationsanlage transportiert, in welcher die Hohlblockinnenoberfläche zusätzlich von einer sich dort gebildeten Zunderschicht befreit bzw. deoxidiert wird.
Aufgrund des erfindungsgemäßen Deoxidierens der Hohlbockinnenoberfläche direkt während des Walzens bzw. Lochens eines erhitzten Vollblocks kann darüber hinaus vorteilhafter Weise sogar auf diesen zusätzlichen Arbeitsschritt in der Deoxidationsanlage verzichtet werden. Da bereits unmittelbar bei dem Walzen bzw. kurz nach dem Walzen eine Deoxidation vorgenommen wird, werden die nachteiligen Effekte einer Oxidation, die beispielsweise auch bereits durch den Kontakt mit Wasser aber auch mit Sauerstoff, der in Resten anderweitig kurz nach dem Walzen mit dem Innenrohr in Kontakt kommt, auf ein Minimum reduziert, was sich insbesondere auch auf die Lebensdauer der Dornstange und/oder des Lochdorns auswirkt.
Mit dem Begriff „Hohlblock” ist in vorliegendem Zusammenhang insbesondere eine Rohrluppe beschrieben, welche ein Vorerzeugnis eines nahtlosen Rohres ist. Das vorliegende Verfahren wird vorzugsweise bei einem Schrägwalzlochen eingesetzt, bei welchem der erhitzte Vollblock von Schrägwalzen in einem Schrägwalzwerk gegen bzw. über ein entsprechendes Innenwerkzeug gewalzt wird.
Die Aufgabe der Erfindung wird auch von einer Vorrichtung zum Erzeugen eines Hohlblocks aus einem erhitzten Vollblock mit einem Innenwerkzeug umfassend eine Dornstange, einen Lochdorn und eine Einrichtung zum Kühlen des Innenwerkzeugs gelöst, bei welcher der Lochdorn unmittelbar oder mittelbar über einen Adapter an der Dornstange angeordnet ist, wobei das Innenwerkzeug eine Einrichtung zum Bereitstellen eines Deoxidationsmittels und/oder zum Einleiten des Deoxidationsmittels in den Hohlblock umfasst.
Weist das Innenwerkzeug zum Erzeugen des Hohlblocks eine derartige Einrichtung zum Bereitstellen und/oder zum Einleiten des Deoxidationsmittels auf, kann die Gefahr eines Verzunderns der Hohlblockinnenoberfläche gegenüber dem Stand der Technik weiter reduziert werden, da das Deoxidationsmittel erfindungsgemäß unmittelbar am Innenwerkzeug zur Verfügung steht.
Die Einrichtung zum Bereitstellen und/oder zum Einleiten des Deoxidationsmittels zeichnet sich insbesondere dadurch aus, dass sie an herkömmlichen Innenwerkzeugen einfach angeschlossen oder in diesen leicht integriert werden kann. Beispielsweise kann sie an einer bereits vorhandenen Einrichtung zum Kühlen angeschlossen werden, wie nachstehend noch erläutert wird.
Insbesondere mittels einer derartigen Vorrichtung kann das der Erfindung zugrunde liegende Verfahren vorteilhaft durchgeführt werden.
Der Begriff „Deoxidationsmittel” erfasst im Sinne der Erfindung jegliche Erzeugnisse, mittels welchen durch eine entsprechende Redoxreaktion Sauerstoff oder andere oxidierend wirkende Bestandteile, die innerhalb des Hohlblocks, an der Oberfläche des Hohlblocks und/oder der den Hohlblock umgebenden bzw. in diesem vorhandenen Atmosphäre vorhanden sind, gebunden werden können. Hierdurch unterscheidet sich das Deoxidationsmittel von dem Inertgas, welches reaktionsneutral ist. Vorliegend können als Inertgas jegliche reaktionsneutrale Gase, wie etwa Stickstoff, eingesetzt werden.
An dieser Stelle sei bereits erwähnt, dass eine bevorzugte Verfahrensvariante vorsieht, dem Deoxidationsmittel Borax oder Mischungen hieraus und/oder Phosphate oder Mischungen hieraus beizumengen. Die Erzeugnisse eigenen sich für eine Deoxidation besonders gut.
Auf diese Weise kann einerseits bereits entstandener Zunder wieder weitgehend entfernt und andererseits der Entstehung weiteren Zunders weitgehend vorgebeugt werden, indem die entsprechenden Reagenzien, wie Sauerstoff oder andere oxidierend wirkende Bestandteile anderweitig gebunden werden können. Hierbei kann ggf. insbesondere auf einen separaten Deoxidierungsschritt verzichtet werden, wodurch die gesamte Bearbeitungszeit sinkt und die Rohrluppe mit einer höheren Eigentemperatur den nachfolgenden Prozessschritten zugeführt werden kann, was letztlich auch energetisch von hohem Vorteil ist.
Weist die Einrichtung zum Bereitstellen und/oder zum Einleiten des Deoxidationsmittels eine räumliche Verbindung zu der Einrichtung zum Kühlen des Innenwerkzeugs auf, kann die Vorrichtung baulich besonders einfach realisiert werden. Die räumliche Verbindung ist beispielsweise durch einen geeigneten Anschluss an der Einrichtung zum Kühlen des Innenwerkzeugs geschaffen. Vorteilhafter Weise konnen hierdurch bereits vorhandene Innenwerkzeuge zum Durchführen des vorliegenden Verfahrens verwendet werden.
Eine vorteilhafte Verfahrensvariante sieht vor, dass das Deoxidationsmittel mit einem Transportmedium, insbesondere mit dem Kühlmedium und/oder mit dem Inertgas, in den Hohlblock eingeleitet wird. Hierdurch kann eine sehr gute Durchmischung gewährleistet werden, so dass das Deoxidationsmittel gut verteilt auf der Innenoberfläche des Hohlblocks aufgebracht werden kann. In Bezug auf das Kühlmedium können hierdurch bereits etwaige oxidierend wirksame Bestandteile bereits mit dem Deoxidationsmittel reagieren.
Als Kühlmedium wird idealer Weise Kühlwasser eingesetzt. Weitere günstige Verfahrensvarianten können als Kühlmedium aber auch ein Inertgas vorsehen.
Ist als Transportmedium beispielsweise Kühlwasser vorgesehen, ist es besonders vorteilhaft, wenn das Deoxidationsmittel wasserlöslich ist, so dass es von diesem leicht und rückstandfrei mitgenommen werden kann.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn das Oxidationsmittel zum Vermeiden des Verzunderns der Hohlblockinnenoberfläche mittels des Innenwerkzeugs in den Hohlblock eingeleitet wird. Hierdurch kann das Verfahren besonders einfach durchgeführt werden, da das Innenwerkzeug bereits vorhanden ist und bis unmittelbar an die Bearbeitungszone bzw. Umformzone innerhalb des Hohlblocks reicht. Insofern ist es vorteilhaft, wenn die Einrichtung zum Bereitstellen und/oder zum Einleiten des Oxidationsmittels zumindest teilweise von dem Innenwerkzeug ausgestaltet ist.
Wird dem Kühlmedium das Deoxidationsmittel erst unmittelbar vor oder während eines Austritts aus dem Innenwerkzeug heraus und in den Hohlblock hinein beigegeben, wie dieses insbesondere dadurch gewährleistet werden kann, dass hierzu das Innenwerkzeug genutzt wird, kann das Deoxidationsmittel besonders dosiert gegen ein Verzundern der Hohlblockinnenoberfläche eingesetzt werden.
Ist die Einrichtung zum Bereitstellen und/oder zum Einleiten des Deoxidationsmittels am und/oder im Innenwerkzeug räumlich getrennt von der Einrichtung zum Kühlen des Innenwerkzeugs, ist es vorteilhafter Weise möglich, das Deoxidationsmittel nahezu in Reinform bis in den Hohlblock einzuleiten und sehr individuell und genau zu dosieren. Ggf. ist auch eine kombinierte Vorgehensweise möglich, so dass ein Teil des Oxidationsmittels getrennt und der Rest gemeinsam mit dem Inertgas und/oder dem Kühlmittel aufgegeben wird, wobei letzteres eine Grundlage an Deoxidationsmittel bereitstellt, während die genaue Dosierung über eine separate Deoxidationsmittelzufuhr erfolgt.
Damit das Oxidationsmittel direkt und gezielt auf die Hohlblockinnenoberfläche geleitet werden kann, ist es vorteilhaft, wenn die Einrichtung zum Bereitstellen und/oder zum Einleiten des Deoxidationsmittels Austrittsöffnungen zu einem Zwischenraum zwischen dem Hohlblock und dem Innenwerkzeug aufweist, welche im Wesentlichen radial auf eine Hohlblockinnenoberfläche ausgerichtet sind. Hierdurch kann insbesondere die Belastung der Austrittsöffnungen auf ein Minimum reduziert werden.
Vorzugsweise sind die Austrittsöffnungen als Bohrungen in dem Adapter vorgesehen. Eine besonders bevorzugte Ausführungsvariante sieht vor, dass die Austrittsöffnungen als Düsen ausgestaltet sind. Hierdurch kann das Deoxidationsmittel besonders beschleunigt und geeignet gerichtet an die Hohlblockinnenoberfläche gebracht werden, Sind die Düsen von einer Bohrung in dem Adapter ausgeformt, kann die vorliegende Vorrichtung weiter vereinfacht werden. Es versteht sich, dass die Düsen beispielsweise auch als separate Buchsen in Bohrungen des Innenwerkzeugs eingesetzt sein können.
Eine besonders vorteilhafte Ausführungsvariante sieht vor, dass der Adapter zumindest ein Bauteil oder eine Bauteilgruppe der Einrichtung zum Bereitstellen und/oder zum Einleiten des Deoxidationsmittels aufweist. Auf diese Weise kann die Einrichtung zum Bereitstellen und/oder zum Einleiten des Deoxidationsmittels auch in bereits vorhandene Anlagen einfach integriert werden.
Damit sich insbesondere das Deoxidationsmittel außergewöhnlich gut und großflächig an der Hohlblockinnenoberfläche verteilen kann, ist es von herausragendem Vorteil, wenn die Vorrichtung eine Einrichtung zur Durchführung einer Relativbewegung zwischen einer Hohlblockinnenoberfläche und den Austrittsöffnungen des Innenwerkzeugs zu dem Zwischenraum zwischen dem Hohlblock und dem Innenwerkzeug umfasst. Hierdurch kann ein Verzundern der Hohlblockinnenoberfläche besonders gut verhindert werden.
Die Einrichtung zur Durchführung einer Relativbewegung zwischen der Hohlblockinnenoberfläche und den Austrittsöffnungen kann besonders innovativ dadurch realisiert werden, indem der Lochdorn drehbeweglich gegenüber dem Adapter bzw. der Dornstange gelagert ist. Hierdurch kann sich der Lochdorn mit dem Hohlblock drehen, während der Hohlblock eine Relativbewegung gegenüber dem Adapter bzw. der Dornstange ausführt. Insofern wird die Hohlblockinnenoberfläche an den Austrittsöffnungen des Innenwerkzeugs vorbei geführt, wodurch das Deoxidationsmittel vorteilhaft an der Hohlblockinnenoberfläche verteilt wird. Dementsprechend ist es vorteilhaft, wenn die Vorrichtung eine Einrichtung zum Verteilen des Deoxidationsmittels in Umfangsrichtung einer Hohlblockinnenoberfläche umfasst.
Hinsichtlich dieses weiteren Aspekts wird die Aufgabe der vorliegenden Erfindung auch von einem Innenwerkzeug mit einer Dornstange und einem Lochdorn zum Erzeugen eines Hohlblocks aus einem erwärmten Vollblock, bei welchem der Lochdorn unmittelbar oder mittelbar über einen Adapter an der Dornstange angeordnet ist, gelöst, wobei der Lochdorn drehbeweglich an der Dornstange oder an dem Adapter gelagert ist.
Durch eine derartige drehbewegliche Lagerung ist zudem sichergestellt, dass keine oder nur vernachlässigbar geringe Unterschiede in der Relativbewegung in Umlaufrichtung zwischen dem Lochdorn und der Hohlblockinnenoberfläche zustande kommen. Hierdurch werden neben den vorstehend bereits genannten Vorteilen auch Walzfehler wirkungsvoll verhindert, wodurch die Oberfläche des Lochdorns geschont und dadurch die Standzeit des gesamten Innenwerkzeugs erhöht wird.
Darüber hinaus wird durch eine drehbewegliche Lagerung des Lochdorns die Gefahr einer Rissbildung an der Hohlblockinnenoberfläche verringert. Hierdurch erhöht sich die Qualität des aus dem Hohlblock weiter hergestellten nahtlosen Rohres.
Bei einer diesbezüglich konkreten Ausführungsvariante kann vorgesehen werden, dass die Dornstange oder der Adapter ein Gleitlager zur Lagerung des Lochdorns aufweist. Es versteht sich, dass auch andere Lagereinrichtungen vorgesehen werden können.
Darüber hinaus wird die Aufgabe der Erfindung auch von einer Verwendung eines Innenwerkzeugs zum Erzeugen eines Hohlblocks aus einem erwärmten Vollblock mit einer Dornstange und mit einem Lochdorn zum Einleiten eines Deoxidationsmittels in den Hohlblock gelöst. Eine derartige Verwendung des Innenwerkzeugs ist, wie bereits vorstehend beschrieben, besonders vorteilhaft, da hierdurch auf baulich besonders einfache Weise ein Deoxidationsmittel an die Hohlblockinnenoberfläche gebracht werden kann. Vorteilhafter Weise kann hierbei ein weiterer Arbeitsschritt an einer gesonderten Deoxidationsanlage entfallen, wodurch der gesamte Herstellungsprozess, insbesondere von nahtlosen Rohren, insgesamt wesentlich effektiver und gestrafft durchgeführt werden kann.
Zum exakteren Dosieren des Deoxidationsmittels ist es vorteilhaft, wenn die Vorrichtung zum Erzeugen eines Hohlblocks eine Einrichtung zum Dosieren des Deoxidationsmittels umfasst.
Insofern sieht eine weiterführende Verfahrensvariante vor, dass das Deoxidationsmittel dosiert in den Hohlblock eingeleitet wird. Eine derartige Dosierung kann beispielsweise in Abhängigkeit von dem Verzunderungsgrad oder in Abhängigkeit von einem Kühlwasserdruck erfolgen.
Darüber hinaus ist es vorteilhaft, wenn die Vorrichtung eine Einrichtung zum Modulieren eines Kühlmitteldrucks umfasst. Eine Modulation kann insbesondere in Abhängigkeit des Deoxidationsmittels erfolgen, so dass Kühlmittel und Deoxidationsmittel aufeinander abgestimmt dem Hohlblock auf seiner Innenseite zugeführt werden.
Eine bevorzugte Ausführungsvariante sieht weiter vor, dass die Vorrichtung zum Erzeugen eines Hohlblocks ein Schrägwalzwerk ist. Hier lassen sich die vorgenannten Merkmale und Vorteile besonders effektiv und zielgerichtet umsetzen.
Darüber hinaus wird die Aufgabe der Erfindung auch von einer Verwendung eines Deoxidationsmittels zum Kühlen eines Lochdorns an einer Dornstange eines zum Erzeugen eines Hohlblocks aus einem erwärmten Vollblock genutzten Innenwerkzeugs gelöst. Erfindungsgemäß kann das Deoxidationsmittel direkt zum Kühlen eines Innenwerkzeugs, insbesondere eines diesbezüglichen Lochdorns und/oder einer diesbezüglichen Dornstange und/oder eines Adapters zwischen dem Lochdorn und der Dornstange verwendet werden, ohne dass ein weiteres Kühlmittel hierfür erforderlich ist. Ebenso kann das Deoxidationsmittel entsprechend ergänzend zu einem Kühlmittel genutzt werden, wodurch entsprechend Kühlmittel eingesetzt werden kann.
Darüber wird hinsichtlich eines weiteren Aspekts der Erfindung die Aufgabe der Erfindung dementsprechend auch von einer Verwendung eines Deoxidationsmittels zum Kühlen eines Hohlblocks, der aus einem erwärmten Vollblocks erzeugt wird, gelöst. Auch hier kann vorteilhafter Weise auf ein gesondertes Kühlmedium verzichtet bzw. die Menge an Kühlmedium entsprechend reduziert werden.
Weitere Vorteile, Ziele und Eigenschaften vorliegender Erfindung werden anhand nachfolgender Beschreibung anliegender Zeichnung erläutert, in welcher beispielhaft unterschiedliche Innenwerkzeuge zum Erzeugen eines Hohlblocks aus einem erwärmten Vollblock gezeigt sind. In der Zeichnung zeigen:
1 schematisch einen Langsschnitt eines in einem Hohlblock eingewalzten Innenwerkzeuges einer Vorrichtung zum Erzeugen eines Hohlblocks aus einem erwärmten Vollblock;
2 schematisch einen Längsschnitt eines weiteren in einem Hohlblock eingewalzten Innenwerkzeugs einer Vorrichtung zum Erzeugen eines Hohlblocks aus einem erwärmten Vollblock; und
3 schematisch einen Längsschnitt eines alternativ gestalteten in einem Hohlblock eingewalzten Innenwerkzeugs einer Vorrichtung zum Erzeugen eines Hohlblocks aus einem erwärmten Vollblock.
Die in der 1 gezeigte Vorrichtung 1 zum Erzeugen eines Hohlblocks 2 aus einem erhitzten Vollblock 3 verfügt über ein Innenwerkzeug 4, welches in den Vollblock 3 in an sich bekannter Weise eingewalzt wird. Der erhitzte Vollblock 3 wird in Walzrichtung 5 mittels hier nicht gezeigten Schrägwalzen über das Innenwerkzeug 4 gedrückt. Hierbei wird der erhitzte Vollblock 3 zu dem Hohlblock 2 gelocht. Die Schrägwalzen befinden sich unmittelbar in einer Umformzone 6.
Das Innenwerkzeug 4 besteht im Wesentlichen aus einer Dornstange 7, einem Lochdorn 8 und einem Adapter 9, der zwischen der Dornstange 7 und dem Lochdorn 8 angeordnet ist.
Der Adapater 9 ist einerseits mit einem Festsitz 10 fest an der Dornstange 7 montiert.
Andererseits verfügt der Adapter 9 lochdornseitig über ein Gleitlager 11, sodass der Lochdorn 8 drehbeweglich an dem Adapter 9 gelagert ist. Vorteilhafter Weise wird hierdurch eine Relativbewegung in Umfangsrichtung zwischen dem Lochdorn 8 und einer Hohlblockinnenoberfläche 12 vermieden. Dies reduziert die Gefahr von Walzfehlern an der Hohlblockinnenoberfläche 12 aus.
Zudem wird die Gefahr reduziert, dass am Lochdorn 8 Riefen entstehen, welche sich ebenfalls negativ auf die Qualität der Hohlblockinnenoberfläche 12 auswirken würde.
Darüber hinaus wird die Dornstange 7 erheblich weniger auf Torsion beansprucht, da der Lochdorn 8 sich vorteilhafter Weise relativ zu der Dornstange 7 bewegen kann, sodass insbesondere der Adapter 9 und die Dornstange 7 geringeren mechanischen Belastungen ausgesetzt sind.
Um auch die thermischen Belastungen des Innenwerkzeugs 4 zu reduzieren, umfasst das Innenwerkzeug 4 eine Einrichtung 13 zum Kühlen des Innenwerkzeugs 4, mittels welcher Kühlwasser 14 bis in einen Hohlraum 15 des Lochdorns 8 geleitet werden kann.
Die Kühleinrichtung 13 verfügt über ein Kühlwasserzuleitungsrohr 16, mittels welchem ein Kühlwasserzulauf 17 und ein Kühlwasserrücklauf 18 innerhalb des Innenwerkzeugs 4 realisiert ist.
Vorteilhafter Weise ist dem Kühlwasser 14 ein Deoxidationsmittel 19 zum Vermeiden eines Verzunderns der Hohlblockinnenoberfläche 12 beigemengt. Das Deoxidationsmittel 19 ist bei diesem Ausführungsbeispiel in dem Kühlwasser 14 gelöst.
Um das Deoxidationsmittel 19 an der Vorrichtung 1 vorhalten und bereitstellen zu können, ist vorteilhafter Weise eine Einrichtung 20 zum Bereitstellen und/oder zum Einleiten des Deoxidationsmittels 19 vorgesehen.
In diesem ersten Ausführungsbeispiel wird das Deoxidationsmittel 19 noch mit dem Kühlwasser 14 durch das Kühlwasserzuleitungsrohr 16 transportiert. Insofern stellt die Einrichtung 13 zum Kühlen des Innenwerkzeugs 4 sogleich einen Teil der Einrichtung 20 zum Bereitstellen und/oder zum Einleiten eines Deoxidationsmittels 19 in den Hohlblock 2 bereit, wodurch das Innenwerkzeug 4 nach wie vor besonderes einfach gebaut sein kann. Vorteilhafter Weise können so auch herkömmliche und ggf. bereits vorhandene Innenwerkzeuge 4 verwendet werden.
Damit das Deoxidationsmittel 19 bis in einen Zwischenraum 21 zwischen dem Hohlblock 2 und dem Innenwerkzeug 4 gelangen kann, sind in dem Adapter 9 Austrittsöffnungen 22 (hier nur exemplarisch beziffert) eingearbeitet. Über diese Austrittsöffnungen 22 kann ein Teil des mit dem Deoxidationsmittel 19 versehenden Kühlwassers 14 bis in den Zwischenraum 21 fließen. Dort wirkt das Deoxidationsmittel 19 direkt beim Walzen des Hohlblocks 2 einem Verzundern der Hohlblockinnenoberfläche 12 entgegen.
Vorteilhafter Weise kann der Hohlblock 2 gegenüber den Austrittsöffnungen 22 in Umfangsrichtung der Hohlblockinnenoberfläche 12 bewegt werden, da der Lochdorn 8 drehbeweglich an dem Adapter 9 gelagert ist. Insofern stellt die Anordnung bereits aus Lochdorn 8, Gleitlagerung 11 und Adapter 9 eine Einrichtung (hier nicht gesondert beziffert) zur Durchführung einer Relativbewegung zwischen der Hohlblockinnenoberfläche 12 und den Austrittsöffnungen 22 des Innenwerkzeugs 4 dar.
Mittels dieser Anordnung ist ebenfalls eine Einrichtung (hier ebenfalls nicht extra beziffert) zum Verteilen des Deoxidationsmittels 19 in Umfangsrichtung einer Hohlblockinnenoberfläche 12 konstruktiv einfach realisiert. Hierdurch verbessert sich die Verteilung des Deoxidationsmittels 19 an der Hohlblockinnenoberfläche 12 wesentlich.
Vorteilhafter Weise braucht der Hohlblock 2 nach dem Lochen nicht, wie bisher ublich, einer Deoxidationsanlage zugeführt zu werden, sodass sich das Herstellungsverfahren eines nahtlosen Rohres wesentlich verkürzt und damit auch vereinfacht.
Die Austrittsöffnungen 22 sind hierbei als Düsen 23 ausgeformt, sodass sich das mit dem Deoxidationsmittel 19 versehene Kühlwasser 14 beim Passieren der Düsen 23 beschleunigt und auf die Hohlblockinnenoberfläche 12 gedüst wird. Hierdurch kann eine sich gegebenenfalls bereits gebildete Zunderschicht besser von der Hohlblockinnenoberfläche 12 abgetragen werden.
Insofern kann der Adapter 9, insbesondere seine Austrittsöffnungen 22 bzw. seine Düsen 23, ebenfalls als eine Bauteilgruppe 24 der Einrichtung 20 zum Bereitstellen und/oder zum Einleiten des Deoxidationsmittels 19 angesehen werden.
Die Vorrichtung 1 zeichnet sich darüber hinaus noch durch eine hier nicht gezeigte Einrichtung zum Dosieren des Deoxidationsmittels 19 und eine hier ebenfalls nicht gezeigten Einrichtung zum Modulieren eines Kühlwasserdrucks aus. Die Dosierung und das Kühlwasserdruck können hierbei in Abhängigkeit voneinander und/oder von einem Verzunderungsgrad eingestellt werden.
Es versteht sich, dass die vorliegende Vorrichtung 1 in unterschiedlichen Bearbeitungsanlagen eingesetzt werden kann. Vorliegend ist die Vorrichtung 1 in einem hier ebenfalls nicht gezeigten Schrägwalzwerk integriert.
Die in der 2 gezeigte Vorrichtung 1 zum Erzeugen des Hohlblocks 2 aus dem erhitzen Vollblock 3 unterscheidet sich gegenüber der Vorrichtung 1 gemäß der 1 lediglich durch eine separate Einrichtung 20 zum Bereitstellen und/oder zum Einleiten des Deoxidationsmittels 19, sodass gleiche oder gleich wirkende Komponenten der Vorrichtung 1 aus der 2 mit identischen Bezugsziffern versehen sind.
Die Einrichtung 20 ist in diesem zweiten Ausführungsbeispiel als Deoxidationsmittelrohrleitung 30 mit einem T-Stück 31 innerhalb des Innenwerkzeugs 4 fortgeführt. Die Deoxidationsmittelrohrleitung 30 ist platzsparend innerhalb des Kühlwasserleitungsrohrs 16 der Einrichtung 13 zum Kühlen des Innenwerkzeugs 4 platziert.
Das T-Stück 31 ist mit seinen Ausgängen (hier nicht beziffert) unmittelbar vor den Austrittsöffnungen 22 beziehungsweise den Düsen 23 des Adapters 9 platziert, sodass das Deoxidationsmittel 19 unmittelbar vor den Austrittsöffnungen 22 beziehungsweise den Düsen 23 in das Kühlwasser 14 eingegeben wird. Das Deoxidationsmittel 19 vermischt sich dort erst mit dem Kühlwasser 14 und wird dann in den Zwischenraum 21 eingedüst.
Bei der weiteren Vorrichtung 1 (siehe 3) zum Erzeugen des Hohlblocks 2 aus dem erhitzen Vollblock 3 sind die Düsen 23 nicht durch die besondere Gestalt der Austrittsöffnungen 22 direkt von dem Adapter 9 gebildet, sondern die Düsen 23 werden von dem T-Stück 31 gebildet. Insofern reichen die Enden (hier nicht beziffert) des T-Stücks 31 bis in die Austrittsöffnungen 22 des Adapters 9 hinein, sodass die Ausgänge des T-Stücks 31 bis unmittelbar an oder in den Zwischenraum 21 reichen. Insofern vermischt sich das Deoxidationsmittel 19 nicht mit dem Kühlwasser 14 sondern gelangt ohne Kühlwasser 14 in den Zwischenraum 21 um eine Verzunderung der Hohlblockinnenoberfläche 12 zu verhindern.
Es versteht sich, dass die hier gezeigten drei Ausführungsbeispiele nicht einschränkend auf die vorliegende Erfindung wirken. Vielmehr handelt es sich um erste mögliche Gestaltungsformen der vorliegenden Erfindung. Insbesondere ist es denkbar, die Aufgabe von Deoxidationsmittel ergänzend, aber auch alternativ zu der Verwendung des Kühlmittels, mit der Aufgabe von Inertgas oder anderen Komponenten zu kombinieren. Auch ist es möglich, in alternativen Ausführungsformen auf einen Adapter zu verzichten, insoweit entsprechende Austrittsöffnungen oder Düsen in der Dornstange oder dem Lochdorn vorgesehen sind. Ebenso ist es denkbar, auf eine Drehbeweglichkeit des Lochdorns gegenüber der Dornstange zu verzichten, insbesondere wenn die Dornstange selbst drehbeweglich gelagert ist.
Bezugszeichenliste

1: Vorrichtung
2: Hohlblock
3: erhitzter Vollblock
4: Innenwerkzeug
5: Walzrichtung
6: Umformzone
7: Dornstange
8: Lochdorn
9: Adapter
10: Festsitz
11: Gleitlager
12: Hohlblockinnenoberfläche
13: Einrichtung zum Kühlen
14: Kühlwasser
15: Hohlraum
16: Kühlwasserleitungsrohr
17: Kühlwasserzulauf
18: Kühlwasserrücklauf
19: Deoxidationsmittel
20: Einrichtung zum Bereitstellen und/oder zum Einleiten
21: Zwischenraum
22: Austrittsöffnungen
23: Düsen
24: Bauteil
25: Bauteilgruppe
30: Deoxidationsmittelrohrleitung
31: T-Stück

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 19604969 C2 [0003]
DE 3432288 C2 [0004]
DE 19758388 C1 [0005]
JP 59033011 A [0006]
JP 63154207 A [0007]

Claims

Verfahren zum Erzeugen eines Hohlblocks (2) aus einem erhitzten Vollblock (3), bei welchem der erhitzte Vollblock (3) gewalzt und hierbei mittels eines Innenwerkzeugs (4) mit einem Lochdorn (8) zu dem Hohlblock (2) gelocht wird, dadurch gekennzeichnet, dass während des Walzens bzw. Lochens die Hohlblockinnenoberfläche (12) deoxidiert wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Deoxidationsmittel (19) zum Vermeiden eines Verzunderns der Hohlblockinnenoberfläche (12) mittels des Innenwerkzeugs (4) in den Hohlblock (2) eingeleitet wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein Deoxidationsmittel (19) mit einem Transportmedium, insbesondere mit einem Kuhlmedium (14) und/oder mit einem Inertgas, in den Hohlblock (2) eingeleitet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass einem Kühlmedium (14) ein Deoxidationsmittel (19) erst unmittelbar vor oder während eines Austritts aus dem Innenwerkzeug (4) heraus und in den Hohlblock (2) hinein beigegeben wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass einem Deoxidationsmittel (19) Borax oder Mischungen hieraus und/oder Phosphate oder Mischungen hieraus beigemengt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass ein Deoxidationsmittel (19) dosiert in den Hohlblock (2) eingeleitet wird.
Vorrichtung (1) zum Erzeugen eines Hohlblocks (2) aus einem erhitzten Vollblock (3) mit einem Innenwerkzeug (4) umfassend eine Dornstange (7), einen Lochdorn (8) und eine Einrichtung (13) zum Kühlen des Innenwerkzeugs (4), bei welcher der Lochdorn (8) mittelbar über einen Adapter (9) oder unmittelbar an der Dornstange (7) angeordnet ist, insbesondere zum Durchführen eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Innenwerkzeug (4) eine Einrichtung (20) zum Bereitstellen eines Deoxidationsmittels (19) und/oder zum Einleiten des Deoxidationsmittels (19) in den Hohlblock (2) umfasst.
Vorrichtung (1) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung (20) zum Bereitstellen und/oder zum Einleiten des Deoxidationsmittels (19) eine räumliche Verbindung zu der Einrichtung (13) zum Kühlen des Innenwerkzeugs (4) aufweist.
Vorrichtung (1) nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung (20) zum Bereitstellen und/oder zum Einleiten des Deoxidationsmittels (19) am und/oder im Innenwerkzeug (4) räumlich getrennt von der Einrichtung (13) zum Kühlen des Innenwerkzeugs (4) angeordnet ist.
Vorrichtung (1) nach Anspruch 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung (20) zum Bereitstellen und/oder zum Einleiten des Deoxidationsmittels (19) Austrittsöffnungen (22) zu einem Zwischenraum (21) zwischen dem Hohlblock (2) und dem Innenwerkzeug (4) aufweist, welche im Wesentlichen radial auf eine Hohlblockinnenoberfläche (12) ausgerichtet sind.
Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Adapter (9) zumindest ein Bauteil oder eine Bauteilgruppe der Einrichtung (20) zum Bereitstellen und/oder zum Einleiten des Deoxidationsmittels (19) aufweist.
Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 7 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (1) eine Einrichtung zur Durchführung einer Relativbewegung zwischen einer Hohlblockinnenoberfläche (12) und Austrittsöffnungen (22) des Innenwerkzeugs (4) zu einem Zwischenraum (21) zwischen dem Hohlblock (2) und dem Innenwerkzeug (4) umfasst.
Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 7 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (1) eine Einrichtung zum Verteilen des Deoxidationsmittels (19) in Umfangsrichtung einer Hohlblockinnenoberfläche (12) umfasst.
Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 7 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (1) eine Einrichtung zum Dosieren des Deoxidationsmittels (19) umfasst.
Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 7 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (1) eine Einrichtung zum Modulieren eines Kühlmitteldrucks umfasst.
Innenwerkzeug (4) mit einer Dornstange (7) und einem Lochdorn (8) zum Erzeugen eines Hohlblocks (2) aus einem erwärmten Vollblock (3), bei welchem der Lochdorn (8) unmittelbar oder mittelbar über einen Adapter (9) an der Dornstange (7) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Lochdorn (8) drehbeweglich an der Dornstange (7) oder an dem Adapter (9) gelagert ist.
Innenwerkzeug (4) nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Dornstange (7) oder der Adapter (9) ein Gleitlager (11) zur Lagerung des Lochdorns (8) aufweist.
Verwendung eines Innenwerkzeugs (4) zum Erzeugen eines Hohlblocks (2) aus einem erwärmten Vollblock (3) mit einer Dornstange (7) und mit einem Lochdorn (8) zum Einleiten eines Deoxidationsmittels (19) in den Hohlblock (2).
Verwendung eines Deoxidationsmittels (19) zum Kühlen eines Lochdorns (8) an einer Dornstange (7) eines Innenwerkzeugs (4) zum Erzeugen eines Hohlblocks (2) aus einem erwärmten Vollblock (3).
Verwendung eines Deoxidationsmittels (19) zum Kühlen eines Hohlblocks (2) beim Erzeugen des Hohlblocks (2) aus einem erwärmten Vollblocks (3).