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Die Erfindung betrifft ein Verfahren
zum Herstellen eines sich in eine Längsrichtung erstreckenden Körpers, insbesondere
eines metallischen Rohres, der zumindest teilweise mit einer schüttfähigen Masse
gefüllt
ist, wobei die schüttfähige Masse
nach dem Herstellprozess unter Druck im Körper angeordnet ist und eine
Vorrichtung nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 6.
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Für
manche technische Anwendungen werden stabförmige, vorzugsweise rationssymmetrische Körper benötigt, die
außen
durch ein metallisches Rohr gebildet werden. Innen sind die Rohre
mit komprimierten pulver- oder granulatförmigen Füllungen versehen, wobei die
Füllung
aus metallischem oder auch nichtmetallischem Material bestehen kann.
Es handelt sich bei derartigen gefüllten Rohren beispielsweise
um Zwischenprodukte, die zur Herstellung draht- oder bandförmiger Supraleiter
benötigt werden.
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Möglich
ist es auch, die genannten Zwischenprodukte so zu bilden, dass in
einem Rohr bereits vorgefertigte pulver- oder granulatgefüllte Stäbe oder
Drähte
(Filamente) untergebracht sind. Das so befüllte Rohr wird dann zwecks
Kompression des Pulvers bzw. Granulats einem Verdichtungsprozess unterzogen.
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Bekannt ist es, zur Verdichtung des
sich in einem Rohr befindlichen Pulvers bzw. Granulats das Rohr
einem Kaltreduktions-Prozess durch Ziehen oder Hämmern zu unterziehen.
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Nachteilig ist dabei, dass zum Erreichen
einer hinreichenden Kompression des Pulvers bzw. Granulats eine
Vielzahl von Umformschritten erforderlich ist, da die genannten
Verfahren nur einen geringen Umformgrad zulassen. Beim Ziehen besteht weiterhin
die Gefahr einer inhomogenen Füllung
sowie unterschiedlicher Rohrwanddicke über die Länge. In diesem Zusammenhang
kann sich im ungünstigsten
Fall sogar ein Wand-Durchbruch ergeben, so dass das Rohr Ausschuss
wird.
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Die
DE 698 00 012 T2 beschreibt ein Verfahren
zur Herstellung von gefüllten
dichten Drähten
für das
Lichtbogenschweißen.
Dort werden zunächst leere
Fülldrähte hergestellt
und diese anschließend mit
granulatförmigen
Füllelementen
gefüllt.
Anschließend
werden die gefüllten
Rohre gewalzt und dann einem Rekristallisationsglühprozess
unterzogen, der erforderlich ist, um das Ziehen der Fülldrähte – ohne dass
diese brechen – bis
auf die gewünschten
Enddurchmesser fortsetzen zu können.
Die Herstellung gefüllter
dichter Drähte
für das
Lichtbogenschweißen ist
mit diesem Verfahren relativ aufwendig.
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Aus der
EP 0 849 010 A1 sind ein
Verfahren und eine Vorrichtung zum Kaltwalzen von Rohren und Stangen
bekannt. Dort werden extrem dünnwandige
Rohre kleinen Durchmessers durch Kaltpilgerwalzen hergestellt, wobei
zum Drehen und Vorwärtstransportieren
des Walzgutes eine auslaufseitig unmittelbar hinter dem Walzgerüst angeordnete
Transporteinrichtung vorgesehen ist, die das gepilgerte Walzgut
an seinem Umfang erfasst. Es findet sich jedoch kein Hinweis auf
die Herstellung von Rohren, die mit einer schüttfähigen Masse gefüllt sind,
die im Rohr einem hohem Druck ausgesetzt werden soll.
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Aus der
DE 691 03 643 T2 sind ein
Verfahren zur Verbesserung der Eigenschaften von Materialien und
auf ein dabei verwendeter Draht bekannt. Gemäß einer Ausgestaltung ist dort
vorgesehen, daß ein
Rohr mit zunächst
großem
Durchmesser zu einem feinen Draht gezogen wird, nachdem es mit Kapselteilchen
aufgefüllt
wurde.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe
zugrunde, ein Kaltreduktionsverfahren sowie eine Vorrichtung zur
Herstellung der gattungsgemäßen Körper zu
schaffen, die die vorstehend genannten Nachteile vermeiden. Das
Verfahren und die Vorrichtung sollen eine effiziente Herstellung
solcher Körper
mit geringem Fertigungsaufwand ermöglichen und gleichzeitig hochqualitative
Körper
hinsichtlich der Homogenität
der Pulver- bzw. Granulatverteilung und der Wanddicke des Körpers (Rohres)
hervorbringen. Das Verfahren und die Vorrichtung sollen unter überwiegender
Druckumformung über
einer gegenüber dem
Ziehen und dem Hämmern
langen Umformzone mit zunehmender Querschnittsreduzierung kaltverformen.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein
Verfahren nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 dadurch gelöst, dass
der Körper
in Längsrichtung
einem Kaltpilgerwalzgerüst
zugeführt
wird, in dem der Körper
durch mindestens ein Walzenpaar in seinem Außendurchmesser und/oder in
seinen senkrecht zur Längsrichtung
gemessenen Außenabmessungen
reduziert wird, wobei der Körper
bei der Zuführung
in das Kaltpilgerwalzwerk vollständig
mit schüttfähiger Masse
gefüllt
ist und der Kaltpilgerwalzprozess ohne Einsatz eines Innenwerkzeugs
durchgeführt
wird.
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Die Erfindung stellt also darauf
ab, dass zur Herstellung der gattungsgemäßen pulver- oder granulatgefüllten Rohre
das an sich bekannte Kaltpilgerwalzverfahren zum Einsatz kommt,
wobei insofern eine Modifikation erfolgt, als bei bevorzugter vollständiger Füllung des
Körpers
(Rohr) mit schüttfähiger Masse
kein Innenwerkzeug zum Einsatz kommt, wie es das übliche Kaltpilgerwalzverfahren
zur Rohrherstellung zwingend vorsieht. Unter schüttfähiger Masse wird hier auch
ein nach dem Walzen zu einer harten und festen Substanz komprimierter
pulver- oder granulatförmiger
Füllstoff
einbezogen.
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Gemäß einer Weiterbildung ist vorgesehen, dass
zumindest ein Teil der sich im Körper
befindlichen schüttfähigen Masse
in mindestens einem Rohr angeordnet ist, wobei sich das mindestens
eine Rohr in Längsrichtung
des Körpers
erstreckt. Bevorzugt befindet sich die schüttfähige Masse dann unter Druck
in dem mindestens einen Rohr. Das kaltzupilgernde Rohr wird folglich
mit einer Anzahl kleinerer, bereits mit schüttfähiger (komprimierter) Masse
gefüllter
Rohre befüllt,
und es erfolgt dann ein Kaltreduzieren des "Hüllrohres" mittels des Kaltpilgerprozesses.
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Die schüttfähige Masse ist vorzugsweise
pulverförmig
oder granulatförmig.
Sie kann aus einem metallischen oder einem nichtmetallischen Material bestehen.
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Zur Verbesserung der Homogenität der schüttfähigen Masse
im Körper
ist mit Vorteil vorgesehen, dass der Körper beim Passieren des Kaltpilgerwalzgerüstes um
die Achse der Längsrichtung
gedreht wird. Dabei kann der Körper
bei jedem Walzhub des Walzenpaars um mindestens 10°, vorzugsweise um
ca. 60° bis
120°, gedreht
werden.
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Des weiteren wird die Aufgabe durch
eine Vorrichtung zum Herstellen eines sich in eine Längsrichtung
erstreckenden Körpers
nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 6 gelöst, welche gekennzeichnet ist
durch ein Kaltpilgerwalzgerüst
mit einem oszillierend bewegbaren Walzgerüst, in dem mindestens ein Walzenpaar
angeordnet ist, dem der Körper in
Längsrichtung
(L) zuführbar
ist, und durch mindestens eine Vorrichtung zum Drehen des Körpers um die
Achse seiner Längsrichtung,
wobei das Kaltpilgerwalzwerk kein Innenwerkzeug aufweist.
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Die Anordnung weist weiterhin eine
Vorrichtung zum Vorschieben des Körpers in Längsrichtung auf. Diese kann
sowohl vor als auch hinter dem Walzgerüst angeordnet sein, wobei eine
Kombination besonders vorteilhaft ist. In diesem Fall muß die Geschwindigkeitsdifferenz
durch die Streckung berücksichtigt
werden.
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Die Vorrichtung zum Drehen des Körpers in Längsrichtung
kann vor oder hinter dem Kaltpilgerwalzgerüst angeordnet sein. Auch ist
es möglich, dass
je mindestens eine derartige Vorrichtung vor und hinter dem Kaltpilgerwalzgerüst angeordnet
ist, wobei kombinierte Dreh-Vorschubeinrichtungen besonders geeignet
sind.
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Zur Erzeugung eines hohen Umformgrades ist
schließlich
weiterbildungsgemäß vorgesehen, dass
das Walzenpaar ein in Walzrichtung sich verjüngendes Kaliber aufweist.
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Mit dem vorgeschlagenen Verfahren
und der Vorrichtung werden verschiedene Vorteile erreicht:
- – Auf
den mit der schüttfähigen Masse
gefüllten Körper (Rohr)
wird ein hoher Umformgrad ausgeübt,
so dass der Körper
mit nur einem einzigen Umformschritt einer hohen Querschnittsreduktion unterzogen
wird.
- – Das
sich im Körper
befindliche Pulver bzw. Granulat wird dadurch einer hohen Kompression
unterzogen.
- – Das
zum Einsatz kommende Kaltpilgerwalzverfahren bewerkstelligt in Kombination
mit der Drehung des Körpers
während
des Kaltpilgerwalzens eine gute und homogene Verteilung des Pulvers bzw.
des Granulats im Körper.
Die im Verhältnis zum
Ziehen bzw. Hämmern
lange Umformzone des Kaltpilgerwalzverfahrens stellt einen gleichmäßigen Füllungsgrad
des Körpers
sicher.
- – Dadurch,
dass ein Umformschritt – nämlich das Kaltpilgern –, eine
Vielzahl von Zügen
oder Hämmerstichen
ersetzt, arbeitet das vorgeschlagene Verfahren sehr wirtschaftlich;
die Umformkosten werden durch die hohen Umformgrade pro Stich reduziert.
- – Da
nicht mehr die Aneinanderreihung verschiedener Zwischenschritte
nötig ist,
erhöht
sich auch die Prozesssicherheit des Herstellverfahrens.
- – Durch
das zur Anwendung kommende Verfahren ist schließlich eine definierte, konstante Wanddicke
gewährleistet
und ein Durchbrechen der Wand des Körpers praktisch ausgeschlossen.
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In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der
Erfindung dargestellt. Es zeigen:
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1 schematisch
die Seitenansicht eines Kaltpilgerwalzgerüstes während des Walzens eines mit
schüttfähiger Masse
gefüllten
Körpers,
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2 den
Schnitt A-B gemäß 1 und
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3 eine
alternative Ausgestaltung des Körpers
in analoger Darstellung zu 2.
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In 1 ist
schematisch ein Kaltpilgerwalzwerk 3 skizziert. In einem
Walzgerüst 7 sind
zwei Walzen 4 und 5 drehbar und antreibbar angeordnet, die
zusammen ein zusammenwirkendes Walzenpaar bilden, mit dem ein Körper 1 gewalzt
werden kann. Zum Kaltpilgerwalzen bewegt sich das Walzgerüst 7 hin
und her (s. Doppelpfeil oberhalb des Walzgerüsts 7), während das
Walzenpaar 4, 5 auf der Oberfläche des Körpers 1 abrollt. Das
Walzgerüst 7 vollzieht während des
Walzprozesses also eine oszillierende Bewegung, wobei Hubfrequenzen
bis zu 300 m pro Minute und mehr möglich sind. Üblicherweise
ist der Körper 1 als
Rohr ausgebildet, wie es in 2 skizziert
ist; es erstreckt sich in Längsrichtung
L. Allerdings ist das vorgeschlagene Verfahren auch auf Körper 1 anwendbar,
die nicht die Form eines Rohres haben.
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Zum an sich bekannten Kaltpilgerwalzprozess
selber wird auf die
DE
43 36 422 C2 hingewiesen, die einen Antrieb für ein Kaltpilgerwalzwerk
offenbart. Zur Durchführung
des Kaltpilgerprozesses ist ein mit einem Kaltpilgerwalzenpaar ausgestattetes Walzgerüst beschrieben,
das oszillierend angetrieben wird. Hierzu wird ein Kurbeltrieb eingesetzt,
der von einem Motor angetrieben wird. Der Kurbeltrieb ist zum Ausgleich
der Massenkräfte
des Walzgerüsts mit
einem Ausgleichsgewicht versehen.
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Der im Ausführungsbeispiel rohrförmig ausgebildete
Körper 1 ist
mit einer schüttfähigen Masse 2 vollständig gefüllt. Dabei
kann die Masse 2 vor der Zuführung des Körpers 1 in das Kaltpilgerwalzwerk 3 einer
Vorkompression unterzogen worden sein. Durch den Walzprozess soll
die (weitere) Kompression der schüttfähigen Masse 2 erfolgen.
Wie in 1 zu sehen ist,
wird der Körper 1 beim
Passieren der Walzen 4 und 5 in seinem Außendurchmesser
reduziert, so dass die sich im Inneren des Körpers 1 befindliche
Masse 2 entsprechend verdichtet wird. Der hohe Verdichtungsgrad
beim Kaltpilgern ergibt sich aus dem sich verjüngenden Kaliber 10 und 11 der Walzen 4 und 5,
im Zusammenspiel mit der Duktilität des Körpers 1, dessen Wanddicke
mit zunehmender Verdichtung der Masse 2 zunehmend ausgewalzt wird.
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Eine besondere Bedeutung hat die
Förderung
des Körpers 1 in
Längsrichtung
L durch das Kaltpilgerwalzwerk 3 bei gleichzeitiger Drehung
des Körpers 1 um
die Achse der Längsrichtung
L. Hierfür ist
eine Vorrichtung 8 zum Drehen des Körpers 1 vorgesehen
sowie eine Vorrichtung 9 zum Vorschieben des Körpers 1 in
Längsrichtung
L. In 1 sind die Vorrichtungen 8 und 9 nur
sehr schematisch skizziert. Es ist insbesondere zu sehen, dass eine
kombinierte Vorrichtung 8, 9 zum gleichzeitigen
Drehen und Fördern
des Körpers 1 vorgesehen
werden kann, was durch die Pfeile im Bereich der Vorrichtung 8, 9 angedeutet
ist.
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Eine Vorrichtung 8, 9 zum
gleichzeitigen Drehen und Fördern
kann auch sowohl vor als auch hinter dem Kaltpilgerwalzwerk 3 angeordnet
werden, um eine besonders effiziente Bewegung des Körpers 1 sicherzustellen.
Hierbei ist die Vorrichtung 8, 9 hinter dem Walzgerüst 7 um
den Streckfaktor des Walzgutes schneller als die vor dem Walzgerüst angeordnete
Vorrichtung. Die Verwendung einer Drehvorschubeinrichtung (kombinierte
Vorrichtungen 8 und 9) empfiehlt sich besonders
für eine
kontinuierliche Arbeitsweise mit der Möglichkeit, Endloslängen vom
Coil zum Coil zu walzen.
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Wie 2 entnommen
werden kann, kann der Körper 1 rohrförmig ausgebildet
und vollständig mit
schüttfähiger Masse 2 gefüllt sein,
bevor der Körper 1 den
Bereich der Walzen 4, 5 des Kaltpilgerwalzwerks 3 passiert.
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In 3 ist
eine alternative Ausgestaltung zu sehen: Hier ist im Inneren des
auch hier rohrförmig ausgebildeten
Körpers 1 eine
Anzahl Rohre 6 platziert, die mit schüttfähiger Masse 2 gefüllt sind.
Diese Rohre 6 können
bereits nach einem Verfahren, wie es vorstehend beschrieben wurde,
vorverdichtet worden sein, das Pulver oder Granulat also bereits
in stark verdichtetem Zustand enthalten. Die Längsachse der Rohre 6 verläuft parallel
zur Längsrichtung
L. Beim Kaltpilgern des Körpers 1 wird
der gesamte Verbund aus Körper 1 und
Rohren 6 komprimiert.
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Vorgesehen kann auch werden, dass
nach dem Einbringen der Rohre 6 in den Körper 1 die
verbleibenden Zwischenräume 12 mit
schüttfähiger Masse 2 ausgefüllt werden,
bevor der Körper 1 samt Rohren 6 dem
Kaltpilgerwalzwerk 3 zugeführt wird.
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Die Lösung gemäß 3 stellt also darauf ab, dass mehrere
bereits vorgewalzte pulver- oder granulatgefüllte Rohre (Filamente) in einem
gemeinsamen Hüllrohr
(Körper 1)
untergebracht sind und dieses Hüllrohr
dann einem Einwalzvorgang unterzogen wird.
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Wie den Figuren zu entnehmen ist,
kommt beim vorgeschlagenen Verfahren kein Walzdorn zum Einsatz,
wie es sonst beim Kaltpilger-Walzprozess der Fall ist. Dieses Walzverfahren
wird vielmehr genutzt, um eine homogene und starke Verdichtung der sich
im Inneren des Körpers 1 befindlichen
schüttfähigen Masse 2 zu
erreichen.
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Die bislang zum Einsatz gekommenen
Fertigungsverfahren zur Herstellung der gefüllten Körper (Hämmern, Ziehen) verfügen nur über eine
kurze Umformzone, die auch keine freie Gestaltung des Umformverlaufs
gestatten. Beim Ziehen sind es beispielsweise 20 bis 40 mm. Dem
steht beim erfindungsgemäßen Vorgehen
eine Umformlänge
von ca. 300 bis 600 mm beim Kaltpilgern gegenüber (abhängig von der Größe des Walzwerkes).
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Ein ein- bis zweimaliges Drehen des
Körpers 1 je
Gerüsthub
trägt weiterhin
zu einer guten Verteilung des Pulvers oder Granulats bzw. zu dessen
Verdichtung bei.
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Die inkrementelle Zuführung von
nur wenigen Millimetern je Gerüsthub
lässt eine
sehr homogene Verformung und Verdichtung entstehen, die auch zu
einer konstanten und fehlerfreien Wanddicke beiträgt. Außerdem ergeben
sich beim vorgeschlagenen Verfahren keine Pulver- bzw. Granulatanhäufungen, die
beim Ziehen beispielsweise dadurch entstehen können, dass ein Zuviel an Pulver
sich vor der Ziehmatrize aufstaucht und zu Wandinhomogenitäten des Körpers 1 bis
hin zum Wand-Durchbruch führen kann.
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- 1
- Körper (Rohr)
- 2
- schüttfähige Masse
- 3
- Kaltpilgerwalzwerk
- 4,
5
- Walzenpaar
- 4
- Walze
- 5
- Walze
- 6
- Rohr
- 7
- Walzgerüst
- 8
- Vorrichtung
zum Drehen des Körpers
- 9
- Vorrichtung
zum Vorschieben des Körpers
- 10
- Kaliber
- 11
- Kaliber
- 12
- Zwischenraum
- L
- Längsrichtung