DE10309687B3

DE10309687B3 - Innenwerkzeug zum Lochen von erhitzten Metallblöcken

Info

Publication number: DE10309687B3
Application number: DE2003109687
Authority: DE
Inventors: Rolf Pieters
Original assignee: V&M Deutschland GmbH
Current assignee: Vallourec Deutschland GmbH
Priority date: 2003-02-27
Filing date: 2003-02-27
Publication date: 2004-08-12
Anticipated expiration: 2023-02-28

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Innenwerkzeug zum Lochen von erhitzten Metallblöcken für die Herstellung von Hohlblöcken, bestehend aus einer Lochdornstange und einem damit verschraubbaren Stopfen, die jeweils im einander zugewandten Endbereich mit einem Gewindeabschnitt versehen sind. Dazu ist dem jeweiligen Gewindeabschnitt (4, 20, 8, 18) ein gewindefreier Abschnitt (5, 7, 17, 21) benachbart und sind im endmontierten Zustand die Gewindeabschnitte (4, 20) der Lochdornstange (2, 16) mit den Gewindeabschnitten (8, 18) des Stopfens (1, 15) nicht in Eingriff und es verbleibt zwischen den Gewindeabschnitten (4, 8 bzw. 18, 20) ein axialer Spalt (10, 24).

Description

Die Erfindung betrifft ein Innenwerkzeug zum Lochen von erhitzten Metallblöcken zum Herstellen von Hohlblöcken gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.
Bei der Herstellung von warmgewalzten Hohlblöcken, insbesondere aus Stahl, mittels eines aus Lochdomstange mit aufgesetztem Stopfen bestehenden Innenwerkzeuges und außen auf das Werkstück einwirkender Walzen, treten beim Lochen hohe Temperaturen und Kräfte auf. Diese führen zu einer starken Belastung und daraus resultierendem Verschleiß des Stopfens, so dass dieser häufig gewechselt werden muss. Bei schwierig umzuformenden Werkstoffen wird der Stopfen deshalb innen gekühlt und mittels Gewinde mit der Domstange verschraubt.

Aus der DE 19636321 C1 ist eine Lochdorstange mit einem darauf aufgeschraubten Stopfen bekannt. Der Endbereich der hohlen Lochdomstange ist als Zapfen ausgebildet und weist einen reduzierten Durchmesser mit einem über dem Zapfen durchgängigen Außengewinde auf. Auf den Zapfen der Lochdomstange ist ein mit einem entsprechenden Innengewinde versehener Stopfen aufgeschraubt, so dass dieser mit seiner Stirnfläche am Absatz bildenden Übergang der Lochdomstange zum Zapfen zur Anlage kommt.

Zur Kühlung des Stopfens während des Lochens ist dieser als Hohlkörper ausgebildet, so dass über die hohle Lochdomstange über ein separat eingeführtes Leitungsrohr Kühlmittel an die Innenfläche des Stopfens geführt werden kann. Zusätzlich kann die stark beanspruchte Domspitze über Austrittsöffnungen auch außen gekühlt werden. Um Kühlmittelaustritt an der stirnseitigen Kontaktfläche des Stopfen mit der Lochdomstange zu vermeiden, ist in der Kontaktfläche ein Dichtelement vorgesehen.

Von Nachteil bei dieser Ausführungsform ist jedoch, dass durch die Rotation des zu lochenden Metallblockes beim Lochvorgang der zunächst stillstehende Stopfen ebenfalls in Rotation versetzt wird, so dass dieser sich über das Gewinde mit der drehbar gelagerten Lochdomstange über die zu übertragende Rotationsenergie immer fester verschraubt. Die Gewindesteigung muss dabei der Rotationsrichtung des zu lochenden Metallblocks entsprechen, da sich der Stopfen ansonsten von der Lochdomstange lösen würde. Dadurch, dass sich der Stopfen während des Betriebes immer fester mit der Lochdomstange verbindet und auf dem Gewinde quasi festfrisst, ist ein Auswechseln des Stopfens von der Lochdomstange nach Erreichen der Verschleißgrenze praktisch nicht mehr oder nur mit großem Aufwand und eventuellen Beschädigungen am Stopfen oder der Lochdomstange möglich.

Um diesem Problem abzuhelfen, sind auf die Lochdomstange aufsteckbare und ach Gebrauch wieder leicht lösbare Stopfen entwickelt worden. In der DE 4318925 C1 ist eine Lösung offenbart, bei der die Lochdomstange mit dem Stopfen durch in eine umlaufende Nut im Stopfen hineingreifende Halteelemente verbunden ist. Der Stopfen ist dabei in Bezug auf die Lochdomstange axial fixiert aber relativ zur Lochdomstange drehbar gelagert.

Nachteil dieser Lösung ist jedoch, dass durch die Anordnung dieses mechanischen Entnegelungssystems im Aufsteckbereich des Stopfens eine Innenkühlung des Stopfens nicht möglich ist. Ein weiterer Nachteil dieser Lösung ist, dass die Haltekonstruktion sehr aufwendig, teuer in der Herstellung und verschleißanfällig ist.

Aufgabe der Erfindung ist es deshalb, ein Innenwerkzeug zum Lochen von erhitzten Metallblöcken zur Herstellung von Hohlblöcken anzugeben, mit dem einerseits in einfacher Weise und kostengünstig und nach Erreichen der Verschleißgrenze der Stopfen von der Lochdomstange gelöst und andererseits auch eine Innenkühlung des Stopfens realisiert werden kann.

Diese Aufgabe wird nach dem Oberbegriff in Verbindung mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand von Unteransprüchen.

Nach der Lehre der Erfindung wird ein Innenwerkzeug zum Lochen von erhitzten Metallblöcken verwendet, welches aus einer Lochdomstange besteht, dessen Endbereich mit einem Gewindeabschnitt und einem darauf folgenden gewindefreien Abschnitt versehen ist und einem mit der Lochdomstange verschraubbaren Stopfen, dessen Endbereich mit einem Gewindeabschnitt und einem darauf folgenden gewindefreien Abschnitt versehen ist.

Bei der Montage greifen zunächst die Gewindabschnitte ineinander, wobei sich bei weiterem Verschrauben die Gewindeabschnitte aus dem Eingriff wieder herausdrehen, so dass im endmontierten Zustand der Gewindeabschnitt der Lochdomstange und der Gewindeabschnitt des Stopfens nicht mehr im Eingriff sind und zwischen den Gewindeabschnitten des Stopfens und der Lochdomstange ein axialer Spalt verbleibt.

Nach einem weiteren Merkmal weisen Lochdomstange oder Stopfen einen Anschlag bildenden Absatz auf, an dessen Stirnseite Stopfen und Lochdomstange im endmontierten Zustand zur Anlage kommen.

Erfindungsgemäß ist ein wesentlicher Vorteil dieser Anordnung, dass im endmontierten Zustand die Gewinde von Stopfen und Lochdomstange nicht im Eingriff sind und somit ein Festziehen des Stopfens auf der Lochdomstange verhindert wird.

Vorteilhaft kann durch entsprechende Wahl der Durchmesser und der axialen Erstreckung der ineinandergreifenden Gewindebereiche und der gewindefreien Bereiche erreicht werden, dass der Stopfen im endmontierten Zustand relativ zur Lochdomstange axial, wie auch radial beweglich, d. h. auf der Lochdomstange drehbar, gelagert ist.

Eine relative radiale Beweglichkeit des Stopfens zur Lochdomstange ist erwünscht, um die zu Beginn des Lochvorgangs entstehende Reibung zwischen dem anfänglich stillstehenden Stopfen und dem rotierenden Metallblock durch Mitdrehen des Stopfens zu minimieren.

Die Lochdomstange wird auf Grund der größeren Massenträgheit erst anschließend durch die einwirkenden Kräfte des Stopfens auf die Kontaktfläche mit der Lochdomstange ebenfalls in Rotation versetzt.

Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann der Stopfen sowohl auf die Lochdomstange aufgeschraubt als auch in die Lochdomstange hineingeschraubt werden.

Zur Verbesserung der radialen Führung des Stopfens auf oder in der Lochdomstange schließt sich nach einem weiteren Merkmal der Erfindung an den ersten gewindefreien Abschnitt des Stopfens bzw. der Lochdomstange ein weiterer gewindefreier Abschnitt an.

Zur Realisierung der radialen Führung sind die Außen- und Innendurchmesser dieser gewindefreien Abschnitte komplementär so ausgebildet, dass im endmontierten Zustand nur ein minimales radiales Spiel zwischen Stopfen und Lochdomstange vorhanden ist. Die axiale Erstreckung dieser gewindefreien Bereiche wird vorteilhaft so gewählt, dass im endmontierten Zustand, bei dem Stopfen und Lochdomstange am Anschlag bildenden Absatz zur Anlage kommen, ein axialer Spalt zwischen dem Gewindeabschnitt des ein- oder aufgeschraubten-Stopfens und dem zweiten gewindefreien Abschnitt der Lochdomstange verbleibt.

Durch diesen axialen Spalt wird vorteilhaft der im Betrieb entstehende axiale Verschleiß an der Kontaktfläche zwischen Stopfen und Lochdomstange ausgeglichen, so dass die Gewindeabschnitte bis zum letztendlich erforderlichen Austausch des Stopfens sich weiterhin nicht im Eingriff befinden und eine leichte Lösbarkeit damit gewährleistet wird.

Zur Realisierung einer Innenkühlung des Stopfens kann die Lochdomstange hohl und der Stopfen als Hohlkörper ausgeführt sein. In diesem Fall ist in der stirnseitigen Kontaktfläche des Stopfens und der Lochdomstange ein Dichtelement vorzusehen um Kühlmittelaustritt zu vermeiden. Zur Realisierung einer Außenkühlung kann die Lochdornspitze mit Austrittsöffnungen für das Kühlmittel versehen sein.

Weitere Merkmale, Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung.
Es zeigen:
1 halbseitiger Längsschnitt einer ersten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lochdomstange mit auswechselbarem Stopfen,
2 wie 1, jedoch eine zweite Ausführungsform.
1 zeigt im halbseitigen Längsschnitt eine erste Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lochdomstange mit auswechselbarem Stopfen. In der gezeigten Darstellung ist der Stopfen 1 auf dem Zapfen 3 der Lochdomstange 2 montiert und befindet sich im endmontierten Zustand.
Zur Realisierung einer Innenkühlung des Stopfens 1 ist bei dieser Ausführungsform nach einem weiteren Merkmal die Lochdomstange 2 innen hohl und der Stopfen 1 als Hohlkörper dargestellt.
Falls eine Innenkühlung nicht notwendig ist, können Stopfen 1 und Lochdomstange 2 alternativ auch aus Vollmaterial bestehen. Der Stopfen muss dann nur im einschraubseitigen Endbereich als Hohlkörper ausgebildet sein.
Die Lochdomstange 2 weist im Endbereich einen Zapfen 3 mit geringerem Durchmesser auf. Im Unterschied zum bekannten Stand der Technik ist die Mantelfläche des Zapfens 3 nicht mit einem durchgängigen Außengewinde sondern einschraubseitig mit einem Außengewindeabschnitt 4 versehen, an den sich ein gewindefreier Abschnitt 5 anschließt, dessen Durchmesser geringer ist als der Kerndurchmesser des Außengewindeabschnitts 4.
Die Innenfläche des Stopfens 1 ist aufschraubseitig mit einem Innengewindeabschnitt 8 versehen, an den sich ein gewindefreier Abschnitt 7 anschließt, dessen Innendurchmesser größer ist, als der Kerndurchmesser des Innengewindeabschnitts 8.
Die axiale Erstreckung des gewindefreien Abschnitts 5 des Zapfens 3 ist größer als die axiale Erstreckung des Innengewindeabschnitts 8 des Stopfens 1 und somit ist die axiale Erstreckung des gewindefreien Abschnitts 7 des Stopfens 1 größer als der Außengewindeabschnitt 4 des Zapfens 3.
Zur Verbesserung der radialen Führung des Stopfens 1 auf dem Zapfen 3 weisen als vorteilhafte Weiterbildung der Stopfen 1 und der Zapfen 3 der Lochdomstange 2 nach einem weiteren Merkmal weitere gewindefreie Abschnitte 6 und 9 auf.
An den gewindefreien Abschnitt 5 des Zapfens 3 schließt sich ein gewindefreier Abschnitt 6 bis zu einem einen Anschlag bildenden Absatz 13 an, wobei der Stopfen 1 aufschraubseitig einen komplementär dazu ausgebildeten gewindefreien Abschnitt 9 aufweist, dessen Innendurchmesser mindestens so groß ist, wie der Innendurchmesser im gewindefreien Abschnitt 7 des Stopfens 1. Damit eine radiale Führung des Stopfens 1 auf dem Zapfen 3 realisiert werden kann, ist der Außendurchmesser des Abschnitts 6 höchstens gleich oder etwas kleiner als der Innendurchmesser des gewindefreien Abschnitts 9. Im endmontierten Zustand kommt die Stirnfläche 14 des Stopfens 1 mit der Stirnfläche am Absatz 13 zur Anlage.
In dieser Darstellung weist der Gewindeabschnitt 8 vorteilhaft beidseitig zum Gewindeabschnitt 4 und zum gewindefreien Abschnitt 6 einen axialen Spalt 10, 11 auf. Der Spalt 10 soll sicherstellen, dass sich die Gewinde im endmontierten Zustand nicht mehr im Eingriff befinden. Der Spalt 11 dient zum Ausgleich des Verschleißes an der stirnseitigen Kontaktfläche zwischen Stopfen 1 und Lochdomstange 2 während des Betriebes.
Nach einem weiteren Merkmal ist in der Kontaktebene der Stirnfläche 14 des Stopfens 1 mit der Stirnfläche des Absatzes 13 des Zapfens 3 ein Dichtelement 12 angeordnet.
In 2 ist eine zweite erfindungsgemäße Ausführungsform dargestellt. Alternativ zur ersten Ausführungsform in 1 ist in diesem Beispiel eine Innenkühlung des Stopfens 15 nicht vorgesehen. Die Lochdomstange 16 und der Stopfen 15 sind aus Vollmaterial dargestellt. Der Stopfen 15 weist einen Zapfen 23 mit einem einen Anschlag bildenden Absatz 26 auf. Die Lochdomstange 16 ist im Endbereich als Hülse 23 ausgebildet. Der Zapfen 23 des Stopfens 15 ist in die Hülse 27 der Lochdomstange 16 eingeschraubt.
Die Darstellung zeigt den endmontierten Zustand, wobei die Stirnfläche 28 der Hülse 27 der Lochdomstange 16 am Absatz 26 des Zapfens 23 des Stopfens 15 zur Anlage kommt. Aufbau, Abfolge und Funktionsweise der Gewindeabschnitte und gewindefreien Abschnitte bei der Montage und im endmontierten Zustand entsprechen sinngemäß der ersten Ausführungsform. Bezugszeichenliste

Claims

Innenwerkzeug zum Lochen von erhitzten Metallblöcken für die Herstellung von Hohlblöcken, bestehend aus einer Lochdomstange und einem damit verschraubbaren Stopfen, die jeweils im einander zugewandten Endbereich mit einem Gewindeabschnitt versehen sind dadurch gekennzeichnet, dass dem jeweiligen Gewindeabschnitt (4, 20, 8, 18) ein gewindefreier Abschnitt (5, 7, 17, 21) benachbart ist und im endmontierten Zustand die Gewindeabschnitte (4, 20) der Lochdomstange (2, 16) mit den Gewindeabschnitten (8, 18) des Stopfens (1, 15) nicht im Eingriff sind und zwischen den Gewindeabschnitten (4, 8 bzw. 18, 20) ein axialer Spalt (10, 24) verbleibt.
Innenwerkzeug nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass der Endbereich der Lochdomstange (2) als Zapfen (3) ausgebildet ist und die Mantelfläche des Zapfens (3) aufschraubseitig mit einem Außengewindeabschnitt (4) versehen ist, dem sich ein gewindefreier Abschnitt (5) anschließt, dessen Durchmesser geringer ist als der Kerndurchmesser des Außengewindeabschnitts (4) und der Endbereich des Stopfens (1) als Hohlkörper ausgebildet ist, wobei die Innenfläche des Hohlkörpers einschraubseitig mit einem Innengewindeabschnitt (8) versehen ist, dem sich ein gewindefreier Abschnitt (7) anschließt, dessen Innendurchmesser größer ist, als der Kerndurchmesser des Innengewindeabschnitts (8), wobei die axiale Erstreckung des gewindefreien Abschnitts (5) des Zapfens (3) größer ist als die axiale Erstreckung des Innengewindeabschnitts (8) des Stopfens (1) und die axiale Erstreckung des gewindefreien Abschnitts (7) des Stopfens (1) größer ist als die axiale Erstreckung des Außengewindeabschnitts (4) des Zapfens (3).
Innenwerkzeug nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass der Endbereich des Stopfens (15) als Zapfen (23) ausgebildet ist und die Mantelfläche des Zapfens (23) aufschraubseitig mit einem Außengewindeabschnitt (18) versehen ist, dem sich ein gewindefreier Abschnitt (17) anschließt, dessen Durchmesser geringer ist als der Kerndurchmesser des Außengewindeabschnitts (18) und der Endbereich der Lochdomstange (16) als Hülse (27) ausgebildet ist und die Innenfläche der Hülse (27) einschraubseitig mit einem Innengewindeabschnitt (20) versehen ist, dem sich ein gewindefreier Abschnitt (21) anschließt, dessen Innendurchmesser größer ist, als der Kerndurchmesser des Innengewindeabschnitts (20), wobei die axiale Erstreckung des gewindefreien Abschnitts (21) der Hülse (27) größer ist als die axiale Erstreckung des Außengewindeabschnitts (18) des Zapfens (23) und die axiale Erstreckung des gewindefreien Abschnitts (17) des Zapfens (23) größer ist als die axiale Erstreckung des Innengewindeabschnitts (20) der Hülse (27).
Innenwerkzeug nach den Ansprüchen 1 – 3 dadurch gekennzeichnet, dass das Gewinde (4, 8, 18, 20) ein Trapezgewinde ist.
Innenwerkzeug nach den Ansprüchen 1 – 3 dadurch gekennzeichnet, dass die Lochdomstange (2, 16) ein Rohr ist.
Innenwerkzeug nach den Ansprüchen 1 – 5 dadurch gekennzeichnet, dass in der stirnseitigen Berührungsebene der Lochdomstange (2, 16) mit dem Stopfen (1, 15) ein Dichtelement (12) angeordnet ist.
Innenwerkzeug nach Anspruch 6 dadurch gekennzeichnet, dass das Dichtelement (12) ein Dichtring ist.
Innenwerkzeug nach den Ansprüchen 1 – 7 dadurch gekennzeichnet, dass der Stopfen (1, 15) ein Hohlkörper ist.
Innenwerkzeug nach den Ansprüchen 1 und 2 dadurch gekennzeichnet, dass sich an den gewindefreien Abschnitt (5) des Zapfens (3) der Lochdomstange (2) ein weiterer gewindefreier Abschnitt (6) bis zu einem einen Anschlag bildenden Absatz (13) anschließt und der Endbereich des Stopfens (1) einschraubseitig einen komplementär dazu ausgebildeten gewindefreien Abschnitt (9) aufweist, dessen Innendurchmesser mindestens so groß ist, wie der Innendurchmesser des innenliegenden gewindefreien Abschnittes (7) des Stopfens (1), wobei der Außendurchmesser des gewindefreien Abschnittes (6) des Zapfens (3) höchstens gleich oder etwas kleiner ist als der Innendurchmesser des gewindefreien Abschnitts (9) des Stopfens (1) und im endmontierten Zustand die Stirnfläche (14) des Stopfens (1) mit der Stirnfläche am Absatz (13) der Lochdomstange (2) zur Anlage kommt.
Innenwerkzeug nach den Ansprüchen 1 und 3 dadurch gekennzeichnet, dass sich an den gewindefreien Abschnitt (21) der Hülse (27) ein weiterer gewindefreier Abschnitt (22) anschließt und der Stopfen (15) einen Anschlag bildenden Absatz (26) aufweist und der Endbereich des Zapfens (23) des Stopfens (15) einen komplementär dazu ausgebildeten gewindefreien Abschnitt (19) aufweist, dessen Außendurchmesser höchstens so groß ist wie der Außendurchmesser des innenliegenden gewindefreien Abschnittes (17) des Zapfens (23), wobei der Innendurchmesser des gewindefreien Abschnitts (22) der Hülse (27) höchstens gleich oder etwas größer ist als der Außendurchmesser des gewindefreien Abschnitts (19) des Zapfens (23) und im endmontierten Zustand die Stirnfläche (28) der Hülse (27) mit der Stirnfläche am Absatz (26) des Stopfens (15) zur Anlage kommt.
Innenwerkzeug nach Anspruch 9 dadurch gekennzeichnet, dass die axiale Erstreckung des im Endbereich des Stopfens (1) liegenden gewindefreien Abschnittes (9) größer ist als die axiale Erstreckung des innenliegenden gewindefreien Abschnittes (6) des Zapfens (3) der Lochdomstange (2) und im endmontierten Zustand zwischen dem Gewindeabschnitt (8) des Stopfens (1) und dem innenliegenden gewindefreien Abschnitt (6) des Zapfens (3) ein axialer Spalt (11) verbleibt.
Innenwerkzeug nach Anspruch 10 dadurch gekennzeichnet, dass die axiale Erstreckung des außenliegenden gewindefreien Abschnittes (19) des Zapfen (23) des Stopfens (15) größer ist, als die axiale Erstreckung des innenliegenden gewindefreien Abschnittes (22) der Hülse (27) der Lochdomstange (16) und im endmontierten Zustand zwischen dem Gewindeabschnitt (18) des Zapfens (23) des Stopfens (15) und dem innenliegenden gewindefreien Abschnitt (22) der Hülse (27) ein axialer Spalt (25) verbleibt.