DE1402639A1

DE1402639A1 - Walzverfahren und zugehoeriges Walzwerk

Info

Publication number: DE1402639A1
Application number: DE19611402639
Authority: DE
Inventors: Jones James Byron
Original assignee: Aeroprojects Inc
Current assignee: Aeroprojects Inc
Priority date: 1960-07-28
Filing date: 1961-07-28
Publication date: 1968-11-07
Also published as: FR1302664A; BE606448A; US3096672A; CH380685A; GB990815A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Walzvorrichtung und betrifft insbesondere eine Walzvorriohtung zum Verkleinern des Querschnitts von Metallerzeugnissen, bei welcher den Flächen des Walzgutes Schwingungsenergie zugeführt wird.

Beim Walzen handelt es sich um ein in großem Umfang angewendetes und zweckmäßiges Verfahren zum Verarbeiten von Metallen; man walzt nicht nur flaches streifenförmiges Material oder Bleche, sondern auch Rundstäbej im allgemeinen benutzt man glatte zylindrische Walzen zum Verarbeiten von Blechen, während beim Walzen von ütabmaterial genutete Walzen verwendet werden. In der riegel benutzt man mindestens zwei Walzen, die in entgegengesetzten Richtungen mit der gleichen Umfangsgeschwindigkeit umlaufen, wobei der Abstand zwischen den Walzen etwas kleiner ist als die Dicico des Materials, so daß. die Walzen das Metall erfassen, es in den Spalt zwischen den Walzen ziehen, die Dicke des Materials verringern und die Länge des Materials entsprechend der Herabsetzung der Dicke vergrößern« In manchen Fällen benutzt man Ziehrollen, um streifenförmiges Material durch die Arbeitswalzen hindurchzuziehen. Häufig ist ein Walzgerüst mit zwei Walzen für bestimmte Walzaufgaben nicht geeignet, weshalb man die verschieden-

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sten Walzenkombinationen benutzt, z.B. Walzgertiste mit drei, vier, neun Walzen usw.; während hierbei die Walzen übereinander angeordnet sind, kann man auch Walzgerüste benutzen, bei denen die Walzen enger gruppiert sind. Die zusätzlichen Walzen dienen zum Versteifen und Abstützen der am Walzgut angreifenden Walzen, und die Arbeitswalzen sind gewöhnlich kleiner als die Stützwalzen, und zwar im Hinblick auf das bekannte Verhältnis zwischen dem Walzendurchmesser und der Dicke des Materials, wobei kleinere Walzen das Auswalzen auf eine geringere Dicke ermöglichen als ι* größere Walzen. Außerdem benötigt man beim Walzen dünner Bleche sehr hohe Walzdrücke, um das Metall zum Fließen zu veranlassen, und hierbei spielt die Oberflächenreibung eine sehr wichtige Rolle, so daß sich hohe Walzdrücke nur bei Arbeitswalzen von kleinem Durchmesser anwenden lassen, bei denen eine kleine Berührungsfläche zwischen den Walzen und dem Blech vorhanden ist« Bei der als Kreuz- oder Schrägwalzen bezeichneten Abwandlung des üblichen Walzverfahrens, das in manchen Fällen bei der Herstellung nahtloser Rohre und beim Richten von Rundmaterial angewendet wird, v/erden die Walzen in der gleichen Richtung gedreht, wobei das Material beim Hindurchlaufen zwischen den Walzen gedreht wird. Eine weitere Abv/andlung besteht im Walzen von Paketen, wobei das zu walzende Blech schichtweise aufeinandergelegt und das ganze Paket gewalzt wird.

Ohne Rücksicht darauf, ob das Material warm gewalzt wird,

*~ wobei vor dem Walzen ein Vorwärmen des Metallknüppels erfolgt, „^ oder ob das Material kalt gewalzt wird, erfolgt eine Verformung o des zu walzenden Metalls. Trotz der durch das Walzen herbeige-

cn führten Verformung zeigen viele Metalle auch nach dem Walzen noch

ein aus großen Körnern bestehendes Gefüge, doch würde man eine geringere Korngröße aus zahlreichen Gründen vorziehen. Insbeson-

dere bei Beryllium ist eine herabgesetzte Korngröße erwünscht, denn im gegossenen Zustand zeigt dieses Metall anisotrope große Kristalle, die beim Aufbringen von Zugspannungen leicht an aer Baaisebene brechen, so daß sich eine geringe Geschmeidigkeit bti Raumtemperatur ergibt und bei der maschinellen Bearbeitung 0ohwierigkeiten auftreten, da das Material z.B. abplatzt und Hisse bildet usw. Zwar wurde bereits die Anwendung von SchwingungSBnergie.zum Herabsetzen der Korngröße bei Metallen vorgeeohlagen, doch handelte es sich hierbei um die Behandlung des geschmolzenen und nicht etwa des festen Metalls, oder um die Benutzung eines strömungsfähigen Kopplungsmedium zum Überführen der Energie der Schwingungsquelle zu dem zu behandelnden festen Metall· Außerdem wird bei dieser Anwendung von Schwingungsenergie eine Hämmerwirkung hervorgerufen, d.k. die Schwingungen erfolgen im wesentlichen rechtwinklig zu der zu behandelnden Fläche. Im Bahmen der vorliegenden Erfindung wurde nunmehr festgestellt, daß sioh die Korngröße bei Metallen herabsetzen läßt, ohne daß ee erforderlich ist, das Metall im geschmolzenen oder teigigen Zustand in Schwingungen zu versetzen und ohne die Anwendung eines strömungsfähigen Kopplungsmediums, welch letztere Anwendungsweise trotz des Spaltes oder der Unstetigkeit möglich ist, die notwendigerweise zwischen der Schwingungsquelle und dem zu behandelnden festen Metall vorhanden ist, wobei solche Spalte oder Unstetigkeiten bekanntlich selbst dann, wenn sie anscheinend geringfügig sind, gewöhnlich zu Energieverlusten, der Ausbildung" stehender Y/ellen usw. führen, vorausgesetzt, daß das im folgenden beschriebene Verfahren zum Erzeugen von Schwingungen benutzt wird, und daß auf das Metall eine ausreichende Kraft aufgebracht wird, wobei der Energiepegel der auf das Metall übertragenen Schwingungen genügend hoch liegt. Es sei bemerkt, da£ beim Zu-

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fahren von Schwingungsenergie zu Strömungsmitteln oder durch Strömungsmittel im allgemeinen keine Kraft zur Wirkung kommt, und daß der Energiepegel der auf oder über Strömungsmittel zugeführten Schwingungsenergie im allgemeinen erheblich niedriger liegt als der zur erfindungsgemäßen Anwendung geeignete Energiepegel.

lerner hat es sich gezeigt, daß es mit Hilfe des erfindungsgemäßen Walzverfahrens nicht nur möglich ist, die Korngröße herabzusetzen, sondern daß man auch die beim Walzen erforderlichen statischen Arbeitskräfte bei dem Verfahren nach der Erfindung im Vergleich zu den Kräften verkleinern kann, die bei einer rfalzvorrichtung bekannter Konstruktion erforderlich sind. Offenbar unterliegen lietallkristalle während dsr plastischen Verformung zwar gewöhnlich einer .Lalthärtung, doch ermöglicht es die erfindungsgemäße Zufuhr von Schwin^ungsenorgie, bei festen Metallen eine Plastizität oder Erweichung herbeizuführen, wobei es sich um eine wirkung handelt, die nicht irr. Zusammenhang mit der Temperatur steht, und die eine zeitweilige Änderung der Eigenschaften des Lie tails bewirbt, welche jedoch ausreicht, um zu ermöglichen, daß man mit geringeren Walz- und/oder Zugkräften auskommt, um das gewünschte Endergebnis zu erzielen. Diese Bedingungen gelten jedoch ir.i iusacmenhang mit der Erfindung, wobei es sich um Bedingungen bezüglich der Art der 5chv:ingungen, der G-röße der Kraft und des Enargiepegels der Schwingungen handelt.

3in Ziel der ^rfind-un_a- beuteht in der ^chaffunc einer neuartigen -.'alzv^rr-lchtunü·

^i;i weiteres Ziel ...er Z rf indane oo-^ent darin, ein 7alzhULe^an, boi c'e;a cicJL i.^ts.Le unter .-.rxendun . v^r-,/;-.lj-::rL.ite walzen

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Weiterhin sieht die Erfindung ein Walzverfahren vor, bei dem es möglich ist, die Korngröße des Walzgutes herabzusetzen.

Ein weiteres Ziel der Erfindung besteht in der Schaffung eines Walzverfahrens, bei dem die gewalzten Metalle bessere Eigenschaften erhalten.

v/eitere Ziele der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung.

Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels an Hand der Zeichnungen.

Fig. 1 zeigt in einer Vorderansicht eine Ausbildungsform einer erfindungsge^äßen Ultraschallwalzvorrichtung, wobei aus Gründen der Deutlichkeit bestimmte Teile im Schnitte bzw. weggebrochen gezeichnet sind*

Figo 2 ist ein senkrechter Schnitt längs der Link 2-2 in Fig. 1.

Fig» 3 ist eine Llikrofotografie von schräggewalztem QMV-Beryllium mit einer Dicke von etwa 0,5 mm, aus der die relativ hohe Korngröße des in bekannter Weise gewalzten Berylliums hervorgeht O

Fig. 4 ist eine Mikrofotografie von QMV-Beryllium mit einer Dicke von etwa 0,5 mm, das während des Auswalzens zum Herabsetzen der Dicke Scherkräfte erzeugenden Schwingungen von hoher Intensität ausgesetzt wurde, wobei die Verminderung der Korngröße des Berylliums ersichtlich ist.

Fig. 5 ist ein in größerem Haßstabe gezeichneter Längs-809807/0016 ^BAD

schnitt durch die Schwingungserzeugung- und Stützvorrichtung für ein Ende einer Arbeitswalze eines erfindungsgemäßen Walzgerüstes.

Pig. 6 ist ein in größerem Maßstäbe gezeichneter axialer Schnitt durch die in Fig. 1 von einer gestrichelten linie umgebenen Teile.

Bei dem erfindungsgemäßen Walzverfahren wird das L'etallmaterial dadurch auf die gewünschte Dicke und/oder in die gewünschte I'orai gebracht, daß der Metallknüppel oder das teilweise vorgeformte langgestreckte Iletallmaterial zwischen schwingenden Walzen hindurchgeführt wird, die Schwingungsenergie auf die Oberflächen des Walzgutes im Berührungsbereich zwischen den Walzen und dem ,/alzgut übertragen, wobei die ce Schwingungen im wesentlichen parallel zu den Berührungsflächen, d.h. in diesen Berührungsflächen auftreten, bzw. genauer gesagt im wesentlichen rechtwinklig zu dar st^tiochen Kraft, die außerdem πit Hilfe der 7ε1^3ΐι i:Li_.'_o-cibrs.ch'L" •,vii-c'-o Dia lirfindunj oieht vor, daß colche Schwingungen sowohl auf die Oberseite als auch auf die Untsraeite des iLnüppelo aufgebracht werden, wenn nur ein einziges Blech gewalzt wird, sowie auf die Oberseite der obersten Schicht und die Unterseite der untersten Schicht, wenn zwei oder mehr Materialschichten gleichzeitig gewalzt werden.

Da es sich bei schwingenden Werkzeugen und insbesondere bei Ultraschallwerkzeugen um resonanzfähige Schwingungssysteme handelt, d.h. um Systeme, bei denen die Konstruktion der schwingenden -ieile deshalb, weil der Wirkungsgrad der Umwandlung der Antriebsenergie, gewöhnlich elektrischer Energie, in akustische oder Schwingungsenergie bei der Resonanzfrequenz am höchsten ist, den bekannten Gleichungen entspricht, die eine Beziehung zwischen der Resonanzfrequenz und den physikalischen Eigenschaften und

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insbesondere den Abmessungen ""bzw. physikalischen Dimensionen der Baustoffe herstellen, steht die gemäß der Erfindung angewendete Schwingungsfrequenz in erster Linie in Beziehung zur Größe der schwingenden Teile der Vorrichtung und den Werkstoffen, aus denen diese schwingenden Heile hergestellt sind. Somit haben große Werkzeuge gewöhnlich eine verhältnismaäßig niedrige !Resonanzfrequenz von z.B. 60 Hz oder sogar noch weniger, während kleine Werkzeuge gewöhnlich eine verhältnismäßig hohe Resonanzfrequenz von 10 IcKz oder sogar noch erheblich mehr aufweisen, wobei somit ein Werkzeug mit einer zwischen diesen Grenzwerten liegenden Resonanzfrequenz im allgemeinen mittlere Abmessungen besitzt»

Es sei bemerkt, daß die Ultraschallschvvingungen für die Zwecke der Erfindung als Schwingungen von großer Intensität und/oder hoher !Frequenz definiert werden, wobei bekanntlich die Unterscheidung zwischen hörbaren und unhörbaren Freuqenzen als solche willkürlich ist.

Da die maximal zulässige Energiezufuhr zu derartigen Vorrichtungen ebenfalls in Beziehung zu den physikalischen Abmessungen der Vorrichtungen steht, können mit niedrigen irecjuenzen arbeitende große Werkzeuge im allgemeinen eine größere Leistung aufnehmen als mit hohen ifrec-ueiiisen arbeitende Werkzeuge von kleinen Abmessungen, wenn in; übrigen gleiche Bedingungen gegeben sind. Eieraus ergibt sich, da£ erfindungsgeaälse Vorrichtungea,' deren schwingende !teile V3rhälx;iiami*ii_o g-''°-2 sind mit einer relativ niedrigen .Resonanzfrequenz arbeiten und eine vergleichsweise große Leistungsaufnahme ernietlichen, beim-Waisen größerer ICnüprel oder mehrerer IZnüppel -"/eclcir.ä.r.igcr aein dür 'ten als Vorricht .-.ngen mit uittlerea. od:-r kleineren -*bmes stinger.. Jedoch. _;:snn

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eine wirtschaftliche Anwendung von Vorrichtungen mit mittleren bzw. kleineren Abmessungen ior"Vergleich zu den größeren Bauarten z.S. beim Walzen feiner Bänder oder Drähte aus verhältnismäßig· kleinen Knüppeln möglich seine

Daher liegt es auf der Hand, daß die Frequenz der Schwingungen der schwingenden Teile der erfindungsgemäßen Vorrichtung nicht in Beziehung zu den physikalischen Eigenschaften des Metallknüppeleι d.h. zu irgendwelchen Resonanzeigenschaften steht, die der Knüppel aufweisen kann, und dies gilt insbesondere deshalb, weil im Hinblick auf den Einfluß der beim Walzen auftretenden Verformung zu erwarten ist, daß sich diese Resonanzeigenschaften ändern, wenn die Abmessungen des Walzgutes während des Walzvorgangs geändert werden. Bezüglich der Konstruktion und Arbeitsweise spielt das Leistungsaufnahmevermögen der schwingenden Teile der Vorrichtung eine größere Rolle als die Schwingungsfrequenz, denn in jedem Falle muö an die Fläche oder Flächen des Walzgutes" eine ausreichende Schwingungsenergiemenge der geeigneten Art abgegeben werden, wenn die weiter oben erwähnten Erscheinungen hervorgerufen werden sollen.

Die aufgebrachte statische Kraft muß natürlich ausreichen, um Vorteil aus der kurzzeitigen Änderung der Eigenschaften des Metalls zu ziehen, die durch die Schwingungen herbeigeführt wird, welche, wie schon erwähnt, nicht in erster Linie eine Hämmerwirkung ausüben, sondern im wesentlichen parallel zur Ebene der schwingenden Berührungsflächen am Walzgut auftreten und eine

^ Querschnittsverminderung des Walzgutes bewirken«.

D '■ Wenn hier von geänderten Eigenschaften gesprochen wird, ο

so soll dies nicht bedeuten, daß das zu walzende Metall geschmolzen wird, denn die Erfindung sieht nicht vor, daß das Metall auf

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seine Schmelztemperatur gebracht wird, vielmehr soll hiermit zum Ausdruck gebracht werden, daß das Eetall unter dem Einfluß der Schwingungen verformbar ist, daß es sich jedoch weniger leicht verformen läßt, wenn die Schwingungen aufhören; hierbei handelt es sich um eine Erscheinung, die sich beobachten läßt, wenn Schwingungen der oben erwähnten Art während des Walzvorgangs zur Wirkung gebracht werden. Die Zufuhr der Schwingungsenergie führt zu einer gewissen Temperaturerhöhung zusätzlich ziu der die Querschnittsverminderung begleitenden Temperatursteigerung, doch ist ein Schmelzen des Biatalls nicht erforderlich, es ist im Eahmen der Erfindung sogar unerwünscht, und es wurte nicht festgestellt, daß ein Schmelzen tatsächlich erfolgtj zu diesem Zweck wurden Thermoelemente benutzt, oder es erfolgte eine annähernde !feststellung durch die Prüfung metallografischer Schliffe des gewalzten Erzeugnisses im gebräuchlichen Bereich bis zu etwa 500-facher Vergrößerung} ein Schmelzen trat selbst bei übermäßig hoher Energiezufuhr nicht ein, und unter solchen Bedingungen wird das lie tail durch die Schwingungaenergie eher zerstört als zum Schmelzen gebrachte

Das t/armwalzen, d.h. die Einleitung und/oder Durchführung des i/alzVorgangs bei erhöhten Temperaturen unterhalb· der Schmelztemperatur, d.h. des Schmelzpunktes oder der Solidusteaiperatur,-ist jedoch bei jeder Art von Walzgut im Rahmen der Erfindung vorgesehen. Ss lassen sich die verschiedensten Metalle nach dem erfindungsgemäßen Verfahren walzen, und wenn sich das Walzen bei den meisten Metallen in der umgebenden Atmosphäre durchführen läßt, ist es auch möglich, den Vf al ζ ν or gang im Vakuum oder in einer inerten G-asatmosphäre durchzuführen»

Da sich die Metalle bekanntlich hinsichtlich ihrer Bigen-809807/0016

schäften unterscheiden, und da Metallegierungen ebenfalls unterschiedliche Eigenschaften aufweisen, ist natürlich zu erwarten, daß sie auf die erfindungsgernäße Anwendung von Schwingungen in unterschiedlicher "./eise ansprechen, so daß in jedem Falle eine andere IZraft und ein anderer Cchwingungsenergiepegel vorgesehen werden muß. Dem Fachmann bereitet es jedoch keine Schwierigkeiten, in jeden Palle die geeigneten Y/alzbe dingungen zu ermitteln

Die erfindungsgemäße Walzvorrichtung 6 umfaßt gemäß i'ig. 1 zwei aufrecht stehende Walzgerüstteile 8 und 10, die in einem gegenseitigen Abstand angeordnet sind und zwischen sich die Arbeitswalzen 12 und 14 unterstützen. Die Arbeitswalze 12 kann gegenüber der in einem Abstand darunter angeordneten Arbsitswalze 14 senkrecht verstellbar ..ein, während die untere Arheitsweilze ortsfest gelagert ist.

An der Arbeitswalze 12 greifen die Stützscheiben 16 der Stützwaise 18 und die btützscheiben 20 der Stützwalze 22 an. Die Stützwalzen 18 und 22 sind von gleicher Konstruktion, und aus diesem G-runde beschränkt sich die folgende Beschreibung auf die Stützwalze 18.

Die Stützscheiben oder Plansche 16 der Stützwalze 18. greifen in dazu passende Hüten 24 der zugehörigen Druckwalze 26 ein. Entsprechend greifen die Stützscheiben 20 der Stützwalze 22 in dazu passende Buten 28 der Druckwalze 30 ein.

Die Arbeitswalze 14 wird durch die Stützscheiben 32 einer weiteren Stützwalze 34 und die Stützscheiben 36 einer Stützwalze 38 abgestützt. Die Stützscheiben 32 der Stützwalze 34 werden von Buten 40 der Druckwalze 42 und die Stützscheiben 36 der Stützwalze 36 von Eu ten 44 der Druckwalze 46 aufgenommen. BAD

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Die Lager für die Arbeltswalze 12, die Stützwalzen 18 und 22 sowie die Druckwalzen 26 und'30 sind so ausgebildet, daß die genannten "walzen gegenüber den Walzgerüstteilen 8 und 10 verstellt werden können, um verschiedene Abstände bzw. Spalthöhen zwischen den Arbeitsweisen 12 und 14 einzustellen. Die Lager für diese Walzen ermöglichen ein Drehen der Walzen, obwohl sehr hohe Drücke aufgebracht werden. Die Arbeitswalze 14, die Stützwalzen 34 und· 38 sowie die Druckwalzen 42 und 46 sind gegenüber den Rahmenteilen 8 und 10 ortsfest gelagert, d.h. sie können sich auch bei hoher Druckbelastung drehen, doch sind sie nicht-senkrecht ver- ^j stellbar, denn eine solche Verstellbarkeit ist im Hinblick auf ■ die verstellbare Anordnung der Arbeitswalze 12, der Stützwalzen 18 und 22 sowie der Druckwalzen 26 und 30 nicht erforderlich.

Das zu walzende Metallblech oder Streifenmaterial wird z.B. von vorderen zu hinteren kraftbetriebenen Trommeln vorgeschoben und zwischen den ArbeitswazUen 12 und 14 hindurchgeführt., Die Arbeitswalzen 12 und 14 sind abgesehen von der Konstruktion ihrer Lager im wesentlichen gleichartig ausgebildet. Die Arbeitswalze 12 umfaßt einen mittleren zylindrischen Teil 48, der den | größten Durchmesser besitzt und in einem Abatand von einem ähnlichen mittleren zylindrischen Teil 50 der Arbeitswalze 14 angeordnet ist, wobei dieser Teil 50 ebenfalls den größten Durchmesser aufweist. Zu beiden Seiten des mittleren zylindrischen Teils 48 der Arbeitswalze 12 erstrecken sich zwei entsprechend Exponentialkurven geformte Verlängerungen 52 und 54, deren den größten Durchmesser aufweisende Teile an das betreffende Ende des mittleren zylindrischen Teils 48 angrenzen. Entsprechend sind nach Exponentiallmrven geformte Verlängerungen 56 und 58 an dem ■ mittleren zylindrischen Teil 50 der Arbeitswalze 14 befestigt, wobei die den größten Durchmesser aufweisenden Teile dieser Ver-

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längerungen wiederum an den Stirnflächen des mittleren zylindri- / sehen Teils 50 angeordnet sind.

Gemäß Mg. 5 ist ein zylindrisches Kopplungsorgan 60 an das den kleinsten Durchmesser aufweisende Ende der Verlängerung angearbeitet oder metallurgisch damit verbunden, lin magnetostriktiver Übertrager 62 ist in Stirnanlage metallurgisch mit dem anderen Ende des zylindrischen Kopplungsorgans 60 verbunden. Der magnetostriktive Übertrager 62 ist von bekannter Konstruktion und umfaßt einen geschichteten Kern aus Nickel, einer Hickel-Eisen-Legierung, der unter der Bezeichnung Permendur erhältlichen Eisen-Kobalt-Legierung, der unter der Bezeichnung Alfenol erhältlichen Aluminium-Eisen-Legierung oder einem anderen·magnetostriktiven Material und ist in geeigneter Weise bemessen, um eine axiale Resonanz mit der Frequenz des zugeführten Wechselstroms zu gewährleisten, so daß sich die Länge des Übertragers entsprechend seinem magnetostriktiven Beiwert ändert. Die Einzelheiten der Konstruktion eines einfachen magnetostriktiven Übertragers, der bei der hier gezeigten Ausbildungsform einen Stapel aus Uickelblechen umfaßt, sind als solche bekannt* so daß sich eine nähere Beschreibung erübrigen dürfte.

Der magnetostriktive Übertrager 62 umfaßt eine Polarisationswicklung 64 und eine Erregerwicklung 66* ]?ür den Fachmann liegt es auf der Eand, daß es zweckmäßig ist, eine magnetische Polarisation des magnetostriktiven Übertragers 62 mit Hilfe einer Polarisationswieklung 64 herbeizuführen, damit die üetälisßhiefhten des "frertrc.gers mit hohem Wirkungsgrad arbeiten, wenn sie die über die Erregerwicklung 66 zugeführte hochfrequente Energie in elastische Sehwingungsenergie verwandeln. · '

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ferner sei bemerkt, daß aari anstelle das liier ^ansi^^eii .ma,;ästootril:tiven Übertragern 62 auch ^.aaers bü':anzi"J- _..'ji„i'uun ν ^ CL^rtr.-j..i-,i ν ;rv3näen lcöanto. _εϊεν:^: ölkreide i:ann uian elaLtrostri-,tive oae-r piezoelektrische übertrager vorsehen, die aus Bariuiatitanat, Quarzkristallen, Bleititanat, Bleizirkonat usv/. bestehen. Magnetostrictive Sbertra^er arbeiten gewöhnlich ii^einem Frequenzbereich von etwa SOCO bis etwa 60 üOO Hz, während aich der Frequenzbereich bei elektrostriktiven- oder piezoelektrischen Übertragern bis zu etwa 150 000 Hz erstreckt. I'erner stehen verschiedene weitere Bauarten von Vorrichtungen zur Verfugung mittels ^ deren die gemäß der Erfindung geeigneten Ko tup one nt en erregt werden können, z.B. mechanische Vorrichtungen durch. Schwingungserzeugung, elektromagnetische Vorrichtungen, hydraulische Vorrichtungen, die einen Strömungsmitteldruck in mecnansuche Schwingungen verwandeln, usw.

Das zylindrische Kopplungsorgan 60 wird durch eine Halterung 68 unterstützt. Diese Halterung ist so ausgebildet, daß sie für Kräfte unempfindlich ist, d.h. daß sie es ermöglicht, Schwingungsenergie einer Arbeitszone zusammen mit einer Kraft und unter einer Belastung zuzuführen, ohne daß eine bemerkbare Verschiebung der Frequenz der Vorrichtung infolge des Vorhandenseins der Last erfolgt, wie es in den U.S.A.-Patenten 2 891 180, 2 891 179 und 2 891 173 beschrieben ist. In dem hier gegebenen Zusammenhang Avird auf den Inhalt dieser Patente verwiesen. Bei der hier gezeigten Ausbildungsform umfaßt.die Halterung 68 einen zylindrischen Hantel aus Metall, der z.B. aus Stahl oder einem anderen geeigneten resonanzfähig en 'Metall besteht. Die länge des Hanteis 68 ist gleich einer einzigen halben Wellenlänge. Der Mantel 68 umgibt das zylindrische Kopplungsorgan 60 in konzentrischer Anordnung und in

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einem Abstand von dem Zopplunj&organ. ^n dem von dem magnetos.trilctiven Übertrager 62 am weitesten entfernten Ende des Mantels 6- ist ein radial nach innen vorspringender flansch ?'O vorgesehen, der mit dem zylindrischen Kopplungsorgan 60 metallurgisch verbunden ist. Das von dem Plansch 70 abgewandte Ende 72 der Halterung 68 ist frei von jeder Art von Befestigung und wenn die Schwingungserzeugungsvorrichtung arbeitet, wird sich in der Halterung 68 an dem Flansch 74> dessen Entfernung vom freien 3nde 72 der Halterung 68 einem Viertel einer "Wellenlänge entspricht, ein L echter Schwingungsknoten ausbilden.

Das zylindrische Kopplungsorgan 6u und die Halterung 68 erstrecken sich durch eine öffnung 76 des Eahmenteils 10 des Walzgerüstes« Der Plansch 74 der Halterung 68 wird you einer zylindrischen Öse 78 getragen, welche die Halterung 68 konzentrisch in einem Abstand von ihr umgibt. Die Hülse 78 ist in einem Lagerschild 82 in einem Kugellager 80 gelagert. Der Lagerschild 82 ist an der Außenseite des Gestellteils 10 mit bchrauben 84 befestigt. Auf diese ει/eise ist das betreffende .finde der Arbeitswalze 12 in dem Gestellteil 10 drehbar gelagert.

An dem. von dem Gestellteil 10 abgewandten Ende der Hülse 78 ist ein Zahnrad 86 befestigt, mit dem ein weiteres Zahnrad 88 kämmt, das auf einer Antriebswelle 90 sitzt, die mit einer ICraftguelle verbunden ist, damit die Arbeitswalze 12 in Umdrehung versetzt werden kam.

An dem Zahnrad 66 ist ein vorzugsweise aus einem nichtme- tallischen Material, z.B. Kunststoff, hergestelltes zylindrisches Gehäuse 92 befestigt, das sich um den magnetostriktiven Übertrager 62 herum erstreckt. Am äußeren Ende des Gehäuses 92 ist mit Hilfe eines ringförmigen Flansches 96 eine zylindrische Fabe 94 aus

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elektrisch isolierendem Material angebracht. Auf der labe 94 sind in Längs ab ständen vier Schleifringe 98,;., 100, 102 und 104 aus elektrisch leitendem Material befestigt. Drahtleitungen 106 und 108 bilden eine elektrisch leitende Verbindung zwischen den Enden der Polarisationswicklung 64 des magnetostriktiven Übertragers 62 zu den Schleifringen 98 und" 100. Y/eitere Drahtleitungen 110 und 112 stellen elektrische Verbindungen zwischen den Enden der Erregerwicklung 66 und den Schleifringen 102 und 104 her. Die Drähte 106, 108, 110 und 112 erstrecken sich in der Längsrichtung durch das Gehäuse 92 und die Habe 94, um dann durch

radiale öffnungen in der Nabe 94 zu den zugehörigen Schleifringen zu verlaufen.

Nahe der Umfangsfläche der Nabe 94 ist ein Bürstenhalter aus elektrisch isolierendem Material angeordnet, der von dem Gestellteil 10 aus unterstützt wird. Der Bürstenhalter 114 trägt vier Kontaktbürsten 116, 118, 120 und 122, die gegeneinander isoliert sind und auf den Schleifringen 98, 100, 102 und 104 gleiten* Jede Kontaktbürste wird durch eine gesonderte Feder 124 gegen den zugehörigen Schleifring gedrückt. Durch den Bürstenhalter 114 ■ verlaufen Drahtleitungen 126, 128, 130 und 132, die leitend mit den betreffenden Kontaktbursten verbunden sind. Diese Drahtleitungen sind an die Energiequelle für den' magnetostriktiven Übertrager 62 angeschlossen.

Bei der gezeigten Ausbildungsform sind der magneto strikt i've Übertrager 62, das zylindrische Kopplungsorgah 60 nnä der länge · einer Exponentialkurve profilierte Abschnitt 54 so ausgebildet» daß sie bei der zugeführten Betriebsfre<p.enz in Besonanz kommen, um einen optimalen Eeil der Energie abzugeben, mhd daß die Verbindungsstellen, z.B. diejenigen zwischen dem magnetostriktiveö

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Übertrager 62 und dem zylindrischen Kopplungsorgan.. 60 sowie zwischen letzterem und dem Abschnitt 54 und ferner zwischen aem Plansch 70 und dem zylindrischen Kopplungsorgan an einem Bauch der Wellenbewegung liegen, so daß keine bemerkbare Beanspru- . , chun-j der Yerbindungsstellen erfolgt. - -. .

Die entsprechend Exponentialkurven profilierten Abschnitte 52, 56 und 58 sind ebenfalls mit einem zylindrischen KQpplungsorgan und einem magnetostriktiven tjbertrager ähnlich dem Sapplringsorgan 60 b.v?. dem Übertrager 62 an dem Abschnitt 54 ausgerüstet. Die Abschnitte 52 und 56 sind jeweils in an dem gestellten 8 befestigten Iiagerhalterungen 134 und 136 ärenbar_: gelagert. Der Abschnitt 58 ist in einer an dem Gestellteil 10.angebrachten Lagerhaiterung 138 gelagert. Jeder der Abschnitte.52, 56 und 58 wird in der zugehörigen Lageriialterung durch eine der Unterstützung 68 ähnelnde unterstützung und eine derHülse 78 ähneincle Hills,e getragen.

An der/iir.aghülse für. den Eqrts-tz 56 ist ähnlich wie. bei der u?ragiiülse 18 für den Portsatz 54 ein Zahnrad 140 befestigt, das mit einem Antriebszahnrad 142 kämmt, welches auf einer Antriebswelle 144 sit st«, die nit einer AntrdebsmascJhine verbianden ist, damit die Arbeitawalze 14 gedrsnt vieic&eji kann· An dem Zahnrad 14C ist ein des Gehäuse 32 ähnelndes gehäuse 146 befestigt, das den niagnetostrikti-v-en übertrager für den Z ort sat ζ 56: .uagib.t« Ihnliche zylinarisahe öehäusf 148 und 150 sind an den traghülsen für die For,ts|tse yi_y und _£8, befestigt und erstrecken siqh über die sugenörig^n niagiietoe.tpikti^Tfen übertrager. Jedes dar Sehäuse ³T⁴^. ±^:~r Bp4: ^§-9. baaitst eine._oäer._<:^ape 2■',- ähnelnde. ?:abe oX% . . ■-Schleif ringen^ ^ über. v.-elchf_: ^ί6.._Ρο^3?ίε&τίο^3-«ϊχο^αηο; unc; die

äer botreffeaden aagnetostriktiiren ^be.rtr

mit der Energiequelle verbunden sind. Bin Rohr 152 erstreckt sich in der Längsrichtung durch die Habe 94 das G-ehäuses 92 in das Innere dieses G-ehäuses. Ähnliche Rohre 152 erstrecken sich in der -Längsrichtung durch die Habe jedes d3r Gehäuse 146, 148 und 150. Alle diese Rohre 152 sind an eine gemeinsame Druckluftquelle angeschlossene Die Rohre 152 leiten die Druckluft in die Gehäuse 9'2_r 146, 143 und 150, so daß die Luft um die darin angeordneten magnetostriktiven Übertrager hinwegströmt um sie zu kühlen. Bs sei bemerkt, daß es sich hierbei nur um ein Beispiel für ein mögliches-Kühlverfahren handelt, und daß man auch andere i Kühleinrichtungen, z.B. eine Flüssigkeitskühlung, vorsehen kann.

Damit die- Umfangsflachen der zylindrischen Walzenabschnitte 48 und 50 relativ ungehindert schwingende Bewegungen ausführen können, sind die Scheiben 16 und 32 als resonanzfähige Organe, d.h· als auf Biegung beanspruchte Scheiben mit Knotenpunktstragj^flanschen 16a und 32a ausgebildet. Die !"!ansehe 16a und 32a können sich unter der Wirkung der Schwingungen ausbiegen, ohne die Fähigkeit der Scheiben zu beeinträchtigen, starke Kräfte auf

die Umfangsflächen der zylindrischen Walzenabschnitte 48 und 50 j ■ ■ - ■■-,.'..■■-■. - ' ■ t

zu übertragen.

Die Walzen 18 und 34 stützen die resonanzfähigen Scheiben 16 bzw. 32 nur an deren an den Sohwingungsknoten liegenden !Flanschen ab· Die Seitenflächen der Scheiben 16 und 32 berühren die Wandflachen der Hüten 24 bzw« 40 nicht. Die in der in Fig. 6 bei 3? angedeuteten Weise aufgebrachten Kräfte werden von der Walze aus auf die !Flansche 16a und 32a übertragen, und die Scheiben 16 und 32 übertragen ihrerseits diese Kräfte mit Hilfe ihrer äußeren Umfangsflächen auf die zylindrischen Walzenabschnitte 48 und 50.

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Während des Betriebs der erfindungsgemäßen Walzvorrichtung werden die xirbeitswalzen 12 und 14 mit Hilfe der Antriebswellen und 144 und der Antriebszahnräder 88 und 142 in Umdrehung versetzt Die Arbeitswalzen 12 und 14 können in entgegengesetzten Richtungen oder in der gleichen Richtung gedreht werden, was jeweils von den \7alzbe dingungen abhängt. Die Energiequelle für die an den !Fortsätzen 52, 54, 56 und 58 befestigten magnetostriktiven Übertrager wird eingeschaltet, -um die Arbeitswalzen 12 und 14 in Richtung ihrer Drehachsen in Schwingungen zu versetzen. Zu diesem Zweck wird der an dem Fortsatz 52 der Arbeitswalze 12 befestigte magnetostriktive Übertrager so betrieben,. daß zwischen ihm und . dem an dem Fortsatz 54 der Arbeitswalze 12 befestigten magnetostriktiven Übertrager eine Phasenverschiebung von 180° vorhanden ist. .Somit arbeiten die mit den Fortsätzen 52 und 54 verbundenen magnetostriktiven Übertrager nach Art einer von zwei Männern zu bedienenden Säge, um Schwingungen der Arbeitswalze 12 in Richtung ihrer Längsachse hervorzurufen. Entsprechend besteht zwischen dem an dem Fortsatz 56 der Arbeitswalze 14 befestigten magnetostriktiven Übertrager und dem mit dem Fortsatz 58"der gleichen Walze verbundenen magnetostriktiven Übertrager eine Phasenverschiebung von 180 . Der mit dem Fortsatz 52 der Arbeitswalze 12 verbundene magnetostriktive Übertrager schwingt jedoch gegenüber dem am fortsatz 56 der Arbeitswalze 14 angebrachten magnetostriktiven Übertrager mit einer Phasenverschiebung von 180°. Somit werden die Arbeitswalzen 12 und 14 in entgegengesetzten Ric htungen dn Schwingungen versetzt, so daß dann, wenn die Arbeitswalze 12 eine Schwingungsbewegung in einer Richtung ausführt, die Arbeitswalze 14 in der entgegengesetzten Richtung schwingt. Die magnetostriktiven Übertrager können so ausgebildet sein, daß ihre Schwingungefrequenz unter dem sogenannten Ultraschallbereich liegt, jedoch

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. werden. UltraschalllJiregueiizen von mehr_; als. etwa 15 ,000 Hz vorgezogen. ·'-■_- ;.--.. .

Während sich die Arbeitswal'zen 12 und 14 drehen und Schwingungsbewegungeη längs ihren Drehachsen ausführen, mrd das zu walzende Metall zwischen ihnen hindurchgeführt. Wenn der Abstand zwischen den Arbei'tswalzen richtig gewählt ist, "bringen die Walzen eine ausreichende Zraft auf das Metall auf, um die Dicke des Metalls;zu verringern und seine Oberfläche entsprechend zu vergrößern. Gieichzeitig rufen die schvilngenden Arbeitswalzen 12 und 14 Schwingungen hervor, die sich"an den flachen des zwi- I sehen den Walzen hindurchlaufenden iletalls laisatei: jjjinie—als... Scherlcräfte auswirkenj es sei bemerkt, daß die Arbeitswalzen im Hinlaliek auf die EoissönTseiie Sahl auch eine zu den Flächen des Walzgutes Rechtwinklige Iwüiponente erzeugen.

Wenn man die Eläehen i?qn He. tall, z..B_f von Beryllium^ -sah— !•end des Hindurchlaufens ,zwiseheii den Arlaeitswalzen 12 und 14 3c|ierkräf1;e. tiervorrufende η elastischen Schwinguiigen von hoher Intensität aussetzt, erf.olgt gine er-hetliche Verringerung der ICorngröße des Materials. _ Bei^pielsreeiGe zeigt Ji^, 3 eine 13.~xr.a- Q fotpgrafie von ^.Ilf-BeryIlium mit einer 5ipke von etsa 0,5 mm_? das in der "bis. jetzt üblichen 'weise gevmlst ^vorae· J?ig.- 4 ist eine llilirofotografie von ^.^-BGrylliutn mix einer. Dicke von otei C,5 mn, das TVahrena c.<:c iuswalseas. ^ar. Y,r..inä2ru.ir; c.-sr ZIq .ze, _..■■■■

iiGi c'J.t cas^s ^c"i;.ji Tui'üe. li-l.: Tii'glslcli von 2?ί_~τ.. 3 und 4 t_? daß bei dem dsr ntr.asQhallceLaiiclung unterzogenen 3e-

im ¥ergleieh su dem in der. üpliciieii '.iei^c· gevialzten 3srvlJt.iuni eine 73rrin/:erung der liorngr-ö^e stattg-.efunden Jiat, ^₁ zeigt ^ich, daß sich nicht nur. die !ternär.öse. verringerte, sondGrn,.

daß im Vergleich zu den bei einer Walzvorrichtung von bekannter Konstruktion erforderlichen Kräften beim Walzen des Metalls eine Verringerung der Walz- und Zugkräfte erzielt wurde. .

Ss sei bemerkt, daß man bei dem vorstehend beschriebenen ' Ausführungsbeispiel-die verschiedensten Abänderungen und Abwandlungen vorsehen kann, ohne den Bereich der Erfindung zu verlassen.

^;: -^: ""80-S807/001B _BM)

Claims

PATEHTAETSPSUCHE

1. .Walzvorriehtung zum Vermindern des Querschnitts von metallischem Walzgut, gekennzeichnet durch zwei in einem gegenseitigen Abstand um ihre Längsachsen drehbar gelagerte "Walzen, Mittel, um den Abstand zwischen diesen Walzen kleiner zu halten als die Dicke des zu walzenden Metalls, Mittel, um die Walzen um ihre Längsachsen zu drehen, wobei die Walzen das Metall zwischen sich aufnehmen und seine Dicke vermindern' können, sowie durch Mittel, um Schwingungsenergie von vorbestimmter Frequenz und bei einem vorbestimmten Energiepegel zu erzeugen, um so die Korngröße des Metalls zu verringern, während die Dicke des Metalls beim Passieren der Walzen herabgesetzt wird, wobei die Mittel zum Erzeugen von Schwingungsenergie mit mindestens einer der Walzen gekoppelt sind, um diese Walze in Schwingungen parallel zu ihrer Drehachse zu versetzen.

2. Walzvorriehtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erwähnte eine Walze durch eine für Kräfte unempfindliche Halterung unterstützt wird.

3· Walzvorriehtung nach Anspruch 1, dadurch ge k e η η ίzeichnet, daß die Mittel zum Erzeugen von Sehwingungsenergie im Frequenzbereich von 20 bis 250 000 Hz erzeugen.

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4. Walzvorriehtung zum Vermindern des Querschnitts von me-

o tallisehem Walzgut, gekennzeichnet durch zwei ο

*·*», in einem gegenseitigen Abstand um ihre Längsachsen drehbar ge- ° lagerte Walzen, Mittel, um den Abstand zwischen diesen Walzen ^ kleiner zu halten als die Dicke des zu walzenden Metalls, Mittel,

ι um die Walzen um ihre Längsachsen zu drehen, wobei die Walzen das Metall zwischen sich aufnehmen,und seine Dicke herabsetzen können,

sowie durch Mittel zum !Erzeugen von Schwingungsenergie von vorbestimmter Frequenz und bei einem vorbestimmten Energiepegel, um so die Korngröße des zu walzenden Metalls zu verringern, während die Dicke des Metalls beim Passieren der Walzen herabgesetzt wird, wobei die Mittel zum Erzeugen von Schwingungsenergie mit einem Ende jeder der Walzen gekoppelt sind, um jede dieser Walzen in Schwingungen parallel zu ihren Drehachsen zu versetzen.

5. Walz vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch g e k e η η zeichnet, daß die zum Erzeugen von Schwingungen dienenden Mittel eine der Walzen in Schwingungen versetzen, deren Richtung der Schwingungsrichtung der anderen Walze entgegengesetzt ist.

6. Walzvorrichtung nach Anspruch 5, dadurch g e k e η η -

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zeichnet, daß die zum Erzeugen von Schwingungsenergie dienenden Mittel für jede der Walzen gesonderte Mittel umfassen, zwischen denen eine Phasenverschiebung von 180° vorhanden ist.

7. Walzvorrichtung zum Vermindern des Querschnitts von metallischem Walzgut, gekennzei c h η e t durch zwei in einem gegenseitigen Abstand um ihre Längsachsen drehbar gelagerte Walzen, Mittel, um den Abstand zwischen diesen Walzen kleiner zu halten als die Dicke des zu walzenden Metalls, Mittel, um die Walzen um ihre Längsachsen zu drehen, wobei die Walzen ^; das Metall zwischen sich aufnehmen und seine Dicke vermindern können, ferner durch eine an mindestens einer der Walzen angreifende resonanzfähige Stützscheibe, eine an der Stützscheibe angreifende Druckwalze und Mittel zum Erzeugen von Schwingungsenergie von vorbestimmter Frequenz und mit einem vorbestimmten Energiepegel, um so die Korngröße des Metalls zu verringern, während die Dicke des Metalls beim Passieren der Walzen vermindert wird,

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wo"bei die zum Erzeugen von Schwingungsenergie dienenden Mittel mit mindestens einer der Walzen gekoppelt sind, um diese Walze in Schwingungen parallel zu ihrer .Drehachse zu versetzen.

8. . Walzvörriehtung haöh Anspruch 7, dadurch g^; e ke nn-ζ e i ,c.h n;e t:;,..'■■ daß die Druckwalze .an der resonanzfähigen Stützscheibe nur an einem an-der Stützscheibe vorgesehenen Knotenpunkt sflansch angreift. ^ ■ ' ' ^:. ί :

9. Terfahren zum Walzen von Metall, dadurch '' g e k en η ζ ei c h η. e t. y■-.:.. "daß das Eetall zwischen zwei umlaufenden Walzen hindurchgeführt wird, 'daß die Dicke des Metalls dadurch herabgesetzt; wird, daß über die-Wälzen eine ausreichende ICraft aufgebracht wird, während die Walzen an dem Metall angreifen, und daß mindestens eine der Walzen gleichzeitig-m-Schwingungen^ parallel zur Oberfläche des^ Metalls versetzt wird, an der die Wa|.ze"n angreifen, um SQ ß.i.ß Korngröße des Metalls zu verringern» ". wäJirend die Dicke des Metalls beim Passieren der Walzen herab-

^P. Verfahren "zum Walzen von Metall, dadurch ge kennzeichnet, daß das Metall zwischen zwei umlaufenden Walzen hindurchgeführt wird, daß die Dicke des Metalls dadurch herabgesetzt wird, daß-über die falzen eine ausreichende Kraft aufgebracht wird, während die Walzen an dem Metall angreifen, und daß gleichzeitig jede der Walzen in Schwingungen parallel,., zu den in Berührung mit den falzen stehenden flächen des Metalls. versetzt werden, wobei die frequenz und der Energiepegel dieser .... Schwingungen ausreichen, um die Korngröße des Metalls zu verringern, während die Dicke des Metalls beim Passieren der \7alzen ., "ie^abgesetzt wird." "· ■ - ·· ■ ■ -

BADORiQSNAL

11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch g e k e η η ζ e i c hf· net, daß die Walzen derart in Schwingungen versetzt werden, daß zwischen den Schwingungen der beiden Walzen eine Phasenverschiebung von 180 besteht.

12. Verfahren zum Walzen von Metall, dadurch ge kennzeichnet, daß das Metall zwischen zwei umlaufenden Walzen hindurchgeführt wird, daß die Dicke des Metalls dadurch .herabgesetzt wird, daß über die Walzen eine ausreichende Kraft aufgebracht wird, während die Walzen an dem Metall angreifen, und daß gleichzeitig Schwingungsenergie im wesentlichen rechtwinklig zu der aufgebrachten Kraft über mindestens eine der Walzen in die Oberfläche des Metalls eingeführt wird, wobei die frequenz und der Energiepegel der Schwingungsenergie ausreichen, um die Korngröße des Metalls zu verringern, während die Dicke des Metalls beim Passieren der -.falzen herabgesetzt wird.

13. Verfahren zum Walzen von Metallblech, dadurch gekennzeichnet, daß das Metallblech zwischen zwei umlaufenden Walzen bewegt wird, daß die Dicke des sich bewegenden Iletallblechs dadurch herabgesetzt wird, daß an den Flächen des sich bewegenden .letallblechs die erwähnten Walzen mit einer ausreichenden Kraft angreifen, und caß eier an einer der Walzen angreifenden ΈΊϊ-che äes Uetallbleehs gleichzeitig cichwin^ungsenergie zugeführt wird, wobei die Zafj.hr der Sohwingungsenergie parallel zur Ebene des zwischen den Walzen angeordneten Metallbleohs erfolgt, und wobei die "Frequenz und dsr Energiepegel der Schwiriguiigsenergie ausreichen, um die Korngröße des Metalls in dec Metallblech zu verhindern, während die Dicke des Metallblech beim Passieren der Walzen herabje&sist wird,

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14« Verfahren zum Walzen eines Metallübchs nach Anspruch 13» dadurch gekennze lehnet, daß die frequenz der zugeführten Schwingungsenergie ita Bereich 20 bis 250 000 Hz liegt,

80S 8Q7/OQ16