DE1802869C3 - Verfahren und Vorrichtung zum Verbinden eines Verschleißteils in Form eines Zylindermantels auf einer Welle - Google Patents

Description

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Die Erfindung befaßt sich mit dem Ersetzen von metallischen Verschleißteilen auf Wellen aus Metall beliebiger Länge und beliebigen Durchmessers für Walzen, Rollen und dergleichen zylindrischer, walzenförmiger Metallkörper. Sie betrifft ein Verfaliren und Vorrichtung zum druck- und drehfesten Verbinden eines Verschleißteiles in Form eines ringförmigen, metallischen Zylindermantels mit einer Welle, wobei der vorgewärmte Zylindermantel von größerem Innendurchmesser als der Ballenaußendurchmesser der Welle in vertikaler Richtung koaxial über die Welle geschoben und der Ringraum zwischen Zylindermantel und Welle mit einem verflüssigten Füllmetall ausgefü".' wird. Dabei soll das Verschleißteil unter Erhalten der Welle leicht auswechselbar sein.

Bisher wurden diese relativ teuren Maschinenteile, sofern diese nach dem Verschleiß der Mantelfläche nicht noch auf ein Profil mit geringerem Durchmesser abgedreht und weiterverwendet werden konnten, als Schrott wieder eingeschmolzen, was besonders bei dem hohen Verschleiß unterliegenden Walzen und Rollen in Walzwerksanlagen der Fall ist

Man ist bereits seit längerer Zeit bestrebt, die dafür anfallenden relativ hohen Investitionskosten zu verringern, da bei relativ teuren Maschinenteilen aus hochwertigen Stählen noch eine relativ große Lagerhaltung zur Bevorratung mit Ersatzteilen zur Erhaltung der Betriebsbereitschaft der Anlage erforderlich ist.

Dazu hat man auch schon vorgeschlagen, die Walzen oder Rollen mit aufgeschrumpften oder autgespannten Zylinderringen zu versehen una durch Auswechseln dieser die teuren Walzenkerne zu erhalten. Da jedoch der verfahrensmäßig, ebenso wie der mcchanische Aufbau der Walzen sich durch derartige Maßnahmen noch erheblich verteuert, haben diese Verfaliren und Vorrichtungen keinen Eingang in die Praxis finden können. Es zeigte sich nämlich, daß bei dem bekannten Aufschrumpfen die Schwierigkeit darin besteht, daß es herstellungstechnisch nicht möglich ist, die erforderlichen Schrurnpftoleranzen zwischen Zylindermantel und Welle zu erzielen, die einerseits eine ausreichende Verdrehfestigkeit und andererseits eine große Sicherheit gegen Spannungsrisse gewährleistet.

Mit der deutschen Patentschrift 1235 118 wurde bereits ein Verfahren zum Wiederherstellen verscb'jssener Teile oder Drehkörper bekannt, wobei der Drehkörper bzw. ein Kern mit einem Zylindermantel umgeben und beide Teile miteinander verschweißt werden, indem als Schweißverfahren das Kanalschweißen angewendet wird. Zwar wird hierbei ein vorgewärmter Zylinderring mit größerem Innendurchmesser als der Außendurchmesser des Kerns über diesen übergeschoben und der Ringspalt mit einem verflüssigten Füllmetall verbunden, doch werden beide Teile miteinander verschweißt, d. h., es wird eine innige, unlösbare Verbindung durch Verfließen des Metalls von Kern und Mantel mit dem Schweißgut hergestellt. Eine unlösbare Verbindung zwischen Zylindermantel und Kern ist in diesem Fall jedoch gerade unerwünscht, da angestrebt wird, das hochwertige Maschinenteil, beispielsweise den Kern, für eine möglichst vielfache Benutzung zu erhalten, während das Verschleißteil nur lösbar und damit mehrfach auswechselbar mit dem Kern verbunden ist.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Auswechseln von Verschleißteilen in Form von Zylindermänteln bei walzenförmigen Metallkörpern der eingangs genannten Art einfach und kostensparend zu ermöglichen und hierzu den Zylindermantel auf die Welle druck- und drehfest, jedoch lösbar, aufzubringen.

Zur Lösung der gestellten Aufgabe geht die Erfindung dem obengenannten Verfahren gemäß der deutsehen Patentschrift 1235 118 aus. Sie schlägt vor, das Verfahren derart durchzuführen, daß die Vorwärmung des Zylindermantels in Abhängigkeit von der Größe des Ringspaltes, dem mittleren Durchmesser des Zylindermantels und dem Ausdehnungskoeffizienten des Füllmaterials derart eingestellt wird, daß das Schrumpfmaß des Zylindermantels gegenüber dem Schrurnpfmaß des Füllmetallringes so groß

ist, daß sich ein fester Schrumpfsitz ergibt, und daß der Ringspalt in an sich bekannter Weise mit einem Füllmetall mit niedrigerem Schmelzpunkt als dem des Metalls des Zylindermantels und dem der Welk ausgegossen wird,

Durch ein derartiges Verfahren ist es möglich, unter geringstem Aufwand die Kerne son verschlissenen Walzen und Rollen für die verschiedensten Verwendungszwecke, die einem besonders hohen Verschleiß unterliegen, verwendungsfähig zu erhalten und die Investitionskosten für die Lagerhaltung erheblich herabzusetzen. Durch den geringeren Schmelzpunkt des Füllmetalls gegenüber dem von Welle und Zylindermantel ist durch Erhitzen des Vergußmetalis ein mehrmaliges Ablösen und Auswechseln des Verschleißteils gegenüber dem hochvertigen, langlebigen Maschinenteil möglich, womit eine ganz erhebliche Kostenersparnis verbunden ist. Außerdem wird auch mit einer nach dem vorbeichriebcnen Verfahren hergestellte ·. Verbindung ein drehfestcr Verbund zwischen Weile und Zylindermantel geschaffen, der auch der Übertragung sehr hoher Drehmomente vom Antrieb iiber die Welle auf den Zylindermantel, wie diese beispielsweise bei Walzen von Walzwerken gefordert werden, genügt.

Es wurde auch weiter ein Verfahren zum Verbinden von Schaufelfuß und Schaufelblatt bei Verbrennungsturbinen durch Weich- oder Hartlöten vorgeschlagen. Dieses ist jedoch nicht geeignet, tine entsprechende Verbindung extrem hoher Festigkeit zwischen Wellen und Zylindermänteln herzustellen, um beispielsweise beim Walzen sehr hohe Drehmomente zur plastischen Verformung von Stahl zu übertragen. Eine Verbindung durch Weich- oder Hartlöten ist außerdem nur bei gut zugänglichen kurzen Verbindungsstellen zwischen zwei Teilen nach relativ aufwcnJiger Vorbehandlung der miteinander zu verbindenden als eine Art Klebeverbindung möglich. Für eine Anwendung bei Zylindermänteln mit einer BaI-lenlänge von etwa 300 bis 1000 mm für sehr hohe Beanspruchungen scheidet ein solches Verfahren jedoch aus (deutsche Auslegeschrift 1 003 545).

Auch wurde bereits vorgeschlagen, abgebrochene Umlaufwerkzeuge wie Spiralbohrer, Reibahlen oder Gewindebohrer mittels einer angegossenen Muffenverbindung miteinander zu verbinden. Dabei wird die durch Spirain.uten oder hervorstehende Stege bedingte Griffigkeit der Oberfläche dieser Werkzeuge für die Haftung der Muffenverbindung ausgenutzt, um die Torsionskräftc der Werkzeuge aufzunehmen. Schließlich ist noch ein weiterer Unterschied darin zu sehen, daß über die Muffenverbindung in axialer Richtung Kräfte übertragen werden, während diese im vorliegenden Fall in radialer Richtung zu übertragen sind. Aus den dargelegten Gründen ist auch dieses Verfahren nicht dazu geeignet, im Hinblick auf den Anmeldungsgegenstand Anwendung zu finden. Es kann lediglich die Anregung entnommen werden, Verbindungen zwischen zwei Metallteilen mittels eines Vergußmetalls mit niedrigerem Schmelzpunkt herzustellen (deutsche Patentschrift 3(i6 990).

Gegenüber dem weiter nachgewiesenen Stand der Technik ist der Kern der Erfindung in der Kombination der beiden bekannten Maßnahmen zu sehen, den Zylindermantel durch dessen vorhergehende Erwärmung auf die Welle aufzuschrumpfen und außerdem den Zwischenraum zwischen Zylindermantel und Welle mil einem FüHmeinll geringeren Schmelzpunktes als das der beiden Werkstückteile auszugießen.

Dabei wird durch das Gießmetall ein sich beim Schrumpfen des Zylinderringes ergebender elastischer Verbund mit der Welle geschaffen, der sich beim Erkalten den Schrumpfspannungeii des Zylinderringes soweit anpaßt, daß gerade ein Schrumpfsitz erzielt wird, der einerseits einen festen und dauerhaften Sitz des Zylinderringes auch bei hohen ürehmo-

menten gewäh^r'eistet, andererseits jedoch dem Aufkommen zu hoher Schrumpfspannungen und damit der Rißbildung im Zylindermantel vorbeugt. Das geschieht dadurch, daß das überflüssige Gie3metaJl aus dem Ringspalt beim Schrumpfen des Zylinderringes

und dessen Erkalten so lange herausgepreßt wird, bis sich ein Gleichgewichtszustand zwischen der Schrumpfspannung und dem Fließen des Gießmetalls eingestellt hat.

In weiterer Ausbildung der Erfindung kann eine

ao besonders Erwärmung des Zylinderringes eingespart werden, wenn die Gieß-, Schmiede- oder Vergülungswärme zu dessen Herstellung oder Behandlung ausgenutzt wird. Das spezififsche Gewicht des Füllmetalls wird zweckmäßig dem spezifischen Gewicht des Zylindermantels und der Welle angeglichen, um einen homogenen Körper mit gleichen Massenkräften, wie dieser bei den übrigen Teilen vorhanden ist, zu erhalten. Zum verdrehfesten Sitz des Zylindermantels können auf die Oberflächen der Welle im Bereich des Füllmetallringes parallel zur Längsachse verlaufende Nuten- oder Schweißraupen, wie an sich bekannt, vorgesehen werden. Der Zylindermantel wird vorzugsweise mit roher Innenfläche verwendet, um einen guten Verbund mit dem Füllmetall zu erhalten.

Bei der Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens hat sich in bestimmten Fällen in Abhängigkeit von den Abmessungen des Zylindermantels und den sonstigen Verhältnissen eine Vorwärmung im Bereich von 100° bis 500° ocwährt. Der Innendurchmesser des Zylinderringes wurde hierbei je nach Größe des Wellendurchmessers etwa 5 bis 20 mm größer als der Durchmesser der Welle bemessen. Die Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens ist gekennzeichnet durch eine Bodenplatte mit einer Ausnehmung für den überstehenden Teil der aufrecht stehenden, vom Zylindermantel umgebenen Welle.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung stellt die Zeichnung in Anwendung des Verfahrens auf eine Walzwerkswalze dar.

Mit I ist eine Bodenplatte bezeichne», α, * eine Ausnehmung! aufweist. Eine Walze 3 mit Raiii uemperatur ist mit dem einen Zapfen 3 α in die A' .-,nehmung 2 aufrecht stehend eingesetzt. Über de 1 Wal zenballen 3 b der Walze 3 wird ein ringfönriger Zy lindermantel 4 geschoben, der roh noch uit seiner Gußhaut versehen auf eine angepaßte "■ emperatur zwischen 100° bis 500° C vorgewärmt worden ist, derart, daß eine bestimmte Schrumpfung eintritt.

Der Walzballen 3 b ist vorher auf ein Mindestmaß gleichmäßig abgedreht worden, so daß zwischen dem Innenumfang des Zylinderringes 4 und dem Außenumfang des Wellenballens 3 b ein Ringspalt nach den Gegebenheiten von 5 bis 20 mm entsteht.

In den Ringspalt wird als Füllmetaü S Lagermetall ;i;is einer Pfanne 6 eingegossen. Die Vorwärmung niirde in Abhiinuiukcit vom Rinesuall. dem mittleren

Durchmesser des Zylindermantels und den Eigenschaften des Füllmetalls S derart gewählt, daß die Schrumpfung des Zylindermantels beim Erkalten, doppelt so groß wie die des erstarrenden und schwindenden Füllmetalls S war.

Nachdem das Füllmetall 5 erkaltet ist, kann der Zylindermantel 4, der nun auf der Walze 3 drehfest aber lösbar aufsitzt, zentrisch zu der Walzenlängs achse abgedreht und das eventuell vorgesehene Ka liber oder Profil eingearbeitet werden.

Das erfindungsgemäße Verfahren kann ebenso be Rollen und anderem dem Verschleiß unterliegendet Metallkörpern mit zylindrischen Umfangsflächei sinngemäß Anwendung finden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Verfahren zum druck- und drehfesten Verbinden eines Verschleißteiles in Form eines ringförmigen, metallischen Zylindermantels mit einer Weüe, wobei der vorgewärmte Zylindermantel von größerem Innendurchmesser als der Ballenaußendurchmesser der Welle in vertikaler Richtung koaxial über die Welle geschoben und der Ringraum zwischen Zylindermantel und Welle mit einem verflüssigten Füllmetall ausgefüllt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorwärmung des Zylindermantels in Abhängigkeit von der Größe des Ringspaltes, dem mittleren Durchmesser des Zylindermantels und dem Ausdehnungskoeffizienten des Füllmetalls derart eingestellt wird, daß das Schrumpfmaß des Zylindermantels gegenüber dem Schrumpfmaß des Füllmetallringes so groß ist, daß sich ein fe- so ster Schrumpfsitz ergibt, und daß der Ringspalt in an sich bekannter Weise mit einem Füllmetall mit niedrigerem Schmelzpunkt als dem Metall des Zylindermantels und dem der Welle ausgegössen wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Zylindermantel unter Ausnutzung der Gieß-, Schmiede- oder Vergütungswärme auf die Welle aufgebracht wird.

3. Verfahren nach Anspruch I oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das spezifische Gewicht des Füllmetalls dem des ZylLderringes und der Wclle angeglichen wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche der Welle im Bereich des Füllmetallringes in an sich bekannter Weise mit parallel zur Längsachse verlaufenden Nuten oder Schweißraupen versehen wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein Zylindermantel mit roher Innenfläche verwendet wird.

6. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 5, gekennzeichnet durch eine Bodenplatte (1) mit einer Ausnehmung (2) für den überstehenden Teil (3 α) der aufrecht stehenden, vom Zylindermantel (4) umgebenen Welle (3).