DE19852208A1 - Meß-Spannvorrichtung für Walzwerkzeuge - Google Patents

Abstract

Die vorliegende Erfindung "Meß-Spannvorrichtung für Walzwerkzeuge" verbindet die Funktionen Halterung eines feststehenden oder bewegten Werkzeuges einer Walzmaschine (mit Flachbacken oder Segmentbacken) und die Messung aller einrichte- und prozeßrelevanten Meßgrößen wie Kraft, akustischen Emissionen (AE) im gesamten Freqeunzbereich, der Temperatur und die Anzeige der Position. Durch diese Kombination der Funktionen wird die Montage eines Einrichte- und Überwachungssystems wesentlich erleichtert. DOLLAR A Die Werkzeuge einer Walzmaschine sind korrekt eingerichtet, wenn sie über den gesamten Arbeitsweg parallel und spurig zueinander ausgerichtet sind. In diesem idealen Fall gehen während des Walzvorgangs die axialen Walzkräfte über den gesamten Arbeitsweg gegen ein Minimum. Um eine korrekte Ausrichtung der gegenüberliegenden Walzbacken zueinander zu ermöglichen und diese Einstellung während des Laufs der Maschine zu überwachen, müssen unter anderem diese axialen Kräfte gemessen werden. Ferner können für eine umfassende Überwachung des Walzprozesses während des Laufs der Maschine die Meßgrößen akustische Emission und Temperatur notwendig sein. DOLLAR A Mit Hilfe einer geeigneten Auswerteeinheit, die alle Meßgrößen verarbeitet, kann somit eine Walzmaschine mit flachen oder segmentförmigen Walzwerkzeugen sicher eingerichtet und überwacht werden.

Description

Die Erfindung einer Meß-Spannvorrichtung für Walzwerkzeuge bezieht sich auf die Einrichtung und die Überwachung einer Walzmaschine mit flachen oder segmentförmigen Walzwerkzeugen zur Gewinde- oder Profilherstellung an schaftförmigen Teilen.

Walzmaschinen mit flachen Walzwerkzeugen haben prinzipiell eine feststehende (Fig. 1-1) und eine bewegte Werkzeugseite (Fig. 1-2). Die Bewegung findet vor und zurück parallel zur feststehenden Seite statt. In beiden Werkzeughälften ist eine Abwicklung der Negativform (z. B. Gewinde, Rändelungen, Rillen oder sonstige Profile) des fertigen Produktes abgebildet. Der Rohling wird durch eine Vorrichtung (Fig. 1-3) zwischen die beiden Werkzeughälften (Walzbacken) gestoßen und durch die laterale Bewegung mitgenommen. Dadurch entsteht ein rollendes Abwalzen des Rohlings zwischen den beiden Werkzeughälften. Während dieser Bewegung fließt das Material in die entsprechende Profilform der beiden Werkzeughälften und das Profil wird ausgeformt. Die Walzwerkzeuge werden durch Spannvorrichtungen (Spannpratze) (Fig. 1-4) gehalten.

Walzmaschinen mit segmentförmigen Walzwerkzeugen haben ein rotierendes, kreisrundes Werkzeug (Fig. 2-1), welches die Rollbewegung erzeugt, und ein feststehendes, segmentförmiges Werkzeug (Fig. 2-2). Das feststehende Werkzeug wird ebenfalls durch eine Spannvorrichtungen (Spannpratze) (Fig. 2-3) gehalten. Zwischen diesen beiden Werkzeughälften werden die Rohlinge eingeführt, und das zu erzeugende Profil entsteht durch ein Abrollen des Rohlings zwischen dem rotierenden Mittelwerkzeug und dem feststehenden Segment.

Am Ende der Walzbewegung fällt das fertige Profilteil jeweils aus den beiden Werkzeughälften heraus.

Um eine korrekte Ausformung zu erhalten, müssen die beiden Werkzeughälften exakt parallel und spurig zueinander ausgerichtet sein. Nur dann erfolgt ein ordnungsgemäßes Einformen der Profile in den Schaft des Teiles. Spurig heißt, die von den beiden Werkzeughälften erzeugten Negativformen müssen während der rollenden Bewegung des Rohlings zwischen den Werkzeughälften zu jedem Zeitpunkt des Abwalzens exakt zusammenpassen. Nur wenn das von der einen Werkzeughälfte geformte Profil exakt in das von der anderen Werkzeughälfte erzeugte Profil einläuft (einspurt), wird ein ordnungsgemäßes Endprofil erzeugt. Andernfalls entstehen Verwalkungen bzw. Überwalzungen des erzeugten Profils und das Profil hat nicht die geforderten mechanischen Eigenschaften in Bezug auf Maßhaltigkeit und Tragfähigkeit.

In der Praxis werden heute, die zum Erzeugen der Walzprofile benötigten Krähe zur Findung der korrekten Walzbackeneinstellung, und zur laufenden Überwachung des eigentlichen Walzprozesses gemessen. Dazu stehen entsprechende elektronische Auswertegeräte zur Verfügung.

Walzkräfte beim Formen der Profile sind typischerweise in radiale oder horizontale und axiale bzw. vertikale Kräfte zu unterteilen (Fig. 3-1). Insbesondere die axialen bzw. vertikalen Kräfte zeigen deutlich Fehleinstellungen bei der Werkzeugspurung (Fig. 3-2). Bei inkorrekter Einstellung der beiden Werkzeughälften zueinander entstehen axiale Kräfte auf die Werkzeuge. Die axialen Kräfte sind also ein sicheres Indiz für die korrekte Ausrichtung der beiden Werkzeughälften. Je kleiner die axialen Kräfte, desto besser ist die Ausrichtung. Im Idealfall gehen die Axialkräfte dabei gegen ein Minimum. Starke axiale Kräfte hingegen zeigen eine Fehleinstellung der beiden Werkzeughälften zueinander an. Werden diese Kräfte gemessen und zur Anzeige gebracht, so kann der Werkzeugsatz vom Maschineneinrichtepersonal sicher eingerichtet werden. Während der Produktion kann über diese Kräfte die korrekte Werkzeugausrichtung ständig überprüft werden.

Außerdem können bei laufender Produktion weitere Prozeßstörungen wie Werkzeugbruch und -verschleiß auftreten, die sich hauptsächlich in den radialen Kräften, der akustischen Emission und der Temperatur zeigen. Deswegen ist es zu einer lückenlosen Überwachung des Walzvorgangs wichtig, daß auch diese Meßgrößen aufgenommen und ausgewertet werden. Heute werden diese verschiedenen Meßgrößen an verschiedenen Stellen der Walzmaschine abgenommen.

Die radialen Kräfte werden in der Regel über Kraftsensoren in den Stellschrauben (Fig. 3-3) oder über Sensoren im Körper der Walzmaschine (Fig. 3-4) gemessen.

Die axialen Kräfte werden heute mit Hilfe von Sensoren erfaßt, die typischerweise in der Aufnahme der festen flachen oder segmentförmigen Werkzeughälfte (Backenkorb) unterhalb der Aufstützfläche dieser Werkzeughälfte eingebaut sind (Fig. 3-5).

Gerade die letztere Meßstelle ist heute mit einem großen mechanischen Aufwand zum Einbringen der erforderlichen Aufnahmebohrungen bzw. -taschen in der Werkzeugaufnahme (Backenkorb) für den Einbau der Sensoren verbunden. Neben der teuren mechanischen Nacharbeit bzw. den Kosten für die Neuanfertigung des Backenkorbes, bedeutet dies zusätzlich erheblichen Produktionsstillstand der Maschine.

Durch die Integration der gesamten Sensoren in einer oder mehrerer Meß- Spannvorrichtungen (Fig. 1-4, Fig. 2-3, Fig. 3-6, Fig. 4) wird erfindungsgemäß die Installation der erforderlichen Sensoren zur Erfassung der axialen Walzkräfte bzw. weiterer relevanter Meßgrößen wie Körperschall, Temperatur oder Werkzeugposition erheblich erleichtert. Die Meß-Spannvorrichtung mit den integrierten Sensoren kann ohne weitere Modifikation an anderen Maschinenteilen eingebaut werden. Die bisher erforderliche, aufwendige Umarbeit der Werkzeugaufnahme (Backenkorb) bzw. deren Austausch ist nicht mehr notwendig. Die Meß-Spannvorrichtung kann dabei mit einem oder mehreren Sensoren zur Messung der interessierenden Signale an mehreren Stellen des Walzablaufes (z. B. zu Beginn, in der Mitte und zum Ende der Walzbewegung ausgestattet werden).

Zwei beispielhafte Ausführungsformen sind in Fig. 4 prinzipiell dargestellt:
In der Variante 1 wird die Meß-Spannvorrichtung in zwei Hälften geteilt (Fig. 4-4), um die einzelnen Sensoren zur Messung der radialen bzw. axialen Kräfte (unter Verwendung sogenannter biaxialer oder triaxialer Kraftaufnehmer) im Einlauf (Fig. 4-5) oder im Auslauf (Fig. 4-6), der akustischen Emission (Fig. 4-7) oder der Temperatur (Fig. 4-8) zu installieren. Die Kabel der einzelnen Sensoren werden in einem Kanal (Fig. 4-9) gebündelt und gemeinsam durch einen mechanisch stabilen, an die Maschinenumgebung angepaßten Schutzschlauch (Fig. 4-10) abgeführt. Die beiden Hälften der Meß-Spannvorrichtung können in diesem Beispiel durch eine Verschraubung oder mittels einer nichtlösbaren Verbindung (z. B. Verklebung) zusammengefügt werden.

In der Variante II wird die Meß-Spannvorrichtung aus einem Stück gefertigt und die einzelnen Sensoren werden in Bohrungen (Fig. 4-2, 4-3) eingesetzt und befestigt. In diesem Beispiel werden zwei Sensoren zur Messung der radialen bzw. axialen Kräfte (unter Verwendung sogenannter biaxialer oder triaxialer Kraftaufnehmer) im Einlauf (Fig. 4-2) oder im Auslauf (Fig. 4-3) installiert. Alternativ können auch Sensoren zur Messung der akustischen Emission oder der Temperatur eingesetzt werden. Die Sensorkabel werden gebündelt und durch einen mechanisch stabilen, an die Maschinenumgebung angepaßten Schutzschlauch (Fig. 4-1) abgeführt.

In beiden Varianten dient eine auf der Meß-Spannvorrichtung aufgebrachte Skalierung (Fig. 4-11) zur genauen Bestimmung der Position von der bewegten zur feststehenden Werkzeughälfte. Diese Positionsbestimmung ist dann wichtig, wenn eine genaue Zuordnung der angezeigten Meßgrößen (axiale bzw. radiale Kraft und akustische Emission) in Bezug auf den Weg des bewegten Werkzeuges getroffen werden soll. Dadurch ist eine exakte Zuordnung eines bestimmten Abschnittes des Kraft/Weg bzw. AE/Weg-Diagramms zu dem betreffenden Abschnitt der Werkzeughälften möglich. Diese Positionsdaten können auch über eine entsprechende Sensoren aufgenommen und durch das elektronische Auswertesystem angezeigt werden.

Claims (1)

1. Meß-Spannvorrichtung für Walzwerkzeuge zur Halterung des feststehenden oder bewegten Werkzeuges einer Walzmaschine mit flachen oder segmentförmigen Walzwerkzeugen (Walzbacken) dadurch gekennzeichnet, daß ein oder mehrere Sensoren integriert sind, die sich zur absoluten und relativen Messung von auftretenden Kräften, zur Messung von akustischen Emissionen im gesamten Frequenzbereich, zur Messung der Temperatur oder zur Anzeige der Position eignen.