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Verfahren zum Herstellen metallischer Verbundwalzen für die Verformung
von Blechen, Brammen, Knuppeln, Platinen, Profilen oder dergleichen und nach diesem
Verfahren hergestellte Verbundwalze Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen
metallischer Verbundwalzen für die Verformung von Blechen, Brammen, Knüppeln, Platinen,
Profilen oder dergleichen, bei welchem auf einer den Walzenkern bildenden Achse
mit den jeweiligen Verhältnissen entsprechend hohe Biege- und Torsionsfestigkeit
ein Walzenmantel mit entsprechend hoher Verschleißfestigkeit kraftbeanspruchbar
befestigt und nach Bedarf auch wieder von dem Walzenkern entfernt wird. Die Erfindung
betrifft ferner eine nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte Verbundwalze.
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Bei derartigen Verbundwalzen erfüllt der Walzenmantel die Werkzeugfunktion,
während der Walzenkern die Aufgabe hat, den Walzenmantel zu tragen, den Walzdruck
aufzunehmen und das Drehmoment zu übertragen. Durch die Verwendung von Verbundwalzen
können die einzelnen Elemente (Walzenmantel und -kern) den unterschiedlichen Funktionen
und spezifischen Beanspruchungen durch Wahl zweckmäßiger Werkstoffe angepaßt werden
Bislang
wurden derartige Verbundwalzen grundsätzlich nach zwei verschiedenen Verfahren hergestellt.
So ist es beispielsweise bekannt, Verbundwalzen durch Verbundguß zu fertigen, bei
dem durch die ineinander wirkende Erstarrung (Kristallisation) zweier Werkstoffe
eine (Diffusions-) Verbindung zustandekommt.
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Bei dem zweiten bekannten Verfahren werden Walzenmantel und Achse
getrennt hergestellt und mittels-geeigneter Befestigungsverfahren, wie z.B. Aufschrumpfen
oder Kleben, zusammengefügt.
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Die vorbekannten Verfahren sind verhältnismäßig kostspielig.
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Sofern nach den vorbekannten Verfahren der Walzenmantel als gesonderter
Körper auf den Walzenkern aufgebracht wird, läßt sich der Walzenmantel nur schlecht
wieder vom Walzenkern lösen, wie dies nach einem gewissen Verschleiß erforderlich
ist. Hierzu kann es notwendig sein, die gesamte Verbundwalze zu erhitzen, wonach
sich aber in vielen Fällen aber immer noch nicht der Walzenmantel ohne weiteres
vom Kern der Verbundwalze abziehen läßt. Dabei muß berücksichtigt werden, daß Walzenmantel
und -kern mit größtmöglicher Genauigkeit hergestellt werden müssen, damit auch tatsächlich
eine Schrumpfverbindung mit der erforderlichen Verspannung zustandekommt.
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Sofern eine Klebeverbindung zur Befestigung des Walzenmantels verwendet
wird, läßt sich der Walzenmantel noch schwieriger vom Walzenkern lösen. Hier ist
oftmals eine vollständige Zerspanung des Walzenmantels erforderlich, wenn der Verschleiß
am Walzenmantel das Auswechseln des Walzenmantels notwendig macht. Auf jeden Fall
sind bei den bekannten Verfahren sehr lange Montage- und Demontagezeiten notwendig,
was entsprechend hohe Kosten verursacht.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde ein neues Verfahren zum Herstellen
metallischer Verbundwalzen der eingangs beschriebenen engeren Gattung zu schaffen,
bei welchem die vorbeschriebenen Nachteile der bekannten Verfahren vermieden sind.
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Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren sollen sich WalzenmarUei 1ftc
Walzenkern
schnell und unproblematisch zu der eigentlichen Verbundwalze zusammenfügen lassen.
Ebenso schnell und unproblematisch soll aber auch ein Auswechseln eines verschlissenen
Walzenmantels möglich sein. Darüber hinaus liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde,
eine vorteilhafte Verbundwalze zu schaffen, die nach dem erfindurgsgemänen Verfahren
herstellbar ist.
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Was das Verfahren anbelangt, so wird die der Erfindung zugrundeliegende
Aufgabe dadurch gelöst, daß der Walzenkern in seinem Innern mit einem Hohlraum versehen
wird, in den über mindestens einen Anschlußkanal ein geeignetes Druckmittel unter
hohem Druck gesetzt und die Wandung des Hohlraumes bis zum Erreichen des jeweils
erforderlichen festen Sitzes des Walzenmantels elastisch aufgeweitet und in dieser
Stellung durch das Druckmittel gehalten wird und daß zum Auswechseln des Walzenmantels
der Druck im Druckmittel soweit gesenkt wird, daß die Wandung des Hohlraumes etwa
in ihre Ausgangsstellung zurückfedert.
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Nach dem erfindungsgernäßen Verfahren läßt sich der Walzenmantel schnell
durch eine kraftschlüssige, in axialer und radialer Richtung wirkende Verspannung
mit der Achse verbinden und ebenso schnell durch Entspannung des Druckmittels vom
Kern der Verbundwalze lösen. Als druck-übertragende Medien werden vorzugsweise Flüssigkeiten
wie Öle und Emulsionen verwendet. Es ist aber auch möglich, als Druckmittel eine
geeignete Quasiflüssigkeit, beispielsweise eine plastische Masse auf Kunststoffbasis
zu verwenden.
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Der nach einem geeigneten Rechenverfahren ermittelte Druckmitteldruck
im Hohlraum des Walzenkernes kann in Abhängigkeit zu der notwendigen Flächenpressung
zwischen Walzenmantel und Achse geregelt und durch die elastische Aufweitung der
Wandung des Hohlraumes auch gemessen werden. Dadurch ist es möglich, eine vorbestimmte
Verspannung zwischen Walzenmantel und Achse
je nach den Walzbedingungen
undden Werkstoffen genau einzuhalten. Außerdem lassen sich dadurch maß - liche Differenzen
der Sitzflächen zwischen Achse und Walzenmantel in gewissen Grenzen ausgleichen.
Auf jeden Fall sind die Montagezeiten, aber insbesondere die Demontagezeiten der
Verbundwalze erheblich, in der Regel um ein Vielfaches kürzer als bei Anwendung
der vorbekannten Verfahren. Dabei darf nicht unberücksichtigt bleiben, daß zur Demontage
einer gemäß der Erfindung hergestellten Verbundwalze keine Zerstörung,beispielsweise
des Walzenmantels, mehr erforderlich ist. Auch brauchen die bei den notwendigen
bekannten Verfahren/maßlichen Korrekturen an den Sitzflächen der beiden Elemente
der Verbundwalze nicht mehr vorgenommen zu werden, wodurch sich eine weitere Einsparung
ergibt.
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Gemäß einem weiteren Merkmal ist die Erfindung dadurch gekennder Wandung
zeichnet, daß die elastische Aufweitung/des Hohfraumes des Walzenkernes in Abhängigkeit
von der notwendigen Flächenpressung zwischen Walzenmantel und Walzenkern reguliert
und durch die elastische Aufweitung der Walzenkernwandung meßbar wird.
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Soweit die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe die nach dem erfindungsgemäßen
Verfahren hergsstellte Verbundwalze anbetrifft, so wird diese Aufgabe erfindungsgemäß
dadurch gelöst, daß der Walzenkern im Bereich des Walzenmantels einen Hohlraum aufweist,
der mit wenigstens einem vorzugsweise koaxial zur Längsachse der Verbundwalze verlaufenden,
an der Stirnseite eines Wellenstummels ausmündenden, gegen hohen Druck druckmitteldicht
verschließbaren Anschlußkanal versehen ist.
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Hierdurch läßt sich die Dicke der Wandung des relativ teuren Walzenmantels
den jeweiligen Betriebsbedingungen leicht anpassen, wobei normalerweise das vorgeschriebene
Verhältnis zwischen Innendurchmesser und Wandstärke aufgrund der einstellbaren definierten
Vorspannung entfällt und damit sogenannte Sicherheitsfaktoren bei der Berechnung,
z.B. eines Warmschrumpfsitzes,
grundsätzlich ausgeshaltet werden.
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Bei einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung weist der Anschlußkanal
einen im Vergleich zum Durchmesser des Hohlraumes des Walzenkernes wesentlich geringeren
Durchmesser auf.
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In manchen Fällen kann es vorteilhaft sein, daß der Durchmesser des
Anschlußkanals um ein Vielfaches kleiner als der Durchmesser des Hohlraumes des
Walzenkernes ist, beispielsweise nur 1/10 bis 1/40 des Hohlraumes beträgt.
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Eine weitere Ausführungsform ist dadurch gekennzeichnet, daß der äußeren
Mündungsöffnung des Anschlußkanals ein nippelartiger Anschluß zugeordnet ist, mit
welchem eine Hochdruckquelle, z.B. die Druckmittelleitung einer Hochdruckpumpe kuppelbar
ist.
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Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform ist dadurch gekennzeichnet,
daß in dem Kanal ein Hochdruckrückschlagventil angeordnet ist.
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Zum Schutz des Hochdruckrückschlagventils kann in der Mündungsöffnung
des Anschlußkanals ein einschraubbarer Schraubstopfen angeordnet sein.
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Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung ist diese dadurch gekennzeichnet,
daß in Einströmrichtung des Druckmittels dem Ho chdruckrückschlagventil ein Entlastungskanal
nachgeschaltet ist, der mit dem Anschlußkanal druckmittelleitend in Verbindung steht,
wobei dem Entlastungskanal jeweils mindestens eine Schraube, ein Stopfen, Kolben
oder dergleichen zugeordnet ist, der in Längsrichtung des Entlastungskanals verstellbar
ist.
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Soll der Walzenmantel ausgebaut werden, braucht der Stopfen oder dergleichen
lediglich entsprechend um ein geringes Maß aus dem Entlastungskanal herausgeschraubt
zu werden. Dadurch wird der Druckmitteldruck im Hohlraum des Walzenkerns soweit
abgesenkt,
daß die Wandung des Hohlraumes zurückfedert, woraufhin
sich der Walzenmantel leicht und schnell vom Walzenkern entfernen läßt.
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Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform ist dadurch gekennzeichnet,
daß in dem Anschlußk bzw. in dem AnBchIuß anal/ein Kolben längsverschieblich und
dichtend geführt ist und daß auf den Kolben ein Verstellelement, z.Be eine Stellschraube,
einwirkt. Nach Füllung des Hohlraumes und des Anschlußkanals mit Druckmittel ist
es dadurch sehr leicht möglich, den jeweils gewünschten Druck sehr feinfühlig einzuregulieren.
Dazu bedarf es nur einer entsprechend-en Verstellung des Verstellelements, was eine
Verschiebung des Kolbens und damit eine Anderung des Druckmitteldruckes zur Folge
hat. In keinem Fall ist es erforderlich, das Druckmittel aus dem Anschlußkanal und
dem Hohlraum wieder herausfließen zu lassen, wenn ein Austausch des Walzenmantels
beabsichtigt ist.
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In manchen Fällen kann es vorteilhaft sein, daß die Hohlraumwandung
in Richtung auf die Längsachse der Verbundwalze konvex gewölbt ist. Der Hohlraum
ist bei einer weiteren Ausführungsform im Längsschnitt etwa tonnenförmig.
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Weitere Merkmale und Vorteile ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung
von Ausführungsbeispielen, die in der Zeichnung schematisch veranschaulicht sind.
Es zeigen: Fig. 1 zwei miteinander zusammenwirkende Verbundwalzen, teils im Schnitt,
teils in der Ansicht; Fig. 2 einen Ausschnitt aus Fig. 1 in größerem Maßstab; Fig-.
3 die Herstellung einer Verbundwalze gemäß der Erfindung, teils im Schnitt und teils
in der Ansicht und Fig. 4 einen Ausschnitt aus Fig. 3, gleichfälls in größerem Maßstab.
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In der Zeichnung ist mit dem Bezugszeichen 1 jeweils eine Verbundwalze
bezeichnet, die im wesentlichen aus einem Walzenmantel 2 und einer den Walzenkern
bildenden Achse 3 besteht.
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Die Achse 3 weist an ihren beiden Endabschnitten einstückig verbundene
Achsstummeln 3a bzw. 3b auf, die in nicht dargestellten Lagern angeordnet sind.
Wie insbesondere die Fig. 1 erkennen läßt, ist der Achsst1nnmel 3a mit dem übrigen
Walzenkern durch Schweißnähte 4 verbunden.
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Im Bereich des Walzenmantels weist der Walzenkern 3 einen etwa tonnenförmigen
Hohlraum 5 auf, der mit einem koaxial zur Längsachse der Verbundwalze verlaufenden
Anschlußkanal 6 druckmittelleitend in Verbindung steht. Aus Fig. 1 ist darüber hinaus
das Zusammenarbeiten zweier Verbundwalzen 1 zu ersehen, die am Umfang des Walzenmantels
2 mit Profilausnehmungen vert sehen sind. Dem Anschlußkanal 6 ist ein nippelartiger
Anschluß 7 zugeordnet, der in die Stirnfläche des Achsstummeln 3a ausmündet.
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Der nippelartige Anschluß 7 ist bei der Ausführungsform gemäß Fig.
1 und 2 auf einem Tei3 seiner Länge mit Schraubgewinde versehen, während bei der
AusfUhrungsform gemäß Fig. 3 und 4 praktisch die gesamte Länge des Anschlusses 7
mit Gewinde ausgerostet ist.
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Bei der Ausführungsform entsprechend Fig.1 und 2 ist in dem Anschluß
7 ein Kolben 8 längsverschieblich und dichtend geführt.
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Der Kolben ist zylindrisch ausgebildet. Auf der dem Anschlußkanal
6 zugekehrten Stirnseite sind Dichtungen 9 bzw. 10 angeordnet, von denen letztere
als Lippendichtung ausgebildet ist.
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Die Dichtung 9 kann als 0-Ring ausgebildet sein.
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Der Kolben 8 weist auf seiner einem Schraubstopfen 1W zugekehrten
Stirnseite eine
Ausnehmung auf, in welcher eine Druckkugel 11 gelagert ist, die die von dem stellschraubenartigen
Schraubstopfen
100 aufgebrachte Verstellkraft auf den Kolben 8 überträgt, so daß der Kolben im
Bedarfsfalle unter hohem Druck in Richtung auf den Anschlußkanal 6 und damit in
Richtung auf den Hohlraum 5 verstellt werden kann.
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Bei der Ausführungsform entsprechend den Fig. 3 und 4 ist im Anschlußkanal
6 ein Hochdruckrückschlagventil 12 angeordnet, das in üblicher Weise einen kugelförmigen
Ab sperrkörp er aufweist, der durch Federkraft gegen einen Ventilsitz angepreßt
ist. Der Ventilsitz ist einstückig mit einem Ventilgehäuse 13 ausgebildet, das in
den Anschluß 7 eingeschraubt ist. Nach außen hin ist das Hochdruckrückschlagventil
12 normalerweise durch einen Schraubstopfen oder dergleichen 130 geschützt.
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Rechtwinklig in den Anschluß 7 bzw. den Anschlußkanal 6 mUndet ein
Entlastungskanal 14, der eine Erweiterung aufweist, in welcher ein Schraubstopfen
15 längsverstellbar und dicht angeordnet ist.
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Die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist prinzipiell
aus Fig. 3 ersichtlich: Hierzu wird an den Anschluß 7 nach Entfernen des Schraubstopfens
130 über eine Hochdruckleitung 16 eine Hochdruckpumpe 17 angeschlossen und Druckmittel,
z.B. geeignetes Öl, über den Anschluß 7, den Anschlußkanal 6 in den Hohlraum 5 gepumpt.
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Hierbei können Drücke von ca. 500 atü auftreten. Auf jeden Fall wird
ein so hoher Druckmitteldruck erzeugt, daß die Wand 3c des Walzenkerns nach außen
radial aufgeweitet wird, bis der auf den Kern aufgescho-bene Walzenmantel 2 in der
erforderlichen Weise auf dem Walzenkern festsitzt. Alsdann wird der Hochdruckschlauch
16 vom Anschluß 7 abgenommen und der Schraubstopfen 130 in den Anschluß 7 eingeschraubt,
damit das Hochdruckventil vor Verschmutzung und dergleichen geschützt bleibt. Das
Druckmittel verbleibt im Anschlußkanal 6 und im Hohlraum 5 unter dem erzeugten hohen
Druckmitteldruck. Soll der Walzenmantel
2 ausgetauscht werden,
braucht lediglich der Schraubstopfen 15 um ein geringes Maß ausgeschraubt zu werden,
woraufhin der Druckmitteldruck entsprechend abgesenkt wird, was eine elastische
Rückfederung der Wandung 3c des Walzenkernes zur Folge hat Daraufhin läßt sich der
Walzenmantel 2 schnell und einfach vom Walzenkern entfernen und gegen einen neuen
Walzenmantel ersetzen.
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Die Füllung des Hohlraumes 5 und des Anschlußkanals 6 mit Dru Aittel
geschieht bei der Ausführungsform entsprechend Fig.
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1 und 2 prinzipiell in der gleichen Weise wie bei Fig. 3. Bei der
Ausführungsform nach Fig. 1 und 2 ist es jedoch möglich, den jeweils gewünschten
Druckmitteldruck durch entsprechend weites Aus- und Einschrauben des Schraubstopfens
10 sehr genau einzustellen, bis die erforderliche Verspannung zwischen Walzenkern
und Walzenmantel erzielt ist.
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In vielen Fällen kann es besonders vorteilhaft sein, wenn die Hohlrauminnenwandung
parallel zur Mantelfläche des Walzenmantels verläuft. Im Rahmen des Erfindungsgedankens
liegen auch Ausführungsformen, bei denen die Hohlrauminnenwandung auf dem überwiegenden
Teil - vorzugsweise auf 70 % ihrer Länge -parallel zur Mantelfläche des Walzenmantels
verläuft. Dadurch ergeben sich besonders günstige Verformungs- bzw. Kräfteverhältnisse.
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Die in der vorstehenden Beschreibung, in der Zeichnung und in den
nachfolgenden Patentansprüchen offenbarten Merkmale des Anmeldungsgegenstandes können
sowohl einzeln als auch in beliebigen Kombinationen untereinander für die Verwirklichung
der Erfindung in ihren verschiedenen Ausführungsformen wesentlich sein.
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Patentansprüche