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Kontinuierliches Verfahren zum Herstellen dis-
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kreter Rohrabschnitte verminderten Durchmessers Die Erfindung betrifft
die Herstellung diskreter Walzprodukte aus einem langen Teilstück in einer kontinuierlichen
Walzoperation und sie betrifft mehr im besonderen ein neues Verfahren zum kontinuierlichen
Herstellen diskreter Abschnitte oder Längen, die jeweils vorbestimmte Abmessungen
halen, aus dem langgestreckten Teilstück durch gleichzeitiges Deformieren und Trennen.
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Die Herstellung von Walzprodukten, wie von diskreten Abschnitten von
Stahlstäben verminderten Durchmessers aus einem einzigen langen Stab größeren Durchmessers,
wird im allgemeinen in zwei Stufen ausgeführt. In der ersten Bearbeitungsstufe wird
der Stab hinsichtlich seines Durchmessers verkleinert mit der Folge der Zunahme
seiner Gesamtlänge. In der zweiten Bearbeitungsstfe wird der Stab verminderten Durchmessers
und größerer Länge dann in einzelne Abschnitte zerschnitten. Die Anforderungen an
den dafür erforderlichen Raum und die Automatisierung vieler Aspekte der Metallfabrikation
haben dazu geführt, daß bei vielen Walzoperationen in der Metallverarbeitungsindustrie
eine sogenannte fliegende Abschneidetechnik benutzt wird, um die vorgenannten einzelnen
Stababschnitte herzustellen. Dieses sogenannte fliegende Abschneiden erfolgt durch
Ergreifen des langen Stabes verringerten Durchmessers, wenn er aus der Bearbeitungsstation
austritt, indem man eine Säge oder ein anderes Schneidgerät daran festklemmt und
dieses Schneidgerät mit dem austretenden Stab so lange weiterbewegt, bis das Abschneiden
erfolgt ist.
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Der Zweck des Trennens des austretenden Stabes in der vorgenannten
Weise ist ein zweifacher:
(1) Zum Ausführen des Fabrikationsprozesses
in einer kontinuierlichen Weise, (2) um den für den Fabrikationsprozeß erforderlichen
Raum möglichst gering zu halten.
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In einem typischen Beispiel kann die Verminderung des Querschnittes
eines Werkstückes, wie eines zylindrischen Stabes, dazu führen, daß die ursprüngliche
Länge des Stabes um das Vier- oder Mehrfache vergrößert wird. Dies würde eine sehr
lange Ausgabeplattform erfordern, die z. B. 15 m übersteigen würde, und die ihrerseits
ein entsprechend großes Gebäude benötigt, um sie z-asammen mit der Bearbeitungsstation
darin unterzubringen. Durch Anwendung der obigen sogenannten fliegenden Abschneidtechnik
wird der erforderliche Bearbeitungsraum beträchtlich verringert, da die Stababschnitte
entfernt werden können, nachdem sie abgeschnitten worden sind.
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Obwohl diese fliegende Abschneidtechnik in Situationen, in denen die
Kontinuierlichkeit der Bearbeitung wichtig ist und wo Walzprodukte gleicher Länge
wiederholt von einem einzigen Werkstück.
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abzuschneiden sind, gut eingeführt ist, sind mit dieser Technik jedoch
gewisse Nachteile und Beschränkungen verbunden. So die relativ hohen Kosten für
die zusätzliche Ausrüstung, die erforderlich ist, um das Abschneiden auszuführen.
Ein anderer Nachteil besteht darin, daß das fliegende Abschneiden in erster Linie
anwendbar ist auf übliche rollende Walzen und auf kontinuierlich arbeitende; den
Querschnitt verringernde Werkzeuge.
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In allen diesen Vorrichtungen tritt das Werkstück, z. B. ein Metallstab,
Draht oder Blech, mit einer im wesentlichen konstanten Geschwindigkeit aus der Bearbeitungsstation
aus. Eine solche Ausrüstung, obwohl brauchbar beim Dünnermachen von Stahlblechen
oder zum Reduzieren des Durchmessers eines Drahtes oder Stabes, verbunden mit der
sich ergebenden Verlängerung des ur-Spl inglichen Werkstückes, kann nicht für jede
Art von Werkstück eingesetzt werden, die deformiert werden soll.
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wo es z. B. erwünscht ist, den Querschnitt der meisten Arten von Rohren
zu vermindern, ist eine andere Ausrüstung erforderlich,
um zu verhindern,
daß das Rohr beim Verengen zusammenfällt. Eine bekannte Vorrichtung für den letztgenannten
Zweck ist als Pilgerwalze bekannt, bei der ein Paar rotierender Werkzeuge oder Walzen
auf den gegenüberliegenden Seiten des ursprünglichen, noch nicht verengten Rohres
angeordnet sind und ein Dorn, der vorzugsweise an einem Ende einen kleineren Durchmesser
aufweist bzw. abgeschrägt ist, innerhalb des Rohres angeordnet ist. Der äußere Rand
jedes dieser Werkzeuge ist als halbkreisförmige abgeschrägte Ausnehmung ausgebildet,
die an ihrem weitesten Ende im wesentlichen der Krümmung des Rohres angepaßt ist.
Während die Werkzeuge gemeinsam einen Vorwärtshub ausführen, bewegen sie sich über
eine seitliche Distanz parallel zur Rohrachse, indem sie sich von einer ersten in
eine zweite seitliche Werkzeugposition bewegen. Während dieses Vorwärtshubes drehen
sich beide Werkzeuge bzw. Walzen in wechselseitig entgegengesetzten Richtungen um
ihre jeweiligen Achsen, um eine vorwärts gerichtete rollende Bewegung auszuführen.
Während des nachfolgenden Pückführungshubes führen die Werkzeuge eine umgekehrte
rollende Bewegung zurück in die erste seitliche Werkzeugposition aus, in der sich
beide Werkzeuge wieder in ihren ursprünglichen Rotationspositionen befinden.
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Die Werkzeuge können während der vorwärtsgerichteten Rollbewegung
eine zunehmende Kompressionskraft auf das stationäre Rohr ausüben. Diese Kompressionskraft
wird in entgegensetzten Richtungen senkrecht zur Achse ausgeübt und deformiert das
Rohr.
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Im vorliegenden Falle wird während jedes Hubes der Rohrdurchmesser
in Richtung der Rohrkompression vermindert. Als Folge des Zusammenpressens zwischen
den Werkzeugen und dem innerhalb des Rohres befindlichen Dorn wird auch die Dicke
der Rohrwandung vermindert. Auf diese Weise erfolgt eine Verlängerung des Rohres
beim Zusammenpressen. Befinden sich die Werkzeuge oder Walzen in der Ruhestellung
in der ersten oder zweiten seitlichen Werkzeugposition, dann ist ihre Rotationsposition
derart, daß keines der Werkzeuge in Eingriff mit dem dazwischenliegenden Rohr steht,
d. h. sie halten einen Abstand zum Rohr. Befinden sich die Werkzeuge in der ersten
Werkzeugposition, wird das
Rohr längs des Dornes vorgeschoben.
Das Vorschieben des Rohres findet in Stufen statt, die sich mit der Rohrkompression
abwechseln. Das Verfahren wird so lange fortgesetzt, bis das Rohr die zweite Werkzeugposition
völlig passiert hat und in seiner vollen Länge deformiert worden ist.
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Die Pilgerwalzen-Technik der Rohrdeformation ist von besonderem Interesse
bei der Herstellung von Brennstäben für Kernreaktoren.
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Jeder solcher Brennstäbe in einem typischen Reaktor besteht aus einem
Rohr, das in einem Beispiel eine Länge von etwa 3,90 m hat und einen äußeren Durchmesser
von etwa 12,3 mm. Die Brennstoffpellets, d. h. Urandioxid-Pellets sind,Endstück-an-Endstück
gelegt,innerhalb des Rohres gestapelt. Das für ein solches Rohr benutzte Metall
kann aus einer Zirkoniumlegierung bestehen, z. B. einer Legierung, die im Handel
unter der Bezeichnung "Zircaloy" erhältlich ist. Diese Zircaloy-Rohre, die auch
als Wasser- und als Halterohre im Kernreaktor benutzt werden können, haben vorzugsweise
dünne Wandungen von z. B. in der Größenordnung von 0,8 mm, um die Neutronenabsorption
zu vermindern, und das Gewicht der Stäbe zu reduzieren. Zusätzlich zur Schaffuna
von Rohren geringen Durchmessers mit einer gewünschten Wandstärke kann man mit der
Pilgerwalzen-Technik auch eine gewunschte Kornorientierung in jedem hergestellten
Zircaloy-Rohr erhalten. In solchen Rohren ist die Mehrzahl der Gitter-Grundebenenparallel
zur Zentralachse des Rohres orientiert, was ein wesentlicher zur Festigkeit der
Rohre beitragender Faktor ist.
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Die Pilgerwalze kann nicht leicht mit den Geräten zum fliegenden Abschneiden
der Art kombiniert werden, wie sie oben beschrieben sind, weil das Werkstück nicht
mit einer konstanten Geschwindigkeit aus der Bearbeitungsstation austritt. Vielmehr
wird das Rohr in der Pilgerwalze stufenweise vorgeschoben sowit periodisch um seine
Achse gedreht. Ein an das Rohr geklerr£ntes Gerät zum Abschneiden würde daher relativ
hohen Trägheitsberastungen durch die wiederkehrende Beschleunigung und Verlang-SlNlU!lt
es Rehres mit grßencrdnunqsmäßig 250 Zyklen/Min. ausgesetzt werden. Darüber hinaus
müßte ein solches Schneidgerät
zusammen mit dem Rohr rotieren oder
man müßte es während der Rohrrotation abnehmen und dann wieder festklemmen.
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Die Erfahrung hat gezeigt, daß die Technik des fliegenden Abschneidens
unter Bedingungen ungeeignet ist, bei denen eine stoßweise Bewegung erforderlich
ist. Die volle Länge des Rohres reduzierten Durchmessers muß daher bei den Techniken
nach dem Stand der Technik aufgenommen und gelagert werden, bevor das Rohr in einzelne
Abschnitte erwünschter Länge geschnitten werden kann. Bei der Herstellung von Zircaloy-Rohren,bei
denen das ursprüngliche Werkstück eine Länge von etwa 3,90 m oder mehr hat, ist
das Rohr mit dem verminderten Durchmesser, das aus der Pilgerwalze austritt, um
das Vierfache verlängert. Es ist daher eine Ausgabeplattform von etwa 15,6 m oder
mehr erforderlich, die mit der Pilgerwalze ausgerichtet sein mußund es erfordert
ein spezielles Gebäude, um die ganze Vorrichtung aufzunehmen. Zu einem späteren
Zeitpunkt muß dann das etwa 15,6 m lange Rohr verminderten Durchmessers in einem
separaten Arbeitsgang in die gewünschten Längen geschnitten werden. Die derzeit
praktizierte Fabrikation solcher Brennstabrohre erfordert daher nicht nur eine ungewöhnlich
lange Ausgabeplattform zum Abstützen des langen Rohres verminderten Durchmessers
und ein geeignetes Gebäude dafür, sondern außerdem separate Handhabungs- und Schneideoperationen
sowie die Ausrüstung und den zusätzlichen Raum zur Ausführung dieser Operationen.
Die Unmöglichkeit, das Verengen und Schneiden bei den derzeitigen Fabrikationstechniken
für Rohre zu kombinieren, hat bisher die Herstellung solcher Rohre in kontinuierlicher
Arbeitsweise ausgeschlossen.
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Es ist eine Hauptaufgabe der vorliegenden Erfindung, ein neues und
verbessertes kontinuierliches Verfahren zum Herstellen einzelner Walzprodukte mit
vorbestimmten Abmessungen aus einem langen Teil zu schaffen, das die vorgenannten
Begrenzungen und Nachteile nicht aufweist.
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Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein neues
und verbessertes kontinuierliches Verfahren zum Herstellen von
einzelnen
Walzprodukten mit vorbestimmten Abmessungen aus einem langen Teil im wesentlichen
gleichförmigen Querschnittes zu schaffen, indem man das Teil an einer üblichen Bearbeitungsstation
gleichzeitig deformiert und trennt.
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Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein neues
und verbessertes kontinuierliches Verfahren zum Herstellen diskreter Walzprodukte
mit vorbestimmten Abmessungen aus einem langen Teilstück zu schaffen, bei dem das
erforderliche Ausgabeareal relativ klein ist.
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Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein neues
und verbessertes kontinuierliches Verfahren zum Herstellen diskreter Walzprodukte
vorbestimmter Abmessungen aus einem langen Teilstück zu schaffen, bei dem der Umfang
und die Karten der erforderlichen Ausrüstung geringer sind als bei den bekannten
Techniken zum Herstellen solcher Produkte.
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Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung
eines kontinuierlichen Verfahrens zum Herstellen von Rohrabschnitten verminderten
Durchmessers und vorbestimmte Länge aus einem einzelnen langen Rohr durch gleichzeitiges
Reduzieren der Querschnittsabmessungen und Trennen des Rohres in Abschnitte erwünschter
Länge.
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Und es ist schließlich eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung;
ein Verfahren zum Herstellen diskreter, im wesentlichen identischer Rohrabschnitte
verminderten Durchmessers und vorbestimmter Länge aus einem Rohr größeren Durchmessers
in einer kontinuierlichen Weise zu schaffen, indem man das Rohr größeren Durchmessers
an vorbestimmten Stellen entlang seiner Länge schwächt und nachfolgend ein gleichzeitiges
Verengen uns Trennen an einer üblichen Bearbeitungsstation ausführt.
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Gemäß den Prinzipien der vorliegenden Erfindung wird das ursprüngliche
lange Teilstück an vorbestimmten Trennlinien, an denen schließlich das Trennen erfolgen
soll, geschwächt, bevor
eine Kompressionskraft auf das Teilstück
ausgeübt wird. Ist das ursprüngliche Teil ein Rohr, dann kann das Schwächen durch
Nuten, Kerben, Schneiden, durch Anwenden eines Spannungsaufsatzes oder in anderer
Weise an vorbestimmten Stellen entlang der Länge des Rohres erfolgen. Nachfolgend
wird das Rohr in dem Maße, indem es in die Bearbeitungsstation vorgeschoben wird,
durch die Anwendung einer fortschreitend zunehmenden Kompressionskraft, die im rechten
Winkel zur Rohrachse ausgeübt wird, deformiert.
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Wird ausreichend Kompressionskraft auf eine gekerbte Stelle des Rohres
ausgeübt, dann breitet sich ein Querriß auf dem Umfang durch die Rohrwandung hindurch
aus und das Rohr trennt sich an der erwünschten Trennlinie. Da das Rohr an aufeinanderfolgenden
Stellen längs seiner Achse getrennt wird, erhält man einzelne Abschnitte des deformierten
Rohres mit vorbestimmten Abmessungen und sie können in dem Maße von der Ausgabe
entfernt werden, wie sie dort ankommen.
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Im folgenden wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnung
näher erläutert. Im einzelnen zeigen: Figur 1 eine Darstellung der vorliegenden
Erfindung in Verbindung mit einer Vorrichtung zum Verengen eines Rohres, bei der
ein Paar rotierender Werkzeuge in Startposition des Werkzeughubes zusammen mit einem
Rohr in der Startposition gezeigt ist, Figur 2 die Vorrichtung der Figur 1, wobei
die Werkzeuge sowohl in der Start- als auch der Endposition des Hubes und das Rohr
in einem Ubergangszustand der Verengung gezeigt sind, Figur 3 eine Teilquerschnittsansicht
längs der Linie I - I in Figur 2 und Figur 4 eine Teilquerschnittsansicht längs
der Linie II - II in Figur 2.
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Das erfindungsgemäße Verfahren ist anwendbar auf die kontinuierliche
Herstellung von Metallrohrabschnitten aus Zirkoniumlegierungen, wie Zircaloy, zur
Verwendung in einem Kernreaktor, Doch ist das erfindungsgemäße Verfahren auch anwendbar
zur kontinuierlichen Herstellung andererWalzprodukte, die aus irgendeinem Material
mit ähnlichen Eigenschaften bestehen. Beispiele solcher Materialien sind Titan,
Aluminium, und deren Legierungen sowie andere Materialien, die zur Rißausbreitung
neigen, wenn eine ausreichende Deformationskraft darauf ausgeübt wird.
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In der Zeichnung ist ein langgestrecktes Teil 10 in Form eines Rohres
gezeigt, das einen im wesentlichen gleichmäßigen Querschnitt aufweist, wie am besten
aus Figur 1 veranschaulicht.
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Dieses Rohr 10 wird anfänglich dadurch angeordnet, daß man es üker
einen langgestreckten abgeschrägten Dorn 26 gleiten läßt, dessen dickeres Ende 26A
zwischen einem Paar im wesentlichen identischer Rotationswerkzeuge 100 und 102 abgestützt
ist, wie Figur 1 zeigt. Das Endstück 26A des Dornes ist so bemessen, daß ein Spalt
32 zwischen der Rohrinnenwand und der Dornaußenwand verbleibt, der es gestattet,
das Rohr, wie dargestellt, anzuordnen. An dem Dornendstück 26A ist ein Dornstab
28 befestigt, und erstreckt sich axial davon. Der Dornstab 28 kann während der anfänglichen
Anordnung des Rohres entfernt und anschließend wieder befestigt werden. Das freie
Endstück 29 des Dornstabes 28 wird an einem fixierten Punkt außerhalb des Rohres
10 befestigt, z. B. an einer Verankerungsbefestigung 30, nachdem das Rohr 10, wie
in der Figur 1 gezeigt, angeordnet worden ist.
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In einer bevorzugten Ausführungsform wird das erfindungsgemäße Verfahren
teilweise mit einer Pilgerwalze derart ausgeführt, wie sie von der Wean United Company
als Modell 25 VMR erhältllcl ist. sie Werkzeuge bzw. Walzen 100 und 102 bilden einen
Bestandteil der Pilgerwalze und sie sind in Figur 1 in ihrer Startposition gezeigt,
die in Figur 2 mit I - I bezeichnet ist. Diese Position wird in der vorliegenden
Anmeldung auch bisweilen als die erste Werkzeugposition bezeichnet. Dieser
Begriff
bezeichnet eine seitliche Werkzeugposition relativ zur Möglichkeit, diese Werkzeuge
bzw. Walzen seitlich in einer Richtung zwischen den Positionen I - I und II - II
zu bewegen, die parallel zu der üblichen Rohr- und Dornachse 9 verläuft.
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Die seitliche Walzenposition bestimmt auch die Rotationsposition der
Werkzeuge 100 und 102 um ihre Drehachsen 104 und 106, wie sich aus der nachfolgenden
Erläuterung ergeben wird.
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In der ersten Werkzeugposition, wie sie in Figur 1 gezeigt ist, ist
der gegenseitige Abstand zwischen den Werkzeugen ausreichend groß, um einen Abstand
120 zu lassen, wenn das Rohr 10 zwischen den Walzen angeordnet ist. Zu Beginn des
Arbeitsganges ist die Rohrwand des Rohrendes 10A also zwischen den Werkzeugen und
dem Dornende 26A angeordnet. Der Rest des abgeschrägten Dornes 26 erstreckt sich
nach rechts vom Rohrende 10A und den Werkzeugen, wobei sich das dünne Endstück 26B
des Dornes bis zu einer Stelle erstreckt, die in etwa die Endposition der Werkzeuge
ist.
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Das Rohr 10 wird vorzugsweise von einem nicht-dargestellten Zuführungswagen
gehalten, wenn es, wie in Figur 1 veranschaulicht, angeordnet wird. Zusätzlich zum
Ergreifen des Rohres führt der Zuführungswagen, der an sich bekannt ist, das Rohr
der Bearbeitungsstation, d. h. der Pilgerwalze, stufenweise zu. Der Zuführungswagen
oder irgendeine andere bekannte entsprechende Vorrichtung ist weiter geeignet, das
Rohr periodisch um seine Achse zu drehen.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung
ist das Rohr vor dem Verengen in der Pilgerwalze an einer Reihe von erwünschten
Teilungslinien strukturell geschwächt worden, die sich jeweils an einem vorbestimmten
Ort längs der Rohrachse befindet. Im Zusammenhang mit dem Rohr 10 bedeutet der Begriff
"Teilungslinie" eine Linie, die sich um den Umfang des Rohres erstreckt und dieser
Begriff bezieht sich außerdem auf die Querschnittsoberfläche des Rohres, die durch
diese Linie bestimmt ist und an der das Rohr getrennt
werden soll.
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Das Schwächen des Rohres kann durch Nuten, Kerben, Schneiden der Rohrwandung
11 an den vorbestimmten Orten entlang der Rohrlänge oder in anderer Weise erfolgen
und dies bis zu einem Grad, der die erwünschte Wirkung ergibt, wenn eine ausreichende
Druckkraft auf das Rohr ausgeübt wird. In Figur 1 zeigen Kerben 12 und 14 die beiden
vorbestimmten Stellen, an denen das Rohr geschwächt worden ist. Das Anbringen dieser
Kerben kann entweder von Hand, z. B. mit einem üblichen Rohrschneidewerkzeug oder
mit einer speziell für diesen Zweck geeigneten Maschine erfolgen.
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Es ist jedoch darauf zu achten, daß die Rohrwandung 11 nicht zu einem
Ausmaß geschwächt wird, daß das Rohr die erforderliche Utarrheit; sich als einheitlicher
Körper zu bewegen verliert.
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Die Maximaltiefe der Kerbe an jeder Stelle ist daher im allgemeinen
nicht größer als 50 % der Dicke der Rohrwandung. Doch können die Kerben beträchtlich
flacher ausgeführt werden und trotzdem den erwünschten Zweck erfüllen, vorausgesetzt,
daß die Kerbe am Boden scharf ist. Bei einer anfänglichen Rohrwandungsdicke in der
Größenordnung von 2,5 mm hat sich eine Kerbentiefe im Bereich von etwa 0,05 bis
etwa 0,075 mm als brauchbar erwiesen.
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Obwohl gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung das Kerben
des Rohres 10 stattfindet, nachdem es in der in Figur 1 gezeigten Position angeordnet
worden ist, ist die Erfindung darauf nicht beschränkt. Da die Kerben nicht so tief
sind, um das Rohr 10 seiner strukturellen Starrheit zu berauben, die erforderlich
ist, um es als einheitlichen Körper zu bewegen, kann das Kerben oder eine andere
Art des Schwächens auch an einer Stelle ausgeführt werden, die entfernt ist von
der Vorrichtung zum Verengen des Rohres. Im letzteren Fall erfolgt das Anordnen
des Rohres in der in Figur 1 gezeigten Position nach dem Anbringen der Schwächungsstellen.
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Wie am besten in den Figuren 3 und 4 gezeigt, hat jedes Werkzeug 100
und 102 ein Paar beabstandeter Flansche die in Flanschoberflächen 108 bzw. 110 enden,
die als die Bodenplatten des Werkzeugs bezeichnet werden. Wie in gestrichelter Linie
in Figur 1 gezeigt, befinden sich die Werkzeug-Bodenplatten in Berührung miteinander
längs einer horizontalen Ebene, die die Achse 9 einschließt, und sie bleiben während
der seitlichen Werkzeugbewegung in Kontakt miteinander. Zwischen jedem Paar von
Flanschen befindet sich eine Ausnehmung etwa halbkreisförmigen Querschnittes, deren
innere Oberflächen die Werkzeugoberflächen bilden, die das Rohr 10 von den gegenüberliegenden
Seiten ergreifen. Wie in Figur 2 gezeigt, begrenzt die Werkzeugoberfläche 111 eine
abgeschrägte Ausnehmung 112 und die Werkzeugoberfläche 113 begrenzt eine abgeschrägte
Ausnehmung 114. Die erweiterten Reliefabschnitte 112A und 114A der Ausnehmung beenden
die Ausnehmungen 112 und 114 am großen Ende jeder Ausnehmung und sorgen so für den
Abstand 120 zwischen den Werkzeugoberflächen und dem Rohr 10, wie am besten in Figur
3 ersichtlich. Die Weite der abgeschrägten Ausnehmungen 112 und 114 folgt der Abschrägung
des Dornes 26 und nimmt fortschreitend zwischen den Reliefabschnitten 112A und 114A
und den Ausnehmungsabschnitten 112B und 114B ab. Auch dies ist in den Figuren 3
und 4 gezeigt.
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Gemäß dem Betrieb der Pilgerwalze bewegen sich beide Werkzeuge 100
und 102 während ihres Vorwärtshubes gleichmäßig in einer seitlichen Richtung und
zwar von der Start- zur Endposition, bzw. von der ersten Werkzeugposition I - I
zur zweiten Werkzeugposition II - II, wie sie in Figur 2 gezeigt sind. Gleichzeitig
drehen sich die Walzen 100 und 102 in entgegensetzter Richtung längs der Pfeile
116 und 118, wobei die Flanschoberflächen 108 und 110 der Werkzeuge in Kontakt miteinander
bleiben. Auf diese Weise führen die Werkzeuge während ihres Vorwärtshubes eine vorwärtsgerichtete
rollende Bewegung aus. Bei Ankunft in der Endposition hat sich jedes Werkzeug etwa
1800 um seine Drehachse gedreht. Da die engen Abschnitte 112B und 114B der Ausnehmung
sich über die 180°-RotationspunOte der
Werkzeuge hinaus erstrecken,
wie dargestellt, wird der zwischen den Werkzeugen angeordnete Rohrabschnitt zu diesem
Zeitpunkt festgehalten.
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Während des Rückwärtshubes wird die vorbeschriebene Bewegung umgekehrt,
d. h. die Werkzeuge 100 und 102 rotieren entgegengesetzt, wie durch die Pfeile 117
und 119 in Figur 2, rechter Teil, gezeigt, um eine rückwärtige Rollbewegung auszuführen.
Nach Beendigung des rückwärtigen Hubes befinden sich die Werkzeuge wieder in der
ersten Werkzeugposition. Zu diesem Zeitpunkt wird das Rohr 10 nicht mehr von den
Werkzeugen ergriffen und kann daher in Axialrichtung stückchenweise vorwärts bewegt
werden, d. h.
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zur rechten Seite der Figuren 1 und 2, während der Dorn 26 stationär
gehalten wird.
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Der vorbeschriebene Zyklus wird wiederholt und das Rohr 10 jewei~s
ein Stückchen weiter befördert, nachdem die Werkzeuge in ihre Position zurückgekehrt
sind. Das Ausmaß des stufenweisen Vorrückens kann selektiv reguliert werden, doch
ist es gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung in der Größenordnung
von etwa 3 mm. Der Abstand 120 stellt sicher, daß sich das Rohr relativ zu den Werkzeugen
frei bewegen kann.
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In Figur 2 sind die Wegstücke der Werkzeugoberflächen 111 und 113
113 vor dem Inberührunggelangen mit dem Rohr 10 während des Vorwärtshubes durch
die gestrichelten Linien 90 und 92 veranschaulicht. Nur wenn die stufenweise Vorwärtsbewegung
des Rohres 10 das Rohrendstück 10A eine ausreichende Strecke über die in Figur 1
gezeigte Position hinaus bewegt hat, d. h. über den Punkt hinaus, in dem die Wegstücke
90 und 92 der Werkzeugoberfläche das Rohr schneiden, wie in Figur 2 gezeigt, stützen
sich die Werkzeugoberflächen 111 und 113 während des Vorwärtshubes auf dem Rohr
ab.
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Um die Wirkungsweise zu veranschaulichen, zeigt die Figur 2 das Rohr
10 als sich über die Distanz des Vorwärtshubes des Werkzeuges hinaus erstreckend,
wobei das Rohrende 10A über die
Endposition der Werkzeuge hinaus
bewegt ist. In dieser Position des Rohres üben die Werkzeuge eine vorwärtsgerichtete
Rollbewegung während des Vorwärtshubes aus, bei dem die Werkzeugoberflächen 111
und 113 eine Druckkraft in entgegensetzten Richtungen auf das Rohr ausüben. Die
ausgeübte Druckkraft deformiert das Rohr 10 auf die Oberfläche des Dornes 26 herab,
der innerhalb des Rohres angeordnet ist. In dem Maße, in dem sich die Werkzeuge
von der Start- zur Endposition bewegen, nimmt die Kompressionskraft und folglich
auch die resultierende Rohrdeformation fortschreitend zu, da immer engere Abschnitte
der Ausnehmungen 112 und 114 während der vorwärtsgerichteten Rollbewegung auf das
Rohr drücken. Der Rohrquerschnitt, der gezwungen ist, sich den verengenden Werkzeugausnehmungen
anzupassen, wird somit in dem Maße fortschreitend verengt, in dem die Werkzeuge
ihre vorwärtsgerichtete Rollbewegung ausüben. Darüber hinaus verursacht die Anwesenheit
des Dornes 26 innerhalb des Rohres 10 eine fortschreitende Dickenverminderung der
Rohrwandung 11 durch die Einwirkung der Werkzeuge. Diese Verminderung der Querschnittsabmessungen
des Rohres führt zu einer Verlängerung des Rohres. In einer Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung hat sich eine vierfache Verlängerung des ursprünglich etwa
3,90 m langen Rohres aufgrund der kompressiven Wirkung der Walzen ergeben.
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Um einen im wesentlichen runden Querschnitt im komprimierten Rohr
aufrechtzuerhalten, wird das Rohr von Zeit zu Zeit um seine Achse gedreht. Dies
erfolgt durch gemeinsames Rotieren des Rohres 10 und des Dornes 26 und wird geeigneterweise
durch den Zuführungswagen gemacht, wenn sich die Werkzeuge in der ersten Position
befinden. In diesem Fall wird das Rohr 10 dann schrittweise sowohl axial vorgeschoben
als auch um seine Achse gedreht. In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung
ist der Drehwinkel zu 600 ausgewählt, so daß 6 schrittweise Rohrdrehungen eine völlige
Drehung ergeben. Da das Rohr gemäß der bevorzugten. Ausführungsform der Erfindung
axial in 3 mm-Schritten vorgeschoben wird, vollendet das Rohr eine volle
Drehung
um seine Achse für jeweils etwa 18 mm Vorschieben in der Axialrichtung. Das ursprünglich
etwa 3,90 m lange Rohr erfährt daher über 200 völlige Drehungen, während es durch
die Bearbeitungsstation geschoben wird, was einen im wesentlichen runden Querschnitt
über die volle Länge des komprimierten Rohres sicherstellt.
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Wie in Figur 4 gezeigt, weicht in der Praxis der Querschnitt der abgeschrägten
Ausnehmungen 112 und 114 in den Werkzeugen tatsächlich leicht von einer halbkreisförmigen
Konfiguration ab, wie sich aus den seitlichen erhabenen Räumen 115 ergibt.
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Doch stellt die Rotation des Rohres beim Fortschreiten durch die Pilgerwalze
einen im wesentlichen runden Querschnitt der fertigen Rohrabschnitte sicher.
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Vo; der Anwendung der Kompressionskraft wurde das Rohr strukturell
an vorbestimmten Orten entlang seiner Achse geschwächt.
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In der bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung erfolgt
dies durch Einkerben bzw. Nuten des Rohres längs einer erwünschten Teilungslinie
an jedem der vorbestimmten Orte.
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Jede Nut bzw. Kerbe, wie sie z. B. mit den Bezugsziffern 12 und 14
in Figur 1 bezeichnet sind, umgibt den Rohrumfang. Während des Vorwärtshubes der
Werkzeuge entwickelt sich ein Riß bzw. Bruch an jeder Kerbe. Spezifisch breitet
sich an jeder Kerbe ein Riß in die Rohrwandung 11 hinein aus, wenn ausreichend Druckkraft
angwendet wird. In dem Maße, in dem sich eine Kerbstelle in Stufen der Bearbeitungsstation
nähert, nimmt die darauf ausgeübte Kompressionskraft mit jedem Vorwärtshub zu. Der
Riß breitet sich daher weiter durch die Rohrwandung aus, bis das Rohr an der erwünschten
Teilungslinie schließlich völlig getrennt wird. In Figur 2 ist bei 124 und bei 126
das Rohr 10 als abgetrennt gezeigt. Es werden daher diskrete Rohrabschnitte 128
und 130 als Ergebnis des kontinuierlichen Bearbeitens während der Verengung des
Rohres 10 zum erwünschten Durchmesser gebildet. Durch Vorschieben des Rohres in
axialer Richtung werden diese Rohrabschnitte über die zweite Werkzeugposition II-II
hinausogestoßen, von wo sie entfernt werden können.
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Es ist dem Fachmann klar, daß die gemäß der vorliegenden Erfindung
hergestellten Rohrabschnitte eine Endbearbeitung der Kanten erfordern können, da
die Risse sich selten als glatter Oberflächenbruch ausbreiten. Eine solche Kantenbearbeitung
ist jedoch beim Schneiden eines Rohres in Abschnitte ebenfalls erforderlich, so
daß durch die Kantenbearbeitung im vorliegenden Fall keine zusätzlichen Kosten verursacht
werden.
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Ein wesentlicher Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens beruht darauf,
daß die Bearbeitung kontinuierlich für jedes zu verengende Rohr ausgeführt werden
kann, d. h. das Verfahren erfordert kein separates Schneiden des Rohres. Ein weiterer
Vorteil ist der, daß keine große Endplattform und somit kein großes Gebäude zur
Aufnahme dieser Endplattform erforderlich sind. Die mit der vorliegenden Erfindung
erhaltenen diskreten Rohrabschnitte und andere Walzenprodukte mit vorbestimmten
Abmessungen können daher rascher und wirtschaftlicher als bisher hergestellt werden.
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Ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung ist es, daß Rohrabschnitte
des erwünschten Durchmessers unterschiedliche vorbestimmte Längen haben können.
Da die Verlängerung des Rohres eine Funktion der angewandten Kompressionskraft und
der Größe des Dornes ist, die beide kontrolliert werden können, bestimmt die Anordnung
der Kerben an ausgewählten Orten daher die genaue Länge der gebildeten Rohrabschnitte.
Es ist klar, daß die in einem einzelnen kontinuierlichen Bearbeitungsvorgang hergestellten
Rohrabschnitte aus dem gleichen Ausgangsrohr nicht die gleiche Länge zu haben brauchen,
sondern daß sie in Abhängigkeit von den ausgewählten axialen Orten der Kerben auf
dem ursprünglichen Rohr variieren können.
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Außerdem ist dem Fachmann klar, daß die vorliegende Erfindung nicht
auf die dargestellte und beschriebene bevorzugte Ausführungsform beschränkt ist.
Wenn z. B. die Ausnehmuncsabschnitte 112B und 114B der Werkzeuge 100 und 102 in
gleicher Weise ausgebildet sind, wie die Ausnehmungsabschnitte 112A und
114A,
dann kann das Vorschieben und Drehen des Rohres wahlweise entweder in der Start-
oder der Endposition der Werkzeuge erfolgen. Andere Modifikationen der Vorrichtung
und des Verfahrens ergeben sich für den Fachmann von selbst.
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Obwohl das erfindungsgemäße Verfahren unter Bezugnahme auf eine konventionelle
Pilgerwalze und die dazu,gehörige Rohr-Zuführungsvorrichtung beschrieben worden
ist, ist die Erfindung darauf nicht beschränkt. So ist die Erfindung gleichermaßen
brauchbar in Situationen, in denen derzeit die oben beschriebene Ausrüstung zum
sogenannten *fliegenden Abschneiden" benutzt wird, um diskrete Längen eines Drahtes
herzustellen. Obwohl diese Ausrüstung bereits das Herstellen von diskreten Walzenprodukten
in einer kontinuierlichen Weise gestattet, erfolgt derzeit mit die-5er Ausrüstung
ein Trennen durch Schneiden, nachdem der QuerscHnitt des ursprünglichen Werkstückes
reduziert worden ist.
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Im Gegensatz dazu erfolgt bei der vorliegenden Erfindung das Trennen
gleichzeitig mit dem Reduzieren des Querschnittes.
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Außerdem können die Kosten der Ausrüstung zum fliegenden Abschneiden,
die derzeit erforderlich ist, die Kosten des Kerbens oder in anderer Weise Schwächen
des ursprünglichen Werkstückes an ausgewählten Orten, bevor man mit dem Vermindern
des Durchmessers beginnt, weit übersteigen.
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Die Prinzipien der vorliegenden Erfindung sind auch anwendbar, wenn
Walzenprodukte herzustellen sind, die andere als runde Querschnitte aufweisen. Wenn
z. B. die Vorrichtung zum Reduzieren Stanzmatrizen umfaßt, dann kann das langgestreckte
ursprüngliche Werkstück eher breitseits als Iängsseits der Bearbeitungsstation zugeführt
werden. In jedem Fall wird sich an einer geschwächten Stelle ein Riß durch Anwendung
einer ausreichend großen Kompressionskraft ausbreiten, der schließlich da Werkstück
in entsprechende Abschnitte trennen wird. Es ist klar, daß die letztgenannte Technik
unterschiedliche Werkzeuge an verschiedenen Abschnitten des ursprünglichen Werkstückes
erfordert und daher unterschiedliche Arten von Walzenprodukten in einem einzigen
Arbeitsgang hergestellt werden können.
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Auch ist die vorliegende Erfindung nicht auf Zircaloy und andere Zirkoniumlegierungen
beschränkt. Es können andere Metalle und auch nicht metallische Materialien benutzt
werden, vorausgesetzt sie gestatten das Ausbreiten eines Risses an einer vorher
ausgewählten erwünschten Trennlinie, wenn ausreichend Kompresssionskraft ausgeübt
wird.