DE3632436A1 - Radial-axial-ringwalzmaschine - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Radial-Axial- Ringwalzmaschine zum Umformen nahtloser Ringe gemäß dem Oberbegriff des Patent­ anspruches 1.

Die Erfindung bezieht sich insbesondere auf Horizontal-Vertikal-Ringwalzwerke bzw. -maschinen, bei denen auch Ringe größerer Durchmesser auf einem Walztisch umgeformt werden. Nahtlose Ringe, welche sich auf der­ artigen Maschinen walzen lassen, werden aus einem Rohling verhältnismäßig geringen Durchmessers gewonnen, der auch aus exotischen Metallen bestehen kann. Die nahtlosen Ringe, welche auf der erfindungsgemäßen Walzmaschine hergestellt werden, sind profiliert. Derartige Walzmaschinen müssen scharfkantige Ringe mit ebenen Stirnflächen liefern, die nicht unrund sein dürfen.

Die Erfindung geht von einer vorbekannten Horizontal-Vertikal-Ringwalzmaschine aus. Hierbei werden die Zylinderflächen des Ringes mit einem Horizontal-Walzenpaar umgeformt, welches von einem von dem Ring umschlossenen Walzdorn und der Radialwalze, der sogenannten Hauptwalze gebildet wird. Die Ringstirnflächen werden mit einem Vertikal-Walzenpaar abgewalzt, welches aus den Kegelwalzen besteht, die einen glatten Walzenmantel aufweisen. Während des Walzens wird der Walzdorn gegen die feststehende Radialwalze bewegt, wodurch die Umformung des Ringes in seiner radialen Richtung erzielt wird. Hierbei nimmt dessen Querschnitt insgesamt und in radialer Richtung ab, während sich der Ring­ durchmesser in Richtung auf die Kegelwalzen vergrößert. Hält man die gedachten Kegelspitzen der Vertikalwalzen auf der Ringmitte und ändert man dabei die Drehzahl der Kegelwalzen stufenlos, um gleiche Umfangsgeschwindigkeiten der sich berührenden Kegelwalzen- und Ringstirnflächen zu erreichen, so ergibt sich ein schlupffreies Walzen, das u. a. zu einer hohen Oberflächengüte der Ringstirnflächen führt. Bewegliche Zentrier­ walzen sorgen dafür, daß die Ringe zwischen den Horizontal- und Vertikalwalzen nicht unrund werden.

Da die Rohlinge in den Kegelwalzenspalt wachsen, lassen sich daraus nicht Ringe mit einer profilierten inneren Zylinderfläche walzen. Gewalzte nahtlose Ringe mit profilierter, innerer Zylinderfläche müssen daher im Anschluß an das Walzen abgedreht werden. Das ist u. a. bei nahtlosen Ringen der Fall, aus denen Zahnräder mit axial verbreitertem Zahnkranz hergestellt werden, weshalb man solche und andere Erzeugnisse in der Regel auf andere Weise formt, weil das zu zerspanende Volumen zu groß wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Radial-Axial-Ringwalzmaschine mit den eingangs wiedergegebenen Merkmalen zu schaffen, welche naht­ lose Ringe mit innen profilierter Zylinderfläche walzen kann, um kostspielige Nacharbeiten zu vermeiden oder doch wesentlich zu reduzieren.

Diese Aufgabe löst die Erfindung mit den Merkmalen des Patentanspruches 1. Zweckmäßige Ausführungsformen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Gemäß der Erfindung wird mit den profilierten Kegelwalzen und der Radialwalze ein außen ganz und innen bis auf die Mitte des Walzenspaltes geschlos­ senes Außenkaliber gebildet, welches in das radial nach innen folgende Innenkaliber mündet. Dadurch werden alle Ringstirnflächen von den diese berührenden Kegelflächen und die radial äußeren Innenzylinderflächen des Ringes von den Radial­ walzenflächen des Kegelwalzenprofiles gewalzt. Im Ergebnis steht auf diesen Flächen die gewünschte hohe Oberflächengüte, aber auch wegen des voll­ ständigen Abwalzens der Flächen die geforderte Scharfkantigkeit des Ringes. Diese Ringe können als solche oder mit geringer Zerspanung beim Abdrehen u. a. als Rohlinge für Zahnräder verwendet werden. Die Umformung des Rohlings in radialer Richtung wird durch das Gegeneinanderbewegen der profilierten Kegelwalzen der Radialwalze erzielt. Dadurch vergrößert sich der Ringdurchmesser unter gleichzeitiger Abnahme des Ringquerschnittes. Die Durchmesservergrößerung erfolgt in zu den Kegelwalzen entgegengesetzter Richtung.

Bei geringen Umformungswegen bzw. -volumina bleiben die radialen Abmessungen im inneren Kegelwalzen­ kaliber praktisch konstant. In diesen Fällen kann man die mittlere innere Zylinderfläche frei fließen lassen. Dabei hängt die Maßtoleranz des fertig abgewalzten Ringes auch vom Einsatzvolumen des Rohlings ab. Diese Ausführungsform der Erfindung ist Gegenstand des Patentanspruches 2.

Wird aber die Umformung und/oder das Einsatzvolumen vergrößert, dann tritt während des Walzens eine Einschnürung auf der freifließenden Zylinderfläche auf, welche man zulassen und gegebenenfalls durch nachträgliches Abdrehen beseitigen kann, die man aber mit den Mitteln des Patentanspruches 3 auch zu vermeiden vermag. Der Patentanspruch 3 bietet wegen des geschlossenen Innenkalibers auch die Möglichkeit, die radialen Ringabmessungen im Innenkaliber vorzu­ geben, d. h. sie gegenüber dem Rohling gleichbleibend zu halten oder sie um ein vorgegebenes Maß zu verändern, insbesondere zu vergrößern.

Mit den Merkmalen des Patentanspruches 4 lassen sich Ringprofile walzen, bei denen die Querschnitts­ linien der Ringstirnflächen und der anschließenden Zylinderflächen des Ringes rechtwinklig zueinander verlaufen. Dadurch wird im allgemeinen ein Abdrehen dieser Flächen entbehrlich.

Gemäß dem Patentanspruch 5 sind die Kegelwalzen für das Zustellen und Öffnen des Walzenspaltes zum Einlegen des Rohlings schwenkbar. Das stellt eine Alternative zu der auch möglichen beweglichen Lagerung der Oberwalze in einem Vertikalgerüst dar. Im einen Fall kann die Radialwalze gegenüber den radial beweglichen Kegelwalzen relativ beweglich sein. Im anderen Fall ist nur die Radialwalze um den Walzenhub beweglich gelagert.

Mit den Merkmalen des Patentanspruches 6 läßt sich mit dem Bewegungsantrieb für den radialen Walzenhub der Kegelwalzen vorher der von den Achsen der Kegelwalzen eingeschlossene Winkel einstellen und mit dem gleichen Antrieb der Walzenhub und die Zustellbewegung herbeiführen.

Je größer das Durchmesserwachstum des Rohlings wird, desto eher neigt der Ring beim Abwalzen zum Unrundwerden. Das läßt sich mit den Merkmalen des Patentanspruches 7 vermeiden.

Die erfindungsgemäße Radial-Axial-Walzmaschine kann für sich ein Ringwalzwerk bilden. Wegen ihres einfa­ chen Aufbaus läßt sie sich aber auch als Anbaugruppe eines Horizontal-Vertikal-Walzwerkes ausbilden, in­ dem sie auf einem freien Umfangssektor des Walztisches aufgebaut wird, wobei die Hauptwalze und der Walzdorn, sowie die glatten Kegelwalzen während des Walzens der nahtlosen Ringe mit der erfindungsgemäßen Radial-Axial-Ringwalzmaschine stillgelegt sind.

Die Erfindung hat den Vorteil, daß sie das Walzen innen profilierter, nahtloser Ringe ermöglicht. Hierdurch lassen sich sämtliche oder alle Außen- und Innenflächen des Ringes mit hoher Oberflächengüte walzen. Das bedeutet eine wesentliche Vereinfachung in der Herstellung, weil das Nacharbeiten durch Abdrehen ganz oder doch im wesentlichen entfällt. Hierbei spielt das Maß der Durchmesservergrößerung und der damit verbundenen Querschnittsverminderung des Rohlings keine wesentliche Rolle, so daß auch dicke und/oder nahtlose Ringe mit großem Durchmesser mit derart gewalzten Ringflächen herstellbar sind.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von Aus­ führungsbeispielen näher erläutert; es zeigen

Fig. 1 zum besseren Verständnis der Erfindung einen Rohling zu Walzbeginn in einer erfindungsgemäßen Radial-Axial-Ringwalz­ maschine gemäß der Erfindung,

Fig. 2 in der Fig. 1 entsprechender Darstellung den aus dem Rohling gemäß Fig. 1 durch Abwalzen fertiggestellten, nahtlosen Ring,

Fig. 3 eine Radial-Axial-Ringwalzmaschine gemäß der Erfindung in Seitenansicht,

Fig. 4 eine Draufsicht auf den Gegenstand der Fig. 3,

Fig. 5 eine vergrößerte und abgebrochene Wieder­ gabe des Gegenstandes der Fig. 3,

Fig. 6 eine gegenüber der Fig. 5 abgeänderte Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 7 eine weiter abgeänderte Ausführungsform im wesentlichen in den Fig. 5 bzw. 6 entsprechender Darstellung und

Fig. 8 eine Draufsicht auf den Gegenstand der Fig. 7.

Die Fig. 1 zeigt einen durch Pressen oder Schlagen im Gesenk hergestellten Rohling (1). Dieser weist eine ballige, äußere Axialfläche (2), im wesentlichen ebene äußere Stirnfläche (3 bzw. 4) und innere Stirnflächen (5 bzw. 6) auf. Die mittlere innere Axialfläche (7) ist eine Zylinderfläche, welche jedoch infolge des Umformvorganges nach dem Lochen des Rohlings von konkaven Radialflächen (8 bzw. 9) eingefaßt ist. Die Pfeile der Fig. 1 geben die Abrundungsradien wieder.

Der beschriebene Rohling (1) wird in den nachfol­ gend zu beschreibenden Radial-Axial-Ringwalzmaschinen zu einem nahtlosen Ring (10) umgeformt. Hierbei ist die ballige Rohlingfläche (2) in eine Außenzylinder­ fläche (11) umgeformt. Die Stirnflächen (3 und 4) sind Walzflächen (12 und 13), an die sich die eben­ falls gewalzten, äußeren Innenzylinderflächen (14, 15) anschließen. Die Übergänge der Flächen (14, 15) in die Flächen (12 und 13) sind praktisch scharfkantig, was durch den kurzen Rundungspfeil angedeutet ist.

Gewalzt sind ferner die inneren Stirnflächen (16, 17), welche aus den Rohlingsflächen (5 und 6) durch Umformen entstanden sind. Die konkaven Flächen (8 und 9) des Rohlings sind entfernt. Die innere, mittlere Zylinderfläche (18) des nahtlosen Ringes (10) ist dadurch mit einem scharfkantigen Übergang in die Flächen (16 und 17) versehen. Die Pfeile geben die geringen Abrundungsradien des nahtlosen, fertiggewalzten Ringes wieder. Dieser Ring kann einen Zahnradrohling bilden, wobei ein Nacharbeiten vor dem Anbringen der Verzahnung nicht erforderlich ist.

In der Ausführungsform der Erfindung nach den Fig. 3 und 4 bildet die allgemein mit (19) bezeichnete Radial-Axial-Ringwalzmaschine als solche ein Horizontal-Vertikal-Ringwalzwerk. Die Kegelwalzen (20, 21) sind in einem Vertikalgerüst (21) gelagert. Die Oberwalze (21) läßt sich im Gerüst (21) vertikal bewegen, wodurch der von dem Walzenpaar gebildete Walzenspalt (22) für das Einlegen des Rohlings (1) geöffnet und geschlossen werden kann. Die Oberwalze wird mit einem Motor (23) angetrieben. Die Unterwalze (20) wird mitgeschleppt und ist von einem Schleppmotor (24) angetrieben. Eine Radialwalze (25) wird von einem Elektromotor (26) über ein Getriebe (27) radial in den Kegel­ walzenspalt (21) verstellt.

Ein radial verstellbarer Schlitten (28) mit abgewinkelten Armen (29, 30), welche über Koppeln (31, 32) mit den um feste Achsen (33, 34) verstell­ baren Schwingen (35, 36) verbunden sind, dient zum Zustellen von Zentrierrollen (37, 38), die auf den Schwingen (35, 36) angeordnet sind. Die Schlitten­ mitte dient zur Verstellung einer weiteren Zentrierrolle (39), die der Radialwalze (25) gegenüberliegt.

Wie aus der Darstellung der Fig. 5 ersichtlich ist, sind die beiden Kegelwalzen (20, 21) profiliert. Durch die Profilierung wurden innere, radial gerichtete Ringwalzflächen (40, 41) gebildet, Gleichzeitig entstehen dadurch im Walzenspalt axial gerichtete Kegelflächen, die ein Außenkaliber (44) begrenzten. Das Außenkaliber ist mit Hilfe der in Richtung auf die Ringmitte (45) in den zwischen den Flächen (42, 43) gebildeten Walzenspalt zustellbaren Radialwalze (25) nach außen geschlossen. Die an die radial gerichteten Ringwalzflächen (40 und 41) nach der anderen Richtung anschließenden, axialen Kegelflächen (46, 47) begrenzen axial ein Innenkaliber (48), das nach innen offen ist.

Im Falle des Ausführungsbeispieles nach Fig. 5 sind die radial gerichteten Ringwalzenflächen (40 und 41) konvex, d. h. ballig ausgeführt. Hierdurch ergibt sich abweichend von der Darstellung der Fig. 2 je eine konkave innere Axialfläche (49, 59) des allgemein mit (51) bezeichneten, fertig gewalzten Ringes.

Zur Umformung des Ringes (51) wird die Radial­ walze und damit ihre das Außenkaliber (44) schließende Radialfläche (52) um einen mit dem Antrieb (26, 27) ausgeführten Walzenhub gegen die Kegelwalzen (20, 21) bewegt. Hierdurch wird die Fläche (53) des Ringes (51) freifließend verformt, während alle anderen Ringflächen abgewalzt werden. Dabei dreht sich der Ring (51) auf dem horizontalen Walztisch (20) und wird von den Zentrierrollen festgehalten, so daß er nicht unrund werden kann. Am Ende des Walzenhubes ist der Ring (51) fertiggewalzt und kann entnommen werden.

Bei der gegenüber der Fig. 5 abgeänderten Ausführungsform der Erfindung weisen die profilier­ ten Kegelwalzen (21, 22) radial gerichtete Ringwalzenflächen (54, 55) auf, welche im Gegensatz zu den Flächen (40 und 41) eben sind. Mit diesen Ringwalzenflächen entstehen die in Fig. 2 bei (14 und 15) wiedergegebenen, äußeren Innenzylinder­ flächen beim Abwalzen des Rohlings (1). Die Bewegung der Radialwalzenfläche (52) um die Länge (h) dient zum Auf- und Zustellen des Innenkalibers (44), während die Wegstrecke (H) den Walzenhub wiedergibt. Das Ausführungsbeispiel der Fig. 6 unterscheidet sich vom Ausführungsbeispiel der Fig. 5 ferner dadurch, daß das Innenkaliber (48) innen mit einer mitgeschleppten Dornscheibe (56) geschlossen ist. Die Dornscheibe ist mit ihrer Nabe (57) über eine Buchse (58) auf einer festen Achse (59) gelagert. Ihre formende Fläche (60) ist eine Radialfläche, mit der die mittlere Zylinderinnenfläche (18) des nahtlosen Ringes (10) abgewalzt wird. Wie sich aus der Darstellung der Fig. 6 ergibt, taucht die Dornscheibe (57), welche einen mittleren Kranz (60) der Nabe (56) bildet, in den Walzenspalt (62) zwischen den axialen Kegelflächen (46, 47) ständig ein und berührt den Ring. Beim Walzen wird die Dornscheibe (57) vom Ring (10) mitgeschleppt. Die aus den Fig. 7 und 8 hervorgehende Ausführungsform des Radial-Axial- Walzwerkes gemäß der Erfindung läßt sich als Anbau­ gruppe auf einem freien Sektor eines Horizontal- Vertikal-Walzwerkes verwenden. Das Horizontal-Vertikal- Walzwerk ist nicht dargestellt. Die Konfiguration der profilierten Kegelwalzen (20, 21) entspricht der im Zusammenhang mit der Fig. 5 beschriebenen.

Die Oberwalze sitzt mit ihrem Antriebsmotor (23) auf einer zweiarmigen Schwinge, die um einen in einem Schlitten gelagerten Gelenkzapfen (63) drehbar ist. Der freie Schwingenarm ist über einen horizontalen Gelenkzapfen (64) mit einer Koppel (65) verbunden. Die Schwenkbewegung des Gelenkarmes und der Koppel (65) ist mit einer nicht dargestellten Verriegelung begrenzt. Das gleiche gilt für eine Koppel (66), welche mit einem horizontalen Gelenkbolzen (67) mit einer weiteren Schwinge verbunden ist. Diese Schwinge ist ebenfalls um den horizontalen Gelenkbolzen (63) des Schlittens (68) schwenkbar. Sie trägt auf ihrem anderen Arm den Schleppmotor (69) der Unterwalze (20). Die beiden Koppeln (65 und 66) sind mit einem horizontalen mittleren Gelenkbolzen (70) verbunden, der auf der Mitte eine Wandermutter (71) trägt. Die dazugehörige Spindel (72) wird von einer Welle (73) in beiden Richtungen gedreht.

Ist die Spindel voll ausgeschraubt, so bewegt sie den Bolzen (70) über den mit dem Pfeil (74) gekennzeichneten Hub, bei dem sie die beiden Koppeln (65 und 66) verdrehen. Der Drehwinkel beträgt z. B. ca. 15 Grad. Dadurch werden die beiden Kegelwalzen (20, 21), wie durch die Pfeile bei (75) dargestellt, nach außen geschwenkt, wodurch der Kegelwalzenspalt freigegeben ist. Wird die Spindel (72) in die Wandermutter eingeschraubt, so bewegt sich die Wandermutter zunächst um den durch den Pfeil (74) gekennzeichneten Hub. Das führt zum Zustellen des Walzenspaltes durch Verschwenken der Kegelwalzen (20, 21) um den bei (75) darge­ stellten Winkel. Der weitere, mit dem Pfeil (76) gekennzeichnete Hub der Wandermutter ist der Walzhub, um den sich die Kegelwalzen gegen die Walzenfläche (52) der Radialwalze (25) bewegen. Am Ende des Walzvorganges ist der nahtlose Ring (10) gewalzt. Bei Rückdrehung der Spindel (72) und Öffnen des Walzenspaltes kann der fertig gewalzte Ring entnommen werden.

Claims (10)

1. Radial-Axial-Ringwalzmaschine zum Umformen nahtloser Ringe, bei der ein mit seinen gedachten Spitzen auf die Ringmitte weisen­ des, zustellbares Kegelwalzenpaar ein axial während des Walzens fest eingestelltes Kaliber bildet, und bei der außerhalb des Ringes eine Radialwalze vorgesehen ist, die zum Abwalzen der Außenzylinderfläche des Ringes dient, dessen Durchmesser dabei radial vergrößert wird, wobei die Ringstirn­ flächen sich mit den Kegelwalzenflächen berühren, dadurch gekennzeichnet, daß die profilierten Kegelwalzen (20, 21) mit inneren, radial gerichteten Ringwalzenflächen (40, 41, 54, 55) und axialen Kegelflächen (42, 43) ein Außenkaliber (44) begrenzen, welches mit der in Richtung auf die Ringmitte (54) in den Walzenspalt (48) der axialen Kegelflächen (42, 43) zustellbaren Radialwalze (25) außen geschlossen ist, wobei zur Umformung des Ringes die Radialwalzenflächen (52) des Außenkalibers (44) und die Radialwalze (25) um einen Walzhub (H, 76) gegeneinander beweg­ lich sind.

2. Radial-Axial-Ringwalzmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich die radiale Abmessung des Ringquerschnittes in den von axialen Kegelflächen (46, 47) begrenzten Innenkaliber (48) der Kegelwalzen (20, 21) während des Walzhubes (H, 76) vergrößert.

3. Radial-Axial-Ringwalzmaschine nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Innenkaliber (48) der Kegelwalzen (20, 21) mit einer im Ring (10) angeordneten, geschleppten Dornscheibe (57) geschlossen ist, die in den Walzenspalt (72) vorsteht.

4. Radial-Axial-Ringwalzmaschine nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die radialen Ringwalzflächen (40, 41) eine entgegengesetzte Steigung in Bezug auf die anschließenden axialen Kegelflächen (42, 43, 46, 47) aufweisen.

5. Radial-Axial-Ringwalzmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Kegelwalzen (20, 21) auf einem radial beweglichen Schlitten (68) um eine gemeinsame Achse (63) in der Axialebene des Ringes schwenkbar und radial gegen die Radialfläche (52) der Radialwalze (25) beweglich sind.

6. Radial-Axial-Ringwalzmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Kegelwalzen (20, 21) auf zweiarmigen Schwingen angeordnet sind, deren freie Arme über Koppeln (65, 66) mit einer Laufmutter (71) verbunden sind, deren Spindel (72) den Schlittenantrieb bildet, wobei die Koppeln (65, 66) und die freien Arme der Schwingen im Scheitel des von ihnen eingeschlossenen Winkels verriegelbar sind.

7. Radial-Axial-Ringwalzmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch Zentrierrollen (37 bis 39), die über einen gemeinsamen Schlitten (28) radial und radial­ axial schwenkbar beweglich sind.

8. Radial-Axial-Ringwalzmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß es eine Anbaugruppe eines Horizontal- Vertikal-Walzwerkes bildet.

9. Radial-Axial-Ringwalzmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Radialwalzflächen (40, 41) konvex gekrümmt sind.

10. Radial-Axial-Ringwalzmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Radialwalzflächen (54, 55) des Außenkalibers (48) eben sind.