DE3826019A1 - Verfahren zum erwaermen und/oder kuehlen von in profiliermaschinen zu verarbeitenden werkstuecken - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erwärmen und/oder Kühlen von mittels Umformrollen in Profiliermaschinen oder Reduzierwerken zu verarbeitenden Werkstücken wie Bändern, Profilen, Rohren oder dgl.

Profiliermaschinen sind in vielfältiger Form und Konstruktion mit unterschiedlichen Umformrollen bekannt, welche jeweils paarweise als Profilierwerkzeuge, die in hintereinander angeordneten Profiliergerüsten gelagert sind, vorgesehen sind.

In vielen Fällen erwärmt sich das zur Verarbeitung gelangende Gut durch die zur Umformung notwendige Umformkraft und die bei ihrer Übertragung entstehende Reibung von selbst, was die physikalisch-mechanischen oder metallurgischen Eigen­ schaften des Werkstückes ändern kann, so daß nicht nur die Umformwerkzeuge und deren Lagerungen, sondern auch das umzu­ formende Gut selbst gekühlt werden müssen. Es istbekannt, daß Temperaturen, die über der Anlaßtemperatur des zur Herstellung der Umformwerkzeuge verwendeten Materiales oder auch des umzuformenden Materiales liegen, dessen Eigen­ schaften erheblich verändern. Ferner ist bekannt, daß die Lagerungen der Wellen, auf denen die Umformwerkzeuge auf­ gebaut sind, mit Schmiermittel gefüllt und dadurch sehr temperaturempfindlich sind. Wenn nun das zur Verarbeitung gelangende Gut gezielt oder aufgrund der vorerwähnten Vorgänge von selbst über zulässige Grenztemperaturen hinaus erwärmt wird, müssen sowohl die Umformwerkzeuge als auch deren Lagerungen und gegebenenfalls das Werkstück selbst gekühlt werden. Die Ableitung der Wärme erfolgt dabei bisher durch direkte Zuführung von Kühlmittel auf das um­ zuformende Gut. Dies ist aber im Falle des absichtlichen Erwärmens zur Erzielung gewisser Umformeigenschaften nicht oder nicht immer möglich und bei vielen sich während des Umformprozesses selbst erwärmenden Werkstücken nicht er­ wünscht.

Aber auch eine gezielte Erwärmung der Werkstücke über deren Erwärmung durch die Umformung ist in manchen Fällen wichtig und erwünscht, wenn z.B. innerhalb eines Profiles ein auszuhärtender Kunststoffschaum enthalten ist oder die umzuformenden Werkstücke selbst aus Kunststoff bestehen.

Es besteht deshalb die Aufgabe, ein Verfahren der eingangs erwähnten Art zu schaffen, mit welchem eine gezielte Temperaturführung, sei es eine Erwärmung, sei es eine Kühlung, sei es eine Kombination davon, möglich ist, ohne die Werkstücke beim Erwärmen mit Strahlungswärme und zum Kühlen mit einem Kühlmedium beaufschlagen zu müssen.

Zur Lösung dieser scheinbar widersprüchlichen Aufgabe ist das eingangs genannte Verfahren dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine der Umformrollen durch ein ihrem Inneren direkt oder indirekt zugeführtes warmes oder kaltes Temperiermedium erwärmt oder gekühlt wird und daß dadurch das von ihr verarbeitete Werkstück indirekt erwärmt oder gekühlt wird. Besonders zweckmäßig ist es, wenn beiden Umformrollen eines Profilierwerkzeuges ein warmes oder kaltes Temperiermedium zugeführt wird. Durch diese indirekte Zuführung eines Temperiermediums läßt sich eine gezielte und effektive Erwärmung und/oder Kühlung erreichen, ohne daß aufwendige und uneffektive Heizstrahler oder das direkte Benetzen eines Werkstückes mit einer Kühlflüssig­ keit notwendig werden.

Besonders einfach ist es dabei, wenn das Temperiermedium einer oder zwei mit der Umformrolle in Berührung oder Verbindung stehenden Hohlräumen zugeführt wird. Somit kann das erfindungsgemäße Verfahren auch mit relativ einfachen technischen Mitteln durchgeführt werden, wobei ein großer Vorteil für die Umformrollen und ihre Herstellung darin besteht, daß es zunächst ohne Bedeutung ist, ob damit später erwärmt oder gekühlt werden soll. Gegebenenfalls kann sogar eine solche Umformrolle später bei der Benutzung je nach Erfordernis in dem einen Fall zu Erwärmung und in dem anderen Fall zur Kühlung dienen. Sogar eine nachträg­ liche Anbringung solcher Hohlräume an bisher nicht zu temperierenden Umformrollen ist möglich.

Zur Lösung der vorstehend genannten Aufgabe dient auch eine Profiliermaschine zum Umformen oder Herstellen von Profilen mit jeweils aus paarweise angeordneten Umform­ rollen gebildeten Profilierwerkzeugen, die in hintereinander angeordneten Profiliergerüsten gelagert sind. Zur Durch­ führung des vorstehend geschilderten Verfahrens ist eine solche Profiliermaschine dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine Umformrolle einen Hohlraum hat oder mit einem Hohlraum in einer feststehenden Kammer in Berührung steht und daß der Hohlraum oder die Kammer einen Zulauf und Ablauf für ein Temperiermedium hat.

Auf diese Weise kann also eine Umformrolle oder können beide Umformrollen eines Profilierwerkzeuges oder auch mehrere derartige Umformrollen individuell erwärmt oder gekühlt werden, so daß im Augenblick der Umformung jeweils bei der Erwärmung die genau gewünschte Wärmemenge zur Verfügung steht und/oder im Verlauf der Umformung Wärme an den Umformrollen und -werkzeugen abgeführt werden kann. Zweckmäßig ist es dabei, wenn die der Umformrolle zuge­ wandte, sie berührende oder ihr zugehörende Wandung der hohlen Kammer mit der Umformrolle synchron drehbar auf der Werkzeugwelle befestigt ist und gegenüber dem die Anschlüsse für Zu- und Ablauf aufweisenden, feststehenden Teil der Temperierkammer abgedichtet ist. Obwohl also die Umform­ rolle drehangetrieben ist, können problemlos Anschlüsse für den Zu- und Ablauf eines vorzugsweise flüssigen Tempe­ riermediums vorgesehen sein.

Dabei kann für eine möglichst gute und direkte Temperierung der Umformrolle der Hohlraum der Hohlkammer bis in das Innere der Umformrolle reichen. Zwar könnte der gesamte Hohlraum innerhalb der Umformrolle vorgesehen sein und als feststehender Teil der Kammern nur eine Abschlußwandung vorgesehen sein, jedoch ist es für die Anbringung der An­ schlüsse für den Zu- und Ablauf des Temperiermediums günstig, wenn ein feststehender Teil der Kammer auch noch Wandungsteile hat, an denen diese Anschlüsse angeordnet sein können.

Eine besonders intensive und somit wirkungsvolle Temperierung läßt sich erreichen, wenn beidseits der Umformrolle ring­ förmige Hohlkammern oder Teile davon mit Anschlüssen für den Zu- und Ablauf des Temperiermediums vorgesehen sind. Dabei ist es auch möglich, daß die beidseits der Umform­ rolle vorgesehenen Hohlkammern miteinander verbunden sind und der Zulauf an der einen Hohlkammer und der Ablauf an der andereren Hohlkammer angeschlossen sind. Somit kann das Temperiermedium an der einen Seite in eine Hohlkammer eintreten, durch diese und die Umformrolle hindurch zu der anderen Hohlkammer gelangen und an dieser wieder ablaufen.

Die Hohlkammern sind zweckmäßigerweise auf den die Umform­ werkzeuge tragenden Wellen angeordnet und der nicht mit­ drehende Teil hat dabei gegenüber der ihn durchsetzenden Welle Spiel. Somit lassen sich diese Kammern innerhalb der Profiliergerüste problemlos unterbringen, ohne daß die Lagerungen beeinträchtigt werden. Gleichzeitig können die Lagerungen dadurch insbesondere von warmen Bereichen abgeschirmt werden.

Die Abdichtung zwischen dem festen und dem mitlaufenden Teil der Hohlkammer des Werkzeuges kann bevorzugt eine berührungslose Kaskaden- oder Labyrinthdichtung sein. Dadurch wird verhindert, daß durch reibende Dichtungen Leistung verloren geht und zusätzliche Wärme entsteht.

Die Kaskadendichtung kann mehrere auf unterschiedlichen Radien angeordnete parallele Rippen sowohl an dem fest­ stehenden als auch an dem mitlaufenden Teil aufweisen, die sich jeweils mit etwas Spiel übergreifen, wobei eine Rippe des einen Teiles in den Zwischenraum zwischen zwei Rippen des anderen Teiles eingreift.

Wie schon angedeutet, kann das Temperiermedium eine er­ wärmte Flüssigkeit zum Erwärmen des Umformwerkzeuges und des Werkstückes sein. Aufgrund der Wärmekapazität und der Menge des Heizmediums kann so ganz gezielt eine Erwärmung eines Werkstückes auch abhängig von seiner Durchlaufge­ schwindigkeit erzielt werden, wobei es möglich ist, den Durchsatz des Mediums - ebenso auch beim Kühlen - in Abhängigkeit von der Drehgeschwindigkeit der Werkzeuge zu steuern oder zu regeln.

Soll gekühlt werden, kann das Temperiermedium ein Kühl­ medium, insbesondere eine vorgekühlte Flüssigkeit zum Kühlen des Umformwerkzeuges und des Werkstückes sein.

Die Erfindung erlaubt eine Ausgestaltung der Profilier­ maschine dahingehend, daß wenigstens eine Umformrolle oder ein Paar von Umformrollen Zu- und Abflüsse für ein erwärmtes Medium und eine vorzugsweise in Vorschubrichtung des Werk­ stückes dahinter angeordnete Umformrolle oder ein Paar von Umformrollen einen Zu- und Abfluß zu der Hohlkammer für ein Kühlmedium aufweist, wobei gegebenenfalls zwischen der so gebildeten Heizstation und der Kühlstation weitere zum Erwärmen und/oder Kühlen vorgesehene Umformrollen und/oder ungeheizte und ungekühlte Umformrollen vorgesehen sein können. Es müssen also an einer erfindungsgemäßen Profiliermaschine nicht alle Umformrollen mit einer Tem­ perierkammer versehen sein, sondern wahlweise und je nach Bedarf genügt dies bei einzelnen der Umformrollen.

Es ergibt sich somit also durch die erfindungsgemäße Ausbildung der Umformrollen mit Hohlkammern und Anschlüssen für Temperiermedien eine Vielzahl von Kombinationsmöglich­ keiten, bei denen eine Erwärmung oder Kühlung oder auch eine Kombination von beiden Temperierungen jeweils nach Erfordernissen des herzustellenden Profiles oder seines Werkstoffes möglich sind, ohne daß Heizstrahler mit nur schwer steuerbaren Temperierungen oder ein das Werkstück direkt beaufschlagendes und es unter Umständen verunreini­ gendes Kühlmittel benutzt werden müssen. Auch die Umrüstung einer herkömmlichen, bisher nicht temperierbaren Profilier­ maschine ist auf einfache Weise durch nachträglichen Einbau von Hohlkammern oder Umformrollen mit Hohlräumen möglich.

Nachstehend ist die Erfindung anhand der Zeichnung in einem Ausführungsbeispiel noch näher beschrieben.

Es zeigt in schematisierter Darstellung:

Fig. 1 ein Profiliergerüst mit zwei zusammenwirkenden, ein Profilierwerkzeug bildenden Umformrollen, deren eine in Seitenansicht deren zweite im Längs­ schnitt dargestellt ist, und

Fig. 2 einen Querschnitt durch an die Umformwerkzeuge jeweils angrenzende Hohlkammern mit Zu- und Abflüssen für ein Temperiermedium gemäß der Linie A-B in Fig. 1.

Von einer Profiliermaschine zum Umformen oder Herstellen von Profilen mit jeweils aus paarweise angeordneten Umform­ rollen 2 gebildeten Profilierwerkzeugen ist in Fig. 1 ein im ganzen mit 1 bezeichnetes Profiliergerüst gezeigt, worin diese paarweise angeordneten Umformrollen 2 mittels Wellen 3 gelagert sind, wobei bei einer Profiliermaschine in bekannter Weise mehrere derartige Profiliergerüste 1 in Vorschubrichtung eines Werkzeuges hintereinander angeordnet sind. In Fig. 1 erkennt man an der unteren Umformrolle 2 die sie tragende Welle 3 und deren seitliche Lagerung 4 an den seitlichen Trägern 5 des Profiliergerüstes 1. Die Umformrollen 2 sind dabei in der Regel auswechselbar auf diesen Wellen 3 angeordnet.

Die Umformrollen 2 stehen mit einem Hohlraum 6 einer fest­ stehenden Kammer in Berührung, wobei die Kammer 7 einen Zulauf 8 und einen Ablauf 9 mit daran angeschlossenen Leitungen 10 für ein Temperiermedium hat.

Gemäß Fig. 1 ist der Umformrolle 2 eine sie berührende Wandung 11 der hohlen Kammer 7 zugewandt und mit dieser synchron drehbar auf der Werkzeugwelle 3 befestigt. Diese Wandung 11 ist gegenüber dem die Anschlüsse für den Zu­ und Ablauf aufweisenden feststehenden Teil des Hohlraumes 6 bzw. der Temperierkammer 7 in noch zu beschreibender Weise abgedichtet.

Es sei an dieser Stelle erwähnt, daß es auch denkbar und möglich wäre, daß der Hohlraum 6 ganz oder teilweise inner­ halb der Umformrolle 2 vorgesehen ist oder bis in diese hineinreicht und die Umformrolle 2 dann auf ihrer dem feststehenden Teil der hohlen Ringkammer zugewandten Stirnseite eine Öffnung hat, die in direkter Verbindung mit dem feststehenden Teil und dem darin eventuell zusätzlich vorgesehenen Kammer-Teil steht. Denkbar wäre sogar, daß der gesamte Hohlraum 6 innerhalb der Umformrolle 2 ange­ ordnet ist und als feststehender Teil des Hohlraumes 6 mit den Anschlüssen 8 und 9 nur eine feststehende abgedichtete Wand vorgesehen wäre.

Im Ausführungbeispiels ist gemäß Fig. 1 vorgesehen, daß beidseits der Umformrollen 2 Hohlkammern 7 mit Anschlüssen für den Zulauf 8 und Ablauf 9 des Temperiermediums vorge­ sehen sind, so daß die Umformrolle 2 bestmöglich temperiert werden kann. Außerdem ist aufgrund der Druckkraft zwischen den beiden Umformrollen 2 eine derart innige Berührung zwischen ihnen und dem Werkstück vorhanden, daß auch dort die gewünschte gute Wärmeübertragung stattfindet.

Gemäß Fig. 1 sind die Hohlkammern 7 auf den die Umform­ rollen 2 tragenden Wellen 3 angeordnet, wobei der nicht mitdrehende Teil, im Ausführungbeispiel die Kammer 7, gegenüber der sie durchsetzenden Welle 3 Spiel hat. Gegenüber den Lagern 4 ist dabei in Fig. 11 eine Dichtung 12 erkennbar.

Die schon erwähnte Abdichtung zwischen dem festen und dem mitlaufenden Teil der Hohlkammer 6 ist eine berührungslose Kaskaden- oder Labyrinthabdichtung. Die Kaskadendichtung hat dabei mehrere auf unterschiedlichen Radien angeordnete parallele Rippen 13 sowohl an dem feststehenden als auch an dem mitlaufenden Teil, die sich jeweils mit etwas Spiel übergreifen, wobei eine Rippe 13 des einen Teiles in den Zwischenraum zwischen zwei Rippen 13 des anderen Teiles eingreift. Gleichzeitig erweitert sich die Kammer 6 gegen­ über dem Dichtungsbereich, so daß das Medium durch die im unteren Bereich dieser Kammer 6 befindliche Ablauf­ öffnung 9 problemlos ablaufen kann und nicht durch die spaltfeinen Zwischenräume zwischen den Rippen 13 gelangen und austreten kann.

Das durch die Leitungen 10 zu- und abfließende Temperier­ medium kann ein vorgewärmtes Medium, insbesondere eine erwärmte Flüssigkeit zum Erwärmen oder ein Kühlmedium, insbesondere eine vorgekühlte Flüssigkeit zum Kühlen der Umformrolle 2 und des Werkstückes sein. Die konstruktive Gestaltung des Profiliergerüstes und des Werkzeugsatzes kann für diese beiden Fälle praktisch identisch sein.

Dabei brauchen nicht alle Umformrollen 2 einer Profilier­ maschine mit einer erfindungsgemäßen Temperierkammer 7 versehen zu sein, sondern können diese nur wahlweise und je nach Bedarf aufweisen. Beispielsweise kann in Vor­ schubrichtung zunächst eine Umformrolle 2 oder ein Paar von Umformrollen 2 temperiert und eine in Vorschubrichtung dahinter angeordnete Umformrolle oder ein Paar solcher Umformrollen gekühlt sein, wobei aber zwischen diesen erwärmten und gekühlten Umformrollen auch untemperierte Umformrollen angeordnet sein können.

Es ergibt sich also, daß die Umformrollen 2 durch ihrem Inneren direkt oder indirekt zugeführte warme oder kalte Medien erwärmt oder gekühlt werden können und daß dadurch das von ihnen verarbeitete Werkstück indirekt erwärmt oder gekühlt wird und nicht mehr direkt einem Heizstrahler oder Kühlmedium ausgesetzt werden muß. Dies gelingt auf einfache Weise durch das vorerwähnte Zuführen des Tempe­ riermediums zu einer oder zwei mit dem Werkzeug 2 in Berührung oder Verbindung stehende Hohlkammern 6.

Zum Erwärmen und/oder Kühlen von mittels Umformrollen 2 in Profiliermaschinen zu verarbeitenden Werkstücken wird eine indirekte Beheizung oder Kühlung der Werkstücke dadurch vorgesehen, daß Umformrollen 2 mit Hohlkammern 7 in Berührung stehen oder diese ganz oder teilweise enthalten, wobei die Hohlräume 6 dieser Hohlkammern 7 von einem warmen oder kalten Medium beaufschlagt oder durchflossen werden können. Somit wird eine direkte Beaufschlagung der Werkzeuge und der Werkstücke mit Wärme und Kälte vermieden.

Claims (14)

1. Verfahren zum Erwärmen und/oder Kühlen von mittels Umformrollen in Profiliermaschinen oder Reduzierwerken zu verarbeitenden Werkstücken wie Bändern, Profilen, Rohren oder dgl., dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine der Umformrollen (2) durch ein ihrem Inneren direkt oder indirekt zugeführtes warmes oder kaltes Temperiermedium erwärmt oder gekühlt werden und daß dadurch das von ihnen verarbeitete Werkstück indirekt erwärmt oder gekühlt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß beiden Umformrollen (2) eines Profilierwerkzeuges ein warmes oder kaltes Temperiermedium zugeführt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Temperiermedium einer oder zwei mit der Umform­ rolle (2) in Berührung oder Verbindung stehenden Hohl­ räumen (6) zugeführt wird.

4. Profiliermaschine zum Umformen oder Herstellen von Profilen mit jeweils aus paarweise angeordneten Umform­ rollen gebildeten Profilierwerkzeugen, die in hinter­ einander angeordneten Profiliergerüsten gelagert sind, zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine Umformrolle einen Hohlraum (6) hat oder mit einem Hohlraum (6) in einer feststehenden Kammer (7) in Berührung steht, und daß der Hohlraum oder die Kammer einen Zulauf (8) und Ablauf (9) für ein Temperier­ medium hat.

5. Profiliermaschine nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die der Umformrolle zugewandte, sie berührende oder ihr zugehörende Wandung (11) der hohlen Kammer (7) mit der Umformrolle synchron drehbar auf der Werkzeugwelle (3) befestigt ist und gegenüber dem die Anschlüsse für Zu- und Ablauf aufweisenden, feststehenden Teil der Temperierkammer (7) abgedichtet ist.

6. Profiliermaschine nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Hohlraum (6) der Hohlkammer (7) bis in das Innere der Umformrolle (2) reicht.

7. Profiliermaschine nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß beidseits der Umformrolle (2) ringförmige Hohlkammern oder Teile davon mit den Anschlüssen für den Zulauf (8) und Ablauf (9) des Temperiermediums vorgesehen sind.

8. Profiliermaschine nach Anspruch 7, dadurch gekennzeich­ net, daß die beidseits der Umformrolle vorgesehenen Hohlkammern miteinander verbunden sind und der Zulauf an der einen Hohlkammer und der Ablauf an der anderen Hohlkammer angeschlossen sind.

9. Profiliermaschine nach einem der Ansprüche 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Hohlkammern (7) auf den die Umformwerkzeuge tragenden Wellen (3) angeordnet sind und der nicht mitdrehende Teil gegenüber der ihn durchsetzenden Welle (3) Spiel hat.

10. Profiliermaschine nach einem der Ansprüche 4 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Abdichtung zwischen dem festen und dem mitlaufenden Teil der Hohlkammer (7) oder des Werkzeuges (2) eine berührungslose Kaskaden- oder Labyrinthdichtung ist.

11. Profiliermaschine nach einem der Ansprüche 4 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Kaskadendichtung mehrere auf unterschiedlichen Radien angeordnete parallele Rippen (13) sowohl an dem feststehenden als auch an dem mitlaufenden Teil aufweist, die sich jeweils mit etwas Spiel übergreifen, wobei eine Rippe (13) des einen Teiles in den Zwischenraum zwischen zwei Rippen (13) des anderen Teiles eingreift.

12. Profiliermaschine nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Temperiermedium ein vorgewärmtes Medium, insbesondere eine erwärmte Flüssigkeit zum Erwärmen des Umformwerkzeuges und des Werkstückes ist.

13. Profiliermaschine nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Temperiermedium ein Kühlmedium, insbesondere eine vorgekühlte Flüssigkeit zum Kühlen des Umformwerkzeuges und des Werkstückes ist.

14. Profiliermaschine nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine Umformrolle (2) oder ein Paar von Umformrollen (2) Zu- und Abflüsse (8/9) für ein erwärmtes Medium und eine vorzugsweise in Vorschubrichtung des Werkstückes dahinter angeord­ nete Umformrolle oder ein Paar von Umformrollen (2) einen Zu- und Abfluß (8, 9) zu der Hohlkammer (7) für ein Kühlmedium aufweist, wobei gegebenenfalls zwischen der so gebildeten Heizstation und der Kühlstation weitere zum Erwärmen und/oder Kühlen vorgesehene Umformrollen und/oder ungeheizte und ungekühlte Umformrollen vorgesehen sind.