-
HINTERGRUND
DER ERFINDUNG
-
Gebiet der Erfindung
-
Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Flachbackenrollmaschine
gemäß dem Oberbegriff
von Anspruch 1. Eine solche Maschine ist in JP-A-6-335743 offenbart
und weist ein Paar von flachen Backen auf, um dazwischen ein Werkstück zusammenzudrücken und
zu rollen, um eine äußere Umfangsfläche des
Werkstücks
zu formen. Die Erfindung bezieht sich insbesondere auf Verfahren
zur Aufbringung einer Spannkraft auf ein Paar von verlängerten
Rahmenelementen, welche zur Verbesserung der Genauigkeit von gerollten
Produkten von den flachen Backen entsprechende Komponenten einer
Rollreaktionskraft aufnehmen. Diese Erfindung betrifft auch ein
Verfahren, um ein solches Paar von verlängerten Rahmenelementen und
ein Abstandselement in der in Anspruch 1 definierten Flachbackenrollmaschine
aneinander zu befestigen.
-
Diskussion
des Stands der Technik
-
Im
Allgemeinen hat eine Flachbackenrollmaschine ein Paar von gegenüberliegenden
flachen Backen, welche auf diametral entgegengesetzten Seiten eines
zylindrischen Werkstücks
derart angeordnet sind, dass mindestens eine der flachen Backen relativ
zu der anderen linear bewegbar ist, so dass das Werkstück mittels
der gegenüber
liegenden flachen Backen zusammengedrückt und gerollt wird. Während eines
Rollvorgangs werden Komponenten einer Rollreaktionskraft in entgegengesetzten
Richtungen voneinander weg von dem Werkstück zu den flachen Backen in
eine Richtung übertragen,
in welcher die flachen Backen voneinander beabstandet sind. Üblicherweise
sind die flachen Backen mittels eines Paars von verlängerten
Rahmenelementen gehalten, welche in der vorhergehend bezeichneten Richtung
voneinander beabstandet sind, so dass die Rahmenelemente bei dem
Rollvorgang die entsprechenden Komponenten der Rollreaktionskraft
von den dazwischen eingefügten
flachen Backen aufnehmen. Ein Beispiel einer solchen Flachbackenrollmaschine
ist in JP-Y1-50-99243
offenbart.
-
Herkömmlicherweise
ist das Paar von verlängerten
Rahmenelementen in einer solchen Flachbackenrollmaschine an deren
Längszwischenabschnitten
durch eine Verbindungsstangeneinrichtung miteinander verbunden,
um einen Betrag der Ablenkung der Zwischenabschnitte der Rahmenelemente weg
voneinander zu reduzieren. Bei Vorhandensein einer solchen Verbindungsstange
leidet die herkömmliche
Rollmaschine jedoch aufgrund der in dem Rollprozess erzeugten Rollreaktionskraft
unvermeidlicherweise an einem bedeutenden Betrag der Auswärtsablenkung
der Rahmenelemente, was zu einer beträchtlichen Verschlechterung
der dimensionalen Genauigkeit von gerollten Produkten führt.
-
Andererseits
wird es für
möglich
gehalten, eine Vorspannung auf das Paar von Rahmenelementen aufzubringen,
so dass die Vorspannung in entgegengesetzten Richtungen aufeinander
zu, und zwar in Richtung auf das Paar von flachen Backen und das Werkstück auf das
Rahmenelement wirkt. Ein übermäßiger Betrag
der Vorspannung auf die Rahmenelemente bewirkt jedoch einen demgemäß großen Betrag
der Einwärtsablenkung
der Zwischenabschnitte der Rahmenelemente. Deshalb hat diese Lösung eine
Grenze in dem Betrag der Vorspannung, die auf die Rahmenelemente
aufgebracht werden kann.
-
Daher
ist es schwierig gewesen, gerollte Produkte zu erzielen, die einen
ausreichend hohen Grad an dimensionaler Genauigkeit, insbesondere
in der Größenordnung
von mehreren Mikron, aufweisen.
-
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
-
Es
ist deshalb eine erste Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine
Flachbackenrollmaschine zu schaffen, welche die Lösung des
vorhergehend beschriebenen Problems bewirkt.
-
Eine
zweite Aufgabe der Erfindung besteht in der Schaffung eines Verfahrens,
das geeignet ist, das Paar von verlängerten Rahmenelementen und
das dazwischen eingefügte
mindestens eine Abstandselement in einer solchen Flachbackenrollmaschine
aneinander zu befestigen, um den Betrag der Ablenkung des Rahmenelements
aufgrund einer in einem Rollvorgang erzeugten Rollreaktionskraft
zu minimieren.
-
Die
vorhergehend bezeichnete erste Aufgabe kann gemäß einem ersten Aspekt dieser
Erfindung gelöst
werden, welcher eine Flachbackenrollmaschine vorsieht, die aufweist:
ein Paar von flachen Backen, die relativ und parallel zueinander
bewegbar sind, um dazwischen ein Werkstück zusammenzudrücken und
zu rollen, um eine äußere Umfangsfläche des
Werkstücks
zu formen, und ein Paar von verlängerten
Rahmenelementen, die sich parallel zueinander in einer ersten Richtung
und voneinander beabstandet in einer zweiten Richtung senkrecht
zu der ersten Richtung erstrecken, so dass das Paar von flachen
Backen zwischen das Paar von verlängerten Rahmenelementen in
der zweiten Richtung eingefügt ist,
wobei das Paar von verlängerten
Rahmenelementen an gegenüberliegenden
Längsendabschnitten
von diesen miteinander verbunden ist und angeordnet ist, um jeweils
von dem Paar von flachen Backen entsprechende Komponenten von Rollreaktionskräften aufzunehmen,
welche von dem Werkstück
zu dem Paar von flachen Backen in entgegengesetzten Richtungen vonein ander
weg in der zweiten Richtung übertragen
werden, wobei die Flachbackenrollmaschine ferner eine Befestigungseinrichtung
aufweist, die mindestens ein Abstandselement, das zwischen einander
entsprechende Längs-Zwischenabschnitte
des Paars von verlängerten
Rahmenelementen eingefügt
ist, und mindestens ein Spann-Stabelement enthält, dadurch gekennzeichnet,
dass jedes der mindestens einmal vorhandenen Stabelemente ein sich
längs erstreckendes
Loch zur Unterbringung einer Heizeinrichtung hat und auf das Paar
von verlängerten
Rahmenelementen eine Spannkraft derart aufbringt, dass die verlängerten Rahmenelemente
gegen das mindestens eine Abstandselement in entgegengesetzten Richtungen aufeinander
zu in der zweiten Richtung gedrückt
werden. Die Spannkraft wird als ein Ergebnis der Verlängerung
des mindestens einen Spann-Stabelements durch dessen Erwärmung mittels
der Heizeinrichtung und die nachfolgende Zusammenziehung des mindestens
einen Spannelements durch dessen Kühlung erzeugt.
-
Bei
der Flachbackenrollmaschine, die gemäß dem ersten Aspekt der vorliegenden
Erfindung konstruiert ist, wird eine beträchtlich große Spannkraft durch die so
genannte „Schrumpfspannung" des mindestens einen
Spann-Stabelements auf die Längszwischenabschnitte
der verlängerten
Rahmenelemente aufgebracht. Die ausreichend große Spannkraft wird als ein
Ergebnis der Verlängerung des
mindestens einen Spann-Stabelements durch dessen Erwärmung mittels
Aktivierung der Heizeinrichtung und die nachfolgende Zusammenziehung des
mindestens einen Spannelements durch dessen Kühlung mittels Ausschalten der
Heizeinrichtung erzeugt. Aufgrund der durch das mindestens eine,
zwischen den Rahmenelementen eingefügte Abstandselement aufgenommenen
Spannkraft wird der Betrag der Ablenkung der verlängerten
Rahmenelemente aufgrund einer bei dem Rollvorgang auf dem Werkstück erzeugten
Rollreaktionskraft auf wirksame Weise reduziert oder minimiert,
was zu einer signifikanten Verbesserung in der dimensionalen Genauigkeit
von gerollten Produkten führt,
die durch die vorliegende Rollmaschine zu erzielen sind. Die gemäß der vorliegenden
Erfindung geschaffene Befestigungseinrichtung beseitigt eine Notwendigkeit
der Erhöhung
der Steifigkeit der Rahmenelemente, was ungünstigerweise in einer Zunahme
der Größe und des
Gewichts der Rollmaschine resultiert. Ferner ermöglicht es die Spanneinrichtung,
die dazu angepasst ist, die Spannkraft aufzubringen, die ausreichend
ist, um der Rollreaktionskraft zu widerstehen, um die Ablenkung
der Rahmenelemente zu minimieren, auf wirksame Weise unerwünschte Schwingungen
und Geräusche
zu minimieren, welche aufgrund des Pulsierens der Rollreaktionskraft
in dem Rollvorgang auftreten würden.
-
Bei
einer bevorzugten Form der Rollmaschine gemäß der Erfindung ist jedes der
vorhergehend bezeichneten mindestens einmal vorhandenen Spann-Stabelemente
ein Bolzenelement, das sich durch das Paar von verlängerten
Rahmenelementen und eines der mindestens einmal vorhandenen Abstandselemente
erstreckt. Dieses Bolzenelement hat an einem von seinen entgegengesetzten
Enden einen Kopf, zum Kontakt mit einem von dem Paar von verlängerten
Rahmenelementen, und einen mit Gewinde versehenen Endabschnitt,
beabstandet von dem Kopf, wobei die Befestigungseinrichtung ferner eine
Mutter enthält,
welche mit dem mit Gewinde versehenen Endabschnitt des Bolzenelements
in Eingriff ist, um mit einem von dem Paar von verlängerten Rahmenelementen
in Kontakt gebracht zu werden, wenn das Bolzenelement durch seine
Erwärmung mittels
der Heizeinrichtung verlängert
worden ist.
-
Bei
einer anderen bevorzugten Form der Flachbackenrollmaschine besteht
das vorhergehend bezeichnete mindestens eine Abstandselement aus zwei
Abstandselementen, welche in einer dritten Richtung senkrecht zu
der ersten und zweiten Richtung voneinander beabstandet sind, und
das vorhergehend bezeichnete mindestens eine Spann-Stabelement enthält zwei Stabelemente,
welche sich jeweils durch die zwei Abstandselemente erstrecken.
-
Bei
einer vorteilhaften Anordnung der vorhergehend genannten bevorzugten
Form der Flachbackenrollmaschine besteht das vorhergehend bezeichnete
mindestens eine Spann-Stabelement aus vier Stabelementen, die aus
zwei Stabelementen, die sich durch eines der zwei Abstandselemente
erstrecken und in der ersten Richtung voneinander beabstandet sind,
und zwei Stabelementen bestehen, die sich durch das andere der zwei
Abstandselemente erstrecken und in der ersten Richtung voneinander beabstandet
sind.
-
Bei
einer weiteren bevorzugten Form der Flachbackenrollmaschine gemäß dieser
Erfindung ist jedes der mindestens einmal vorhandenen Spann-Stabelemente
aus einem Material ausgebildet, welches gestattet, dass jedes Spann-Stabelement,
das durch dessen Erwärmung
um einen Betrag gleich 0,05–0,15%
eines Abstands zwischen äußeren Flächen des
Paars von verlängerten
Rahmenelementen zu verlängern
ist, mit welchen das mindestens eine Spann-Stabelement verbunden
ist, um die Spannkraft aufzubringen. Jedes Spann-Stabelement kann
zum Beispiel aus einem Chrom-Molybdän-Stahl ausgebildet sein. Der
vorhergehend bezeichnete Betrag liegt vorzugsweise innerhalb eines
Bereichs von 0,06–0,12%
des vorhergehend bezeichneten Abstands, in mehr zu bevorzugender
Weise innerhalb eines Bereichs von 0,08–0,10% des Abstands.
-
Die
zweite vorhergehend bezeichnete Aufgabe kann gemäß einem zweiten Aspekt dieser
Erfindung gelöst
werden, welcher ein Verfahren schafft, um das Paar von verlängerten
Rahmenelementen und das mindestens eine Abstandselement in der Flachbackenrollmaschine
gemäß dem ersten
Aspekt dieser Erfindung aneinander zu befestigen, wobei das Verfahren
dadurch gekennzeichnet ist, dass es die Schritte aufweist: Platzieren
mindestens eines Spann-Stabelements an der Flachbackenrollmaschine,
in Verbindung mit dem Paar von verlängerten Rahmenelementen und
dem dazwischen eingefügten
mindestens einen Abstandselement; Platzieren einer Heizeinrichtung
in dem sich längs
erstreckenden Loch jedes der mindestens einmal vorhandenen Spann-Stabelemente,
und Einschalten der Heizeinrichtung, um jedes Spann-Stabelement
zu erwärmen,
um zu bewirken, dass jedes Spann-Stabelement verlängert wird;
Fixieren jedes Spann-Stabelements, nachdem jedes Spann-Stabelement
verlängert
worden ist, so dass eine Spannkraft auf das Paar von verlängerten
Rahmenelementen derart aufgebracht wird, dass die verlängerten
Rahmenelemente gegen das mindestens eine Abstandselement in den entgegengesetzten
Richtungen aufeinander zu in der zweiten Richtung gedrückt werden,
nachdem jedes Spann-Stabelement durch seine Abkühlung zusammengezogen worden
ist; und Ausschalten der Heizeinrichtung, um die Abkühlung und
Zusammenziehung jedes Spann-Stabelements zu gestatten, um die Spannkraft
auf das Paar von verlängerten
Rahmenelementen aufzubringen.
-
Bei
einer bevorzugten Form des Verfahrens gemäß der Erfindung weist der Schritt
des Platzierens des mindestens einen Spann-Stabelements die Positionierung
von mindestens einem Bolzenelement derart auf, dass sich jedes der
mindestens einmal vorhandenen Bolzenelemente durch das Paar von verlängerten
Rahmenelementen und das mindestens eine Abstandselement erstreckt,
und dass ein Kopf jedes Bolzenelements, der an einem von entgegengesetzten
Enden von diesem vorgesehen ist, in Kontakt mit einem des Paars
von verlängerten
Rahmenelementen ist, und der Schritt des Fixierens jedes Spann-Stabelements
das Schrauben einer Mutter auf einen mit Gewinde versehenen Endabschnitt
jedes Bolzenelements beabstandet von dem Kopf, in Kontakt mit dem
anderen des Paars von verlängerten Rahmenelementen
aufweist, wenn jedes Bolzenelement durch seine Erwärmung mittels
der Heizeinrichtung verlängert
worden ist.
-
Bei
einer anderen bevorzugten Form des Verfahrens gemäß der Erfindung
weist der Schritt des Platzierens einer Heizeinrichtung in dem sich längs erstreckenden
Loch und des Einschaltens der Heizeinrichtung das Halten der Heizeinrichtung
in einem eingeschalteten Zustand auf, bis jedes Spann-Stabelement um einen
Betrag gleich 0,05–0,15%
eines Abstands zwischen äußeren Flächen des
Paars von verlängerten
Rahmenelementen verlängert
worden ist, mit welchen das mindestens eine Spann-Stabelement verbunden
ist, um die Spannkraft aufzubringen. Der vorhergehend bezeichnete
Betrag befindet sich vorzugsweise innerhalb eines Bereichs von 0,06–0,12% des
vorhergehend bezeichneten Abstands, in mehr zu bevorzugender Weise
innerhalb eines Bereichs von 0,08–0,10% des Abstands.
-
KURZE BESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
-
Die
vorhergehend genannten und andere Aufgaben, Merkmale, Vorteile und
technische und industrielle Bedeutung dieser Erfindung werden beim Lesen
der folgenden detaillierten Beschreibung eines derzeit bevorzugten
Ausführungsbeispiels
der Erfindung unter Berücksichtigung
der beiliegenden Zeichnungen besser verständlich.
-
1 ist eine Vorderansicht
einer Flachbackenrollmaschine, die gemäß einem Ausführungsbeispiel
dieser Erfindung konstruiert ist;
-
2 ist eine Schnittansicht
entlang der Linie 2-2 in 1;
-
3 ist eine Schnittansicht
entlang der Linie 3-3 in 1;
-
4 ist eine Seitenansicht
von rechts der Rollmaschine gemäß 1;
-
5 ist eine fragmentarische
Ansicht einer in der Rollmaschine gemäß 1 enthaltenen Befestigungseinrichtung
in zwei verschiedenen Zuständen;
und
-
6 ist eine grafische Darstellung,
die Beziehungen zwischen einer Last und Beträgen der Verlängerung
und Zusammenziehung von Elementen der Befestigungseinrichtung gemäß 5 zeigt.
-
DETAILLIERTE
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
-
Zuerst
wird auf 1 Bezug genommen,
in dieser ist eine Flachbackenrollmaschine 10 gezeigt, welche
eine Basis 12 und ein Paar von im allgemeinen ebenen verlängerten
Rahmenelementen 14 enthält,
welche an der oberen Fläche
der Basis 12 fixiert sind und sich von dieser aus parallel
zueinander erstrecken. Die zwei Rahmenelemente 14 sind
in einer ersten horizontalen Richtung voneinander beabstandet und
einander gegenüberliegend.
Die zwei Rahmenelemente 14, welche an ihren unteren Enden durch
die Basis 12 miteinander verbunden sind, sind an ihren
oberen Enden durch einen Verbindungsrahmen 16 miteinander
verbunden. Somit hat die Rollmaschine 10 eine allgemeine
Portal-Bauform, wie in 1 gezeigt
ist.
-
Ein
Abstand zwischen den zwei Rahmenelementen 14 wird durch
zwei Abstandsblöcke 18, 20 bestimmt,
die zwischen einander entsprechenden und in Längsrichtung gegenüberliegenden
Zwischenabschnitten der zwei Rahmenelemente 14 eingefügt sind.
Wie in 2 und 3 gezeigt ist, befindet sich
der Abstandsblock 18 an einem der in Breitenrichtung gegenüberliegenden
Endabschnitten jedes Rahmenelements 14, welche einander
gegenüberliegen,
wie in einer zweiten horizontalen Richtung senkrecht zu der ersten
horizontalen Richtung zu sehen ist, in welcher die zwei Rahmenelemente 14 voneinander
beabstandet sind. Der andere Abstandsblock 20 befindet sich
an dem anderen in Breitenrichtung liegenden Endabschnitt jedes Rahmenelements 14.
Wie im Folgenden im Detail beschrieben wird, sind die zwei Rahmenelemente 14 und
die zwei Abstandselemente 18, 20 mit Hilfe von
vier Spann-Stabelementen in der Form von langen Verbindungsbolzen 48 und
entsprechenden Muttern 50 aneinander befestigt.
-
Jedes
der zwei Rahmenelemente 14 hat eine T-förmige Führungsschiene 22,
die an ihrer inneren Fläche
derart geformt ist, dass sich die Führungsschienen 22 der
Rahmenelemente 14 in der vertikalen Richtung erstrecken
und in der ersten horizontalen Richtung einander gegenüberliegen.
Die zwei Rahmenelemente 14 tragen entsprechende Gleitstücke 24,
welche entsprechende T-förmige
Schlitze oder Ausnehmungen 26 haben, welche mit den entsprechenden
T-förmigen
Führungsschienen 22 in Eingriff
sind. In anderen Worten ausgedrückt,
die Gleitstücke 24 sind
vertikal verschiebbar auf den Führungsschienen 22 befestigt.
Die Gleitstücke 24 tragen
jeweils die Halter 30, die an diesen durch geeignete Mittel
wie zum Beispiel Bolzen fixiert sind. Die Backenhalter 30 halten
entsprechende an diesen fixierte flache Backen 28, so dass
ein Paar von flachen Backen 28 einander in der ersten horizontalen Richtung
gegenüberliegen
und in der vertikalen Richtung mittels der entsprechenden Gleitstücke 24 relativ
zueinander bewegbar sind.
-
An
dem oberen Ende jedes Gleitstücks 24 ist eine
Kolbenstange 34 eines sich hin und her bewegenden hydraulischen
Zylinders 32 fixiert, der an dem Verbindungsrahmen 16 angebracht
ist, wie in 1 gezeigt
ist. Diese zwei sich hin und her bewegenden hydraulischen Zylinder 32 werden
gesteuert, um die entsprechenden zwei Gleitstücke 24 in den entgegengesetzten
vertikalen Richtungen zu bewegen, so dass eine der zwei flachen
Backen 28 mit dem entsprechenden Gleitstück 24 abwärts bewegt wird,
während
die andere flache Backe 28 mit dem entsprechenden Gleitstück 24 aufwärts bewegt
wird und umgekehrt. Wie in 2 und 3 gezeigt ist, hat jedes
der Gleitstücke 24 eine
an diesem fixierte Zahnstange 36, so dass sich die Zahnstange 36 in
der vertikalen Richtung erstreckt. Ein Synchronisierritzel 38 ist
in Zahneingriff mit den zwei Zahnstangen 36. Wie in 2 gezeigt ist, ist dieses
Synchronisierritzel 38 an einer Drehwelle 40 befestigt,
welche durch den Abstandsblock 20 über Lager 42 drehbar
gelagert ist. Wenn die zwei Gleitstücke 34 in den entgegengesetzten
Richtungen hin und her bewegt werden, werden die Hin- und Herbewegungen
der zwei flachen Backen 28 mit den Gleitstücken 34 in
die entgegengesetzten Richtungen mittels der Zahnstangen 36 und
des Ritzels 38 genau miteinander synchronisiert.
-
Der
Abstand zwischen den zwei flachen Backen 28 ist derart
festgelegt, dass er geringfügig
kleiner als der Durchmesser eines zylindrischen Werkstücks W ist,
dessen äußere Umfangsfläche an einem
seiner entgegengesetzten Endabschnitte mittels der und zwischen
den flachen Backen 28 geformt wird. Um es genauer zu beschreiben,
das Werkstück W
wird an seinen entgegengesetzten axialen Enden über entsprechende Mittelpunkte,
gelagert durch entsprechende Mittelpunkthalter 44, 46 derart
gelagert, dass das Werkstück
W um seine Achse drehbar ist, welche mit der Achse der Drehung des
Ritzels 38 ausgerichtet ist. Der Endabschnitt des zu formenden Werkstücks W wird
an der äußeren Umfangsfläche zwischen
den zwei flachen Backen 28 zusammengedrückt und gerollt, während die
flachen Backen 28 synchron miteinander hin und her bewegt
werden.
-
Der
Mittelpunkthalter 44 ist durch einen hydraulischen Schubzylinder
(nicht gezeigt) axial bewegbar angeordnet, um das Werkstück W zu
schieben, um den Endabschnitt zwischen die zwei flachen Backen 28 zu
drücken.
Der andere Mittelpunkthalter 46 erstreckt sich axial verschiebbar
durch die Drehwelle 40 und ist mit einem hydraulischen
Rückzugzylinder
(nicht gezeigt) verbunden, welcher synchron mit dem hydraulischen
Schubzylinder aktiviert wird, so dass der Mittelpunkthalter 46 zurückgezogen
oder gezogen wird, wenn der Mittelpunkthalter 46 mittels des
hydraulischen Schubzylinders vorgeschoben oder geschoben wird. Die
Mittelpunkthalter 44, 46 werden bewegt, während die
flachen Backen 28 hin und her bewegt werden, um das Werkstück W axial zu
bewegen, während
es zwischen den flachen Backen 28 zusammengedrückt und
gerollt wird. Die axiale Bewegung des Werkstücks W durch die Schub- und
Rückzugzylinder
gestattet, dass das Werkstück W über eine
relativ große
axiale Länge
gerollt wird, obwohl die Abmessung der flachen Backen 28 in
der axialen Richtung des Werkstücks
W relativ klein ist. Die flachen Backen 28 sind beispielsweise
derart gestaltet, dass sie an einem axialen Endabschnitt des Werkstücks W einen
Keil bilden.
-
Bei
einem Rollvorgang auf dem Werkstück W
mittels der flachen Backen 28 nehmen die flachen Backen 28 entsprechende
Komponenten einer Rollreaktionskraft in entgegengesetzten Richtungen
weg voneinander in Richtung auf die zwei Rahmenelemente 14 auf.
Diese Komponenten der Rollreaktionskraft werden über die entsprechenden Backenhalter 30 und
die entsprechenden Gleitstücke 24 von
den flachen Backen 28 zu den entsprechenden Rahmenelementen 14 übertragen.
Um es genauer zu beschreiben, die zwei Rahmenelemente 14 sind
derart angeordnet, dass das Paar von flachen Backen 28 zwischen
den zwei Rahmenelementen 14 eingefügt ist, so dass die Rahmenelemente 14 die
entsprechenden Komponenten der Rollreaktionskraft, welche von dem
Werkstück
W übertragen
werden, von den entsprechenden flachen Backen 28 aufnehmen. Die
Rollreaktionskraft wird von einer relativ großen Fläche der Lagerfläche von
jeder der Führungsschienen 22 aufgenommen,
auf welchen die jeweiligen Gleitstücke 24 verschiebbar
befestigt sind. Die somit durch die zwei Rahmenelemente 14 aufgenommene Rollreaktionskraft
wirkt auf die einander entsprechenden Längs-Zwischenabschnitte der
Rahmenelemente 14 in den entgegengesetzten Richtungen weg voneinander
in die Richtung, in welcher die Rahmenelemente 14 voneinander
beabstandet sind.
-
Die
zwei Abstandsblöcke 18, 20,
welche zwischen die Längs-Zwischenabschnitte
(Vertikal-Zwischenabschnitte gemäß 1) der Rahmenelemente 14 eingefügt sind,
wie vorhergehend und in 3 gezeigt
ist, befinden sich jeweils in Breitenrichtung an den entgegengesetzten
Endabschnitten jedes Rahmenelements 14, wie in 2 und 3 gezeigt ist, so dass sich die zwei
Gleitstücke 24 zwischen
den zwei Abstandsblöcken 18, 20 in
der zweiten horizontalen Richtung befinden, welche die Richtung
der Breite der Rahmenelemente 14 ist.
-
Wie
gleichfalls vorhergehend bezeichnet ist, sind die zwei Rahmenelemente 14 und
die zwei Abstandsblöcke 18, 20 durch
vier lange Verbindungsbolzen 48 aneinander befestigt, die
sich durch diese Rahmenelemente 14 und Abstandsblöcke 18, 20 erstrecken,
wie in 1, 3 und 4 gezeigt ist. Die zwei Verbindungsbolzen 48 erstrecken
sich den Abstandsblock 18, während sich die anderen zwei
Verbindungsbolzen 48 durch den anderen Abstandsblock 20 erstrecken,
wie in 4 gezeigt ist,
so dass sich die zwei durch jeden der Abstandsblöcke 18, 20 erstreckenden
Verbindungsbolzen 48 einer oberhalb des anderen befinden,
wie in 4 gezeigt ist.
Jeder der Verbindungsbolzen 48 hat einen sechseckigen Kopf 48a an
einem seiner entgegengesetzten Enden und einen mit Gewinde versehenen
Endabschnitt 48b an dem anderen Ende, wie in 3 gezeigt ist. Eine Mutter 50 ist
auf den mit Gewinde versehenen Endabschnitt 48b geschraubt,
um dadurch die zwei Rahmenelemente 14 gegen die entgegengesetzten Endflächen des
entsprechenden Abstandsblocks 18, 20 zu drücken. Es
wird verständlich,
dass die Verbindungsbolzen 48, die als die Spann-Stabelemente dienen,
mit den Muttern 50 und den Abstandselementen 18, 20 zusammenwirken,
um eine Befestigungseinrichtung zur Befestigung der Rahmenelemente 14 zu
bilden, um die Längs-Zwischenabschnitte
der Rahmenelemente 14 vor der Rollreaktionskraft zu schützen.
-
Im
Sinne einer detaillierten Beschreibung ist festzustellen, dass sich
die vier Verbindungsbolzen 48 durch Löcher erstrecken, welche durch
die Rahmenelemente 14 und die Abstandsblöcke 18, 20 in der
ersten horizontalen Richtung ausgebildet werden, in welcher die
Rahmenelemente 14 voneinander beabstandet sind. Die Verbindungsbolzen 48 und die
Muttern 50 üben
auf die Rahmenelemente 14 eine Spannkraft derart aus, dass
die Rahmenelemente 14 in entgegengesetzten Richtungen aufeinander
zu in der vorhergehend bezeichneten ersten horizontalen Richtung
gegen die Abstandselemente 18, 20 gedrückt werden,
so dass die Spannkraft der Rollreaktionskraft widersteht, welche
auf die Rahmenelemente 14 in der Richtung entgegengesetzt der
Spannkraft wirken. Daher dient die durch die Verbindungsbolzen 48 und
die Muttern 50 aufgebrachte Spannkraft dazu, die Auswärtsablenkung
der zwei Rahmenelemente 14 in die Richtungen weg voneinander
und von den flachen Backen 28 und dem Werkstück W zu
minimieren. Die durch die Verbindungsbolzen 48 und die
Muttern 50 gegebene Spannkraft ist größer als die von den flachen
Backen 28 aufgenommene erwartete Rollreaktionskraft, so dass
die Rahmenelemente 14 sogar während der Erzeugung der Rollreaktionskraft
bei dem Rollvorgang gegen entgegengesetzte Endflächen der Abstandsblöcke 18, 20 gedrückt gehalten
werden.
-
Damit
die Verbindungsbolzen 48 und die Muttern 50 die
Spannkraft erzeugen, hat jeder Verbindungsbolzen 48 ein
sich längs
erstreckendes Loch 52 zur Unterbringung einer geeigneten
Heizeinrichtung, welche aktiviert wird oder eingeschaltet wird,
um Wärme
zur Erwärmung
des Verbindungsbolzens 48 zu erzeugen. Die Heizeinrichtung
kann ein mit elektrischem Widerstand behafteter Heizfaden sein,
der mit einem elektrisch isolierenden Material beschichtet ist.
Wenn die Rahmenelemente 14 und die Abstandsblöcke 18, 20 aneinander
befestigt werden, wird jeder Verbindungsbolzen 48 zuerst durch
die Löcher
in den Rahmenelementen 14 und den Abstandsblöcken 18, 20 eingefügt, so dass
der Kopf 48a mit der Außenfläche eines der zwei Rahmenelemente 14 in
Kontakt gelangt, wie in 3 gezeigt
ist. Dann wird die Heizeinrichtung in das durch den Verbindungsbolzen 48 ausgebildete
Loch 52 eingefügt
und wird eingeschaltet, um Wärme
zur Erwärmung
des Verbindungsbolzens 48 zu erzeugen, so dass der Verbindungsbolzen 48 in
seiner Längsrichtung
durch thermische Volumenausdehnung durch die Wärme verlängert wird. Wenn jeder der
Verbindungsbolzen 48 verlängert worden ist, wird die
Mutter 50 auf den mit Gewinde versehenen Endabschnitt 48b des
Verbindungsbolzens 48 angezogen, wobei die Mutter 50 gegen
die Außenfläche des
anderen Rahmenelements 14 gedrückt wird, wie gleichfalls in 3 gezeigt ist. Nachfolgend
werden die in den Löchern 52 der
Verbindungsbolzen 48 untergebrachten Heizeinrichtungen
ausgeschaltet oder von der Stromquelle getrennt, um zu gestatten,
dass die Verbindungsbolzen 48 durch die Luft auf die Umgebungstemperatur
abgekühlt
werden, so dass sich die Verbindungsbolzen 48 in Längsrichtung
zusammenziehen. Im Ergebnis wird durch die Verbindungsbolzen 48 eine
Spannkraft erzeugt, die größer als
die Rollreaktionskraft ist. Der Betrag dieser Spannkraft, die durch
die thermische Zusammenziehung der Verbindungsbolzen 48 erzeugt
wird, ist extrem viel größer als
der durch die herkömmliche
Verbindungsstangeneinrichtung erzeugte Betrag an Spannkraft. Beispielsweise
kann die durch jeden Verbindungsbolzen 48 erzeugte Spannkraft
bis zu mindestens mehreren zehn Tonnen betragen, und die durch die vier
Verbindungsbolzen erzeugte Gesamtspannkraft kann bis zu mindestens
einigen hundert Tonnen betragen, wie im folgenden im Detail beschrieben
wird.
-
Die
Genauigkeit des Rollens auf dem Werkstück W, und zwar die dimensionale
Genauigkeit des durch Rollen des Werkstücks W erzeugten gerollten Produkts
wird beträchtlich
durch die Auswärtsablenkung
der Rahmenelemente 14 an deren Längs-Zwischenabschnitten beeinflusst.
Obgleich es wünschenswert
ist, die zwei Rahmenelemente 14 als entsprechen de Teile
einer einstückigen
Rahmenstruktur auszubilden, um die Genauigkeit des gerollten Produkts
zu verbessern, ist es schwierig oder unmöglich, es so auszuführen. Die
gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel
dieser Erfindung konstruierte Befestigungseinrichtung sichert jedoch
aufgrund der ausreichend großen
Spannkraft, durch welche die Rahmenelemente 14 in den entgegengesetzten Richtungen
aufeinander zu gegen die Abstandsblöcke 18, 20 gedrückt gehalten
werden können,
einen signifikant reduzierten Betrag der Ablenkung der separaten
Rahmenelemente 14, selbst während die Rollreaktionskraft
in den entgegengesetzten Richtungen voneinander weg auf die Rahmenelemente 14 wirkt.
Demgemäß wird die
Steifigkeit der Rollmaschine mittels der vorliegenden Befestigungseinrichtung signifikant
erhöht
und die Auswärtsablenkung
der Rahmenelemente 14 wird in einem solchen Maße wie bei
einer Anordnung reduziert, bei welcher die Rahmenelemente Teile
einer einstückigen
Rahmenstruktur sind.
-
Die
durch die vorliegende Befestigungseinrichtung geschaffene erhöhte Steifigkeit
der Rollmaschine scheint auf einer Tatsache zu basieren, welche
beschrieben wird.
-
Wenn
jeder Verbindungsbolzen 48 mittels der Mutter 50 auf
die vorhergehend beschriebene Weise angezogen wird, unterliegt der
Verbindungsbolzen 48 einer Kraft einer elastischen Verlängerung oder
Spannung in seiner Längsrichtung,
während
zur gleichen Zeit der passende Abstandsblock 18, 20 einer
Kraft der elastischen Zusammenziehung oder Kompression unterliegt.
In anderen Worten, der Abstandsblock 18 kann als äquivalent
einer Druckfeder betrachtet werden, deren Steifigkeit äußerst hoch
ist. 5 zeigt auf schematische
Weise diesen Zustand mit (a), während keine
Rollreaktionskraft erzeugt wird. D. h., eine auf den Verbindungsbolzen 48 wirkende
Zugkraft Pi ist gleich einer auf den Abstandsblock 18 wirkenden
Druckkraft, wobei die Zugkraft Pi in die entgegengesetzten Richtungen
weg voneinander wirkt, während
die Druckkraft Pi in die entgegengesetzten Richtungen auf einander
zu wirkt, wie mit (a) in 5 bezeichnet ist. Die Zug-
oder Druckkraft Pi (innere Kraft Pi) wird als die Spannkraft betrachtet, wenn
die Rollreaktionskraft nicht auf die Rahmenelemente 14 aufgebracht
wird.
-
Wenn
die Rollreaktionskraft P auf die Rahmenelemente 14 wirkt,
wie in 5 mit (b) bezeichnet ist, was einen zusätzlichen
Betrag der Verlängerung δ des Verbindungsbolzens 48 bewirkt,
wird die auf den Verbindungsbolzen 48 wirkende Zugkraft
um Pb erhöht,
während
die auf den Abstandsblock 18 wirkende Druckkraft um Pc
reduziert wird. Der Betrag Pb der Erhöhung der Zugkraft und der Betrag
Pc der Reduzierung der Druckkraft werden in den folgenden Gleichungen
(1) bzw. (2) ausgedrückt: Pb = Kbδ (1) Pc = Kcδ (2)wobei Kb
= Federkonstante des Verbindungsbolzens 48
Kc = Federkonstante
des Abstandsblocks 18.
-
Die
auf die Rahmenelemente 14 aufgebrachte Rollreaktionskraft
P wird deshalb durch die folgende Gleichung (3) zum Ausdruck gebracht,
welche das Gleichgewicht der Kräfte
bezeichnet: P = (Pi
+ Pb) – (Pi – Pc)
=
Pb + Pc
= (Kb + Kc)δ
δ = P/(Kb
+ Kc) (3)
-
Aus
den vorhergehenden Gleichungen (1) und (3) wird die folgende Gleichung
(4) erzielt: Pb =
[Kb/(Kb + Kc)]·P (4)
-
Aus
der vorhergehenden Gleichung (4) wird verständlich, dass der Betrag Pb
des Anstiegs der auf die Anwendung der Rollreaktionskraft P auf
den Verbindungsbolzen 48 hin auf den Verbindungsbolzen 48 wirkenden
Zugkraft nicht gleich dem Gesamtbetrag der Rollreaktionskraft P
ist, aber gleich einem Bruchteil der Kraft P ist, der gemäß der vorhergehenden
Gleichung (4) berechnet wird.
-
Die
vorhergehende Gleichung (4) wird durch eine grafische Darstellung
in 6 ausgedrückt, wobei
der Betrag der Verlängerung
des Verbindungsbolzens 48 und der Betrag der Zusammenziehung
des Abstandsblocks 18 entlang der Abszisse abgelesen werden,
während
die Kraft oder Last entlang der Ordinate abgelesen wird, und der
Punkt, an welchem die Rollreaktionskraft P Null ist (P = 0) bezeichnet den
in 5 mit (a) bezeichneten
Zustand. Wenn die Rollreaktionskraft P auf den Verbindungsbolzen 48 aufgebracht
wird, wirkt nur ein Abschnitt Pb dieser Kraft P auf den Verbindungsbolzen 48 und
der Betrag der Verlängerung
des Verbindungsbolzens 48 aufgrund der auf diesen aufgebrachten
zusätzlichen Zugkraft
Pb wird auf δ reduziert,
wie in der grafischen Darstellung gezeigt ist.
-
Wenn
der Abstandsblock 18 nicht vorgesehen wäre, d. h. wenn die Rahmenelemente 14, 14 durch
eine geeignete Verbindungsstangeneinrichtung miteinander verbunden
wären,
würde die
Gesamtheit der Rollreaktionskraft P als P2 auf die Verbindungsstange
wirken, und der Betrag der Verlängerung
der Verbindungsstange wäre
gleich δ2,
welcher beträchtlich
größer als
der Verlängerungsbetrag δ ist. Der
Verlängerungsbetrag δ2 ist der
Gesamtbetrag der Auswärtsablenkung
der zwei Rahmenelemente 14, 14, d. h. ein Betrag
der Vergrößerung des Abstands
zwischen den zwei flachen Backen 28 in der Richtung, in
welcher die zwei Rahmenelemente 14 voneinander beabstandet
sind. Die Befestigungseinrichtung 18, 20, 48, 50 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel
gestattet jedoch eine signifikante Reduzierung des Betrags der Vergrößerung der Abstands
zwischen den flachen Backen 28, wodurch ein demgemäß vergrößerter Grad
der Genauigkeit des Rollvorgangs in der Flachbackenrollmaschine 10 gesichert
wird.
-
Die
Befestigungseinrichtung 18, 20, 48, 50 ist
insbesondere dann wirksam, wenn ein Rollvorgang auf dem Werkstück W ausgeführt wird,
während
das Werkstück
W in Axialrichtung mittels der hydraulischen Schub- und Rückzugzylinder
zugeführt wird,
die mit den Mittelpunkthaltern 44, 46 verbunden sind,
wie vorhergehend beschrieben ist. In diesem Fall wird der Rollvorgang über eine
relativ große
axiale Länge
des Werkstücks
W ausgeführt
und es besteht die Tendenz, dass die Rollreaktionskraft groß wird.
Die vorliegende Befestigungseinrichtung gestattet eine reduzierte
Variation in der dimensionalen Genauigkeit in der Größenordnung
von mehreren Mikron, selbst wenn die Rollreaktionskraft beträchtlich groß ist.
-
Ein
von den Erfindern der vorliegenden Erfindung durchgeführtes Experiment
zeigte, dass während
eines Rollvorgangs auf dem Werkstück W, das einen Durchmesser
von 20 mm hat, eine Rollreaktionskraft von ungefähr 20 Tonnen erzeugt wurde.
Diese Rollreaktionskraft bewirkte ungefähr 0,05 mm Ablenkung der Rahmenelemente 14, 14,
welche in ihren Längszwischenabschnitten
nicht durch irgendwelche Mittel miteinander verbunden sind. Die
Ablenkung der Rahmenelemente um einen solchen großen Betrag
sicherte keinen hohen Grad an Genauigkeit des gerollten Produkts.
Andererseits zeigte ein Experiment, dass die Rahmenelemente 14,
deren Zwischenabschnitte mit der Spannkraft, die durch die Befestigungseinrichtung 18, 20, 48, 50 erzeugt
wird, gegen die Abstandsblöcke 18, 20 gedrückt werden, eine
geringe Auswärtsablenkung
von mehreren Mikron erlitten, was gestattete, dass das Werkstück W mit
bedeutend verbesserter Genauigkeit gerollt wurde.
-
Ferner
sichert der reduzierte Betrag an Auswärtsablenkung der Rahmenelemente 14 durch
die große
Spannkraft, erzeugt durch Zusammenziehung der Verbindungsbolzen 48 nach
deren Verlängerung durch
Erwärmung,
demgemäß reduzierte
Beträge der
Schwingung der Rahmenelemente 14 und resultierender Geräusche, welche
aufgrund des Pulsierens der Rollreaktionskraft auftreten würden. Ein
von den Erfindern der vorliegenden Erfindung durchgeführtes Experiment
zeigte das Rollgeräusch
von 75 db. oder weniger an der vorliegenden Rollmaschine 10,
welches bedeutend geringer als das Rollgeräusch von 80 db. an der herkömmlichen
Rollmaschine ist.
-
Da
die Befestigungseinrichtung 18, 20, 48, 50 den
Rahmenelementen 14 einen ausreichend hohen Grad an Steifigkeit
gibt, um die Rollgenauigkeit in der Größenordnung von mehreren Mikron
zu sichern, kann die erforderliche Masse der Rahmenelemente 14,
mit einer relativ kleinen Querschnittsfläche, bedeutend reduziert werden,
wodurch eine Reduzierung in der Größe der Rollmaschine 10 als
ein Ganzes gestattet wird.
-
Wie
aus der grafischen Darstellung in 6 deutlich
wird, kann der Betrag der Verlängerung δ der Verbindungsbolzen 48 reduziert
werden, solange die Abstandsblöcke 18, 20 durch
die mittels der Verbindungsbolzen 48 erzeugte Spannkraft
auf elastische Weise zusammengedrückt gehalten werden. Obgleich
dies nicht erfordert, dass die Verbindungsbolzen 48 die
ursprüngliche
Spannkraft Pi erzeugen, die größer als
die Rollreaktionskraft P ist, ist es erforderlich, dass die ursprüngliche
Spannkraft Pi derart festgelegt wird, dass die Abstandsblöcke 18, 20 zusammengedrückt gehalten
werden, selbst wenn die Rollreaktionskraft P auf die Verbindungsbolzen 48 aufgebracht
wird.
-
Ein
Längs-Elastizitätsmodul
E jedes Verbindungsbolzens 48 wird durch die folgende Gleichung (5)
ausgedrückt: E = Pi·l/A·λ (5)wobei Pi
= durch jeden Verbindungsbolzen 48 erzeugte Spannkraft
(Kg),
E = Längs-Elastizitätsmodul
(Kg/cm2) des Verbindungsbolzens 48,
l
= Abstand (cm) zwischen den Außenflächen der Rahmenelemente 14,
mit welchen der Kopf 48a und die Mutter 50 in
Kontakt gehalten sind, wie in 3 gezeigt
ist,
A = Querschnittsfläche
(cm2) des Verbindungsbolzens 48,
und
λ =
Betrag der Verlängerung
(cm) des Verbindungsbolzens 48 durch Erwärmung.
-
Die
durch die Verlängerung
jedes Verbindungsbolzens 48 und dessen nachfolgende Kühlung erzeugte
Spannkraft Pi wird durch die folgende Gleichung (6) ausgedrückt, welche
durch Umstellung aus der vorhergehenden Gleichung (5) erzielt wird: Pi = E·A·λ/l (6)
-
Da
der Verbindungsbolzen 48 einen Außendurchmesser D1 (3) von 8 cm und einen Innendurchmesser
D2 (3) von 2 cm hat,
beträgt
die Querschnittsfläche
A ungefähr
47,1 cm2. Da dieser Verbindungsbolzen 48 aus
einem Chrom-Molybdän-Stahl
(SCM 435) ausgebildet ist, der einen Längs-Elastizitätsmodus
von 2.100.000 Kg/cm2 hat, und der Abstand
l 70 cm ist, berechnet sich die Spannkraft Pi, die erzeugt wird,
wenn der Betrag der Verlängerung λ 0,06 cm
ist, wie im folgenden gezeigt, gemäß der vorhergehend genannten
Gleichung: Pi = 2.100.000 × 47,1 × 0,06/70 = 84,780 Kg = 84,78 Tonnen
-
Somit
beträgt
die durch die vier Verbindungsbolzen 48 erzeugte Gesamtspannkraft
Pi 339,12 Tonnen. Bei der herkömmlichen
Verbindungsstangeneinrichtung beträgt die durch eine Verbindungsstange
erzeugte Spannkraft ungefähr
25 Tonnen, so dass die Gesamtspannkraft ungefähr 100 Tonnen beträgt, wenn
die Verbindungsstangeneinrichtung vier Verbindungsstangen hat. Folglich
ist die durch die Befestigungseinrichtung 18, 20, 48, 50 erzeugte Spannkraft
in dem vorhergehenden spezifischen Beispiel mehr als dreimal so
groß als
die durch die herkömmliche
Verbindungsstangeneinrichtung erzeugte Spannkraft.
-
Bei
dem vorhergehenden Beispiel ist der Betrag der Verlängerung
jedes Verbindungsbolzens 48 ungefähr 0,06 cm, was ungefähr 0,0857%
des Abstands l von 70 cm ist. Der Betrag der Verlängerung des
Verbindungsbolzens 48 wird jedoch in erwünschter
Weise innerhalb eines Bereichs von ungefähr 0,05–0,15% des Abstands l, vorzugsweise
innerhalb eines Bereichs von ungefähr 0,06–0,12% des Abstands l und in
mehr zu bevorzugender Weise innerhalb eines Bereichs von ungefähr 0,08–0,10% des Abstands
l gewählt.
-
Bei
dem veranschaulichten Ausführungsbeispiel
sind die Gleitstücke 24,
an welchen die flachen Backen 28 befestigt sind, dazu angepasst,
in der vertikalen Richtung hin und her bewegt zu werden, die flachen
Backen 28 können
in der horizontalen Richtung hin und her bewegt werden. Während die
zwei Gleistücke 24 durch
die entsprechenden sich hin und her bewegenden hydraulischen Zylinder 32 hin
und her bewegt werden, kann nur eines der Gleistücke 24 relativ zu
dem anderen feststehenden Gleitstück 24 hin und her
bewegt werden. Das veranschaulichte Ausführungsbeispiel ist derart angepasst,
dass das Werkstück
W in der axialen Richtung zugeführt
wird, wenn die flachen Backen 28 wiederholt hin und her bewegt
werden, wobei das Prinzip der vorliegenden Erfindung auf eine Flachbackenrollmaschine
anwendbar ist, die dazu angepasst ist, ein Werkstück durch
eine Bewegung von mindestens einer von zwei flachen Backen in eine
Richtung zu rollen.