DE3545506A1 - Werkzeug zum drueckwalzen von hohlzylindrischen werkstuecken - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Werkzeug zum Drück­ walzen von hohlzylindrischen Werkstücken, bestehend aus einer Halterung zum Einspannen des Werkstückes und aus mindestens einem gegen die Wandung des Werkstückes drückbaren Rollenpaar (Drückwalzrollenpaar), wobei die eine Rolle von innen und die andere Rolle von außen an die Werkstückwandung angreift.

Ein Werkzeug dieser Art ist aus der US-PS 32 87 951 be­ kannt. Im Drückwalzverfahren werden lange Rohre aus kur­ zen, dickwandigen Ausgangsrohren hergestellt. Bei der bekannten Vorrichtung wird das Ausgangsrohr in eine Hal­ terung eingespannt und mit dieser in Drehbewegung ver­ setzt. Am freien Stirnende des Werkstückes befindet sich ein axial verschiebbarer Rollenträger, der zwei Rollen­ paare von innen und von außen gegen die Wandung des Werkstückes drückt und im Verlauf des Walzvorganges zur Halterung hin verschiebt. Zwischen dem Rollenträger und dem zu formenden Rohr verbleibt ein Raum, in dem das sich beim Walzen verlängernde Rohr hineinragen kann.

Dieser Raum ist in axialer Richtung jedoch durch den Rollenträger begrenzt, so daß mit dem bekannten Werkzeug nur relativ kurze Rohre herstellbar sind.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrich­ tung der eingangs genannten Art zu entwickeln, mit der keine durch das Werkzeug bedingte, räumliche Begrenzung des herzustellenden Rohres gegeben ist.

Die Aufgabe ist erfindungsgemäß durch die im Anspruch 1 gekennzeichneten Merkmale gelöst.

Durch die Verlagerung der Verbindungsstelle, zumindest der Innenrohre mit dem Werkzeug in die Ebene der Halte­ rung für das Werkstück, entfällt jedes über das freie Ende des Werkstückes hinüberragendes Werkzeugbauteil, so daß sich das beim Walzen verlängernde Werkstück in axia­ ler Richtung beliebig weit ausdehnen kann. Zweckmäßiger­ weise werden nicht nur die Innenrollen, sondern auch die Außenrollen in derselben Ebene fixiert.

Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung wird die Ebene durch eine Tragstruktur verkörpert, an der der Rollen­ träger für die inneren Rollen etwa zentrisch und konzen­ trisch darum die Halterung für das Werkstück befestigt ist.

Dieses ist eine sehr einfache und raumsparende Konstruk­ tion, bei der in der ebenen Tragstruktur sämtliche Werk­ zeugteile befestigt werden können. Um die Halterung für das Werkstück kann nämlich zusätzlich der Rollenträger für die äußeren Rollen befestigt sein. Dabei sind die Rollenträger und das eingespannte hohlzylindrische Werkstück parallel zueinander angeordnet, während die Rollen selber quer dazu an den Rollenträgern befestigt sind.

Beim Abwalzen des ursprünglich dickwandigen Rohres bzw. Werkstückes streckt sich damit das Rohr zwischen den Rollen hinweg, um auf einen Widerstand bzw. ein Bauteil des Werkzeuges zu treffen.

Bei dem erfindungsgemäßen Werkzeug lassen sich die not­ wendigen Vorschub- und Drehbewegungen durch Antreiben der Halterung und/oder Rollenträger durchführen. In ei­ ner bevorzugten Ausführung wird das Werkstück gedreht, während die Axialbewegungen mit den Rollen durchgeführt werden. Dazu ist die Halterung für das Werkstück in der Tragstruktur drehbeweglich angeordnet und mit einem ent­ sprechenden Antrieb versehen, während die Rollenträger vorzugsweise aus drei oder mehreren Säulen bestehen, die in der Tragstruktur innerhalb von Gleitbuchsen axial verschiebbar angeordnet sind. Mittels Spindelstangen und entsprechendem Antrieb werden die Rollenträger bewegt.

Damit das Werkzeug für Ausgangs- und Endprodukte unter­ schiedlicher Abmessungen verwendbar ist, sind die Rollen im Rollenträger jeweils radial (in Bezug auf die Werk­ zeugachse) verschiebbar bzw. verstellbar angeordnet. Mittels Stift- und Bohrungssystemen kann die radiale La­ ge der Rollen grob eingestellt werden. Für die Feinein­ stellung ist ein Keil vorgesehen, mit dem einerseits die gewünschte Lage der Rolle genau einstellbar ist und die volle Druckbelastung, der die Rollen ausgesetzt werden, aufnehmbar ist.

Das Konzept des erfindungsgemäßen Werkzeuges hat den weiteren Vorteil, daß es für die Herstellung von kleinen bis zu sehr großen Rohren gleichen oder unterschiedli­ chen Durchmesser auslegbar ist. Für kleinere Rohre kann die Vorrichtung in horizontaler Lage ausgestaltet sein. Für sehr große Rohre kann eine vertikale Anordnung vor­ gesehen werden, bei der die Tragstruktur ein Bodenfunda­ ment ist, aus dem die Rollenträger vertikal herausragen. Mit derartigen Vorrichtungen können Rohre bis zu 8 m Durchmesser und 16 m Länge hergestellt werden.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung sind vier Rollenpaare vorgesehen, wobei die äußeren Rollen in den Winkeln eines quadratischen Ringes, der teil des äus­ seren Rollenträgers ist, angeordnet sind. In dieser An­ ordnung wird der Rollenträger bzw. die die hohe Druckbe­ lastung der Rollen aufnehmenden Verbindungsteile zwi­ schen den Rollen des quadratischen Ringes geringstmögli­ chen Biegespannungen ausgesetzt. Die diametrale Anord­ nung der vier Innenrollen belasten den inneren Rollen­ träger nur auf Druck. Somit ist die Auslegung der Rol­ lenträger relativ einfach, indem durch die Wahl des Mate­ rials und der Dicke die erforderliche Zugfestigkeit bzw. Druckfestigkeit erreicht werden muß.

Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung können nicht nur sehr große Rohre, sondern auch kleine und große Rohre mit hoher Präzision hergestellt werden. Durch die radia­ le Verstellbarkeit der Rollen ist außerdem die Herstel­ lung von Rohren unterschiedlichen Durchmessers bzw. mit Nuten und dergleichen ohne weiteres möglich.

Die Innenrollen haben vorzugsweise einen kleineren Durchmesser als die äußeren Rollen, um damit innen und außen die gleiche Kontaktfläche zwischen Rolle und Werkstückwandung zu erhalten. Damit läßt sich bei gleichem Anpressdruck der Rollen eine gleichmäßige Walzumformung bzw. eine symmetrische Wandumformung er­ reichen. Der mittlere Durchmesser des abgestreckten Zylinders liegt auf dem mittleren Durchmesser des Aus­ gangswerkstückes.

Die Rollenpaare sind zueinander in axialer Richtung versetzt angeordnet. Durch Einstellung der Rollenpaare mit entgegen der Walzrichtung abnehnmenden Spalt ist es möglich, auch sehr lange Rohre in einem Abwalzvorgang herzustellen, indem jedes Rollenpaar eine Abstreckumfor­ mung übernimmt.

Die Erfindung wird anhand von in der Zeichnung schema­ tisch dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläu­ tert. Es zeigen:

Fig. 1-3 je ein Ausführungsbeispiel und

Fig. 4 ein Detail aus Fig. 3.

In Fig. 1 ist ein Druckwalzwerkzeug 10 in horizontaler Ausrichtung dargestellt, das in einer Ebene 11, die senkrecht zur Werkzeugachse 12 liegt, eine Trag­ struktur 13 aufweist, die sämtliche Werkzeugteile trägt. Die Werkzeugteile bestehen in einer Halterung 15, in der das Werkstück 16 einspannbar ist und die drehbeweglich in der Tragstruktur 13 angebracht ist. Auf der Werkzeug­ achse 12 ist ein Rollenträger 20 axial verschiebbar angeordnet, der in einem Kopfteil 21 zwei Drückwalz­ rollen 22 und 23 (im folgendem Rollen genannt) trägt, die jeweils in radial verschiebbaren Halterungen 24 bzw. 25 gelagert sind. Außerhalb des Werkstückradius ist ein zweiter Rollenträger 30 vorgesehen, in dessen Kopfteil 31 Gegen-Drückwalzrollen 32, 33 (Rollen) zu den Innen­ rollen 22, 23 angeordnet sind. Auch diese sind in radial verstellbaren Halterungen 34 bzw. 35 gelagert. Der äußere Rollenträger 30 ist ebenfalls in der Tragstruktur 13 axial verschiebbar gelagert.

Die parallel zueinander angeordneten Rollenträgern 20 und 30 sind zusammen mit der Werkstückhalterung 15 in derselben Ebene 11 gelagert, dadurch sind keine Quer­ verbindungen außerhalb der Werkzeughalterungsebene notwendig, die die axiale Ausdehnung des Werkstücks 16 bzw. des durch Drückwalzen hergestellten Gegenstandes bzw. Rohres 38 begrenzen könnten. Das heißt, sämtliche Verbindungen zwischen den einzelnen Werkzeugteilen befinden sich an dem Stirnende des Werkstückes 16, an dem es eingespannt wird. Der Bereich gegenüber der freien Stirnseite 39 des Werkstückes 16 bzw. Rohres 38 ist dagegen völlig frei, so daß den herzustellenden Gegenständen 38 hinsichtlich deren Länge keine Grenzen gesetzt sind.

Im Drückwalzverfahren wird das Werkstück 16 in der Hal­ terung 15 eingespannt, die Rollenträger 30 entsprechend der Länge des ursprünglichen Werkstückes axial einge­ stellt derart, daß das erste Rollenpaar 22, 32 an die freie Stirnseite des Werkstückes angelegt wird und das zweite Rollenpaar 23, 33 noch nicht zum Anliegen kommt. Die Halterung 15 wird dann mittels eines nicht darge­ stellten Antriebes in Drehung versetzt, während die Rol­ lenträger 20 und 30 gleichmäßig in Pfeilrichtung, d.h., zur Tragstruktur 13 hin verschoben werden.

Entsprechend der abzudünnenden Wandstärke wird der Druck und der radiale Abstand der Rollen 22, 32 bzw. 23, 33 eingestellt, wonach sich schließlich die Umlaufgeschwin­ digkeit der Halterung 15 und die Vorschubgeschwindigkeit der Rollenträger 30, 20 richten muß. Durch die gegen­ einander drückenden Rollen eines Rollenpaares erfolgt eine beidseitige Abstreckung der Wandung des Werkstücks 16. Dabei teilen sich die Rollen eines Rollenpaares die Umformarbeit auf. Beide Rollen dringen dabei nur halb so tief in den Werkstoff ein, wie, wenn nur eine Rolle die Umformarbeit leisten müßte.

Durch die radiale Verschiebbarkeit der Rollen 22, 23, 32 und 33 können mit einem Werkzeug 10 Werkstücke bzw. Rohre 38 unterschiedlichen Durchmessers hergestellt werden, wobei bei gleichem Umformungsgrad durch Innen­ und Außenrollen der mittlere Durchmesser des herzu­ stellenden Rohres 38 mit hoher Präzision erreicht werden kann, indem die Rollenpaare jeweils symmetrisch zur Wandung des Ausgangswerkstückes 16 eingestellt werden.

Die Rollenpaare 22, 32 bzw. 23, 33 sind axial versetzt angeordnet. Damit wird bei zwei Rollenpaaren, wie es in Fig. 1 gezeigt dargestellt ist, zwei Abstreckvorgänge in einem Arbeitsgang durchgeführt. Die gegen die Werkstück­ wandung wirkenden Radialkräfte werden dabei so ausge­ legt, daß jedes Rollenpaar die Hälfte der erforderlichen Umformtiefe erbringt.

Bedingt durch die Konstruktion eines Werkzeuges 10 können jeweils mit einem Werkzeug Rohre hergestellt werden, deren Abmessungen innerhalb bestimmten Grenzen liegen. Für Rohre sehr großen Durchmessers, von etwa einigen Metern und entsprechender Länge von mehreren Metern eignen sich senkrecht aufgestellte Werkzeuge, bei denen die Werkzeugteile in einem Fundament, das als Tragstruktur dient, beweglich angeordnet sind.

Fig. 2 zeigt einen Ausschnitt eines Beispieles für eine in einem Fundament 40 angeordnete Drückwalzmaschine. Im Fundament 40 sind Schächte 41 vorgesehen, in denen jeweils Gewindestangen 42 bis 44 drehbeweglich gelagert sind. Mit den Gewindestangen 42 bis 44 werden jeweils zwischen Gleitbuchsen 45 gehaltene hohlzylindrische Säulen 46 bis 48 hinauf- bzw. herunterbewegt.

In der Fig. 2 ist im Querschnitt nur ein Teil der Werk­ zeuganlage gezeigt. Die Werkzeugachse ist mit 50 gekenn­ zeichnet. Die Zeichnung zeigt den unteren Bereich des inneren, um die Achse 50 angeordneten Rollenträgers, und vom äußeren Rollenträger nur eine Schnitthälfte (links der Fig. 2). Die axial beweglichen, zentrischen hohlzy­ lindrischen Säulen 47 und 48 bilden zusammen mit einem nicht dargestellten Kopfteil und gegebenenfalls weiteren Säulen den inneren Rollenträger. Um den inneren Rol­ lenträger ist die um die Achse 50 drehbare Halterung 51 für das Werkstück 52 schematisch angedeutet. Die Halte­ rung 51 für das Werkstück 52 ist über einen Metallträger 53 mit dem Fundament 40 verbunden. Der Metallträger 53 trägt gleichzeitig die Gleitbuchsen 45 für die Säulen 47, 48 des inneren Rollenträgers. Konzentrisch außerhalb der Halterung 51 für die Werkstücke 52 sind in regelmä­ ßigen Abständen mindestens drei hohlzylindrische Säulen 46 vorgesehen, die in Verbindung mit einem ebenfalls nicht dargestellten Kopfteil den äußeren Rollenträger bilden.

Fig. 3 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines äußeren Kopf­ teils 60 und eines inneren Kopfteils 61 mit vier Rollen­ paaren 62 detalliert in Draufsicht bzw. im Schnitt. Der äußere Kopfteil 60 besteht aus einem quadratischen Ring aus Metall, der zusammen mit vier Säulen 63 den äu­ ßeren Rollenträger bildet und an den Winkelbereichen je­ weils einen Rollenhalter 65 trägt. Die Rollenhalter 65 sind innerhalb des äußeren Kopfteils 60 radial führbare Blöcke, an deren einen Stirnseite jeweils eine Rolle 66 gelagert ist. Zur Verankerung der Halterung 65 in ver­ schiedenen radialen Positionen sind im Kopfteil 60 und in der Rollenhalterung 65 Halbbohrungen 67 vorgesehen, bei denen jeweils ein Paar in jeweils einer radialen Po­ sition der Halterung 65 sich gegenüberstehen und eine vollständige Bohrung bilden, in die ein Stift 68 zur Verankerung der Halterung 65 einbringbar ist.

Der innere Kopfteil 61 ist ein ebenfalls von vier Säulen 70 getragener quadratischer Metallkörper, in dessen Win­ kelbereichen ähnliche Rollenhalterungen 71 wie am äuße­ ren Kopfteil 60 vorgesehen sind, die in ähnlicher Weise radial feststellbar sind.

Durch die Wahl von vier diametral zueinander angeordne­ ten Rollenpaaren 62 baut sich bei den hohen Drücken, mit denen die Rollenpaare 63 gegen die Wandung des Werk­ stücks 73 drücken, ein günstiges Kraftfeld auf, das voll durch die Kopfteile 60, 61 aufnehmbar ist, so daß die Säulen 63, 70 aufgrund dieses Kraftfeldes kaum belastet sind. Außerdem bieten vier Rollenpaare 62 die Möglich­ keit, sehr lange Rohre mit relativ dickwandigen, und da­ her kürzeren Ausgangsrohren herzustellen, indem über die vier Rollenpaare 62 in einem Arbeitsgang vier Abstreck­ stufen durchgeführt werden können.

Die Ausführung gemäß Fig. 3 ist beispielsweise für die Anlage gemäß Fig. 2 geeignet, wobei die Säulen 63 und 70 den Säulen 46 bis 48 und weiteren in Fig. 2 nicht darge­ stellten Säulen entsprechen.

Die in Fig. 3 dargestellte und oben beschriebene radiale Positionierung und Verankerung der Rollenhalterungen 65 mittels Stiften 68 stellt eine Grobeinstellung dar. Für die Feineinstellung ist jeweils ein Keil vorgesehen.

In Fig. 4 ist ein Querschnitt über ein Rollenpaar 62 aus Fig. 3 näher dargestellt. Hier wird der Mechanismus für die Feineinstellung mittels eines Keiles 80 deutlich. Nachdem die Außenrolle 66 bzw. die Innenrolle 75 mit den zugehörigen Rollenhaltern 65 bzw. 71 grob positioniert sind, wird über einen Antrieb 81 und entsprechendem Ge­ triebe 82 eine Gewindespindel 83 axial in die eine oder die andere Richtung bewegt. Dabei wird der an einem Stirnende der Gewindestange 83 befestigte Keil 80 mehr oder weniger zwischen dem Rollenhalter 65 bzw. 71 und einem gegenüber dem Rollenhalter verschiebbaren Lager­ teil 85 bzw. 86 zwischengeschoben. Im Lagerteil 85 bzw. 86 ist die Rolle 66 bzw. 75 drehbeweglich gelagert. Das Lagerteil 85 bzw. 86 sowie der Keil 80 mit dem zugehöri­ gen Antrieb sind auch Bestandteile der radial bewegli­ chen Rollenhalterung 65 bzw. 71.

Bei der Grobeinstellung wird die gesamte Rollenhalterung 65 verschoben. Bei der Feineinstellung wird nur der von der schiefen Ebene 87 des Keiles verschobene Lagerteil 85 bzw. 86 bewegt und damit die Rolle 66 bzw. 75 in Richtung der Wandung des Werkstückes 73 gedrückt. Beim Herausziehen des Keiles 80 wird das Lagerteil 85 bzw. 86 mittels nicht dargestellten Federkräften oder derglei­ chen zurück, d.h., von der Werkstückwandung weggezogen.

Dieses Einstellungssystem ist insofern vorteilhaft, indem es nicht nur einfach ist und sehr präzise Ein­ stellungen ermöglicht, sondern auch ohne weiteres hohe Drückkräfte aufzunehmen vermag. Die wesentliche Druck­ kraftkomponente liegt in der radialen Ebene und sie braucht vom Keil 80 lediglich übertragen zu werden. Die durch die Schräge 87 hervorgerufene axiale Kompo­ nente ist sehr gering.

Claims (16)

1. Werkzeug zum Drückwalzen von hohlzylindrischen Werkstücken, bestehend aus einer Halterung zum Einspannen des Werkstücks und aus mindestens ei­ nem gegen die Wandungen des Werkstücks drück­ baren Rollenpaar, wobei die eine Rolle von innen und die andere Rolle von außen an die Werkstück­ wand angreift, die von jeweils einem Rollenträ­ ger gehalten sind, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Rollenträger (20 bzw. 30) mit der Halterung (15) für das Werkstück (14) in einer, quer zur Walzrichtung befindlichen Ebene (11) drehbeweglich bzw. axial verschiebbar befestigt sind.

2. Werkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß die Ebene (11) durch eine Tragstruktur (13) verkörpert ist, an der etwa zentrisch der Rollenträger (20) für die innere(n) Rolle(n) (22, 23) befestigt ist und konzentrisch darum die Halterung (15) für das Werkstück (16) ange­ ordnet ist.

3. Werkzeug nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Rollenträger (30) für die äußeren Rollen (32, 33) an der Tragstruktur (13) befestigt ist.

4. Werkzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß die Halterung (15) für das Werkstück (16) in der Tragstruktur (13) drehbeweglich befestigt ist.

5. Werkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Halterung (15) für das Werk­ stück (16) in der Tragstruktur (13) axialbeweglich befestigt ist.

6. Werkzeug nach einem der Ansprüche 1-4, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Rollenträger (20, 30) in der Tragstruktur (13) axialbeweglich befestigt sind.

7. Werkzeug nach einem der Ansprüche 1-3 und 5, da­ durch gekennzeichnet, daß die Rollenträger (20, 30) in der Tragstruktur (13) so angeordnet sind, daß sie um die Werkzeugachse (12) drehbar sind.

8. Werkzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß die Rollenträger Säulen (46, 47, 48) sind, die innerhalb von Gleitbuchsen (45) in der Tragstruktur (40) axialbeweglich angeord­ net sind.

9. Werkzeug nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß Spindelstangen (42 bis 44) zum axialen Verschie­ ben der Rollenträger (46 bis 48) vorgesehen sind, die mit einem gemeinsamen Antrieb oder syn­ chrongeschalteten, getrennten Antrieben betätigbar sind.

10. Werkzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Rollen (66, 75) in den Rollenträgern (60, 61) radial verstellbar angeordnet sind.

11. Werkzeug nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß für die radiale Verstellung der Rollen (66, 75) ein Grobeinstellmechanismus (67, 68) und ein Fein­ einstellmechanismus (80 bis 83) vorgesehen ist.

12. Werkzeug nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Feineinstellmechanismus aus einem verschieb­ baren Keil (80) besteht.

13. Werkzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß vier Rollenpaare (62) vorgesehen sind, von denen die äußeren Rollen (66) in den Winkeln eines quadratischen Ringes (60) angeordnet sind.

14. Werkzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zur Herstellung von sehr groben bzw. langen Rohren (52) die Tragstruktur als Fundament (40) ausgebildet ist, auf dem die Rollen­ träger (46 bis 48) und die Halterung (51) für das Werkstück (52) senkrecht angeordnet sind.

15. Werkzeug nach einem der vorhergehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß die inneren Rollen (22, 23, 75) einen kleineren Durchmesser haben als die äußeren Rollen (32, 33, 66).

16. Werkzeug nach einem der vorhergehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß die Rollenpaare (32, 22 bzw. 23, 33 bzw. 62) zueinander in axia­ ler Richtung versetzt angeordnet sind.