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Vierwalzen-Ringwalzwerk mit selbsttätig nachstellbaren Axialwalzen
Die Erfindung betrifft ein Ringwalzwerk mit einem die beiden gekrümmten Ringflächen
bearbeitenden Walzenpaar und einem die Ringstirnflächen bearbeitenden Kegelwalzenpaar.
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Derartige Vierwalzen-Ringwalzwerke dienen dazu, unter einer Presse
oder einem Hammer aus Blöcken durch Stauchen, Lochen und eventuellen Vorweiten hergestellte
Ringrohlinge durch radiales Aufweiten zu Ringen mit rechteckigem oder auch profiliertem
Querschnitt auszuwalzen. Hierbei wird die radiale Aufweitung des Ringes durch ein
die beiden gekrümmten Ringflächen bearbeitendes kadialwalzenpaar bewirkt, von dem
die sogenannte Tellerwalze angetrieben und der sogenannte Walzdorn zur Ausübung
der Walzkraft gegen die Tellerwalze verschiebbar ist. Die auf die Ringstirnfiächen
wirkenden Axialwalzen dienen dazu, den Ring in der Höhe, d. h. in axialer Richtung,
zu kalibrieren und die beim Walzenprozeß auftretende Einschnürung der Ringstirnflächen
zu beseitigen. Der Ringrohling muß hierbei also unter der Presse etwa bis auf die
Höhe des fertigen Ringes niedergestaucht werden, was einen entsprechend langwierigen
Arbeitsgang auf der Presse und eine hierfür ausreichende Pressenkapazität erfordert.
Um die Wirtschaftlichkeit der Ringfertigung durch Verringerung der auf der Presse
zu leistenden Arbeit zu erhöhen, wurde immer wieder versucht, durch die Axialwalzen
des Ringwalzwerkes auch eine wesentliche Verringerung der axialen Ringhöhe, also
eine starke axiale Abwalzung, zu erreichen. Diese Versuche hatten jedoch nur unter
bestimmten Voraussetzungen einen gewissen Erfolg. Das liegt daran, daß die Differenz
zwischen Ringaußendurchmesser und Ringinnendurchmesser mit den entsprechend unterschiedlichen
Umfangsgeschwindigkeiten einen so starken Schlupf an den Axialwalzen ergibt, daß
die Ausübung einer erheblichen Walzkraft mit diesen Walzen wirtschaftlich einerseits
im Hinblick auf Antriebsleistung und Walzenverschleiß, andererseits mit Rücksicht
auf die erheblichen, den Ring zu einem unrunden Gebilde verformenden Reibungskräfte
normalerweise nicht möglich ist.
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Man mußte sich daher beim Versuch axialer Abwalzung entweder auf Ringe
geringer Wanddicke und auf eine geringe Axialwalzkraft beschränken, oder man konnte
sehr formsteife Ringe mit sehr hoher Antriebsleistung walzen, wobei Ringe und Antriebsmotoren
mit den nachteiligen Auswirkungen des starken Walzenschlupfes fertig werden mußten
und man den hohen Walzenverschleiß notgedrungen in Kauf nahm. In der Praxis wurde
eine axiale Mitverwalzung geringen Umfanges durch die Axialwalzung geringen Umfanges
durch die Axialwalzen nur bei sogenannten Vorwalzwerken angewendet. Derartige Vorwalzwerke
dienen dazu, den gelochten Rohling in seinem Durchmesser so weit zu vergrößern,
daß er auf einem Fertigwalzwerk mit einem entsprechend dickeren Walzdorn zu Ende
gewalzt werden kann. Bei diesen Vorwalzwerken ist keine hohe Präzision in bezug
auf die Maßgenauigkeit des vorgewalzten Ringes erforderlich. Außerdem wird der Rohling
nur so weit aufgewalzt, daß der Ring am Ende der Vorwalzung noch eine erhebliche
radiale Dicke und damit Formfestigkeit besitzt.
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Es ist bei Ringwalzwerken mit zylindrischen Axialwalzen bekanntgeworden,
das die Axialwalzen tragende Walzgerüst in Abhängigkeit von einem die Ringaußenfläche
abtastenden Taster selbsttätig entsprechend der Durchmesservergrößerung des Ringes
während des Walzprozesses zu verschieben. Diese selbsttätigen Steuerungen haben
die Aufgabe, die zylindrischen Axialwalzen während des Walzprozesses in Verbindung
mit den Ringstirnflächen zu halten. Eine Verbesserung der Schlupfverhältnisse können
sie, da zylindrische Axialwalzen verwendet werden, nicht bewirken. Diese Walzwerke
lassen sich daher nur mit den obenerwähnten Einschränkungen verwenden. Die wirtschaftliche
Bearbeitung universeller Walzprogramme, bei denen Ringrohlinge bei gleichzeitiger
erheblicher Doppelverwalzung in radialer und axialer Richtung in einem Arbeitsgang
bis zu den Endabmessungen mit engen Toleranzen ausgewalzt werden sollen, ist mit
derartigen Walzwerken nicht möglich.
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Zur Verringerung des Walzenschlupfes ist es bekannt, kegelige Axialwalzen
zu verwenden, doch ließen sich erhebliche axiale Abwalzungen mit derartigen
Walzwerken
bisher ebenfalls nicht bewirken. Bei einer bekannten Konstruktion wirken kegelige
Axialwalzen in der gleichen Ebene wie die Radialwalzen auf den Werkstückquerschnitt
ein. Dieses Walzwerk bewirkt also einen Walzprozeß im geschlossenen Kaliber, wobei
eine axiale Abwalzung des Ringes weder nötig noch möglich ist.
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Bei einem bekannten Walzwerk für Radfelgen wurden zwei konische Führungsrollen
vorgesehen. Diese sind am Verformungsvorgang nicht beteiligt und dementsprechend
weder antreibbar noch zustellbar. Sie haben lediglich führende Funktion.
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Zum Stande der Technik gehört ferner ein Ringwalzwerk mit vier kegeligen
Axialwalzen. Diese dienen dazu, beim Walzen sehr niedriger Ringe Verwerfungen der
Ringstirnflächen durch Ausübung entsprechender Biegemomente zu vermeiden.
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Es ist eine weitere Konstruktion eines Ringwalzwerkes mit vier kegeligen
Axialwalzen bekanntgeworden, bei welcher zwischen den Radialwalzen und zwei der
kegeligen Axialwalzen eine Verwalzung des Ringes im geschlossenen Kaliber stattfindet,
während die beiden anderen kegeligen Axialwalzen zur Beseitigung des an der Walzdornseite
des Kalibers bildenden Grates dienen.
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Bei einem anderen bekannten Ringwalzwerk, bei dem die radiale Verwalzung
nicht durch Zustellung eines Walzdornes gegen eine Tellerwalze bewirkt wird, sondern
durch die axiale Verschiebung eines konischen Walzdornes, welcher mit mehreren konzentrisch
zu ihm angeordneten Radialwalzen zusammenarbeitet, sind mehrere kegelige Axialwalzen
vorgesehen. Diese stützen den Ring gegen die axiale Verschiebung des Walzdornes
ab, bewirken den Antrieb des Ringes und dienen außerdem zur Profilierung der einen
Ringstirnfläche. Dieses Walzwerk ist wegen seiner Konstruktion nur für verhältnismäßig
kleine Ringe und geringe Walzkräfte geeignet.
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Bei Scheibenwalzwerken ist es üblich, kegelige Axialwalzen zu verwenden,
deren Bewegung radial zur Scheibe in Abhängigkeit von der Durchmesservergrößerung
gesteuert wird. Walzdorn und Tellerwalze, d. h. das Radialkaliber, fehlen bei solchen
Walzwerken, und der gesamte Walzprozeß wird durch die Steuerung der in axialer Richtung
einwirkenden Walzen vorgenommen. Die axialen Walzen rufen also die Durchmesservergrößerung
der Scheiben unter gleichzeitiger Verringerung der axialen Höhe bzw. Scheibendicke
hervor. Die für die Ringfertigung erforderlichen starken Verformungen - im allgemeinen
eine Vergrößerung des Durchmessers auf ein Mehrfaches des Ausgangsdurchmessers -
können auf diese Art nicht vorgenommen werden.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Ringwalzwerk zu schaffen,
mit dem Ringe verschiedener Abmessungen bei erheblicher walzender Verformung des
Werkstückes in radialer und insbesondere in axialer Richtung gewalzt werden können.
Die Erfindung ermöglicht die wirtschaftliche Bearbeitung universeller Walzprogramme
bei gleichzeitiger erheblicher Verwalzung in axialer und radialer Richtung bei hoher
Maßgenauigkeit und Formgüte des gewalzten Ringes. Die praktisch während des ganzen
Walzprozesses mögliche und damit sehr erhebliche Reduzierung der axialen Ringhöhe
verringert nicht nur die Gesamtbearbeitungszeit durch Abkürzung der Arbeitszeit
unter der Presse, sondern sie gestattet außerdem den Einsatz von Rohlingspressen
wesentlich geringerer Preßkraft, weil relativ hohe, im Durchmesser kleine Ringrohlinge
verwendet werden können. Außerdem ermöglicht es die Erfindung, die Antriebe für
die angetriebenen Walzen der Biegewalzenpaare erheblich billiger zu gestalten. Während
bisher zum Ausgleich der durch Walzenschlupf und Formfehler der Ringrohlinge hervorgerufenen
unkontrollierbaren Verschiebungen der Leistungsverteilung zwischen Radial- und Axialwalzen
stark überdimensionierte, normalerweise gekuppelte Antriebe verwendet werden mußten,
ist jetzt der Einsatz preisgünstiger und wirtschaftlicher Einzelmotoren für jede
angetriebene Walze möglich. Schließlich ermöglichen die zur Erfindung erforderlichen
konstruktiven Maßnahmen mit geringem zusätzlichen Aufwand eine weitgehende Automatisierung
des gesamten Arbeitsablaufes, so daß durch vereinfachte Bedienung und damit Einsparung
von Personalkosten sowie Verringerung der Ausschußgefahr die Wirtschaftlichkeit
weiter verbessert wird.
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Dabei liegt der Erfindung die neue Erkenntnis zugrunde, daß es für
den kleinstmöglichen Walzenschlupf der Axialwalzen während des gesamten Walzprozesses
nicht ausreicht, die Axialwalzen kegelig auszubilden und durch eine Steuerung dafür
zu sorgen, daß die Axialwalzen überhaupt in Kontakt mit der Ringstirnfläche bleiben,
sondern daß es darüber hinaus erforderlich ist, die Verschiebung der Axialwalzen
radial zum Ring so zu steuern, daß die relative Lage der Axialwalzen zum Ringaußendurchmesser
während des ganzer. Walzprozesses mit ausreichender Genauigkeit unverändert bleibt.
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Erreicht wird dies bei einem Ringwalzwerk mit einem die beiden gekrümmten
Ringflächen bearbeitenden Walzenpaar und einem die Ringstirnflächen bearbeitenden,
in bezug auf den Ring radial verschiebbaren zweiten Walzenpaar, bei dem eine Walze
jedes Walzenpaares gegen die andere in ihrem radialen Abstand verstellbar, wenigstens
eine Walze jedes Walzenpaares antreibbar und das zweite Walzenpaar selbsttätig in
Abhängigkeit von der Vergrößerung des Ringaußendurchmessers als Folge der Auslenkung
einer dieser Durchmesser im Bereich des Walzenpaares abtastenden Tastrolle od. dgl.
derartig verschiebbar ist, daß es stets auf die Ringstirnfläche einwirkt durch kegelige
Walzen des zweiten Walzenpaares und durch den Verschiebeantrieb des Walzenpaares,
der im Sinne einer Wiederherstellung der ursprünglichen Relativlage zwischen den
kegeligen Walzen und dem Ringaußendurchmesser mittels der Tastrolle od. dgl. steuerbar
ist.
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Obwohl zur Abtastung des Ringaußendurchmessers an sich alle bekannten
Abtastmittel. z. B. mechanischer, optischer pneumatischer Art. verwendet werden
können, schlägt die Erfindung im Interesse einer einfachen, billigen und betriebssicheren
Bauart vor, daß im die radiale Verschiebung des Kegelwalzenpaares bewirkenden Lagergerüst
eine in an sich bekannter Weise gegen die Wirkung einer Feder radial bewegbar gelagerte,
den Ringaußendurchmesser abtastende Tastrolle od. dgl. zur Auslösung von lageabhängigen,
durch die Betätigung von Endschaltern od. dgl. bewirkten Schaltimpulsen ausgebildet
ist.
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Um einerseits eine genügend feinfühlige, wenig träge radiale Verschiebung
des Kegelwalzenpaares zu erzielen, andererseits unerwünschte Pendelungen der Verschiebebewegung
zu vermeiden, soll der Ver-
Schiebeantrieb für die radiale Verschiebung
des Kegelwalzenpaares auf mindestens zwei verschiedene Verschiebegeschwindigkeiten
umschaltbar sein. Dazu wird weiter vorgeschlagen, daß durch die radiale Bewegung
der Tastrolle nacheinanderfolgend mindestens zwei Schaltimpulse zur Steuerung des
Verschiebeantriebs für die radiale Verschiebung des Kegelwalzenpaares auslösbar
sind, wobei durch den bei Bewegung der Tastrolle zum Lagergerüst hin ersten Schaltimpuls
dieAuswärtsbewegung desKegelwalzenpaares mit der geringeren Geschwindigkeit und
durch jeden nachfolgenden Schaltimpuls eine höhere Geschwindigkeit einschaltbar
ist. Die Verstellung des gegenseitigen Abstandes der Kegelwalzen im Sinne der Ausübung
einer axialen EValzl;_aft würde starken Schlupf der Walzen und damit Cberlastungen
des Antriebs od. dgl. zur Folge haben, wenn das Lagergerüst des Kegelwalzeapaares
z. B. bei Walzbeginn nicht die richtige Lage in bezug auf den Ringaußendurchmesser
hätte. Zur sicheren Vermeidung derartiger Störungen wird vorgeschlagen, daß durch
die radiale Bewegung der Tastrolie od. dgl. Endschalter od. dgl. betätigt werden,
durch welche Schaltimpulse zur Steuerung des die Verstellung des gegenseitigen Abstandes
der Kegelwalzen bewirkenden Antriebs auslösbar sind.
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Der technologisch richtige Zeitpunkt für :las Einsetzen der axialen
Walzkraft wird dabei dadurch gewährieistet, daß bei Bewegung der Tastrolle zum Lagergerüst
hin vor der Impulsgabe für die AuswärtsverschiebUng des Kegelwalzenpaares ein die
Verringerung des gegenseitigen Abstandes der Kegelwalzen und damit die Ausübun`
einer axialen Walzkraft bewirkender Schaltimpuls auslösbar ist.
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Um dem Walzwerk einen ?röghchst großen Arbeitsbereich zu sichern,
d. h. um auch Ringrohlipge stark unterschiedlicher Durchmesser unter gleich günstigen
Bedingungen verwalten zu können, wird weiter vorgeschlagen, daß die Tastrolle od.
dgl. gegenüber den die Schaltimpulse bewirkenden Schaltnocken od.dgl. durch Verschiebung
des die Tastrolle tragenden Elementes gegenüber dem die Schaltnocken tragenden Element
einstellbar und die Antriebsdrehzahl einer der angetriebenen Walzen veränderbar
ist. Hierdurch wird erreicht, daß z. B. bei Ringrohlingen kleiner Durchiresser der
vordere, schlankere Teil der mit entsprechend höherer Drehzahl angetriebenen Kegelwalzen
auf der Stirnfläche des Ringes aufliegt, so daß auch bei derartigenWerkstücken die
Kegelspitzen der Kegelwalzen auf der Achse des Ringrohlings liegen können, was bei
Walzbeginn völlig schlupffreies Walzen ergibt. Ohne diese Maßnahmen müßten bei verschiedenen
Rinarohlingsdurchniessern Kegelwalzen verschiedener Kegelnei(Tni.@- verwendet werden,
was teuer und zeitraubend wäre, oder man müßte bei Ringrohiingsdurchmessern, die
nicht genau den gewählten Kegeln entsprechen, die Kegelwalzen zum Walzbeginn so
verschieben, daß die Spitzen der Kegelwalzen außerhalb der Rohlings- liegen. Der
hieraus folgende Schlupf wäre gerade bei Walzbeginn, wo eine starke axiale Walzkraft
technologisch zweckmäßig und wünschenswert ist, sehr nachteilig.
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Um die bei den hohen Antriebsleistungen von Ringwalzwerken sehr teuren
Regelmotoren oder stufenlos regelbaren Getriebe zu vermeiden, wird weiter eine durch
Rasten od. dgl. fixierte stufenlose Einstellbarkeit der Tastrolle gegenüber den
Schaltnocken und ein mit gleicher Stufenzahl versehenes Schaltgetriebe zum Antrieb
der angetriebenen Kegelwalzen vorgeschlagen. Weiter wird der Einzelantrieb der angetriebenen
Walzen vorgeschlagen, weil die günstige, praktisch schlupffreie Arbeitsweise des
Ringwalzwerkes die Voraussetzungen für die Verwendung preisgünstiger, einfacher
und hinsichtlich ihrer Leistung genügend definierter Motoren gestattet.
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Die in Abhängigkeit vom Ringaußendurchmesser bewirkte selbsttätige
radiale Verschiebung des Kegelwalzenpaares, die praktisch einer selbsttätigen laufenden
Messung des Ripgdurchmcsse:s gleichkommt, eröffnet die Möglichkeit, mit geringem
zusätzlichem Aufwand auch die radiale Walzkraft selbsttätig in Abhängigkeit vom
Ringdurchmesser zu steuern und damit den Walzprozeß unbeeinflußt von der Geschicklichkeit
des Bedienungsmannes zu beenden, sobald der gewünschte Durchmesser erreicht ist.
Bewirkt wird das bei einem Walzwerk nach der Erfindung durch eine in Abhängigkeit
von der Bewegung der Tastrolle zum Abtastet des Rin-außendurchmessers gegenüber
dem Lagergerüst für die Kegelwalzen verschiebbare Schaltstange od. dgl. und einen
mit ihr zusammenwirkenden, am ortsfesten Walzwerkrahmen einstellbar befestigten
Endschalter od. dgl., durch deren Impulsgabe der Walzdruck des die gekrümmten Ringflächen
bearbeitenden Walzenpaares aufhebbar bzw. auf einen einstellbaren Wert reduzierbar
ist.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den F i g. 1 bis 8 schematisch
dargestellt, und zwar zeigt F i g. 1 eine Seitenansicht, das Axialwalzgerüst befindet
sich in zurückgefahrener Stellung, F i g. 2 eine Draufsicht, F i g. 3 einen Teilabschnitt
nach der Schnittlinie A-B der F i g. 2, das Axialwalzgehäuse befindet sich jedoch
in vorgefahrener Stellung, F i g. 4 ein Steuerschema der Walzdornverschiebung, F
i g. 5 ein Steuerschema der Axialwalzenzustellung, F i g. 6 ein Steuerschema der
Axialwalzgerüstverschiebung, F i g. 7 ein Schema des Walzvorganges bei Walzbeginn,
F i g. 8 ein Schema des Walzvorganges bei Walzende.
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Im Walzwerkrahmen 1 ist die Königswelle 2 mit der Tellerwalze 3 drehbar
gelagert und über ein Getriebe 4 durch den Elektromotor 5 antreibbar. Im Bereich
der Tellerwalze sind Zentrierrollen 6, 7 an im einzelnen nicht dargestellten Schwenkhebelsystemeii
8, 9 drehbar, welche am Walzenwerkrahmen angeordnet und mit einem geeigneten Antrieb
versehen sind. Auf Führungen 10, 11 des WaInverkrahmens 1 ist mit Hilfe eines die
Tellerwalze 3 rahinenNr tig umgreifenden Schlittens 12 der Walzdorn 1.3 mit seiner
unteren La-erung 14 und dem oberen, rahmenförmigen, mit Hilfe eines Hydraulikzylinders
15 hochschwenkbaren Gegenhalter 16 radial zur Tellerwalze 3 verschiebbar. Zur Verschiebung
dient ein am Schlitten 12 befestigter doppeltwirkender Hydraulikzylinder 17 (F i
g. 4), in den ein am Walzenrahmen 1 befestigter Kolben 18 eintaucht. Die rechte
Seite des Kolbens 18 ist durch die Bohrung 19, die linke Seite durch die Bohrung
20 mit Druckflüssigkeit beaufschlagbar. In einer ebenfalls mit Druckflüssigkeit
beaufschlagbaren
Längsbohrung des Kolbens 18 ist der Vorlaufkolben 21 geführt, dessen
linkes Ende sich am linken Boden des Hydraulikzylinders 17 abstützt.
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Auf der dem Walzdorn 13 in bezug auf die Tellerwalze 3 gegenüberliegenden
Seite des Walzwerkrahmens 1 ist das Axialwalzgerüst 22 auf Führungen
radial zur Tellerwalze 3 mit Hilfe des am Axialwalzgerüst befestigten Kolbens 23
(F i g. 3) verschiebbar, welcher in den am Walzwerkrahmen 1 befestigten doppeltwirkenden
Hydraulikzylinder 24 taucht. Im Axialwalzgerüst ist die untere Kegelwalze 25 drehbar
gelagert und von dem Elektromotor 26 über das mehrstufige Schaltgetriebe 27 antreibbar.
Elektromotor 26 und Schaltgetriebe 27 sind so ausgelegt, daß bei der niedrigsten
einstellbaren Kegelwalzendrehzahl die Umfangsgeschwindigkeit am größten nutzbaren
Durchmesser der Kegelwalze 25 geringfügig, d. h. um etwa 6% größer ist als die der
Tellerwalze 3 durch den Elektromotor 5 erteilte Umfangsgeschwindigkeit. Die anderen
Stufen des Schaltgetriebes 27 erteilen der Kegelwalze 25 entsprechend
höhere Drehzahlen, so daß die erwähnte Umfangsgeschwindigkeit am jeweils
um den Stufensprung des Getriebes kleineren Durchmesser der Kegelwalze auftritt.
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An senkrechten Führungen 28, 29 des Axialwalzgerüstes 22 ist
ein Schlitten 30 verschiebbar, in dem die obere Kegelwalze 31 frei drehbar,
aber axial unverschiebbar gelagert ist. Im Schlitten 30 ist ein axial unverschiebbares
Schneckenrad 32 über eine nicht dargestellte Schnecke durch einen Elektromotor 33
drehbar. Ein Muttergewinde des Schneckenrades 32 steht im Eingriff mit einem Bolzengewinde
der Kolbenstange 34, deren Kolben 35 in den doppeltwirkenden Zylinder
36 des Axialwalzgerüstes 22 taucht. Die Kegelwalzen 25, 31 sind so angeordnet
und gestaltet, daß die Kegelspitzen bei in linker Endstellung befindlichem
Axialwalzgerüst 22 auf der Mittellinie 37 (F i g. 7) des kleinsten
durch die Kegelwalzen bearbeitbaren Ringinnendurchmessers liegen. Der Ring, den
die Figuren in verschiedenen Stadien der Bearbeitung zeigen, ist mit 38 bezeichnet.
Die obere Kegelwalze 31 ist gegenüber der unteren Kegelwalze 25 in
Richtung der Ringdrehung seitlich versetzt, um das durch die Walzkraft hervorgerufene
Moment auszugleichen.
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Im Axialwalzgerüst 22 ist ein Meßschieber
39
(F i g. 6) in der durch die Mittellinien der Tellerwalze 3 und des Walzdorns
13 gehenden Ebene (F i g. 4) waagerecht verschiebbar. Sein den Walzen zugekehrtes
flanschartiges Ende stützt eine am Axialwalzgerüst 22 anliegende Druckfeder
40 ab, sein anderes Ende weist Schaltnocken 41, 42, 43 zur Betätigung von
elektrischen Endschaltern 44, 45, 46 auf. Am Maßschieber 39 ist die Schaltstange
47 mit der frei drehbaren Tastrolle 48 in Längsrichtung verschiebbar
und in verschiedenen Lagen befestigbar. Eine Verzahnung 49 der Schaltstange
47 kämmt mit einem Ritzel 50, welches auf einer im Axialwalzgerüst
22 drehbar gelagerten Welle 51 befestigt ist, deren weiteres Ritzel
52 mit der Verzahnung 53 einer im Axialwalzgerüst 22 verschiebbaren Schaltstange
54 kämmt. Ein Schaltnocken der Schaltstange 54 arbeitet mit dem auf
einem Maßstab 55 verschieb- und feststellbaren elektrischen Endschalter
56 zusammen. Die Gestaltung und die Anordnung der Schaltnocken 41, 42, 43
werden ebenso wie die verschiedenen Lagenzuordnungen der Schaltstange
47 zum Meßschieber 39 später bei der Beschreibung der Wirkungsweise
erläutert.
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Die Wirkungsweise des Ringwalzwerkes ist folgende: Der Walzdorn 13
und das Axialwalzgerüst 22 befinden sich in rechter Endstellung. Der Schlitten
30
nimmt die Lage ein, die sich aus der unteren Endstellung des Kolbens 35
und der oberen Endstellung des Schneckenrades 32 ergibt. Das Schneckenrad
32
wird durch den Elektromotor 33 in dem Sinne in Drehung versetzt, daß es
sich am Gewinde der Kolbenstange 34 nach unten schraubt. Der Schlitten
30
senkt sich dabei durch sein Eigengewicht nach unten ab. Diese Bewegung
wird beendet, wenn der Abstand der Kegelwalzen 25 und 31 gleich der gewünschten
axialen Breite des fertiggewalzten Ringes ist. Der Steuerschieber 76 wird
darauf in Rückzugstellung gebracht, so daß der Schlitten 30 vom Kolben 35
wieder angehoben wird. Die Tellerwalze 3 sowie die untere Kegelwalze 25 sind
durch die Elektromotoren 5 bzw. 26 in Umdrehung versetzt. Nach Auflegen
eines Ringrohlings 38 und Herunterklappen des Gegenhalters 16 werden nun
die Steuerschieber 61 und 85 in Vorlaufstellung gebracht. Der Steuerschieber
61 (F i g. 4) leitet das von der Ölpumpe 58 geförderte Öl in die Vorlaufleitung
63 und beaufschlagt damit den Vorlaufkolben 21, welcher den Hydraulikzylinder
17, den Schlitten 12 und damit den Walzdorn 13 nach links schiebt.
Das durch die Bohrung 19 des Kolbens 18 verdrängte Öl fließt über den Steuerschieber
61 in die Abölleitung 65.
Das Vorfüllventil67 läßt Öl aus dem unter
dem Druck eines Luftkissens stehenden Ölbehälter über die Walzdruckleitung
64 in den links des Kolbens 18
entstehenden Raum des Hydraulikzylinders
17
fließen. Die Vorlaufstellung des Steuerschiebers 85 (F i g. 6) bewirkt,
daß die Ölpumpe 83 mit beiden Räumen des Hydraulikzylinders 24 verbunden
wird. Da die rechte Fläche des Kolbens 23 größer ist als die linke, wird
das Axialwalzgerüst 22 nach links bis in seine durch Anschlag fixierte Endstellung
verschoben.
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Wenn sich der Walzdorn 13 so weit nach links bewegt hat, daß Kraftschluß
zwischen dem Walzdorn 13, dem Ringrohling 38 und der Tellerwalze
3
besteht, werden die Steuerschieber 61 und 76 in die Walzdruckstellung
gebracht. Die Ölpumpe 58 beaufschlagt über den Steuerschieber 61, die Vorlaufleitung
63 und die Walzdruckleitung 64 sowohl den Vorlaufkolben
21 als auch die linke größere Fläche des Kolbens 18. Der rechte Raum
des Hydraulikzylinders 17 bleibt mit der Abölleitung 65 verbunden.
Der Walzdorn 13 bewegt sich nun langsam unter Ausübung einer Walzkraft auf
den Ring 38 nach links. Ring 38 und Walzdorn 13 drehen sich infolge des Reibungsschlusses
mit der angetriebenen Tellerwalze 3, und die Abwalzung des Ringes im Sinne
einer Verminderung der radialen Dicke unter gleichzeitiger Durchmesservergrößerung
nimmt ihren Lauf.
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Durch die Verstellung des Steuerschiebers 76
(F i g. 5) in die
Walzdruckstellung wird der untere Raum des Zylinders 36 für die Verschiebung der
oberen Kegelwalze 31 mit der Abölleitung 77 verbunden. Die Ölpumpe
73 wird zwar auf die in den oberen Zylinderraum führende Axialwalzdruckleitung
78 geschaltet, doch fließt das geförderte 01 über
den
Magnetschieber 82 in den Ölbehälter zurück. Da das im unteren Raum des Zylinders
36 befindliche Öl über das Drosselrückschlagventil79 abfließen kann, senkt sich
der Schieber 30 mit der oberen Kegelwalze 31 langsam nach unten, bis die obere Kegelwalze
31 auf dem Ring 38 aufliegt. Ein Axialwalzdruck wird jedoch infolge der Durchtlußstellung
des Magnetschiebers 82 noch nicht ausgeübt.
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Bei der Durchmesservergrößerung des Ringes 38, die durch den vom Walzdorn
13 ausgeübten Walzdruck hervorgerufen wird, erhält der Ring 38 Berührung mit der
Tastrolle 48, die beim weiteren Wachsen des Ringes mit der Schaltstange 47 und dem
Meßschieber 39 gegen die Wirkung der Druckfeder 40 gegenüber dem Axialwalzgerüst
22 zurÜckgedrückt wird. Sobald sich der Durchmesser des Ringes 38 so weit
vergrößert hat, daß sein Außendurchmesser den größten wirksamen Durchmesser der
Kegelwalzen 25 und 31 berührt - die hierzu erforderliche Ringdurchmesservergrößerung
ist in F i g. 3 übertrieben groß dargestellt -, betätigt der Schaltnocken 42 des
Meßschiebers 39 den Endschalter 45. Hierdurch unterbricht der Magnetschieber
82
die Verbindung der Axialwalzdruckleitung 78 mit dem Ölbehälter, so daß
sich im oberen Raum des Zylinders 36 ein Axialwalzdruck aufbaut, der über den Kolben
35, die Kolbenstange 34, das Schneckenrad 32, und den Schieber 30
auf die obere Kegelwalze 31 übertragen wird und eine Verringerung der axialen Breite
des Ringes 38 bewirkt. Bei Beginn des Axialwalzdruckes liegen die Kegelspitzen der
Kegelwalzen 25 und 31 auf der Mittellinie 37 des Ringes 38 (F i g. 7), so
daß über die ganze radiale Ringbreite gleiche Geschwindigkeitsverhältnisse zwischen
Kegelwalze und Ring vorliegen. Infolge der Auslegung des Schaltgetriebes 27 sind
allerdings die Umfangsgeschwindigkeiten der Kegelwalzen etwas höher als die des
Ringes, so daß geringer Schlupf auftritt. Dieser Schlupf wird bewußt in Kauf genommen,
weil er dem im Anfangsstadium der Verwalzung noch sehr stabilen Ring praktisch unschädlich
ist, jedoch bei Vergrößerung des Ringdurchmessers, bei der einerseits die Formsteifigkeit
des Ringes abnimmt, andererseits die Kegelspitzen sich zunehmend von der Ringmittellinie
entfernen, der Schlupf gegenüber den bisher bekannten Bauarten wesentlich verringert
wird.
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Beim weiteren, nur geringen Zurückdrücken der Tastrolle
48 durch den wachsenden Ring 38 betätigt der Schaltnocken
41 des Meßschiebers 39 den Endschalter 44. Hierdurch schaltet der Magnetschieber
90 um, wobei die geringe Fördermenge der Ölpumpe 83, die durch den
Kraftüberschuß der Feder 100
des Steuerkolbens 99 gegenüber der Feder 98 des
Stehkolbens 97 begrenzt ist, über die Rückzugleitung 93 in den linken Raum
des Hydraulikzylinders 24
geleitet wird, während der rechte Zylinderraum Verbindung
mit der Abölleitung 94 erhält. Das Axialwalzgerüst 22 bewegt sich hierdurch langsam
nach rechts. Entspricht die Verschiebegeschwindigkeit des Axialwalzgerüstes 22 der
Wachstumsgeschwindigkeit des Ringdurchmessers, so bleibt die vorhandene Schaltstellung
erhalten. Der größte wirksame Durchmesser der Kegelwalzen 25, 31 bleibt also
praktisch in Berührung mit dem äußeren Ringdurchmesser. Ist die Geschwindigkeit
des Axialwalzgerüstes 22 größer als die Wachstumsgeschwindigkeit des Ringdurchmessers,
so verschiebt die Druckfeder 40 bei Entfernung des Axialwalzgerüstes 22 vom Ring
den Meßschieber 39 nach links. Der Endschalter 44 wird freigegeben, so daß der Magnetschieber
90 in seine Ruhelage zurückkehrt. Die Ölpumpe 83 arbeitet auf Umlauf, und das Axialwalzgerüst
22 kommt zum Stillstand, bis beim Wachsen des Ringes der Endschalter 44 erneut betätigt
wird, worauf das Spiel von neuem beginnt.
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Falls die Verschiebegeschwindigkeit des Axialwalzgerüstes 22 kleiner
ist als die Wachstumsgeschwindigkeit des Ringdurchmessers, wird vom Ring über die
Tastrolle 48 der Meßschieber 39 nach Betätigung des Endschalters 44 noch weiter
nach rechts verschoben, so daß auch der Endschalter 46 durch den zugeordneten Schaltnocken
43 betätigt wird und der Magnetschalter 88 umschaltet. Der in der Reglerleitung
87 herrschende Druck beaufschlagt, durch Drossel und Maximalventil auf geeigneter
Höhe gehalten, den Steuerkolben 99. Dieser verschiebt sich gegen den Druck seiner
Feder 100 nach oben, so daß die Feder 98 den Kolben 97 des Pumpenreglers
89 auf die größtmögliche, durch den Druck in der Druckleitung 84 bestimmte
Fördermenge verstellen kann. Hierdurch wird vom Magnetschieber 90 die volle Fördermenge
der Ölpumpe 83 in den linken Raum des Hydraulikzylinders 24 geleitet, so daß das
Axialwalzgerüst 22 mit erhöhter Geschwindigkeit nach rechts verschoben wird, bis
durch Zurückbleiben des Ringwachstums der Endschalter 46 wieder freigegeben wird.
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Durch die in Abhängigkeit von der Verschiebung der Tastrolle 48 selbsttätig
erfolgende Betätigung der Endschalter 44 und 46 wird erreicht, daß
bei der gesamten Durchmesservergrößerung des Ringes 38,
d. h. während des
ganzen Walzprozesses, die größten wirksamen Durchmesser der Kegelwalzen 25 und 31
selbsttätig praktisch in Berührung mit dem Außendurchmesser des Ringes bleiben,
so daß das Geschwindigkeitsverhältnis zwischen Ring und Kegelwalze am Außendurchmesser
des Ringes konstant bleibt. Da sich durch die mit dem Ringwachstum synchrone Verschiebung
des Axialwalzgerüstes 22 die Spitzen der Kegelwalzen 25 und 31, wie bereits erwähnt,
von der Mittellinie 37 des Ringes entfernen (F i g. 8), verringert sich zum Innendurchmesser
des Ringes hin die Umfangsgeschwindigkeit der Kegelwalzen gegenüber den korrespondierenden
Geschwindigkeiten des Ringes. Da der durch die Auslegung des Schaltgetriebes 27
gewählte Schlupf von etwa 6% als Folge der zu hohen Drehzahl der unteren Kegelwalze
25 am Außendurchmesser des Ringes während des Walzprozesses konstant bleibt, verringert
sich der Schlupf mit dem Wachstum des Ringes zum Innendurchmesser hin. Der Walzprozeß
verläuft daher unter bestmöglichen technologischen Voraussetzungen, ohne daß die
Antriebsmotoren durch nennenswerte Schlupfverluste belastet werden und für sie dimensioniert
werden müssen.
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Mit zunehmender Vergrößerung des Ringdurchmessers wird der Axialwalzdruck
entsprechend der sich verringernden radialen Ringdicke durch manuelle oder selbsttätige
Verstellung des Maximalventils 81 herabgesetzt und schließlich durch manuelle Verstellung
des Steuerschiebers 76 in die Mittelstellung oder durch Anfahren eines auf die gewünschte
Ringhöhe eingestellten Endschalters, welcher die Rückkehr des Magnetschiebers 82
in die
dargestellte Ruhelage bewirkt, aufgehoben. Hat der Ring den
gewünschten Außendurchmesser erreicht, so betätigt der Schaltnocken der Schaltstange
54, welche durch die Tastrolle 48 mit und gegenüber dem Axialwalzgerüst
22 verschoben wird, den Endschalter 56 des Maßstabes 55. Hierdurch wird der
Magnetschieber 68 auf Durchfluß geschaltet, so daß das von der Ölpumpe
58 geförderte Öl aus der Walzdruckleitung 64 über die Drossel 71 in
den Ölbehälter abfließt. Die Drossel ist dabei so eingestellt, daß auf der linken
Seite des Kolbens 18 ein Preßdruck erhalten bleibt, der genügt, den Ring 38 in Reibungsschluß
mit der Tellerwalze 3 zu halten, ohne jedoch eine weitere Abwalzung zu bewirken.
Dieser Einstelldruck wird über mehrere Umläufe des Ringes aufrechterhalten und erzielt
im Zusammenwirken mit den Drücken der Zentrierrollen 6, 7 eine Rundierung des fertiggewalzten
Ringes.
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Die Betätigung des Endschalters 56 und damit die Abschaltung des Radialwalzendruckes
erfolgt, sobald der Ring das am Maßstab 55 eingestellte Durchmessermaß erreicht
hat.
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Soll ein Ringrohling mit geringer radialer Dicke abgewalzt werden,
so würde bei der beschriebenen Arbeitsweise der Amalwalzdruck erst nach einer erheblichen
Durchmesservergrößerung des Ringes beginnen. Für die axiale Abwalzung würde also
nur wenig Zeit zur Verfügung stehen, zumal bei derartigen Ringen normalerweise auch
der Enddurchmesser, d. h. das Ausmaß der radialen Abwalzung, geringer ist. Um auch
bei derartigen Ringen alsbald mit der axialen Abwalzung beginnen zu können, wird
am Schaltgetriebe 27 eine höhere Drehzahl für die untere Kegelwalze 25 eingestellt
und die Schaltstange 47 mit der Tastrolle 48 an der zugehörigen Stelle
des Meßschiebers 39 befestigt. Durch den nun größeren Abstand zwischen Tastrolle
48 und Schaltnocken 42 wird der Axialwalzdruck ausgelöst, wenn der Außendurchmesser
des Ringes nicht den größten nutzbaren Durchmesser der Kegelwalzen 25, 31 berührt,
sondern denjenigen kleineren Durchmesser, welcher die um den gewählten Faktor -
im Beispiel 6"/o - höhere Umfangsgeschwindigkeit hat als die Tellerwalze
3. So können auch derartige kleinere Ringe unter optimalen Bedingungen gewalzt
werden. Dabei ist es selbstverständlich je nach dem beabsichtigten Einsatzbereich
des Walzwerkes ohne weiteres möglich, anstatt der im Beispiel dargestellten Einstellmöglichkeiten
für Getriebe und Tastrolle mehr oder weniger Stufen oder stufenlose Verstellbarkeit
zu wählen. Auch können die Elektromotoren 5 und/oder 26 drehzahlregelbar ausgeführt
werden, was jedoch die Anlage gegenüber einfachen Drehstrommotoren erheblich verteuert.
Ebenso ist es möglich, bei stufenloser Regelbarkeit für die radiale Verschiebegeschwindigkeit
des Kegelwalzenpaares durch die radiale Bewegung der Tastrolle anstatt einzelner
Schaltimpulse die kontinuierliche Verstellung eines Steuerelementes zu bewirken.