Büchsenaufweitvorrichtung und Verfahren zum Schmieden eines

Büchsenrohlings

Beschreibung

Gattung

Die Erfindung betrifft eine Büchsenaufweitvorrichtung.

Des weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Schmieden eines Büchsenrohlings.

Stand der Technik

Große Büchsen mit Stückgewichten von bis zu 400 Tonnen und Durchmessern bis 8000 Millimetern sowie Höhen von drei bis neun Metern werden in der Regel über einen Dorn geschmiedet. Allerdings ist die Qualität oftmals nicht ausreichend.

Bekannt ist es auch, große Ringwalzwerke einzusetzen. Die Investitionskosten hierfür sind sehr hoch. Bei relativ geringen Stückzahlen rechnen sich oftmals die Investitionskosten für derartige Ringwalzwerke nicht.

Aufgabe

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Büchsenaufweitvorrichtung vorzuschlagen, die gegenüber dem Stand der Technik wesentlich geringere Investitionskosten verursacht und eine gute Qualität der Erzeugnisse sicherstellt.

Des weiteren liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein geeignetes Schmiedeverfahren zu schaffen.

Lösung der Aufgabe betreffend die Büchsenaufweitvorrichtung

Die Aufgabe wird durch die in den Patentansprüchen 1 oder 2 wiedergegebenen Merkmale gelöst.

Einige Vorteile

Die erfindungsgemäße Büchsenaufweitvorrichtung ermöglicht es, zum Beispiel konisch gegossene Kokillen zu zylindrischen Büchsen umzuformen. Hierbei können Stückgewichte von vielen Hundert Tonnen, zum Beispiel zwischen 200 und 600, vorzugsweise etwa 400 Tonnen, und Durchmessern von 3000 bis 10000 Millimetern, vorzugsweise etwa 8000 Millimetern, und Gesamthöhen von ein bis neun Metern, vorzugsweise drei bis sechs Metern, Gesamthöhe durch abschnittsweises Umformen an der Außenseite bearbeitet bzw. geschmiedet werden. Diese Büchsenrohlinge werden durch ein Umformwerkzeug intermittierend, also taktweise, geschmiedet. Hierzu wird der Büchsenrohling zum Beispiel mittels eines Hallenkrans über den Schmiededorn auf Auflagerrollen abgesetzt. Nach dem Schließen eines Gegenhalters wird dann mit dem partiellen Schmieden, also taktweise, begonnen. Nach jedem Hub schieben Zentrierrollen den Büchsenrohling etwas vom Schmiededorn weg und drehen den Büchsenrohling um ein geringes Winkelmaß um seine Längsachse weiter, bevor der nächste Schmiedehub ausgeführt wird. Der Dorn wird um den gleichen Winkel gedreht. Hierzu können Lasermeßsysteme die Zentrierrollen in die richtige Arbeitsposition bewegen. Der taktweise Wechsel beim Schmieden und damit das partielle Schmieden kann sehr schnell, zum Beispiel zwischen 30 und 90 Hüben, vorzugsweise zwischen 40 und 60 Hüben pro Minute, erfolgen. Außerdem lassen sich konische Rohlinge zu zylindrischen Büchsen weiten und dabei die Höhe der Büchse auch vergrößern.

Weitere erfinderische Ausgestaltungen

Weitere erfinderische Ausgestaltungen sind in den Patentansprüchen 3 bis 24 beschrieben.

Bei der Ausführungsform nach Patentanspruch 3 werden die Auflagerrollen taktweise motorisch angetrieben. Dies geschieht entsprechend der Hubfrequenz des Umformwerkzeuges, das den Büchsenrohling an seiner Außenseite partiell und intermittierend, also taktweise, schmiedet.

Patentanspruch 4 beschreibt eine Ausführungsform, bei welcher über den Umfang des Büchsenrohlings mehrere Umformwerkzeuge angeordnet sind, die taktweise partiell den Büchsenrohling bearbeiten.

Gemäß Patentanspruch 5 können die Umformwerkzeuge an ihrer dem Büchsenrohling zugekehrten Seite entweder ballig, konvex oder profiliert ausgeführt werden, während sie bei der Ausführungsform nach Patentanspruch 6 plan und bei der Ausführungsform nach Patentanspruch 7 konkav ausgestaltet sind.

Patentanspruch 8 beschreibt eine Ausführungsform, bei welcher die Umformwerkzeuge über den Umfang des Büchsenrohlings um einen gewissen Winkelbetrag versetzt zueinander angeordnet sind. Dieser Versatz kann neben einem Winkelversatz in Umfangsrichtung des Büchsenrohlings auch in der Höhe geschehen (Patentanspruch 9).

Bei der Ausführungsform nach Patentanspruch 10 erstreckt sich allerdings das Umform Werkzeug, auch Schmiedesattel genannt, mindestens über die Gesamthöhe des Büchsenrohlings und bei der Ausführungsform nach Patentanspruch 11 sogar höher, so dass mit einem Hub jeweils ein partieller Umfangsbereich des Büchsenrohlings geschmiedet werden kann.

Wird eine Ausführungsform nach Patentanspruch 12 gewählt, so wird der Schmiededorn durch einen beweglichen Gegenhalter in seiner Arbeitsstellung arretiert.

Die Laservorrichtung oder die Laservorrichtungen messen permanent den Außendurchmesser des Büchsenrohlings, wodurch das jeweilige als Schmiedesattel ausgebildete Umformwerkzeug in geeigneter Weise einsetzbar ist, um eine zylindrische oder profilierte geschmiedete Büchse zu erhalten - Patentanspruch 13.

Sollte am Anfang oder während des Schmiedens die Büchse konisch werden, setzt der Schmiedesattel, also das Umform Werkzeug, am Ende des größten Durchmessers des Büchsenrohlings einige Hübe aus. Alternativ kann man bei der Verwendung eines durchgehenden Schmiedesattels/Umformwerkzeug durch unterschiedliche Positionen des Schmiedesattels diesen schräg stellen oder einen profilierten Schmiedesattel/Umformwerkzeug verwenden - Patentanspruch 14.

Patentanspruch 15 beschreibt eine vorteilhafte Ausführungsform.

Bei der Ausführungsform nach Patentanspruch 16 ist das Umform Werkzeug an seiner mit der Außenseite des Schmiederohlings in Berührung kommenden Fläche profiliert ausgestaltet.

Bei der Ausführungsform nach Patentanspruch 17 sind über den Umfang des Büchsenrohlings mehrere motorisch angetriebene Zentrierrollen vorgesehen, die auf die Außenkontur der Büchse einwirken, wobei die Zentrierrollen radial motorisch, z. B. hydraulisch, in Bezug auf die Büchse verstellbar sind.

Besonders vorteilhaft ist es auch, wenn - wie in Patentanspruch 18 beschrieben - mindestens eine die Büchse entzundernde Druckwasserentzunderungsvorrich- tung vorgesehen ist, die mit Hochdruckwasser über Düsen den Zunder von der Büchse außen und/oder innen entfernt.

Nach Patentanspruch 19 können die Antriebe sowohl der Zentrierrollen, wie auch der Auflagerollen, aber auch der Druckwasserentzunderung und die motorischen Antriebe des oder der Umformwerkzeuge in einer Folgesteuerung einbezogen sein. Es ist auch möglich, die Druckwasserzufuhr sektional und/oder volumenmäßig und/oder temperaturmäßig zu steuern oder zu regeln.

Bei der Ausführungsform nach Patentanspruch 20 ist die gesamte Vorrichtung auf einem gemeinsamen Fundament angeordnet.

Patentanspruch 21 beschreibt eine Ausführungsform, bei der die gesamte Maschine gekapselt in einem Maschinengehäuse angeordnet ist.

Weitere vorteilhafte Ausführungsformen sind in den Patentansprüchen 22 bis 24 beschrieben.

Lösung der Aufgabe betreffend das Verfahren

Diese Aufgabe wird durch die in Patentanspruch 25 wiedergegebenen Merkmale gelöst.

Weitere erfinderische Ausgestaltungen

Weitere erfinderische Ausgestaltungen ergeben sich aus den Patentansprüchen 26 bis 30.

Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht ein Schmieden großer, gelochter, schmiedewarmer Blöcke aus Stahl zu Büchsen, die in geeigneter Weise zu Ringen, Rohren oder Rohrschüssen weiterverarbeitet werden können.

Weitere Merkmale und Vorteile ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der Zeichnung, in der die Erfindung - teils schematisch - beispielsweise veranschaulicht ist. Es zeigen:

Fig. 1 eine Büchsenaufweitvorrichtung gemäß der Erfindung in Arbeitsstellung;

Fig. 2 eine schematische Draufsicht zu Fig. 1.

Mit dem Bezugszeichen 1 ist ein Maschinenrahmen bezeichnet, der in geeigneter Weise aus Stahl besteht und auf Silentblöcken oder auf schwingungsdämpfendem Beton gelagert sein kann. Der Maschinenrahmen 1 kann Teil eines im einzelnen

nicht dargestellten gekapselten Gehäuses sein, in dem die gesamte Büchsenauf- weitvorrichtung spritzwassergeschützt und schmutzdicht angeordnet ist.

Das Bezugszeichen 2 zeigt drei Presszylinder, die vorliegend aus je einem Differentialkolben bestehen, die abwechselnd beidseitig durch Druckmitteldruck, insbesondere hydraulisch, von einer oder von mehreren nicht dargestellten Hydraulikquelle bzw. -quellen durch eine Systemsteuerung oder Systemregelung beaufschlagt werden können, während 3 Schmiedesattelbefestigungen darstellen, die von dem betreffenden Presszylinder 2 angetrieben wird bzw. werden. Bei der aus Fig. 1 ersichtlichen Ausführungsform treiben die drei Presszylinder ein gemeinsames Umformwerkzeug 4 an, das sich über die gesamte Höhe H bzw. etwas darüber des Büchsenrohlings 5 erstreckt. Die einzelnen Presszylinder 2 können auch getrennte Umformwerkzeuge synchron oder getrennt antreiben. Des weiteren ist es möglich, in der Höhe und/oder den Umfang des Büchsenrohlings und damit auch über den Umfang des Schmiededorns 7 mehrere Umformwerkzeuge 4 anzuordnen, die gemeinsam oder durch getrennte Presszylinder 2 angetrieben sind. Des weiteren ist es möglich, die Presszylinder getrennt anzusteuern, um gegebenenfalls das Umformwerkzeug 4 oder die Umformwerkzeuge (nicht dargestellt) in der Höhe und/oder im Winkel in Bezug auf den Büchsenrohling 5 zu verändern und so den Büchsenrohling 5 zu schmieden. Der Büchsenrohling ist vorliegend als gegossene Kokille von im wesentlichen zylindrischer Bauform ausgebildet und weist zum Beispiel ein Gewicht von 400 Tonnen auf. Die Höhe H kann

zum Beispiel drei bis neun Meter betragen, während der Durchmesser D bei der dargestellten Ausführungsform bis 8000 mm groß ist. Etwa mittig ist der Büchsenrohling 5 mit einer ihn durchsetzenden Lochung 6 oder öffnung versehen, durch die ein Schmiededorn 7 hindurchgreift, der in einem Lager 8 auswechselbar angeordnet ist. Das Lager 8 ist in dem Maschinenrahmen 1 gegebenenfalls schwin- gungsdämpfend angeordnet.

Der Schmiededorn 7 ist bei der dargestellten Ausführungsform koaxial von einem Kanal 9 durchsetzt, dem durch eine geeigneten Kühlmittelquelle ein Kühlmittel, vorzugsweise Kühlwasser, kontinuierlich von oben oder unten zugeführt wird, das z. B. unten zu einem nicht dargestellten Sammelbehälter oder Abfluss weggeleitet wird. Die Kühlmittelzufuhr kann in die Steuerung der gesamten Anlage mit einbezogen sein. Diese Art Kühlung kann z. B. auch für die Schmiedesättel, Zentrierrollen und Auflagerrollen angewendet werden.

Das Bezugszeichen 10 bezeichnet einen Gegenhalter, der bei der dargestellten Ausführungsform um eine Schwenkachse 11 in Richtung A bzw. B schwenkbeweglich und damit von dem Schmiededorn 7 wegbeweglich ist.

Das Bezugszeichen 12 bezeichnet einen motorischen Drehantrieb für den Schmiededorn 7, der um seine Längsachse in einer oder in beiden Richtungen intermittierend oder kontinuierlich unendlich drehbar und anhaltbar ist.

Der Gegenhalter 10 arretiert den Schmiededorn 7 über eine Aufnahme 13, die den bei der dargestellten Ausführungsform an seinem oberen Ende konisch verlaufenden Schmiededorn 7 mit radialem Spiel oder formschlüssig auf einem gewissen Teil seiner axialen Länge umschließt und dadurch arretiert und/oder radial führt. Im Bedarfsfalle können hier auch Radiallager eingesetzt werden, um die Drehbewegung des Schmiededoms 7 um seine Längsachse zu erleichtern. Des weiteren können im Bedarfsfalle dem Lager 8 geeignete, vorzugsweise als Wälzlager ausgebildete Lager zugeordnet sein, die die Drehbewegung des Schmiededoms 7 ebenfalls erleichtern.

Der Büchsenrohling 5 ruht auf motorisch angetriebenen Auflagerrollen 14, deren Antriebe ebenfalls in die gesamte Fertigungssteuerung einbezogen werden können.

Bei 15 und 16 sind Laservorrichtungen angeordnet, die ein Lasersystem darstellen, die zum Beispiel über den Umfang der Büchse 5 verteilte Zentrier- und Stützrollen 17, 18 in die richtige Arbeitsposition über motorische oder hydraulische Antriebe 19, 20, 21 bzw. 22 radial steuern und in der jeweiligen Bewegungslage auch arretieren.

Bei 23 ist eine Entzunderungsvorrichtung dargestellt, die über Düsen unter Druck Wasser auf die Oberfläche des Büchsenrohlings spritzt und ihn entzundert (innen und/oder außen). über den Umfang können auch mehrere derartiger Spritzdüsen oder Spritzdüsenbalken einer Entzunderungsvorrichtung 23 vorgesehen sein. Den Düsen kann das Wasser entsprechend der Temperatur und/oder entsprechend dem Volumen des Büchsenrohlings temperaturgesteuert und/oder volumengesteuert und/oder temperaturgeregelt und/oder volumengeregelt, zugeführt sein. Der Zunder fällt nach unten und wird durch eine nicht dargestellte öffnung und einen unterhalb der Vorrichtung angeordneten Förderer weggefördert.

Sowohl die hydraulische als auch die elektrische Steuerung der Gesamtanlage sind im einzelnen nicht dargestellt.

Die Wirkungsweise der Büchsenaufweitvorrichtung ist folgende:

Bei hochgefahrenem Gegenhalter 10 und geöffnetem Maschinenraum wird der Büchsenrohling 5 mittels Hallenkran oder dergleichen über den Schmiededorn 7 auf die Auflagerrollen 14 aufgesetzt. Nach dem Schließen des Niederhalters 10 wird dann mit dem partiellen Schmieden durch entsprechende Hydraulikdruckbeaufschlagung des betreffenden Presszylinders 2 begonnen, wodurch das betreffende Umformwerkzeug 4 gegen die Außenmantelfläche des Büchsenrohlings 5 intermittierend einwirkt. Nach jedem Hub des Presszylinders 2 verschieben

die Zentrierrollen 17 und 18 den Büchsenrohling 5 etwas weiter von dem Schmiededorn 7 und drehen den Büchsenrohling 5 einen Takt in Umfangsrichtung weiter. Bevor der nächste Schmiedehub ausgeführt wird, setzt das Lasermesssystem die Zentrierrollen 17, 18 und folgende in die richtige Arbeitsposition. Dieser taktweise Wechsel beim Schmieden erfolgt sehr schnell, zum Beispiel mit 60 Schmiedehüben pro Minute, bis die Laservorrichtung das Signal „Durchmesser erreicht" gibt und der Schmiedevorgang stillgesetzt wird. Um die exakt gewünschte Büchsenform zu erreichen werden an verschiedenen Stellen Lasermessungen durchgeführt. Notwendige Korrekturen werden dann durch das Aussetzen einiger Schmiedesättel durchgeführt.

Sollte am Anfang oder während des Schmiedens der Büchsenrohling 5 konisch werden, setzt das betreffende Umformwerkzeug 4 am Ende des größeren Durchmessers des Büchsenrohlings 5 einige Hübe aus. Alternativ bei der Verwendung eines durchgehenden Umformwerkzeuges 4 kann man durch unterschiedliche Positionen des Presszylinders 2 und/oder des Umformwerkzeuges 4 letzteres schräg stellen oder ein profiliertes Umformwerkzeug 4 verwenden. Auf diese Weise ist es zum Beispiel möglich, konisch gegossene Kokillen zu zylindrischen Büchsen oder Rohren mit hohen Gewichten von zum Beispiel bis zu 400 Tonnen, mit Durchmessern bis z. B. 8000 Millimetern sowie Höhen von drei bis neun Metern über den Schmiededorn 7 zu schmieden. Durch die hohe Taktzahl beim Drehen des Schmiededorns 7 einerseits und des Büchsenrohlings 5 andererseits

lassen sich hohe Oberflächengenauigkeiten und innerhalb der Toleranzen auch vorgegebene Wanddicken des Büchsenrohlings 5 und der fertigen Büchse 5 erzielen. Anschließend oder während dessen kann die Außenseite und ggf. auch die Innenseite des Büchsenrohlings 5 über die Entzunderungsvorrichtung 23 durch Druckwasser entzundert werden.

Die in der Zusammenfassung, in den Patentansprüchen und in der Beschreibung beschriebenen sowie aus der Zeichnung ersichtlichen Merkmale können sowohl einzeln als auch in beliebigen Kombinationen für die Verwirklichung der Erfindung wesentlich sein.

Bezugszeichen

Maschinenrahmen

Presszylinder

Schmiedesattelbefestigung

Umformwerkzeug

Büchsenrohling, Büchse

Lochung, öffnung

Schmiededorn

Lager

Kanal Gegenhalter Schwenkachse Antrieb, motorischer, Drehantrieb Aufnahme Auflagerrolle Laservorrichtung

17 Zentrier- und Stützrollen

18 „ „ „

19 Antrieb, motorischer 20 I) ) n

21 22 23 Entzunderungsvorrichtung

A Schwenkrichtung Niederhalter

B

D Durchmesser

H Höhe eines Büchsenrohlings