DE3039237C2 - Vorrichtung zur Umformung eines Runddrahts zu einem Metallband - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Umformung eines Runddrahts zu abgeflachtem metallischem Halbzeug größerer Breite, bei der in einem gemeinsamen Gestell gelagerte Wal­ zen, deren formgebende Flächen durch eine exzentrische Lage­ rung der Achsen der Walzen einen sich in Umfangsrichtung ver­ ändernden Formspalt bilden und wobei die eine Walze mit klei­ nerem Durchmesser innerhalb der größeren Walze mit um ein gewisses Maß (E) exzentrischen Achsen angeordnet und min­ destens eine der Walzen mechanisch antreibbar ist.

Eine solche Vorrichtung ist beispielsweise aus der DE-PS 9 23 961 bekannt.

Dünne Metallbänder werden für eine große Zahl verschiedener Produkte in einer Reihe von Breiten- und Längenabmessungen als Halbfabrikat benötigt. Derartige Metallbänder lassen sich in der Regel nicht wirtschaftlich in den benötigten Abmessun­ gen herstellen, sondern müssen aus Blechen mit erheblich grö­ ßerer Breite auf die jeweils benötigte Breite geschnitten werden. Das Herstellen von Metallbändern durch Zerteilen von breiteren Blechen ist jedoch sowohl kostspielig als auch sehr zeitaufwendig, besonders wenn große zusammenhängende Längen solcher Bänder gebraucht werden. Lange Metallbänder müssen nämlich zuerst von einem Blech entsprechender Länge abge­ schnitten werden, das üblicherweise aufgewickelt ist und da­ her schwierig zu handhaben ist. Dann müssen die Bänder noch mechanisch nachbearbeitet werden, um die rohen beim Schneiden entstehenden Kanten zu beseitigen, wenn rechtwinklige und vor allem gratfreie Kanten der Ränder erforderlich sind.

Es ist im allgemeinen auch nicht wirtschaftlich, einen Me­ talldraht nach der konventionellen Walzwerkspraxis durch meh­ rere Stationen eines Walzwerks zu schicken, um den Draht in ein flaches Metallband umzuformen. Bei einer solchen Bearbei­ tung in einem konventionellen Walzwerk findet zwischen jedem Walzenpaar einer Station eine Verformung des Ausgangsmateri­ als statt, die ein Wandern des Metalls hauptsächlich in Längsrichtung bewirkt, wodurch sich das Material beim Durch­ gang durch jede Station erheblich verlängert. Dabei erfolgt jeweils nur eine verhältnismäßig geringe Verformung in der Breite. Infolgedessen müssen die Walzen der aufeinander fol­ genden Stationen des Walzwerks jeweils mit einer höheren Um­ fangsgeschwindigkeit angetrieben werden, um das aus der vor­ hergehenden Station austretende Walzgut verarbeiten zu kön­ nen. Hinzu kommt, daß bei einem konventionellen Walzwerk die Breite eines durch Walzen eines Metalldrahts erzeugten Bands im allgemeinen kleiner als der 1,5-fache Drahtdurchmesser ist. Die hohen erforderlichen Investitionskosten für eine solches Mehrstufenwalzwerk mit dem benötigten komplizierten Antriebsmechanismus sind für das Verformen eines Runddrahts in ein Metallband mit auch noch einer geringeren Breite als dem 1,5-fachen Ursprungsdurchmesser nicht gerechtfertigt. Da­ her werden Metallbänder größerer Breite bisher üblicherweise durch Zerschneiden eines breiteren Blechmaterials herge­ stellt.

Aus der US-PS 1 217 748 ist ferner eine Vorrichtung bekannt, bei der ein auf Weißglut erhitzter Runddraht in einem konti­ nuierlichen Schmiedeprozeß zwischen zwei ineinander liegenden Walzen mit glatten Oberflächen in ein profiliertes Band mit größerer Breite als dem Durchmesser des Ausgangsmaterials bei im wesentlichen gleichbleibender Querschnittsfläche umgeformt wird. Die Herstellung von flachen Metallbändern mit auf ein Mehrfaches des Durchmessers des Runddrahts vergrößerter Brei­ te war dabei offensichtlich nicht beabsichtigt. Wegen der je­ weils einseitigen, d. h. "fliegenden" Lagerung der beiden zu­ sammenwirkenden Werkzeugträgerscheiben für die profilierten umlaufenden Verformungswerkzeuge und der sogar elastisch nachgiebig ausgebildeten Halterung für die innere Scheibe sowie des nur eine verhältnismäßig dünne Bodenplatte auf­ weisenden Traggestells wäre eine solche Vorrichtung infolge fehlender Steifigkeit auch keineswegs dazu brauchbar, einen vorzugsweise im kalten Zustand eingeführten Runddraht auf die mehrfache Breite des Drahtdurchmessers zu verformen.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung zu schaffen, mit der Metalldraht mit Durchmessern etwa zwischen 1 und 10 mm in Halbzeug bzw. Band mit einer mindestens 2,5-fachen, vorzugsweise mit einer mehr als 4,5-fachen Breite des Draht­ durchmessers, durch einen möglichst einstufigen Walzvorgang umgeformt werden kann.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Pa­ tentanspruchs 1 gelöst.

Vorteilhafte Weiterbildungen des Gegenstands des Anspruchs 1 ergeben sich aus den Unteransprü­ chen.

Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung lassen sich Metallbän­ der aus Drähten im Durchmesserbereich von etwa 1 und 10 mm äußerst wirtschaftlich herstellen, da nur ein geringer Bruch­ teil der für die Erstellung einer konventionellen Anlage zum Erzeugen derartiger Bänder durch mehrstufiges Walzen, an­ schließendes Unterteilen und gegebenenfalls Nachbearbeiten aus Blechen benötigten Investitionskosten erforderlich ist. Die erfindungsgemäße Vorrichtung schafft somit die Vorausset­ zung dafür, dünne Metallbänder am Standort ihrer Weiterverar­ beitung auch durch kleinere Betriebe herzustellen, was gleichzeitig Einsparungen bei den Transport- und Lagerhal­ tungskosten bedeutet.

Weitere Vorteile der erfindungsgemäßen Vorrichtung ergeben sich aus der Beschreibung von in den Zeichnungen dargestell­ ten Ausführungsbeispielen.

Es zeigen

Fig. 1 eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrich­ tung, teilweise in Ansicht und im Teil-Querschnitt,

Fig. 2 ein mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung herge­ stelltes Metallband in zwei Ansichten, die die er­ zielte Verbreiterung ohne nennenswerte Verlängerung beim Verformen erkennen lassen,

Fig. 3 eine schematische Ausführungsform, bei der die äußere Walze als zwischen drei Walzen geführter Ringkörper ausgebildet ist.

Bei dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung wird ein Runddraht 10 mit dem Durchmesser D durch eine nicht dargestellte Eintrittsöffnung eines Gestells in die Walzvorrichtung eingeführt. Das Gestell besteht aus zwei vertikalen parallel zueinander mit einem gewissen Abstand angeordneten Wangen 14 und 16, die an ringförmigen Gestellteilen 20 befestigt sind.

Eine kräftig bemessene Welle 25 ist im Gestell zentrisch mittels der Rollenlager 26 und 28 drehbar abgestützt, die ihrerseits von den vertikalen Wangen 14 und 16 ge­ tragen werden. Der ringförmige Gestellteil 20 trägt eine äußere ringförmige Walze 30, die durch das Rollenlager 32 drehbar im Gestell angeordnet ist. Die Welle 25 trägt eine innere Walze 35, die mit der Welle drehfest verkeilt ist. Die innere Walze 35 ist mit einer glatten teilkugeligen Oberfläche 36 dargestellt. Die äußere Walze 30 ist frei drehbar und wird durch Reibung an der Berührungsstelle mit dem zwischen den beiden Walzen 30 und 35 zu verformenden Runddraht 10 angetrieben.

Anstatt die Welle 25 der inneren Walze 35 anzutreiben kann das Antriebsdrehmoment direkt auf die äußere Walze 30 aus­ geübt werden bei frei drehbarer inneren Walze 35. Eine solche - nicht dargestellte - Möglichkeit, das Antriebsdrehmoment auf die äußere Walze 30 auszuüben, besteht z. B. darin, die äußere Walze 30 mit einem Kegelzahnkranz zu versehen, der mit einem durch das Gestell hindurchgeführten Antriebskegel­ ritzel kämmt. Die dargestellte Art, die Welle 25 der inneren Walze 35 anzutreiben, ist jedoch bevorzugt. Es ist jedoch ebenfalls möglich, beide Walzen anzutreiben und dabei Schwie­ rigkeiten infolge der unterschiedlichen Antriebsdrehzahlen für die beiden Walzen zu vermeiden. Ein solcher Antrieb bei­ der Walzen kann als direkter Antrieb einer Walze und eines von diesem über eine drehmomentgesteuerte Kupplung von diesem abgenommenen Nebenantriebs für die andere Walze gestaltet werden.

Wie in Fig. 1 zu erkennen ist, dreht sich die innere Walze 35 um eine erste Achse 42, während sich die äußere Walze 30 um eine zweite Achse 44 dreht, welche gegenüber der ersten Achse 42 exentrisch versetzt ist. Dieses exzentrische Maß E zwi­ schen den Walzen 30 und 35 ergibt einen langen sich verjün­ genden Spalt zwischen der äußeren Oberfläche 36 der Walze 35 und der inneren Oberfläche 34 der Walze 30. Fig. 1 zeigt eine wirksame Zone bzw. einen Verengungsbereich zwischen den einander gegenüberliegenden Oberflächen 34 und 36. Der geringste Abstand zwischen den Oberflächen 34 und 36 ist als Spaltweite G bezeichnet, die der Dicke G des erzeugten Metallbands entspricht.

Die Spaltweite G der beginnenden Trennung der gegenüberlie­ genden Oberflächen 34 und 36 beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 beträgt weniger als 31% des Durchmessers D des Runddrahts 10, wobei der Abstand und damit der sich verengende wirksame Bereich der Walzenoberflächen viermal größer ist als der Durchmesser D des Runddrahts 10. Unter dieser Bedingung er­ gibt ein in den sich verengenden Spalt zwischen den Walzen 30 und 35 eingeführter Runddraht 10 ein Metallband 11, dessen Breite mindestens das 2,5-fache des ursprünglichen Draht­ durchmessers D beträgt. Das so erzeugte Metallband 11 wird durch eine Auslaßöffnung im vertikalen Gestellteil ent­ nommen. Durch die Anwendung des langen sich verengenden Spalts und die Einbringung des Runddrahts 10 in die wirksame Zone zwischen den gegenüberliegenden Oberflächen 34 und 36 wird der Runddraht 10 fortschreitend zusammengedrückt und abge­ flacht durch eine starke Verlagerung und sich daraus ergeben­ des umverteilende Fließen des verformten Metalls während sich dieses durch den langen sich verengenden Spalt bewegt. Bei diesem Ausführungsbeispiel erfolgt das umverteilende Fließen fast vollständig nach den Seiten, um ein breites Metallband 11 zu er­ zeugen. Das Metall ist beim Verformungsvorgang einem sehr starken Druck ausgesetzt. Daher ist die Reibungskraft zwi­ schen den Oberflächen 34 und 36 und dem Metall relativ hoch. Das Metall kann infolgedessen nicht nennenswert in der Längsrichtung gleiten gegenüber den Oberflächen 34 und 36 und gleichzeitig werden die beiden Oberflächen 34 und 36 dazu veranlaßt, sich mit annähernd gleicher Umfangsge­ schwindigkeit zu bewegen, selbst wenn nur eine von ihnen durch ein von außen aufgebrachtes Drehmoment angetrieben wird.

Fig. 2 zeigt einen Runddraht 10 der zu einem Metallband 11 von der Breite W und der Dicke G abgeflacht ist. Die in gleichmäßigen Abständen angebrachten Pfeile 49 an dem in zwei Ebenen darge­ stellten Runddraht 10 und dem sich ergebenden Metallband 11 lassen er­ kennen, daß der Runddraht 10 nicht nennenswert verlängert wird beim Durchgang durch den sich verengenden Spalt zwischen den Walzen 30 und 35. Eine andere Methode, durch die das Fehlen einer nennenswerten Verlängerung festgestellt werden kann, besteht darin, die Querschnittsflächen des Runddrahts 10 und des erzeugten Metallbands 11 zu messen und zu vergleichen. So wurde z. B. auf der Walzvorrichtung nach Fig. 1 ein Runddraht 10 aus Reinblei mit einem Durchmesser von 4,83 mm entsprechend einer Querschnittsfläche

abgeflacht in ein Metallband mit ca. 25,4 mm Breite und 0,712 mm Dicke. Dies ent­ spricht einem Verhältnis W : D von ca. 5,3 bei einer Quer­ schnittsfläche des erzeugten Metallbands F_B = 25,4×0,712 = 18,2 mm². Die Querschnittsfläche des erzeugten Metallbands 11 lag also verhältnismäßig nahe bei der Querschnittsfläche des Runddrahtes 10.

Die gesamte Verformung des Runddrahtes 10 einem breiten fla­ chen Metallband 11 ist hier als einstufiger Walzvorgang be­ schrieben und dargestellt. Es ist jedoch selbstverständlich, daß beim Bearbeiten von härteren Materialien auch mehrere aufeinander folgende Walzvorgänge ausgeführt werden können, um die gewünschte Verbreiterung bei vernünftigen Drücken zu erzielen. Ebenso kann man auch eine Vorrichtung mit noch län­ gerem sich verengenden Spalt im Berührungsbereich zwischen dem Werkstück und den Walzoberflächen benutzt werden, wobei sich der zum Verformen erforderliche gesamte Druck über eine größere Arbeitsfläche verteilt und der örtliche Flächendruck auf die Berührungsflächen der Walzen verringert wird.

Bei der in Fig. 1 dargestellten Vorrichtung weist die innere Walze 35 eine kugelförmige äußere Oberfläche 36 auf. Die innere Walze 35 ist mittels der Welle 25 um eine erste Achse 42 drehbar, während die äußere Walze 30 eine zweite Achse 44 aufweist. Diese zweite Achse 44 ist dabei in diesem Fall gegenüber der ersten Achse 42 sowohl um das Maß E exzentrisch angeordnet, um den langen sich allmählich veren­ genden Spalt zwischen den Oberflächen 34, 36 zu bilden, als auch zusätzlich um einen gewissen Winkel geschränkt ange­ bracht. Hierdurch wird einerseits vorteilhaft das Einführen des zu verformenden Runddrahts 10 in den sich verengenden Spalt erleichtert sowie andererseits das Herausführen des erzeugten Metallbands 11. Die innere Oberfläche 34 der äußeren Walze 30 ist dabei ebenfalls Teil einer Kugelhohlfläche mit einem Krümmungsradius entsprechend dem Krümmungsradius der kugeligen Oberfläche 36 zuzüglich der Spaltweite G. Die Spaltweite G ist dabei der geringste Abstand zwischen den Oberflä­ chen 34 und 36. Die windschiefe geschränkte Anordnung der beiden Achsen 44 und 42 bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 ist dabei gleichzeitig dazu geeignet, den angestreb­ ten Materialfluß quer zur Durchlaufrichtung durch den Spalt zwischen den beiden Walzen 30, 35 wirksam zu unterstützen und da­ durch das erreichbare Verhältnis von Bandbreite W zum Draht­ durchmesser D noch weiter zu steigern. Teile der ringförmigen Gestellteile 20 halten das Rollenlager 32 für die äußere Wal­ ze 30 an seinem Platz. Ebenfalls ist in der Zeichnung er­ sichtlich, wie die beiden seitlichen Wangen 14 und 16 die Rollenlager 26 und 28 für die Welle 25 aufnehmen.

Bei dem beschriebenen Ausführungsbeispiel kann auch die äu­ ßere Walze 30 lediglich durch die Welle 25 mit angetrieben werden, die die innere Walze 35 direkt in Drehung versetzt, wenn nämlich der Runddraht 10 in dem sich verengenden Spalt zwi­ schen die beiden Walzen 30, 35 eingeführt ist und mit den gegen­ überliegenden Oberflächen 34 und 36 in Berührung kommt. Sobald der Runddraht 10 sich zwischen den beiden Oberflächen 34, 36 festgeklemmt hat, dreht sich die äußere Walze 30 nämlich auch ohne äußeren Antrieb in derselben Drehrichtung und mit angenähert gleicher Umfangsgeschwindigkeit wie die innere Walze 35. Die beiden Walzen 30, 35 brauchen nicht gleich breit zu sein. Wichtig ist nur, daß die sich gegenüberlie­ genden Oberflächen 34, 36 der Walzen 30, 35 einen langen, sich allmählich verengenden Spalt bilden mit genügendem Abstand und einer Breite, die das Einbringen des Runddrahts 10 in den Spalt er­ möglicht sowie das folgende Abflachen darin und das Entfernen des sich ergebenden Metallband 11 daraus.

Wenn die Absicht besteht, die relative Länge des sich allmäh­ lich verengenden Spaltes bei einer vorgegebenen Spaltbreite G zu vergrößern, ist der Außendurchmesser der Oberfläche 36 der inneren Walze 35 dem Innendurchmesser der Oberfläche 34 der äußeren Walze 30 anzunähern, d. h. ihr Durchmesserunterschied zu verringern. Um trotzdem ausreichenden Platz zum Einführen des Runddrahtes 10 und Entfernen des Metallbands 11 in den bzw. aus dem Spalt zu gewinnen, müssen die Durchmesser beider Walzen 30, 35 und damit die Abmessungen der ganzen Vorrichtung entsprechend vergrößert werden.

Bei dem in Fig. 3 schematisch dargestellten Ausführungsbei­ spiel ist die äußere als Ring ausgebildete Walze 30 zwischen den drei Walzen 35, 81 und 82 gehalten. Die beiden Stützwalzen 81 und 82 stützen die äußere ringförmige Walze 30 auf der Außenseite ab. Das Antriebsdrehmoment kann dabei beispielsweise auf die Stützwalzen 81 und/oder 82 ausgeübt werden. An mindestens einer der Stützwalzen 81 und/oder 82 sind im Abstand voneinander Bunde 84 angeordnet, um die äußere Walze 30 in ihrer richtigen Lage zur inneren Walze 35 zu führen. Ein sich allmählich verengender Spalt ist mit 40 bezeichnet, der von den äußeren bzw. inneren Oberflächen 36 und 34 der beiden Walzen 35 und 30 gebildet wird. Die geringste Spaltweite G zwischen den Oberflächen 34 und 36 ist kleiner als 31% des Durch­ messers eines Runddrahts 10, der in dem sich verengenden Spalt 40 gewalzt werden soll. Ferner entspricht die Länge der Berüh­ rungsstrecke dieses sich verengenden Spaltes 40 mindestens dem vierfachen Durchmesser des zu verformenden Runddrahts 10.

Verfahrensbeispiele

• 1. Ein Runddraht aus Reinblei mit einem Durchmesser von 4,82 mm wurde zu einem Band mit ca. 25,4 mm Breite und 0,5 mm Dicke ausgewalzt. Dies entspricht einem Verhältnis von Breite W zu Dicke D des Drahtes von ca. 5,3.
• 2. Ein Lötdraht aus einer Blei-Zinn-Legierung mit einem Durchmesser von ca. 3,12 mm wurde zu einem Band mit einer Breite W von 15,5 mm und einer Dicke von ca. 0,4 mm aus­ gewalzt. Dies entspricht einem Verhältnis W : D von ca. 5,0.
• 3. Ein Runddraht aus Reinblei mit einem Durchmesser D von ca. 6,09 mm wurde zu einem Band mit einer Breite W von ca. 33 mm und einer Dicke von ca. 0,76 mm ausgewalzt. Dies ent­ spricht einem Verhältnis W : D von ca. 5,5.

Sofern vorteilhaft, kann mit der erfindungsgemäßen Vor­ richtung auch vorgewärmter Runddraht umgeformt werden, da dann der örtliche Flächendruck an den Berührungsflächen der Walzen mit dem Metall verringert werden. Außerdem können die Walzen mit so hoher Geschwindigkeit betrieben werden, daß das Metall sich von selbst infolge der zum Verformen aufgewandten mechanischen Energie erwärmt.

Obgleich in den oben beschriebenen drei Beispielen nur Drähte aus Reinblei und einer Bleilegierung erwähnt wurden, ist es selbstverständlich, daß nicht nur Runddraht aus Blei und Bleilegierungen zu entsprechendem Metallband verformt werden können. Diese Beispiele sollen die Erfindung keineswegs be­ schränken, da auch Drähte aus anderen Metallen und Metall­ legierungen mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung zu Bändern verarbeitet werden können. Drähte aus Metall oder einer Me­ tallegierung, die schwieriger zu verformen sind, können durch Erwärmen vor dem Bearbeiten verformbar gemacht werden.

Claims (3)

1. Vorrichtung zur Umformung eines Runddrahts zu abgeflachtem metallischem Halbzeug größerer Breite, bei der in einem gemeinsamen Gestell gelagerte Walzen, deren formgebende Flächen durch eine exzentrische Lagerung der Achsen der Walzen einen sich in Umfangsrichtung verändernden Form­ spalt bilden und wobei die eine Walze mit kleinerem Durchmesser innerhalb der größeren Walze mit um ein ge­ wisses Maß (E) exzentrischen Achsen angeordnet und min­ destens eine der Walzen mechanisch antreibbar ist, da­ durch gekennzeichnet, daß die innere Walze (35) eine teilkugelige Oberfläche (36) und die äußere Walze (30) eine teilhohlkugelige Oberfläche (34) aufweisen.

2. Vorrichtung mit als Ringkörper ausgestalteter äußerer Wal­ ze nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Ring­ körper durch vorzugsweise zwei an der Außenfläche des Ringkörpers angreifende gegebenenfalls mechanisch an­ treibbare Stützwalzen (81, 82) gegen die innere Walze (35) anpreßbar ist.

3. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Drehachsen der beiden Walzen (30, 35) um einen Winkel geschränkt windschief zueinander angeordnet sind.