Ringwalze

Schuler etabliert sich bei Herstellung nahtloser Ringe

Es ist etwa fünf Jahre her, als sich Schuler entschied, in den Bereich Walzen einzusteigen. In der Zwischenzeit hat der Spezialist in der Umformtechnik schon drei Projekte realisiert und ausgeliefert, wodurch dem Unternehmen der Sprung vom Maschinen- zum Anlagenlieferanten zum Anbieter von Turn-Key-Systemen gelang. Mit einer neu entwickelten Maschine bietet Schuler nun auch komplette Systeme zur Herstellung nahtloser Ringe an.

Unendlich und beständig: Schuler hat sein Walzenkonzept auf die diffizile Herstellung von nahtlosen Ringen angepasst.

Was zeichnet Ringe aus? Sie sind unendlich und stehen für Beständigkeit sowie Ewigkeit. Dazu dürfen Ringe aber keine Fehlstellen haben. Das ist auch das Ziel des Walzprozesses: ein Bauteil, das nicht an einer Stelle durch eine Schweißnaht gefügt ist, die reißen könnte. Durch die Umformverfahren entsteht ein sehr gutes Gefüge ohne Fehler mit ununterbrochenem Faserverlauf und geringer Korngröße. Dadurch zeichnen sich die derart gefertigten Ringe durch eine hohe Festigkeit und Zähigkeit aus und sind für höchste Belastungen im Alltag – zum Beispiel in Windkraftanlagen – geeignet. Bei geringem Werkstoffeinsatz und niedrigen Fertigungskosten entstehen so Ringe mit geringem Querschnitt und Gewicht.

Beim Herstellungsprozess werden zunächst Abschnitte zugesägt, erwärmt und teilweise entzundert. Je nach geforderter Qualität folgen Umformprozesse in einer Presse, das sogenannte Vorformen. Den vorläufigen Abschluss bildet das Walzen, um den Ring auf die finale Geometrie, den Durchmesser und die Form zu bringen, die gewünscht sind. Gegebenenfalls ist dann noch eine Wärmebehandlung vor der Endbearbeitung erforderlich.

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Beim Vorformen sind zwei grundsätzliche Verfahrensweisen zu unterscheiden. Zum einen ist ein mehrstufiger Prozess in der Presse möglich, in der drei Stufen verbaut sind: Stauchen, Vor- und Durchlochen. Zum anderen gibt es eine große Vielfalt an Anwendungen, bei der die Umformung einstufig in der Pressenmitte stattfindet. Um die Ringvorform zu erzeugen, sind mehrere Aktionen notwendig. Dazu gibt es verschiedene Konzepte, um zum Beispiel Werkzeuge einzuschwenken oder Unterwerkzeuge in der Maschine zu verschieben. Dazu müssen die Teile zentriert und angehoben werden.

Das bedeutet, dass das Pressenkonzept sehr komplex ist und die notwendigen Abläufe sehr vielfältig sind. Nicht zuletzt gibt es viele verschiedene Umformverfahren: Lochen von oben, Lochen von unten, Lochen im Gesenk – abhängig davon, wofür das Bauteil am Ende gebraucht wird, und wie der gewünschte Faserverlauf aussehen soll. Je größer der Ring und je höher die Anforderungen an den Faserverlauf, desto eher wird das einstufige Pressenkonzept zum Einsatz kommen.

Natürlich besteht eine gesamte Linie aus mehr als nur einer Ringwalze und einer Presse. Es gibt zum Beispiel auch Erwärmungsanlagen, bei denen Schuler mit der Firma Andritz Metals zusammengearbeitet hat. Schuler bietet auch die benötigte Automation wie Roboter und Chargiermaschinen: Die Bauteile sind zu heiß und häufig auch zu schwer, um sie noch manuell transportieren zu können.

Kühlung verbessert

Je größer der Ring und je höher die Anforderungen an den Faserverlauf, desto eher wird das einstufige Pressenkonzept zum Einsatz kommen.

Darüber hinaus hat das Unternehmen einen Vorteil bei der Radwalzen-Linie implementiert: einen Walzdorn, der sich auch dann dreht, wenn sich auch Ringe in der Maschine befinden. Die Tatsache, dass immer nur von einer Seite ungleichmäßig gekühlt werden kann, führt bei herkömmlichen Maschinen in der Praxis zu Durchbiegungen, dem sogenannten Bimetall-Effekt. Die Dorne sind also nur durch die Kühlung schon auf Biegung beansprucht. Deswegen hat der Umformtechnikspezialist ins Oberlager der Radwalze einen Motor integriert, der auch in den Stillstandszeiten den Dorn sowie alle anderen Umformwerkzeuge drehen kann. Auf diese Weise lassen sich diese von allen Seiten gleichmäßig kühlen.

Alle Maschinen, die in der Ringherstellung integriert sind, laufen dabei unter derselben Steuerung.

Ein weiterer – patentierter – Vorteil liegt in der Ausführung der Maschine selbst. Bei herkömmlichen Radwalzen muss man den Walzdorn hinausziehen, um das Bauteil in die Maschine hinein- und wieder herauszubekommen. Diese Dornhebe-Einrichtung gibt die Maschinenhöhe vor. Sie stellt jedoch eine Störkontur dar beim Wechsel der mehrere hundert Kilo schweren Werkzeuge dar, die mühsam mit dem Hallenkran ein- und ausgebaut werden müssen. Auf eine konventionelle Dornhebe-Einrichtung hat Schuler deshalb in seiner Konstruktion bewusst verzichtet. Stattdessen wurde das komplette Oberlager auf einer Verfahrschiene installiert, so dass sich die gesamte Konstruktion nach oben fahren lässt, um Freiraum für den Wechsel der Ringe zu schaffen. Gleichzeitig reduziert sich die Maschine in der Bauhöhe, wodurch sich die Zugänglichkeit verbessert.

Die Dornwalze ist zudem als Kassette ausgeführt, die je nach Kundenwunsch hydraulisch oder mechanisch in der Maschine verspannt ist und sich so ganz einfach durch vorgerüstete Werkzeuge austauschen lässt. Dasselbe gilt für die Hauptwalze, die man komplett aus der Maschine herausziehen und durch eine vorgerüstete Hauptwalze ersetzen kann.

Das verfahrbare Oberlager lässt sich auch dafür nutzen, bei niedrigeren Ringen das Dornlager nach unten zu verstellen. Dadurch ist die Länge des Walzdorns erheblich kürzer und die Biege-Beanspruchung durch den Prozess signifikant niedriger. Der Hauptverschleiß bei bisherigen Maschinen besteht im Bruch des Dorns, wenn er durch die großen Stützabstände und hohen Biegespannungen zu stark belastet wird. Durch die Anpassung des Dornlagers auf die Ringhöhe erreicht das Unternehmen im Vergleich dazu wesentlich längere Standzeiten.

Alle Maschinen, die in diesem Prozess integriert sind, laufen dabei unter derselben Steuerung. Durch ein ganzheitliches Anlagenkonzept inklusive Werkzeuge, Umformmaschinen und Erwärmungstechnik bietet Schuler nun auch für die Herstellung von Ringen eine Lösung aus einer Hand. ee

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