[0001] Die Erfindung betrifft als Ausbreitwalze oder Spreizwalze bekannte Walzen aus Metall,
die in der Regel das Zusammenschieben von bahnförmigem Material, beispielsweise von
Textil-, Papier-, Faser- oder Kunststoffbahnen, verhindern sollen, wenn diese in Durchlaufvorrichtungen
einer Bearbeitung unterzogen werden. Diese Bearbeitung kann beispielsweise in der
Führung durch Färbe-, Tränk- oder Imprägnierungsbäder, im Dämpfen und/oder Trocknen,
im Bedrucken im Rotationsverfahren, in der Beschichtung mit einem anderen Material
oder in einer Kaschierung usw. bestehen. Solche Walzen können aber auch zum Ausbreiten
von strangförmigen oder gefalteten Bahnen eingesetzt werden.
[0002] Derartige, nachfolgend nur "Spreizwalzen" genannte Ausbreit- oder Spreizwalzen werden,
um auf das über sie geführte Material einen in Richtung auf die Bahnkanten wirkenden
Spreiz- oder Ausbreiteffekt auszuüben, auf ihrer Oberfläche mit ein- oder mehrgängigen
Schneckenwendeln versehen, die, meist von den beiden Walzenenden ausgehend, jeweils
rechts- bzw. linksgängig um diese herumgeführt sind und in der Walzenmitte aufeinandertreffen.
Natürlich lassen sich auch Bearbeitungsabläufe denken, bei denen Walzen mit nur rechts-
oder nur linksgängigen Wendeln Verwendung finden können oder bei denen die Walzen
in der Mitte oder an anderer Stelle oder Stellen von Wendeln freie Bereiche aufweisen
können oder sollen.
[0003] Sofern derartige Spreizwalzen aus Metall bestehen, was häufig aus den verschiedensten
Gründen, beispielsweise wegen der Abnutzungsfestigkeit oder auch der chemischen Beständigkeit
wegen erforderlich ist, wobei teilweise hochwertige rostfreie austenitische Stähle
verwendet werden müssen, werden sie entweder so hergestellt, dass die Schneckenwendel-Form
von Drähten mittels Punktschweissung auf der an sich glatten Walzenoberfläche angebracht
wird oder aber, indem die Schneckenwendel aus dem vollen Walzenmaterial durch spanabhebende
Bearbeitung herausgearbeitet wird.
[0004] Die Herstellung der erstgenannten Art von Spreizwalzen ist umständlich und zeitraubend,
selbst wenn die Drähte nur in grösseren Abständen voneinander mit der Walzenoberfläche
punktverschweisst werden. Ein weiterer erheblicher Nachteil wird darin gesehen, dass
sich bei einem bevorzugten Anwendungsgebiet des Erfindungsgegenstandes, nämlich in
der textilen Färbereitechnik, Farbstoffe unter den Drahtwendeln dort festsetzen, wo
diese nicht mit der Walzenoberfläche verschweisst sind, und diese Farbreste führen
beim Farbwechsel zu einem erheblichen Anfahrausschuss.
[0005] Die zweite Art der Spreizwalzen mit aus dem vollen Material herausgearbeiteten Schraubenwendeln
ist in der Herstellung noch erheblich aufwendiger und teurer, weil einmal bei Walzen
in der Grössenordnung von ca. drei Meter Länge ausserordentlich grosse Bearbeitungsmaschinen,
z.B. Fräsmaschinen oder Drehbänke, erforderlich sind, das Herausarbeiten der zwischen
den Wendeln vorgesehenen Nuten ausserordentlich zeitraubend ist und bei mehrgängiger
Ausführung entsprechend viele Durchgänge erfordert, und weil zum Zerspanen eine von
vornherein grössere Wanddicke notwendig ist.
[0006] Bei einer sozusagen dazwischen liegenden Lösung wird eine einem Drahtteilquerschnitt
entsprechende Nut in den Walzenmantel eingebracht und in dieser eine Drahtwendel befestigt.
Es versteht sich, dass die Herstellung mindestens ebenso aufwendig wie die der im
voranstehenden Absatz erläuterten Spreizwalzen ist, ohne mit Sicherheit die Gefahr
des Festsetzens von Farbresten oder solcher anderer Bearbeitungsflüssigkeiten ausschliessen
zu können.
[0007] Spreizwalzen aus Kunststoff oder Gummi lassen sich zwar einfacher herstellen, können
aber in vielen Fällen nicht verwendet werden, weil diese Materialien oft den Anforderungen
an Abriebsfestigkeit und chemischer bzw. insbesondere Hitzefestigkeit nicht entsprechen.
Aufgabe der Erfindung
[0008] Der Erfindung liegt demnach die Aufgabe zugrunde, die vorgeschilderten Nachteile
der bekannten Metallwalzen zu vermeiden, d.h. eine Metallspreizwalze zu schaffen,
die auch aus hochwertigem Werkstoff einfach und preisgünstig hergestellt werden kann,
wobei die Schneckenwendeln eine für den Spreiz- oder Ausbreiteffekt optimale Anordnung
und Form haben können und das Eindringen von Farbe oder dgl. in unterhalb der Wendeln
befindliche Spalte nicht möglich ist und wobei diese Walzen kostensparend auf einer
einfachen, ebenfalls Gegenstand der Erfindung bildenden Vorrichtung gefertigt werden
können.
[0009] Der Lösung dieser Aufgabe dienen die in den Patentansprüchen angegebenen Merkmale.
Vorteile der Erfindung
[0010] Dadurch, dass die erfindungsgemässen Walzen nicht mehr massiv sind oder aus einem
dickwandigen Rohr erzeugt werden müssen, sondern im wesentlichen aus einem verhältnismässig
dünnwandigen Rohr bestehen, ergibt sich offensichtlich eine grosse Materialersparnis,
die sich insbesondere bei Verwendung hochwertiger Metallegierungen nicht nur im Hinblick
auf einen niedrigen Preis, sondern auch bezüglich der Einsparung wertvoller Rohrstoffe
vorteilhaft auswirkt. Dort, wo aus statischen Gründen eine gewisse Mindestwanddicke
als unerlässlich angesehen werden sollte, kann die Spreizwalze nach der Erfindung
z.B. auf ein Rohr weniger teueren Materials aufgezogen werden.
[0011] Auch die erfindungsgemässe Vorrichtung ist wesentlich einfacher und billiger herzustellen
als bekannte Maschinen für die spanabhebende Verformurg der Oberflächen langer Walzen
mit ihren vielen teuren Präzisionsteilen.
[0012] Dass darüber hinaus die Herstellung der Schneckenwendeln mit der erfindungsgemässen
Vorrichtung sehr viel schneller erfolgt als auf den teuren Präzisionsmaschinen bei
gleicher Profilierung der Walzenoberfläche, ist ein weiterer erheblich kostendämpfender
Vorteil.
Erläuterung der Erfindung
[0013] Eine Möglichkeit der praktischen Verwirklichung der Erfindung ist im folgenden unter
Bezugnahme auf die Zeichnungen näher beschrieben. Es stellen dar:
Fig. 1 einen Längsschnitt durch einen Teil einer erfindungsgemässen Walze,
Fig. 2 eine Seitenansicht einer Vorrichtung zur Herstellung einer Walze nach Fig.
1,
Fig.3 eine Aufsicht auf den Gegenstand der Fig.2,
Fig. 4 einen Schnitt entlang der Linie IV-IV in Fig. 2,
Fig. 5 Einzelheiten eines Aussenkalibers,
Fig. 6 Einzelheiten eines Innenkalibers.
[0014] Die in Fig. 1 dargestellte erfindungsgemässe Spreizwalze 1 besteht im wesentlichen
aus einem dünnwandigen Rohr2, in dessen Oberfläche durch Kaltverformung von innen
nach aussen Schnekkenwendeln 3 ausgeformt sind. Diese bilden bei dem dargestellten
Beispiel mehrgängige Rechtsgewinde 4 bzw. Linksgewinde 5, die in der Mitte M zusammenlaufen.
Die äusseren Enden 6 der Walze 1 sind zweckmässig glatt zylindrisch ohne ausgeformte
Wendeln, und in sie sind abgesetzte Endringe 7 eingesetzt. Fäls statische Bedingungen
dies erfordern, kann das dünnwandige mit Wendeln 3 versehene Rohr 2zur Versteifung
auf ein aus einem billigeren Material bestehendes Rohr aufgezogen werden, das man
sich als Verlängerung eines Endringes 7 vorstellen kann.
[0015] Die in den Fig. 2 bis 4 dargestellte erfindungsgemässe Vorrichtung weist ein Gestell
aus zwei Lagerschildplatten 8 und 9 und einem diese verbindenden Längsträger 10 auf.
In den Lagerschildplatten 8 und 9, von welchen eine aus später erläuterten Gründen
teilbar ist, sind zwei Seitenwellen 11 und 12 gelagert; in der Lagerschildplatte 9
zusätzlich noch eine Zentralwelle 13. Die Wellen 11, 12 und 13 werden von einem nicht
dargestellten Antrieb aus,z.B. über Zahnräder 14,angetrieben.
[0016] Auf mindestens einer der Seitenwellen, beim dargestellten Beispiel der Welle 11,
ist etwa in deren Mitte ein Innenkaliber 15 angebracht. Es ist auf seiner Oberfläche
mit einem, meist theoretisch mehrgängigen Schneckenwendel versehen, von welchem aber
praktisch im allgemeinen nur ein Wendel 16 (Fig. 6) ausgeformt ist.
[0017] Gegenüber dem Kaliber 15 und mit seinem Wendel kämmend ist ein Aussenkaliber 17 auf
der Zentralwelle 13 in der Nähe ihres inneren Endes befestigt. Die Wendeln 18 des
Aussenkalibers entsprechen in der Gangzahl und meist auch im Durchmesser dem des Innenkalibers
15, mit dem Untereschied, dass hier mindestens zwei, im allgemeinen aber alle Wendeln
vorhanden sind, so dass bei dem kämmenden Eingriff der Wendel 16 des Innenkalibers
15 in die Nut 19 zwischen zwei Wendeln 18 des Aussenkalibers eingreift, während die
anderen Wendeln im wesentlichen eine FUhrungs- und Stützfunktion bezüglich des zu
kalibrierenden, d.h. mit den Wendeln zu versehenden Rohres 2 haben.
[0018] Um einen den Mantel des Rohres 2 verformenden Druck auf das Innenkaliber 15 aufzunehmen,
sind nahe den Enden des Rohres 2 Druckrollen 20 vorgesehen, die auf die Seitenwellen
11 und 12 einwirken und zusammen mit Stützrollen 21 in Endplatten 22 und 23 eines
Wagens 24 gelagert sind, der während des Einarbeitens der Wendeln in die Rohroberfläche
zusammen mit dem Rohr in Längsrichtung der Vorrichtung verschiebbar ist.
[0019] Von den Endplatten des Wagens 24 kann eine, vorzugsweise die auf der Seite der abnehmbaren
Lagerschildplatte 8 liegende Endplatte 22 ebenfalls geteilt und bzw. oder abnehmbar
sein, um das Rohr 2 über eine der Seitenwellen 11 oder 12 und das auf ihr befindliche
Innenkaliber schieben zu können. Der Wagen ist, wie aus Fig. 4 ersichtlich, mittels
Führungsrollen 25 auf dem oberen horizontalen Teil 26 des Trägers 10 verfahrbar. Dabei
kann zur Bewegung des Wagens 24 eine in Längsrichtung der Vorrichtung verschiebbare
Führungsstange 27 an einem Ende des Wagens angreifen.
[0020] Für eventuell eingesetzte, nicht dargestellte Führungsrollen können die auch zur
Versteifung des Rohres 2 während seiner Verformung dienenden, in seine Enden eingesetzten,
abnehmbarenEndringe 7 als Stütz- bzw. Laufringe verwendet werden, deren innere Öffnung
so gross sein muss, dass die sie exzentrisch durchsetzende Seitenwelle 11 oder 12
bezüglich des Rohres 2 so weit aussermittig laufen kann, dass die Ausprägung der Wendeln
aus dem Rohrmantel mittels der Wendel 16 des Innenkalibers 15 möglich ist.
[0021] Zum Anstellen des Aussenkalibers 17 in Richtung auf das Innenkaliber 15 dienen Querhäupter
29, die bei 30 auf dem oberen horizontalen Teil des Trägers schwenkbar gelagert sind.
Zwischen den beiden Querhäuptern 29 ist das Aussenkaliber 17 angeordnet, dessen Antriebswelle
13 in den Querhäuptern etwa in deren Mitte gelagert ist. In der Nähe des oberen Endes
der Querhäupter sind diese durch eine Stange 31 verbunden, an der eine Anstelleinrichtung
32, 33 angreift, die, wie in der Zeichnung angedeutet, aus einer Schraubspindel, aber
selbstverständlich auch aus einer hydraulischen Kolbenzylinderanordnung bestehen kann.
Das Gegenlager für die AnstelleinricHung bildet ein L-förmiger Halbrahmen 34, dessen
waagerechter Schenkel 35 mit dem unteren horizontalen Teil des Trägers verbundenist,
während am oberen Ende des vertikalen Schenkels 36 der Teil 33 der Anstelleinrichtung
angreift. Auf diese Weise ist es möglich, die Querhäupter 29 und damit das Aussenkaliber
17 in Richtung der Pfeile zu verschwenken und zum Eingriff mit dem auf der Welle 11
oder 12 angebrachten Innenkaliber 15 zu bringen. Dabei wird selbstverständlich die
Zentralwelle 13 an ihrem Ende geringfügig verbogen, doch ist diese Verbiegung wegen
der grossen Länge der Welle 13, die etwas länger sein muss als das zu verarbeitende
Rohr, das, wie bereits eingangs erwähnt, häufig eine Länge von ca. drei Metern hat,
vernachlässigbar.
[0022] Die bei dem dargestellten Beispiel kein Innenkaliber und darüber geführtes Rohr tragende
Seitenwelle 12 dient zunächst der Stabilisierung des Systems bezüglich der durch das
Kalibrieren des Rohres auftretenden Seitenkräfte. Sie kann aber, wenn man ein zweites
Aussenkaliber samt Schwenk- und Anstelleinrichtung und eine weitere Zentralwelle mit
Aussenkaliber vorsieht, zur gleichzeitigen Bearbeitung eines zweiten Rohres herangezogen
werden. In diesem Falle wird der L-förmige Halbrahmen 34 zweckmässig zu einem U-Rahmen
ergänzt.
[0023] Wie aus den Zeichnungen hervorgeht, insbesondere aus Fig. 4, hat zumindest das Innenkaliber
15 einen kleineren Durchmesser als das zu verformende Rohr, um zu verhindern, dass
das Rohr bei der Verformung, die mit einer Verkürzung der Rohrlänge einhergeht, sich
so fest auf das Kaliber setzt, dass dieses nicht mehr aus dem Rohr herausgeschraubt
werden kann. Dabei müssen allerdings die Durchmesserunterschiede nicht übermässig
gross sein, worauf nachfolgend eingegangen wird.
[0024] Dadurch ergibt sich die Möglichkeit, mit einem theoretisch mehrgängigen Innenkaliber,
in dem jedoch nur ein Wendel, also ein Gang, tatsächlich ausgeformt ist, mittels dieses
einen ausgeformten Ganges mehrere Gänge in den Rohrmantel von innen nach aussen auszuformen,
wobei sich die theoretisch mögliche Gangzahl auf dem Rohr bei Voraussetzung gleicher
Steigungswinkel von Kaliber und Rohr aus folgender Formel ergibt:

[0025] Tatsächlich lässt sich ohne Ausrücken des Innenkalibers, also bei fortlaufender Drehung
von Kaliber und Rohr, mittels des einen ausgeformten Wendels auf dem Rohr folgende
Gangzahl X Z erzielen:

wobei Z die kleinste Zahl ist, mit der X multipliziert werden muss, um zu einer notwendigerweise
ganzzahligen Gangzahl zu gelangen, wenn das sich aus den vorstehenden Bruchformeln
ergebende Verhältnis X nicht ganzzahlig ist.
[0026] Beispiel: theor. Gangzahl Rohr = 7; theor. Gangzahl Innenkaliber = 5

[0027] womit sich die mittels des einen Kaliberwendels auf dem Rohr erzeugte Gangzahl als
7 ergibt. In allen Fällen, bei welchen der Bruch selbst eine ganze Zahl ergibt, ist
Z = 1.
[0028] Die Anwendung der Formel (1) lässt an sich zu, dass der Quotient einer der Brüche
= 1 wird, was immer bedeuten würde, dass auch die Durchmesser von Rohr und Innenkaliber
gleich sind. Gleiche Durchmesser von Rohr und Innenkaliber bedeuten aber auch gleiche
Umfangsgeschwindigkeiten, und dann legt sich beim Kalibrieren das Rohr durch die erzwungene
Verformung und sich dadurch ergebende Verkürzung so fest auf das Innenkaliber, dass
zumindest bei grösseren Rohrlängen ein Lösen oder Abdrehen vom Innenkaliber nicht
mehr möglich ist. Ausserdem sind die erforderlichen Druckkräfte, da stets mehrere
Gewindeprofile in Eingriff sind, sehr hoch.
[0029] Zwar ist praktisch die Annahme, dass die Umfangsgeschwindigkeiten von Innenkaliber,
Rohr und Aussenkaliber jeweils genau gleich sind, schon wegen der Dicke des Rohres
(bei einem Rohrinnendurchmesser von 240 mm und 3 mm Wandstärke ergibt sich bereits
eine Differenz zwischen Innen-und Aussenumfang des Rohres von ca. 19 mm) unzutreffend,
aber die Erfindung hat auch die Schaffung eines wirksamen Freiraumes F an der der
Bearbeitung abgewandten Seite des Innenkalibers zum Gegenstand, der dadurch entsteht,
dass der Innendurchmesser des zu bearbeitenden Rohres - wenn auch unter Umständen
wenig - wirksam geringer als der Aussendurchmesser des Innenkalibers ist. Beispiel:

[0030] Wenn so der Durchmesser des Innenkalibers kleiner als der des zu kalibrierenden Rohres
gewählt wird, ist ein nicht oder kaum lösbares Festkalibrieren des Rohres auf das
Innenkaliber durch den Freiraum F ausgeschlossen. Ausserdem werden die erforderlichen
Druckkräfte durch folgende Überlegungen geringer:
Durch Ausnutzung der untereinander bei gleichem Steigungswinkel relativ verschiedenen
Drehzahlen des Rohres zum Kaliber ist nur eine umlaufende Druckspirale notwendig geworden.
Bei gleicher Umlaufgeschwindigkeit kommt die eingängige Druckspirale bei sechs Umdrehungen
bei der relativ einmaligen Umdrehung des Rohres sechs Mal auf dem Umfang des Rohres
zum Eingriff. Bei dem gewählten Beispiel kalibriert also das nur mit einer Wendel
versehene Innenkaliber ein sechsgängiges Gewinde auf das Rohr. Das gegenläufige Aussenkaliber
muss allerdings in jedem Fall zur Aufnahme der fertig kalibrierten Windungen die volle
Gangzahl entsprechender Formel (1) haben.
[0031] Die vorstehenden Überlegungen gehen noch ferner davon aus, dass sich Innen-, Aussenkaliber
und Rohr auf der Stelle drehen, d.h. keine Axialbewegung zwischen ihnen auftritt.
Eine solche ist aber notwendig, um das Rohr auf seiner ganzen Länge mit Wendeln zu
versehen. Da das Innenkaliber auch bei einer möglichen, wenn auch wahrscheinlich geringen
Durchbiegung des Rohres infolge seiner Bearbeitung immer innen zur Anlage kommen soll,
darf es nicht zu lang sein. Ausserdem sollen sich natürlich auch Innen- und Aussenkaliber
selbst nicht durchbiegen. Da sich als zweckmässig eine Länge von etwas mehr als einer
vollen Kalibersteigung erwiesen hat, muss eine gewisse Abbremsung (oder Beschleunigung)
der Umfangsgeschwindigkeit des Rohres erfolgen, damit sich dieses wie eine Mutter
über eine Gewindespindel über das Innenkaliber bewegt. Das Innenkaliber lässt aufgrund
des Freiraumes F eine solche Querbewegung zu. Hierfür sorgt in einem gewissen Masse
bereits die schon erwähnte Durchmesserdifferenz durch die Dicke des Rohres und zusätzlich
die Durchmesserveränderung des Rohres durch das Ausformen der Wendeln und die dabei
auftretenden, das ja nicht selbst angetriebene Rohr abbremsenden Reibungskräfte. Es
erfolgt also beim Einformen der Wendeln in das Rohr eine gewisse Abbremsung desselben
und somit eine Differenz in der Umfangsgeschwindigkeit zwischen Rohr und Kaliber,
durch die eine zwangsläufige Axialbewegung des Rohres entsteht.
[0032] Abgesehen von der vorgeschilderten, sich aufgrund der Durchmesserunterschiede und
Reibungseinflüsse einstellenden Axialbewegung des Rohres kann diese durch Abbremsen
oder Beschleunigen der Umlaufgeschwindigkeit des Rohres mit Hilfe bekannter technischer
Mittel noch weiter variiert werden. Auf diese Weise ist es z.B. auch möglich, eingängige
Wendeln in ein Rohr einzuformen, dessen Durchmesser, wenn auch, wie bereits geschildert,
gegebenenfalls nur geringfügig, grösser ist als der des Innenkalibers.
[0033] Bei der beschriebenen Vorrichtung wird das Rohr dadurch bearbeitet, dass es sich
axial gegenüber dem innerhalb der Vorrichtung ortsfesten Kaliber bewegt, aber diese
Relativbewegung lässt sich selbstverständlich auch umkehren, d.h. die Kaliber, deren
Länge im allgemeinen nur etwas grösser als eine Gewindesteigung ist, können axial
durch das in Längsrichtung ortsfeste Rohr hindurchbewegt werden.
1. Metallwalze zur Verhinderung des Zusammenschiebens oder zum Ausbreiten von bahnförmigem
Material, beispielsweise von Textil-, Papier-, Faser- oder Kunststoffbahnen bei der
Bearbeitung, z.B. durch Färben, Tränken, Imprägnieren, Bedrucken, Beschichten usw.,
mit auf der Walzenoberfläche angebrachten ein- oder mehrgängigen Schneckenwendeln,
dadurch gekennzeichnet , dass die Walze (1) im wesentlichen aus einem dünnwandigen
Rohr (2) besteht, aus dessen Oberfläche die Schneckenwendel (3) durch Kaltvaformung
ausgeformt sind.
2. Vorrichtung zur Herstellung einer Metallwalze nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch
zwei miteinander kämmende Kaliber (15, 17), von welchen eines (15) als Innenkaliber
für die Aufnahme im Inneren des zu verformenden Rohres (2) angeordnet ist und einen
gegenüber dem Innendurchmesser des Rohres kleineren Aussendurchmesser aufweist, während
das zweite Kaliber (17) als Aussenkaliber für die Einwirkung auf die Oberfläche des
Rohres gelagert und durch eine Anstelleinrichtung (32, 33) unter Verformung des Rohrmantels
in Eingriff mit dem Innenkaliber (15) bringbar und mindestens eines der Kaliber antreibbar
ist.
3. Vorrichtung nach dem Anspruch 2, gekennzeichnet durch durch einen Träger (10) verbundene
Lagerschildplatten (8, 9), in denen parallel und im Abstand voneinander Seitenwellen
(11, 12) und zwischen diesen eine zusammen mit ihnen angetriebene Zentralwelle (13)
gelagert ist, und dass die eine der Seitenwellen das Innenkaliber (15) und die Zentralwelle
das Aussenkaliber (17) trägt.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch einen mit dem Rohr (2) mitlaufenden,
gegebenenfalls über eine FUhrungsstange (27) angetriebenen Wagen (24), an dessen Endplatten
(22, 23) Druckrollen (20) und Stützrollen (21) für die Seitenwellen (11, 12) vorgesehen
sind.
5. Vorrichtung nach dem Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , dass für das zu bearbeitende
Rohr und das Innenkaliber bei ganzzahlig zu wählenden Gangzahlen die Quotienten aus
Steigung, Gangzahl und Durchmesser unter sich gleich sind.
6. Vorrichtung nach dem Anspruch 2, gekennzeichnet durch einen Freiraum (F) zwischen
der der Bearbeitungsseite abgewandten Rückseite des Innenkalibers (15) und der dieser
gegenüberliegenden Innenwandung des Rohres (2).