Das Mannesmann'sche Walzverfahren. (Fortsetzung des Berichtes S. 454 d. Bd.) Mit Abbildungen. Das Mannesmann'sche Walzverfahren. Die Fertigstellung jedes gewünschten Profiles in einem Durchgange ist der zweite wesentliche Punkt des neuen Verfahrens. Es soll auf diese Weise die ganze volle Dehnbarkeit des weiſswarmen Blockes ausgenutzt werden, indem die von den Scheiben bezieh. Walzen erfaſste Masse mit groſser Geschwindigkeit zum fertigen Rohre oder Stabe ausgestreckt wird. Bei dem bisherigen Walzverfahren passirt ein Querschnitt des Werkstückes nach dem anderen die Walzen und muſs jeder Querschnitt so lange warten, bis wieder an ihn die Reihe kommt, auch verliert der Stab, je länger und dünner er wird, Wärme und Dehnbarkeit in höherem Maſse, und erschwert diese Abkühlung das Walzen. Dieser Uebelstand soll durch das neue Verfahren beseitigt werden; leider sind der praktischen Verwendung enge Grenzen gezogen. Bei HerstellungHerstellung von Röhren, hohlen Wellen und dickerem Rundeisen kann dieser Vortheil ganz zur Geltung kommen, nicht aber in all den Fällen, in welchen durch nothwendige Querschnittsverjüngung eine zu groſse Winkelgeschwindigkeit des Stabes bedingt wird, und in den Fällen, in welchen der Kraftbedarf wegen der groſsen Querschnittsverminderung durch Walzen, Walznasen und Druckeisen ein unerreichbar hoher wird. Röhren können bei geringer Neigung der Arbeitsflächen erzielt werden. Die Querschnitts Verminderung geschieht durch das Hohlwerden von innen; der äuſsere Durchmesser und mit ihm die Umfangsgeschwindigkeit werden durch die Querschnittsverminderung nicht hervorragend geändert. Ein kurzes Beispiel möge dies klarlegen. Es soll, anlehnend an den soeben vorgeführten Fall, aus einem Rundstabe von 50mm Durchmesser ein Rohr von 46mm Durchmesser gewalzt werden. Die Scheiben haben, wie vorhin, 320mm Durchmesser = 1000mm Umfang und machen eine Umdrehung in der Secunde. Das theilweise Gleiten soll ebenfalls nicht berücksichtigt werden. Dann ist in Punkt 1 in Punkt 16 der Durchmesser des Werkstückes   50         46mm der Umfang des Werkstückes 157 144 die Umfangsgeschwindigkeit der Scheiben     62,8 1000     62,8 1000 –––– ––––– die Umdrehungsanzahl des Rohres 157 144 = 0,4 = 7 Bei einer Umdrehung des Werkstückes in Punkt 1 hat das austretende Rohr \frac{7}{0,4}=17,5 Umdrehungen gegen \frac{100}{0,4}=250 Umdrehungen des Drahtes von 3mm,2 Durchmesser. Ohne Zweifel hat der günstige Umstand, daſs beim Röhren walzen die groſse Querschnittsverminderung keinen so störenden Einfluſs auf die Umdrehungsgeschwindigkeit des austretenden Stabes ausübt, den Erfinder veranlaſst, das direkte Ausstrecken fester Querschnitte bei groſsen Querschnitts Verminderungen in Vorschlag zu bringen. Der Erfinder spricht von groſsen Umdrehungsgeschwindigkeiten der Scheiben; nehmen wir bescheiden nur 120, d. i. zwei Umdrehungen in der Secunde; dann hat der austretende Draht bei oben angeführtem Beispiele in der Secunde 200 Umdrehungen. Was fängt man wohl mit einem hellrothwarmen Drahte an, der mit doch sicher 4 bis 5m Längengeschwindigkeit und 200 Umdrehungen in der Secunde aus den Walzen tritt? Anfassen, Aufwickeln ist nicht möglich. Jedes Hinderniſs würde den Draht zu einem unentwirrbaren Knäuel gestalten oder ihn im Hüttenraume umherschleudern; eine Führung müſste weit über 100m lang sein, der warm nachschieſsende Draht würde das kältere Ende in der Führung nicht bewältigen. Kurz, es ergeben sich Unzuträglichkeiten, die vorher überwunden sein müssen, ehe das neue Verfahren zum Drahtwalzen angewendet werden kann. Auf ebenso groſse Schwierigkeiten stöſst das neue Verfahren durch den groſsen Kraft verbrauch bei Anwendung von Walznasen und Druckeisen bei groſser Querschnittsverminderung. Aus der Patentschrift kann man ersehen, daſs beim Walzen von Façoneisen der in den Walzen runde Block durch sogen. Walznasen hindurchgepreſst und so dem Druckeisen vorbereitet werden soll, so daſs dem letzteren nur übrig bleibt, die genaue Form herzustellen. Druckeisen nennt der Erfinder ein Fertigkaliber (genau wie das gewöhnliche Zieheisen beim Ziehen von Façondraht), aber drehbar gelagert, mit groſser Widerstandsfähigkeit gegen den zu ertragenden Druck. Walznasen sind Uebergangsstücke, welche in ihrer äuſseren Form den Querschnitt des zu erzielenden Façoneisens zu einem gröſsten Querschnittskreise ergänzen, deren innere Formen aber den runden Block in den Walzen umfassen und am anderen Ende, dicht vor dem Druckeisen, das verlangte Profil haben. Die Voranbewegung des Blockes in den Walzen soll nun den Block durch den inneren freien Raum der Walznasen pressen und ihm die Form geben, welche das Druckeisen zu vollenden hat. Die Walznasen sind am Druckeisen befestigt und mit diesem drehbar. Die drehende Bewegung des Werkstückes theilt sich den Walznasen und durch diese dem Druckeisen mit. Ich habe bereits die aus genauen Versuchen erzielten Annahmen in Rechnung gezogen, daſs zum Fortstrecken von 1cbmm Eisen im warmen Zustande ein Druck von 10k erforderlich ist. Im vorliegenden Falle tritt allerdings der Block in weiſswarmem Zustande in die Walznasen ein; jedoch dürfte die Annahme von 10k für 1cbmm hier nicht zu hoch sein, weil hier die gleitende Reibung zwischen Werkstück und Walznasen zu überwinden ist, gegenüber dem bei weitem vortheilhafteren Ausstrecken zwischen gewöhnlichen Walzen. Nehmen wir nun zur Klarstellung wieder einen bestimmten Fall, und zwar ein ⌶-Eisen von sehr bescheidenen Abmessungen. Es soll ein ⌶-Eisen 200mm hoch mit 4000qmm Querschnitt gewalzt werden. Die Ergänzungsstücke (Walznasen) ergeben einen kreisförmigen Querschnitt von 220mm Durchmesser beim Austritte aus den Walzen. Die radiale Verjüngung des Blockes in den Walzen, durch welche die Kraft der Voranbewegung, also die Pressung in den Walznasen, bedingt wird, zu nur 40mm angenommen, ergibt einen Blockdurchmesser von 300mm = 70600qmm. Soll in 1 Secunde nur 10mm Blocklänge verarbeitet werden; wird ferner der Arbeitsweg gleich dem halben Radius = 75mm angenommen, so ist das zur Verarbeitung bereite Metall 70600 – 4000 = 66600 . 10 = 666000cbmm und die zum Ausstrecken erforderliche Kraft gleich 6660 . Daſs die groſse Umdrehungsgeschwindigkeit des austretenden Stabes beim geringsten Widerstände ein Verdrehen desselben zur Folge haben müſste, sei hier nur beiläufig erwähnt. Ein Hauptübelstand bei dem Verfahren, mit Walznasen und Druckeisen zu arbeiten, ist folgender: Wenn der Block die Walzen verlassen hat, das letzte Material in die Walznasen gepreſst ist, dann hat der Stab keine Veranlassung, weiter fortzufahren. Der Stab bleibt mit dem Putzen zwischen den Walznasen sitzen. Dieser geringfügige Umstand stürzt den ganzen phantasievollen Aufbau von „allen erdenklichen Arten von Profilen“, und es bleibt nur das Rohr von zweifelhafter Dichtigkeit, die hohle Welle und auſserdem das Rundeisen, welches ebenso leicht hohl wird, wie die Schraubenbolzen auf den englischen Schrägwalzmaschinen. Da dem bestehenden Walzwerksbetriebe auf diese Weise kein Umsturz droht, so können wir wohl das Auswalzen von hohlen Zahnstangen, hohlen Schienen, hohlen Schwellen, hohlen Zahnrädern, Kugeln und Kugelabschnitten neidlos dem Erfinder überlassen. Die dritte Neuerung: „mit denselben Walzen unter Auswechselung minimaler Theile verschiedene Dimensionen aller erdenklichen Arten von Profileisen und Röhren zu walzen“, würde ebenfalls von Bedeutung sein, wenn der praktischen Ausführung nicht ebenfalls so enge Grenzen gezogen wären. Daſs Röhren, hohle und massive Rundstäbe u.s.w. in denselben Walzen hergestellt werden können, ist auſser Zweifel. Im Laufe der Patentbeschreibung braucht der Erfinder übrigens so vielerlei Walzen, daſs er den hervorgehobenen Vorzug seines Verfahrens wieder abschwächt. Ferner sind die auszuwechselnden Theile bei der Herstellung der verschiedenen Profile durchaus nicht minimal, sondern Walznasen und Druckeisen, deren Befestigung in den meisten Fällen schwierig herzustellen und welche erheblichem Verschleiſse ausgesetzt sind, so daſs die Vortheile des geringeren Walzenwechselns mehr als aufgewogen werden. Auſserdem sind die gesammten Walzeinrichtungen in der Anschaffung, im Vergleiche zu den bisherigen, sehr kostspielig. Das in der Patentschrift aufgeführte sechste Walzverfahren ist von den vorher behandelten grundsätzlich verschieden, weshalb ich Abstand genommen habe, es näher zu beleuchten. Sollte dieses Verfahren der praktischen Verwendung näher rücken, dann wird noch Zeit genug dafür sein. In einer an die vorstehenden Vorträge anknüpfenden Zuschrift glaubt Herr Lismann einige der entwickelten Anschauungen richtigstellen zu müssen. Die Zuschrift lautet: Herr Balcke geht von der Voraussetzung aus, daſs das zu einem nahtlosen Rohre nöthige Rundmetall denselben Aufwand von Wärme, Kraft und Handarbeit beansprucht, als der zu einem geschweiſsten Rohre nöthige Blechstreifen. Es fällt aber bei dem Schrägwalzverfahren dieser Aufwand ganz weg, da ein gegossener, massiver oder hohler Stahlblock direkt vom Gusse mit der Guſshitze in ein fertiges Rohr verarbeitet werden kann, der etwaige gröſsere Kraftaufwand dürfte hierdurch bei Weitem überboten werden. Bezüglich der Qualität unterliegt es keiner Frage, daſs ein Rohr, ohne Naht aus gleichartigem Metalle hergestellt, das bessere ist, insbesondere wenn, wie bei vorliegendem Walzprozesse, die als tangentiale Streckwirkung auftretende Kraft zum gröſseren Theile zum Verdichten des Materiales aufgewendet wird; daher auch der groſse Kraftbedarf. Auf diese Einwendungen des Herrn Lismann erwidert Herr Balcke, daſs er in seinem Vortrage nur eine Vergleichung der erforderlichen Kraft beim Auswalzen von Röhren nach dem neuen und alten Verfahren aufgestellt habe, und gesteht zu, daſs, wenn die Gieſswärme benutzt werden könne, gewiſs ein groſser Theil der Mehrkosten des neuen Verfahrens aufgewogen werde; dies dürfte aber nur unter der Voraussetzung geschehen, daſs ein Martinofen bezieh. Converter so gleichmäſsiges Material liefert, daſs dessen Verarbeitung zum fertigen Rohre in einer Hitze zulässig ist. In den weitaus meisten Fällen dürfte das Auswalzen von Rundstäben und das Wiedererwärmen derselben geboten und dann der Preis des Rundstabes wenig von dem des Streifens verschieden sein; der unbestrittene groſse Kraftaufwand würde also seine Schluſsbemerkung, daſs mit dem neuen Verfahren nicht billiger, als mit dem alten, gearbeitet werden könne, rechtfertigen. Auch stimmt Balcke der Ansicht Lismann's nicht bei, daſs: „die als tangentiale Streckwirkung auftretende Kraft zum gröſseren Theile zum Verdichten des Materiales aufgewendet wird.“ Dieses Verdichten der Oberfläche findet beim Kaltwalzen durch Gleiten zwischen Scheiben und massiven Stäben statt, und zwar unter Druck; bei Stahlstäben kann man sogar dadurch einen ganz bedeutenden Härtegrad der Oberfläche erzielen. Weil aber beim Auswalzen von Röhren das Gleiten nach Möglichkeit zu vermeiden ist, um die volle Wirkung der Kraft zu erreichen, so wird nur der unvermeidliche geringe Rest des Gleitens ein Glätten der Oberfläche des Rohres bewirken. Dieses Glätten ist in demselben Sinne ein Verdichten des Materiales, wie das Poliren mittels Polirstahles bei Kleineisen- und Stahlarbeiten, kann aber keinerlei Einwirkung auf das innere Gefüge des Werkstückes haben, weil der Gegendruck fehlt. Der Berichterstatter ist der Meinung, daſs die der Balcke'schen Berechnung des Kraftbedarfes zu Grunde liegende Annahme, zum Fortstrecken von 1cbmm Eisen sei 10k Druck erforderlich, im vorliegenden Falle nicht zulässig ist. Diese Erfahrungszahl mag für das bisher übliche Walzverfahren gelten, bei dem, wie Hollenberg nachgewiesen hat (Zeitschrift des Vereines deutscher Ingenieure, 1882 S. 449), eine verwickelte Verschiebung des Materiales, bedingt durch die Reibung an den Walzen und unter dem Einflüsse des Druckes derselben, also unter zwei die Beweglichkeit der Theile des auszuwalzenden Stabes erschwerenden Umständen, stattfindet. Im vorliegenden Falle, wo es sich – auch nach der Anschauung des Herrn Balcke – vorwiegend um ein Ausziehen des Stabes handelt, werden andere, dem Verfahren gewiſs viel günstigere Annahmen – einfaches Ausziehen des warmen Materiales in Spiralform – gemacht werden müssen. Bei den zahlreichen, das Endergebniſs beeinflussenden Factoren werden sich diese Verhältnisse nur durch sorgfältig angestellte Beobachtungen und Versuche in der Praxis feststellen lassen. Wir möchten deshalb der Balcke'schen Berechnung nicht beistimmen, sondern die etwaigen Versuchsergebnisse abwarten. Wir halten übrigens die Verwendung von Nasen und dergleichen Formgebungsmitteln auch aus dem Grunde für äuſserst beschränkt, da es sehr schwierig sein wird, die Drehung des diese Werkzeuge haltenden Theiles mit der Drehung des aus den Walzen tretenden Stabes in Einklang zu bringen. Dies müſste durch mechanische Bewegungsübertragung oder durch die Steifheit des Stabes selbst geschehen. Die erstere Art ist wegen der durch Wärmegrad und Druckverhältnisse sehr veränderlichen Geschwindigkeit mit vielen Schwierigkeiten verbunden. Bei dem zweiten Verfahren würde die durch nur einigermaſsen beträchtlichen Widerstand der Walznasen hervorgebrachte Reibung den noch warmen Stab verdrehen, stauchen und somit jedes Weiterarbeiten ausschlieſsen. In der vorgenannten Zeitschrift des Vereines deutscher Ingenieure wird S. 206 ein Vortrag des Herrn Prof. Ritter, leider nur sehr abgekürzt, wiedergegeben. Wir können wegen des leitenden Gedankens dieses Vortrages auf die BesprechungBesprchung in Nr. 10 des Centralblattes der Bauverwaltung verweisen, in welcher Herr J. Hofmann den Inhalt der Balcke'schen und Ritter'schen Erklärungen des Walzvorganges kurz zusammenfaſst und erweitert, wie folgt. Eine Erklärung des Walzverfahrens mit Scheiben ist in der Zeitschrift des Vereines deutscher Ingenieure vom 28. Januar und 25. Februar 1888 von Herrn Balcke, eine solche des Walzverfahrens mit Walzen von Herrn Geh. Regierungsrath Ritter in Aachen in derselben Zeitschrift vom 3. März 1888 gegeben. Der ersteren Erklärung liegt der Gedanke zu Grunde, daſs ein Stab, der zwischen zwei Punkten seiner Achse, von einem zum anderen fortschreitend, mit beschleunigter Bewegung der Theilchen, schraubenförmig gewunden wird, in seinem Kerne aufreiſst (d.h. eine Röhre bildet), weil parallele Fasern, die gezogen werden, sich stets, wie ja Dehnungsversuche zeigen, zu nähern suchen. Da nun einerseits die Anhaftung des Materiales an den Walzen beliebig groſs gemacht werden kann durch Aufrauhen oder Riffeln der Walzenoberfläche, andererseits der Kern des Arbeitsstückes, also einer glühenden Eisenmasse, stets weicher ist als der mit den kalten Walzen in Berührung tretende Umfang, so läſst sich die von Herrn Balcke aufgestellte Theorie wohl verfechten. Nach der Erklärung des Herrn Prof. Ritter findet lediglich ein Schälen statt, d.h. es wird durch die von allen Seiten auf das Arbeitsstück einwirkenden Walzen eine cylindrische Haut von dem weichen Blocke abgezogen. „Durch conische oder conoidische Walzenformen kann ein stetiger Uebergang der weichen cylindrischen Masse in die Röhrenform bewerkstelligt werden. Die Mantelschicht wird von den (vier) Walzen gepackt und längs der Achsenrichtung fortgezogen, während der Kern einstweilen zurückbleibt und erst später langsam nachfolgen kann, in dem Maſse, wie die Dicke der ganzen Masse in Folge der fortgesetzten Abschiebung der Mantelschicht allmählig sich vermindert. Der Ueberrest der stets sich vermindernden Kernmasse bildet nachher, wenn das fertige Rohr die Walzen verläſst, den Boden des am rechtseitigen Ende geschlossenen Rohres.“ Diese Theorie ist für die Einleitung der Walzarbeit jedenfalls zutreffend, aber sie ist nicht erschöpfend; denn damit läſst sich nicht erklären, wie vorn und hinten offene Röhren ohne Dorn gewalzt werden können. In Nachstehendem ist versucht, beiden Erklärungsweisen gerecht zu werden. Fig. 5 zeigt in Aufriſs, Grundriſs und Schnitten ein Schrägwalzwerk. Der Block habe die Lage acefdb; die Walzen, von denen im Grundrisse nur die oberste gezeichnet ist, berühren denselben nach Schraubenlinie 1i. Der Block sei vollständig biegsam (weiſsglühendes Eisen), ein Gleiten finde nicht statt. Dann wird er, wenn er eine volle Umdrehung gemacht hat, am hinteren Ende um das Stück 01 und am vorderen Ende um das Stück 6k vorgeschoben erscheinen, d.h. der Cylinder cdba ist durch die Walzen verarbeitet worden, und das Ergebniſs dieser Verarbeitung ist der Cylinder eghf. Die im Grundrisse vorher als Gerade erscheinende Mantellinie 0146 bildet jetzt die Schraubenlinie 1k. Das Beispiel ist nun so gewählt, daſs der Inhalt des Cylinders eghf gleich ist dem des Cylinders acdb. Es läge also nach der Theorie des Herrn Balcke gerade der Grenzfall vor, bei welchem ein Aufreiſsen des Kernes noch nicht eintreten würde. Fig. 5., Bd. 269, S. 509 In Wirklichkeit findet aber bei den gewählten Maſsverhältnissen und Neigungen der Walzen wohl sicher eine Röhrenbildung statt, die also nicht anders als durch ein Herunterschälen einer cylindrischen Haut von dem weichem Blocke zu erklären ist. Wird der Block, wie Fig. 6 zeigt, zwischen die Walzen gebracht, so unterliegt er gleichzeitig der Einwirkung der Walzen, welche ihn drehen und vorschieben wollen, und der Einwirkung der Unterlage F, d.h. seiner Führung, welche je nach ihrer Beschaffenheit mit mehr oder weniger Reibung den Block festzuhalten sucht. Der Block wird daher in seinem hinteren, in der Führung liegenden Theile weder die fortschreitende, noch die drehende Bewegung annehmen können, welche der Bewegung der Walzpunkte 1 entspricht, und es werden zwischen den Berührungspunkten 1 der Walzen nur die äuſseren Schichten der Bewegung der Walzen folgen, die inneren Schichten dagegen der verzögerten Bewegung des in der Führung F liegenden Blocktheiles. Die Fasern werden sich also schraubenförmig in einer Weise schichten, wie es in der Ebene des Blockquerschnittes der Fig. 6 angedeutet ist. Je weiter der vom Blocke abgeschälte Kegel G vorschreitet, desto gröſser wird der Unterschied der Umfangsgeschwindigkeit zwischen den vorderen und den hinteren bezieh. äuſseren und inneren Theilen; die Ringstärke des abgeschälten Stückes wird also immer dünner, bis sie schlieſslich als Röhre mit auſsen glatter, innen unregelmäſsiger Wandung austritt. Ist der Block so weit zwischen die Walzen eingetreten, daſs er von denselben allein geführt wird, so muſs er in seinem hinteren Theile die Geschwindigkeit der Walzenpunkte 1 annehmen; die nach dem Kerne zu liegenden Theile des Blockes aber, welche vorher durch die Führung F verzögert wurden, werden jetzt durch die Einwirkung der vorderen Walzentheilchen beschleunigt. Die Fasern nehmen eine Schichtung an, wie sie in Fig. 7 dargestellt ist, so daſs das vorher gerade Blockende im Kerne nach innen gezogen wird. Bei weiterem Fortschreiten wird durch die von den vorderen Walzentheilchen beeinfluſsten inneren Fasern die Höhlung L immer gröſser, bis sie sich schlieſslich mit der vorderen Höhlung zur offenen Röhre, Fig. 8, vereinigt. Fig. 6., Bd. 269, S. 510Fig. 7., Bd. 269, S. 510Fig. 8., Bd. 269, S. 510Fig. 9., Bd. 269, S. 510Fig. 10., Bd. 269, S. 510Fig. 11., Bd. 269, S. 510Gibt man den Walzen einen stärkeren Anlauf, Fig. 9, so findet zunächst die Röhrenbildung in der oben geschilderten Weise statt. Gegen den Schluſs der Arbeit aber werden die von den vorderen Walzentheilchen beeinfluſsten inneren Fasern die Höhlung L nicht genügend vertiefen können, weil die gröſsere Masse des von der Seite nachgestauchten Materiales die Röhre schlieſst. Soll diese Stauchung verhindert werden, so muſs derselbe Widerstand eingeschaltet werden, den die Führung F ausübte, d.h. es muſs ein Dorn D, Fig. 10, die inneren Fasern verzögern. Soll der Dorn nicht nur dazu dienen, eine an beiden Enden offene Röhre zu erzielen, sondern soll er gleichzeitig die Innenwand glätten, so muſs demselben ein kegelförmiger Kopf gegeben werden. Die Dicke und Festigkeit der Rohrwand richtet sich dann auſserdem danach, ob der Dorn feststeht oder sich in einem Spurlager drehen kann oder unmittelbar durch ein besonderes Vorgelege angetrieben wird, in welch letzterem Falle er auch geriffelt sein kann (Nordamerikanisches Patent Nr. 361957). In welcher Weise aus einem Blocke weite glatte Röhren gewalzt werden können, ist aus Fig. 11 ersichtlich. Hier haben die Walzen Anlauf nach beiden Seiten. Während die hinteren Hälften den Block schälen, also die rohe Röhre bilden, weiten, glätten und verdichten die vorderen Walzenhälften über einem Dorne D die fertige Röhre. Die gleiche Arbeit kann mittels Scheiben geleistet werden (Nordamerikanische Patente Nr. 361961 und 361963). (Fortsetzung folgt.)