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Vorrichtung zur Verminderung der Dicke von Metall
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Verminderung der Dicke von Metall, welche ein
Gestell, zwei Schwingarme, deren jeder auf einer Schwenkachse am Gestell drehbar gelagert ist und die freie Enden besitzen, die enger benachbart sind als deren Schwenkachsen, eine an dem freien Ende jedes Armes frei drehbar gelagerte Arbeitswalze, sowie Antriebsorgane zum synchronen Schwingen der
Arme durch die gemeinsame Ebene enthält, in der die Schwenkachsen liegen, und über einen Abstand zu beiden Seiten dieser Ebene.
In der brit. Patentschrift Nr. 889, 662 ist ein Verfahren zur Verminderung der Dicke von Metall beschrieben, welches den Vorschub des Metalles zwischen einem Paar frei drehbarer Arbeitswalzen hindurch und über dieses hinaus beschreibt, welche Walzen auf gegenüberliegenden Seiten des Metalles angeordnet sind, und bei welchem das Metall der Walzwirkung eines Paares von frei drehbaren Arbeitswalzen ausgesetzt wird, die sich synchron in pendelartiger Weise mit hoher Geschwindigkeit bewegen und die Reduktion in beiden Richtungen ihrer Bewegung bewirken.
In der erwähnten Patentschrift ist auch eine Vorrichtung zur Durchführung des oben erwähnten Verfahrens beschrieben, die aus einem Gestell, einem Paar gegenüberliegend angeordneter Schwingarme, deren freie Enden einander zugekehrt sind, einer frei drehbaren Arbeitswalze, die am freien Ende jedes Armes angeordnet ist, und aus mechanischen Antriebsorganen besteht, die so betätigbar sind, dass sie eine Schwingung der Arme nach vorne und nach hinten, synchron miteinander, bewirken.
Beim Betrieb der oben beschriebenen Vorrichtung ist die Geschwindigkeit der Arbeitswalzen während der Schwingung mindestens fünfmal so gross wie die Fortbewegungsgeschwindigkeit des Metalles nach der Reduktion, die gegebenenfalls zwischen 0, 9 und 4, 6 m/min liegen kann. Es wurde gefunden, dass durch Anwendung der oben erwähnten Vorrichtung die Dicke des Metalls, ohne dass es erhitzt werden muss, in einem einzigen Durchgang in sehr weitem Ausmass reduziert werden kann.
Beispielsweise kann das Metall, nachdem es in einem einzigen Durchlauf reduziert wurde, eine Dicke besitzen, die nur 10% oder weniger der Originaldicke beträgt.
Obwohl solche weitgehende Querschnittsverminderungen möglich sind, übt das Metall in der Praxis jedoch einen zunehmenden Walzdruck auf die Walzen aus, wenn diese zwischen ihren Schwingungsendpunkten sich in einer Richtung entgegengesetzt zu der Fortbewegungsrichtung des Metalls bewegen und mit dem Metall in Berührung stehen. Diese zunehmende Belastung hat eine Komponente, welche ebenfalls zunimmt und einen zunehmenden Druck auf die Walzen und auf ihr Stützsystem ausübt, so dass die Walzen, wenn sie sich in der besagten entgegengesetzten Richtung gewegen, gezwungen werden, sich voneinander zu entfernen und von ihren theoretischen bogenförmigen Schwingungsbahnen mit konstantem Radius um ihre Schwingungsachsen abzuweichen, welchen Bahnen sie folgen würden, wenn keine solche Komponente der Walzbelastung vorhanden wäre.
Bei der Rückbewegung der Walzen übt das Metall eine abnehmende Komponente der Walzbelastung auf die Walzen aus. Die Walzen sind deshalb einer abnehmenden Belastung ausgesetzt und nähern sich ihrer theoretischen bogenförmigen Schwingungsbahn.
Diejenige Komponente der Walzbelastung, welche die Walzen veranlasst, von ihrer theoretischen beogenförmigen Schwingungsbahn in einer Richtung weg voneinander abzuweichen, wird im folgenden
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als "die die Walzen versetzende Kraft" bezeichnet.
Es wurde manchmal festgestellt, dass die durch die die Walzen versetzende Kraft hervorgerufene
Versetzung der Walzen aus ihrer theoretischen Bahn beim fertigen Metall zu Walzoberflächen führt, die ebener sind als sie sein würden, wenn die Walzen ihrer theoretischen Bahn gefolgt wären. Dies deshalb, weil bei einer geeigneten Fortschreitgeschwindigkeit des zu walzenden Metalls das Verhältnis der
Fortschreitgeschwindigkeit zur Geschwindigkeit der Walzenschwingung und der Abstand der Endpunkte der Schwingbewegung der Walzen (gemessen in der Richtung der Fortschreitbewegung des Metalls) neben einer gemeinsamen Ebene, die durch die Schwingachsen der Arme verläuft, die die Walzen versetzende Kraft sich verändert und bewirkt, dass die Walzen auf dieser Seite der Ebene einer Bahn folgen, welche zu einer geradlinigen parallelen Beziehung, tendiert.
Das gewalzte Metall besitzt infolgedessen Abmessungen, die in einem geringeren Ausmass schwanken, als zu erwarten gewesen wäre, wenn die Walzen ihrer theoretischen bogenförmigen Bahn gefolgt wären.
Der in der Beschreibung verwendete Ausdruck "theoretische bogenförmige Schwingungsbahn" bezieht sich auf diejenige bogenförmige Bahn, welche die Walzen mit einem konstanten Radius von der bezüglichen Schwenkachse folgen würden, wenn auf die Walzen keine eine Versetzung bewirkende Kraft einwirken würde.
Die Vorrichtung zur Verminderung der Dicke von Metall ist gemäss der Erfindung im wesentlichen dadurch gekennzeichnet, dass sie federnde Abstützorgane mit über den Federweg progressiv veränderlicher Federsteifigkeit enthält, welche Organe mindestens zwei rohrförmige Teile umfassen, von denen einer radial innerhalb des andern gelagert ist und an deren Enden Anschläge vorgesehen sind, wobei der erste der rohrförmigen Teile bei Beaufschlagung durch die die Walzen versetzende Kraft mit seinen Enden mit beiden Anschlägen in Berührung steht, wogegen der zweite rohrförmige Teil ein Ende im Abstand von einem der Anschläge hat, welche Anschläge mit einer progressiven Zunahme der die Walzen versetzenden Kraft gegeneinander bewegbar sind, so dass der erste rohrförmige Teil so lange axial zusammengedrückt wird, bis der zweite rohrförmige Teil an beiden Anschlägen anliegt,
wobei ein weiteres Anwachsen der die Walzen versetzenden Kraft eine axiale Zusammendrückung beider rohrförmiger Teile bewirkt, so dass der Widerstand gegen eine Versetzung der Walze stufenweise vergrössert wird.
In dem besonderen Fall, dass drei rohrförmige Organe verwendet werden, wird, wenn die die Walzen versetzende Kraft während der Schwingung der Walzen vergrössert wird, um die Walzen aus ihrer theoretischen bogenförmigen Bahn zu versetzen, das beaufschlagte rohrförmige Organ zusammengedrückt, bis ein zweites rohrförmiges Organ an der Last teilzunehmen beginnt, so dass bei einer Vergrösserung der die Versetzung bewirkenden Kraft beide belasteten rohrförmigen Organe zusammengedrückt werden und der Widerstand gegen eine weitere Versetzung dadurch vergrössert wird. Wenn die die Walzen versetzende Kraft weiterhin anwächst, bewirkt eine weitere Zusammendrückung der belasteten Organe, dass das dritte rohrförmige Organ an der Last teilnimmt, so dass der Widerstand gegen die Versetzung weiter zunimmt.
In den Zeichnungen ist Fig. 1 eine schematische Seitenansicht einer Vorrichtung, bei der die erfindungsgemässen Abstützelemente anzuwenden sind. Fig. 2 ist ein Schnitt durch die Anordnung der erfmdungsgemässen Abstützorgane.
Die Walzvorrichtung umfasst ein Paar frei drehbar gelagerter Arbeitswalzen--l und 2--, die an den freien Enden zweier Arme in Form von kombinierten Pendeln--4 und 5--in Zapfenlagern --3-- gelagert sind. Die Pendel sind jeweils mittels Lagern--6 und 7--schwenkbar auf einer Schwenkachse gelagert, die ihrerseits in einem im Gestell--9--vertikal gleitbar befestigten Querbalken --8-- schwenkbar gelagert ist. Das freie Ende jedes Pendels ist für die zugeordnete Arbeitswalze mit drei Paaren von Stützwalzen ausgestattet.
Jede Pendelkombination kann um den Balken--8--in Schwingung versetzt werden durch Antriebsorgane, die aus einem Hebel--17--bestehen, der an den Enden einerseits an der Pendelkombination und anderseits an der Kurbel--20--einer Kurbelwelle--21--angelenkt ist.
Jede Kurbelwelle--21--wird durch einen gemeinsamen Antriebsmotor über ein (nicht dargestelltes) Getriebe angetrieben, wodurch die Pendel synchron in Schwingung versetzt werden. Zu beiden Seiten der voll ausgezogenen Position--22--der Pendel, in welcher sie in der gemeinsamen Ebene liegen, welche durch die Schwingachsen, d. h. die Achsen der Lager--6 und 7--, hindurchgeht, können die Pendel zwischen den strichpunktiert eingezeichneten Endstellungen--23 und 24--hin- und herschwingen.
Ausserdem sind bei der Vorrichtung Mittel in Form der erfindungsgemässen Federorgane zur Vergrösserung und Verringerung des Widerstandes gegen eine Versetzung der Walzen aus ihrer
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theoretischen bogenförmigen Schwingungsbahn während der Bewegung der Pendel aus ihren Stellungen --23-- gegen die Stellungen --22-- und während der Rückbewegung in die Stellungen-23vorgesehen.
Wenn man die während der Schwingung des Pendels in der Richtung entgegengesetzt der Fortbewegungsrichtung des Metalls auftretende Veränderung der die Walzen versetzenden Kräfte berücksichtigt, sind die Federn so konstruiert, dass sie ihre Elastizität in solcher Weise ändern, dass die Arbeitswalzen sich während eines Teiles ihrer Bewegung von den Pendelstellungen-23-zu --22-- längs im wesentlichen paralleler geradliniger Bahn bewegen. Die Veränderung der die Walzen versetzenden Kraft ist berechen-und messbar und hängt (für die spezielle Vorrichtung) von der Fortschreitgeschwindigkeit des Metalls ab, von dem Verhältnis dieser Bewegungsgeschwindigkeit zu der Schwingungsgeschwindigkeit der Arbeitswalzen und von dem Abstand der Schwenkbewegung von der Stellung--23--zurStellung--22--.
Bei Betrieb der Vorrichtung wird, wie in Fig. l veranschaulicht, ein Metallband--30--, dessen Dicke herabgesetzt werden soll, zwischen ein Speisewalzenpaar-31 und 32-und durch eine Heizkammer--33--, und das erhitzte Metall dann zwischen ein Paar frei drehbare Arbeitswalzen geführt, die auf gegenüberliegenden Seiten des Bandes angreifen. Das im Querschnitt verminderte Band wird dann durch ein Paar Quetschwalzen-34 und 35--, sowie durch ein Paar Führungswalzen-36 und 37--hindurchgeführt und auf einer Aufspultrommel--38--aufgewickelt.
Bei der Fortbewegung des Metallbandes schwingen die Walzen--l und 2-- beständig zwischen den Endstellungen--23 und 24--der Pendel hin und her, wobei die Walzen in konstanter Berührung mit der Metalloberfläche stehen. Wenn sich die Pendel in den Stellungen--23--befinden, liegt die die Walzen versetzende Kraft, die von dem Metall auf die Walzen ausgeübt wird, bei einem Minimum.
In der in Fig. 2 dargestellten Ausführungsform umfassen für jede der Walzen --1 und 2-- diese Mittel zur Veränderung des Widerstandes gegen Walzenversetzung drei rohrförmige aus Titan bestehende Organe--43, 44 und 45--mit verschiedenen Durchmessern, die ineinandergeschachtelt innerhalb einer Bohrung--28a--eines im Walzrahmen gehaltenen Blockes--28--gelagert sind. Die drei
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--28-- verschraubbaren Stellschraube --27-- vorgesehenSpalt --51-- zwischen einem ringförmigen Flansch --52-- des Blockes --48-- und dem Block --28-- vorgesehen, wobei der Spalt--51--grösser ist als der Spalt--50--.
Wenn beim Betrieb der Vorrichtung jede Walze--l und 2--von den Pendelstellungen --23-- zu den Stellungen--39--schwingen, wird die progressiv ansteigende, die Walzen versetzende Kraft anfänglich nur durch das Organ --43-- auf den Rahmen übertragen, welches einen wachsenden Widerstand gegen die Versetzung der Walzen durch seine Steifheit erzeugt. Die stufenweise zunehmende Belastung drückt das Organ--43--in seiner axialen Richtung zusammen, wodurch die Breite der Spalte--49, 50 und 51--verringert wird, bis das Organ--44--mit seinen Endflächen
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plötzlich ansteigt. Bei weiterer Zunahme der Belastung werden die Organe-43 und 44-zusammengedrückt, bis das Organ --45-- herangezogen wird, wodurch der Widerstand gegen die Versetzung der Walzen wieder erhöht wird.
Eine weitere Zunahme der Belastung resultiert aus der Zusammendrückung aller drei Organe, bis in den Stellungen --39-- der Pendel der Flansch-52den Block --28-- berührt, so dass der ansteigenden Belastung plötzlich durch die Steifheit des Blockes und des Rahmens Widerstand geleistet wird, welche grösser ist als die Steifheit der Organe - 43 bis 45-zusammen. Es ist daher ersichtlich, dass bei Verwendung dieser Vorrichtung der Widerstand gegen die progressiv ansteigende, die Walzen versetzende Kraft stufenweise erhöht wird.
Die Steifheiten der drei Organe--43 bis 45--sind so ausgewählt, dass, obwohl der Widerstand gegen die Versetzung der Walzen stufenweise erfolgt, die Walzen--l und 2--im allgemeinen während der
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der Widerstand gegen die die Walzen versetzende Kraft jedoch stufenweise durch die Wiederöffnung des Spaltes --51-- und dann der Spalte-50 und 49-kleiner, so dass die Walzen geradlinige parallele Bahnen bei der Rückbewegung zwischen diesen Stellungen anstreben, jedoch nicht genau diesen Bahnen bei der Bewegung von den Stellungen-23-zu-39--folgen.
Es zeigt sich, dass Metall, welches durch eine in der obigen Ausführungsform oder ihren weiteren Ausbildungen beschriebenen Vorrichtung vermindert wurden, eine viel gleichmässigere Dicke und gewalzte Oberflächen aufweist, die weitaus glatter sind als Metall, das in einer Vorrichtung gemäss der brit. Patentschrift Nr. 889, 662 vermindert wurde, bei im wesentlichen gleichen Geschwindigkeitsverhältnissen der Pendelschwingung und des Metallvorschubes, bei im wesentlichen gleichen Metallvorschubgeschwindigkeiten und bei im wesentlichen gleichen Entfernungen der Bewegung von den Pendelstellungen-23--zu den Stellungen--22-.
Aus obiger Beschreibung kann gefolgert werden, dass, wenn die Vorschubgeschwindigkeit des Metalls vergrössert wird, während die Geschwindigkeit der Pendelschwingung auf der beschriebenen erfindungsgemässen Vorrichtung unverändert bleibt, das gewalzte Metall eine ungleichförmigere Dicke und unebenere Oberflächen aufweist als in der in bezug auf die Ausführungsform beschriebenen Weise gewalztes Metall.
Demzufolge können daher auf der erfindungsgemässen Vorrichtung bei erhöhter Vorschubgeschwindigkeit des Metalles Oberflächenbedingungen und eine Gleichförmigkeit der Dicke erzielt werden, die mit denen vergleichbar sind, welche mit der in der oben erwähnten Patentschrift beschriebenen Vorrichtung hergestellt wurden, jedoch in grösseren Längen in einer bestimmten Zeit als sie mit der Vorrichtung gemäss oben erwähnter Druckschrift erhalten werden können.