DE10162189A1

DE10162189A1 - Temperierbare Walze

Info

Publication number: DE10162189A1
Application number: DE2001162189
Authority: DE
Inventors: Klaus Kubik
Original assignee: Eduard Kuesters Maschinenfabrik GmbH and Co KG
Current assignee: Andritz Kuesters GmbH
Priority date: 2001-12-18
Filing date: 2001-12-18
Publication date: 2003-07-17
Also published as: ITMI20022359A1

Abstract

Eine temperierbare Walze (100), die einen um seine Achse (2) umlaufenden zylindrischen Walzenkörper (10) und mindestens eine innere Hohlraumanordnung (H¶1¶) aufweist, in der mittels einer Positioniereinrichtung (13) eine Temperieranordnung (20) an einer die Hohlraumanordnung (H¶1¶) begrenzenden Wandung abstützt. Erfindungsgemäß sind Mittel vorgesehen, die die unterschiedlichen thermischen Ausdehnungen in radialer Richtung von dem Walzenkörper (10) und der damit verbundenen radialen Ausdehnung der Hohlraumanordnung (H¶1¶) einerseits und dem mindestens einen Positionierelement (13) andererseits über das Betriebs-Temperaturintervall der Walze (100) zumindest im wesentlichen kompensieren.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine temperierbare Walze der dem Oberbegriff des Anspruchs 1 entsprechenden Art.

Eine derartige Walze ist aus der DE 295 10 512 U1 bekannt. Hierbei ist in einer im Innern der Walze vorgesehenen Hohlraumanordnung eine Temperiereinrichtung angeordnet, die konzentrisch um die Mittellängsachse der Walze gleichmäßig verteilte, achsparallel angeordnete elektrische Heizelemente umfaßt. Die Heizelemente sind mittels in axialen Abständen angeordneter Haltescheiben im Innern der Hohlraumanordnung und relativ zueinander positioniert.

Wegen der erheblich höheren Wärmekapazität des Walzenmantels gegenüber den Haltescheiben erfolgt ein Temperaturausgleich sowohl beim Aufheizen, als auch beim Abkühlen stets mit einer gewissen Verzögerung. Bereits hierdurch ergeben sich Unterschiede in der Wärmedehnung zwischen dem Walzenmantel und den Haltescheiben in radialer Richtung. Um zu vermeiden, daß es hierdurch zu erheblichen mechanischen Spannungen kommen kann, die letztlich zur plastischen Deformation und damit zur Zerstörung der Haltescheiben führen können, sind in der Praxis bei der aus der DE 295 10 512 U1 bekannt Walze die Ringscheiben derart dimensioniert, daß bei Raumtemperatur zwischen dem Außenumfang der Haltescheiben und der inneren Umfangsfläche der Hohlraumanordnung ein Ringspalt besteht. Dieser Ringspalt weist - je nach Innendurchmesser des Hohlraumes - eine nicht unerhebliche Spaltbreite von bis zu einigen Millimetern auf. Diese erhebliche Spaltbreite wird auch deshalb benötigt, da die Haltescheiben aus warmfesten Edelstahl gefertigt werden müssen, dessen Wärmeausdehnungkoeffizient größer ist als der des Materials des Walzenkörpers.

Der Erfindung daher liegt die Aufgabe zugrunde, eine aus der DE 295 10 512 U1 bekannte Walze derart weiterzubilden, daß die Positionierung der Temperiereinrichtung verbessert ist.

Diese Aufgabe wird durch die in Anspruch 1 wiedergegebene Erfindung gelöst.

Wenn im Obigen und im Folgenden von "temperierbare Walze" bzw. "Temperieranordnung" die Rede ist, so soll damit zum Ausdruck gebracht werden, daß die Erfindung sich nicht auf die Anwendung bei einer beheizbaren Walze erschöpft, sondern auch der Einsatz in solchen Walzen erfaßt werden soll, die lediglich auf eine bestimmte Temperatur im Raumtemperaturbereich temperiert oder gekühlt werden.

Dadurch, daß Mittel vorgesehen sind, die die unterschiedlichen thermischen Größenänderungen von dem Walzenkörper und damit der Hohlraumanordnung einerseits und dem mindestens einen Positionierelement andererseits über das Betriebs-Temperaturintervall zumindest in radialer Richtung im wesentlichen kompensieren, wird ein fester Sitz der Temperiereinrichtung in der inneren Hohlraumanordnung über das gesamte Betriebs-Temperaturintervall der Walze sichergestellt.

Konstruktiv können die Mittel zur Kompensation der unterschiedlichen thermischen Größenänderungen dadurch verwirklicht sein, daß die Positioniereinrichtung derart ausgestaltet ist, daß sie sich federnd oder elastisch an der Umfangsfläche der Hohlraumanordnung abstützt.

In einer ersten bevorzugten Ausführungsform kann die Positioniereinrichtung mindestens ein sich quer zur Längserstreckung der Hohlraumanordnung erstreckendes Bauteil umfassen, das sich zumindest an einer Stelle über eine Federanordnung an der Umfangsfläche der Hohlraumanordnung abstützt.

Die Federanordnung weist dann vorzugsweise eine Spiralfeder auf.

Bei einer zweiten, bevorzugten Ausführungsform umfaßt die Positioniereinrichtung zumindest zwei in Längsrichtung voneinander beabstandete Bauteile, die jeweils zumindest einen bezüglich der Längsrichtung seitlich gegenüber dem anderen Bauteil vorspringenden Bereich aufweisen, derart, daß die vorspringenden Bereiche unter elastischer Verformung eines zwischen den Bauteilen befindlichen Bereichs der Temperieranordnung an der Umfangsfläche der Hohlraumanordnung abstützen.

Bei dieser Ausführungsform sind die voneinander beabstandeten Bauteile vorzugsweise eine Anzahl von n Haltescheiben aus Flachmaterial, die derart geformt und angeordnet sind, daß sich benachbarte Haltescheiben in Längsrichtung der Hohlraumanordnung gesehen jeweils um einen Winkel von etwa 360°/n versetzt an der Umfangsfläche der Hohlraumanordnung abstützen. Es können demnach beispielsweise drei Haltescheiben mit jeweils einer sich vom Umfang erstreckenden Nase vorgesehen sein, die derart angeordnet sind, daß die Nasen zweier benachbarter Haltescheiben in Längsrichtung der Hohlraumanordnung gesehen einen Winkel von 120° einschließen.

Die Bauteile der Positioniereinrichtung sind vorzugsweise über ein sich in Längsrichtung der Hohlraumanordnung erstreckendes Verbindungselement miteinander verbunden.

Insbesondere dann, wenn die Positioniereinrichtung nach Art der oben beschriebenen zweiten bevorzugten Ausführungsform ausgestaltet ist, ist es von Vorteil, wenn das Verbindungselement torsionsfähig ausgebildet ist. In diesem Falle können nämlich die sich an der Umfangsfläche der Hohlraumanordnung abstützenden Bauteile der Positioniereinrichtung derart ausgestaltet und angeordnet sein, daß sie mit einer Vorspannung zusammen mit der Temperiereinrichtung in den Hohlraum eingebracht werden können, wobei die Vorspannung im wesentlichen von dem Verbindungselement erzeugt wird.

Das Verbindungselement ist dann vorzugsweise als Rohr ausgebildet.

In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele erfindungsgemäßer Walzen dargestellt. Es zeigen:
Fig. 1 einen durch die Längsachse einer erfindungsgemäßen Walze gehenden Längsschnitt;
Fig. 2 einen Teilquerschnitt gemäß Schnittlinie II-II in Fig. 1;
Fig. 3 - schematisch - eine erste Ausführungsform einer Temperieranordnung in einer Ansicht in Richtung der Längsmittelachse der Walze sowie
Fig. 4 eine Fig. 3 entsprechende Ansicht einer anderen Ausführungsform der Temperieranordnung.
Die als Ganzes mit 100 bezeichnete Walze umfaßt einen zylindrischen Walzenkörper 10 aus Stahl mit einem arbeitenden Walzenumfang 1 und einer Mittellängsachse 2, der an den beiden Enden auf einen geringeren Durchmesser abgesetzte und nach außen vorstehende Walzenzapfen 3 besitzt, auf denen Lager 4 zur Lagerung der Walze 100 in einem in der Zeichnung nicht dargestellten Maschinengestell oder dergleichen angeordnet sind. Der Walzenkörper 10 enthält als Hohlraumanordnung H₁ einen einzelnen zur Mittellängsachse 2 koaxialen zylindrischen inneren Hohlraum 5, in welchem eine als Ganzes mit 20 bezeichnete Temperieranordnung angeordnet ist, die gegenüber dem Walzenkörper 10 undrehbar ist und mit diesem umläuft. Die Temperieranordnung 20 umfaßt mehrere, auf einem Teilkreis über den Umfang gleichmäßig verteilte achsparallele Temperierstäbe 21, die beispielsweise als elektrische Widerstandsheizstäbe ausgebildet sind. Die Temperierstäbe sind mittels in axialen Abständen angeordneter Haltebauteile 22 in ihrer gegenseitigen Anordnung und dem Hohlraum 5 in einer Weise positioniert, die noch anhand der Fig. 3 und 4 weiter unten im einzelnen beschriebenen werden soll.
An dem in Fig. 1 linken Ende durchsetzen die Temperierstäbe 21 eine Endscheibe 6, an deren Außenseite eine Schleifringanordnung 14 vorgesehen ist, durch die elektrischer Strom den Temperierstäben zuleitbar ist.
Die Temperieranordnung 20 bildet eine in sich geschlossene Baueinheit, die nach dem Lösen der Endscheibe 6 gemäß Fig. 1 nach links aus der Walze 100 herausgezogen werden kann, z. B. falls einzelne Temperierstäbe 21 defekt sind und ausgetauscht werden müssen.
Die Temperieranordnung 20 ist in dem dargestellten Ausführungsbeispiel als Heizanordnung ausgebildet. Sie heizt durch Strahlung die Umfangsfläche 24 des Hohlraums 5 auf. Die Wärme wird durch Leitung radial nach außen transportiert und am Außenumfang 1 der Walze 100 auf die zu bearbeitende, in der Zeichnung nicht dargestellte Warenbahn übertragen.
Um einer eventuellen Ungleichmäßigkeit der Temperaturverteilung entgegenzuwirken, ist in dem Walzenkörper 10 radial außerhalb des Hohlraums 5eine zweite Hohlraumanordnung H₁ in Gestalt über den Umfang gleichmäßig verteilter, auf einem Teilkreis angeordneter, gleichen Durchmesser aufweisender achsparalleler Bohrungen 30 vorgesehen, die in dem in Fig. 1 und 2 dargestellten Ausführungsbeispiel etwa um den Betrag jedes Durchmessers innerhalb des Außenumfangs 1 gelegen sind und auch in Umfangsrichtung einen entsprechenden lichten Abstand voneinander belassen.
In der Nähe der Enden des zylindrischen Walzenumfangs 1 sind die Bohrungen 30 durch Ringkammern 31 miteinander verbunden, die sich in einer zur Mittellängsachse 2 senkrechten Ebene erstrecken und in dem Ausführungsbeispiel in einer durch die Mittellängsachse 2 gehenden Schnittebene einen Rechteckquerschnitt aufweisen, wobei sich die den Bohrungen 30 benachbarte Flanke radial sowohl nach innen als außen etwas über die Begrenzungen der Bohrungen 30 hinaus erstreckt, so daß deren Querschnitt von den Ringkammern 31 überdeckt ist.
Die in Fig. 1 rechte Ringkammer 31 besitzt einen Zugangskanal 16, der sich durch den Achszapfen hindurch erstreckt und an der Stirnseite 15 des Achszapfens 3 an der Stelle 16' ausmündet.
Die Stirnseite 15 ist von einer Deckscheibe 7 überdeckt, in der ein Anschlußkanal 19 ausgebildet ist, der an der der Stelle 16' gegenüberliegenden Stelle 19' ausmündet und auf diese Weise mit dem Zugangskanal 16 in Verbindung steht. Anderenends mündet der Anschlußkanal 19 in einen Anschluß 18, der in dem Ausführungsbeispiel als zu der Achse gleichachsige Gewindebohrung ausgebildet ist. In die Gewindebohrung ist in dem in Fig. 1 gezeigten Zustand eine Überdrucksicherung 33 mit einer Berstscheibe eingeschraubt, die das gesamte System der Kanäle 30 und Ringkammer 31 nach außen hin abschließt.
Innenseitig der Überdrucksicherung 33 bzw. des Anschlusses 18 ist ein in Fig. 1 schematisch angedeutetes Vakuumrückschlagventil 23 vorgesehen, welches nach außen öffnet.
Der Anschluß 18 dient auch zum Befüllen und Entleeren des Systems mit Wasser 8, welches das Innenvolumen der Bohrungen 30 zum Teil ausfüllt und als Wärmeträgermedium zur Vergleichmäßigung der Wärmeübertragung in den Walzenmantel dient, sowie zum Evakuieren des Systems, nachdem das Wasser eingefüllt ist. Der Vakuumanschluß wird nach dem Evakuieren aus dem Anschluß 18 herausgeschraubt, worauf das Vakuumrückschlagventil 23 das Vakuum aufrechterhält. Es kann sodann die Überdrucksicherung 33 eingeschraubt werden.
Die Bohrungen 30 und die Ringkammern 31 bilden somit ein geschlossenes, teilweise mit Wasser 8 gefülltes System, in welchem der Druck entsprechend der an den Stellen der Bohrungen 30 herrschenden Temperatur ansteigt. Im Betrieb, wenn die Walze 100 mit erheblicher Geschwindigkeit umläuft, legt sich das Wasser 8 unter der Wirkung der Zentrifugalkraft gegen die äußere Begrenzung der Bohrungen 30 und bildet einen zylindrischen inneren Spiegel 9 (s. insbesondere Fig. 2). Sobald an einer Stelle der inneren, von dem Wasser freien Begrenzung der Bohrung 30 eine niedrigere Temperatur auftritt, kondensiert dort der Wasserdampf und bewirkt an dieser Stelle eine Erhöhung der Temperatur. Das Wasser 8 in den teilweise gefüllten Bohrungen 30 wirkt also als selbsttätiger Temperaturausgleich.
Die Temperatur des Wasser 8 kann durch einen Thermofühler 11, der bei laufender Walze radial außerhalb des inneren Spiegels 9 und somit in dem- Wasser gelegen ist, erfaßt werden, dessen Signal über eine Steckerverbindung 12 einen der Schleifringe der Schleifringanordnung 7 zugeleitet wird.
In den Fig. 3 und 4 sind Möglichkeiten der praktischen Realisierung der als Haltescheiben 25 ausgestalteten Haltebauteile 22, die zusammen eine Positioniereinrichtung 13 der Temperieranordnung 20 bilden, dargestellt.
Bei dem in Fig. 3 dargestellten Ausführungsbeispiel weisen die Haltescheiben 25 einen kreisförmigen äußeren Umfang auf. Ihr Außendurchmesser ist kleiner gewählt als der Innendurchmesser des Hohlraums 5, und zwar um einen Betrag, der größer ist als die Differenz der im Betriebsintervall der Walze zu erwartenden Wärmedehnungen zwischen der Haltescheibe 25 und der walzendehnungsbedingten Durchmesservergrößerung des Hohlraums 5. Um zu vermeiden, daß die Haltescheiben 25 in dem Hohlraum 5 "klappern", ist an der Stelle 26 mittels einer Befestigungsanordnung 27 eine als Spiralfeder ausgebildete Druckfeder 28 mit ihrem einen Ende an dem Außenumfang der Haltescheibe 25 angebracht. Mit dem anderen Ende stützt sich die Druckfeder 28 an der inneren Umfangsfläche 24 des Hohlraums 5. Da sämtliche Haltescheiben 25 mit einer derartigen Druckfederanordnung ausgerüstet sind, wird die gesamte Positioniereinrichtung 13 und damit die Temperieranordnung 20 in dem Hohlraum 5 fixiert. Zwecks Positionierung der Haltescheiben 25 sind diese an einem sie zentral durchsetzenden Verbindungselement 34, das rohrförmig ausgestaltet ist, befestigt.
Bei dem in Fig. 3 dargestellten Ausführungsbeispiel befinden sich die Druckfedern 28 der einzelnen Haltescheiben 25 alle auf einer parallel zur Längsmittelachse 2 verlaufenden Linie. Es ist jedoch ebenfalls möglich, die Druckfedern 28 benachbarter Haltescheiben 25 um einen vorgegebenen Winkel versetzt zueinander anzuordnen. Des weiteren ist es unter anderem möglich, pro Haltescheibe 25 mehrere, über deren Außenumfang verteilte Druckfedern 28 vorzusehen.
Bei dem in Fig. 4 dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Haltescheiben 25 wiederum im wesentlichen kreisrund ausgebildet. Jede Haltescheibe weist jedoch einen radialen Fortsatz 29 auf, dessen äußerer Rand eine Krümmung aufweist, die etwa an den Krümmungsradius der inneren Umfangsfläche 24 des Hohlraums angepaßt ist.
Bei dem in Fig. 4 dargestellten Ausführungsbeispiel umfaßt die Positioniereinrichtung 13 drei über die Länge der Temperieranordnung 20 verteilte Haltescheiben 25. Jeweils benachbarte Haltescheiben 25 sind um einen Winkel α von 120° verdreht zueinander angeordnet. Der Abstand zwischen dem äußeren Rand des Fortsatzes 29 und des Mittelpunkts M ist geringfügig größer gewählt als der Radius des Hohlraumes 5. Wie auch bei dem in Fig. 3 dargestellten Ausführungsbeispiel ist ein rohrförmiges Verbindungselement 34 vorgesehen, das die Haltescheiben 25 zentral durchsetzt und gegenseitig positioniert. Das Verbindungselement 34 ist torsionsfähig, d. h. als Torsionsrohr ausgebildet. Es wird bei der Montage der Temperieranordnung 20 in den Hohlraum 5 elastisch verformt und bringt somit eine elastische Kraft auf, mit der die Fortsätze 29 der Haltescheiben 25 gegen die inneren Umfangsfläche 24 des Hohlraumes 5 gedrückt werden und so die Temperieranordnung 20 in radialer Richtung fixieren. BEZUGSZEICHEN-LISTE 1 Walzenumfang
2 Mittellängsachse
3 Walzenzapfen
4 Lager
5 Hohlraum
6 Endscheibe
7 Schleifringanordnung
8 Wasser
9 Spiegel
10 Walzenkörper
11 Thermofühler
12 Steckeranordnung
13 Positioniereinrichtung
14 Schleifringanordnung
15 Stirnseite
18 Anschluß
19 Anschlußkanal
20 Temperieranordnung
21 Temperierstäbe
22 Haltebauteile
23 Vakuumrückschlagventil
24 Umfangsfläche
25 Haltescheiben
26 Stelle
27 Befestigungsanordnung
28 Druckfeder
29 Fortsatz
30 Bohrungen
31 Ringkammer
33 Überdrucksicherung
34 Verbindungselement
100 Walze
M Mittelpunkt
H₁ Hohlraumanordnung
H₂ Hohlraumanordnung

Claims

1. Temperierbare Walze (100),
mit einem um seine Achse (2) verlaufenden zylindrischen Walzenkörper (10), dessen Außenumfang (1) den arbeitenden Walzenumfang bildet und der mindestens eine innere Hohlraumanordnung (H₁) aufweist, und
mit mindestens einer in der mindestens einen Hohlraumanordnung (H₁) angeordneten Temperieranordnung (20), die mindestens eine Positioniereinrichtung (13) umfaßt, über die sich die Temperieranordnung (20) zumindest an einer die Hohlraumanordnung (H₁) begrenzenden Wandung abstützt,
dadurch gekennzeichnet,
daß Mittel vorgesehen sind, die die unterschiedlichen, thermischen Ausdehnungen von dem Walzenkörper (10) und damit der Hohlraumanordnung (H₁) einerseits und dem mindestens einem Positionierelement (13) andererseits in radialer Richtung über das Betriebs-Temperaturintervall der Walze (10) zumindest im wesentlichen kompensieren.

2. Walze nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Positioniereinrichtung (13) derart ausgestattet ist, daß sie sich federnd oder elastisch an der inneren Umfangsfläche (24) der Hohlraumanordnung (H₁) abstützt.

3. Walze nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Positioniereinrichtung (13) mindestens ein sich quer zur Längserstreckung der Hohlraumanordnung (H₁) erstreckendes Haltebauteil (22) umfaßt, das sich zumindest an einer Stelle über eine Federanordnung an der inneren Umfangsfläche (24) der Hohlraumanordnung (H₁) abstützt.

4. Walze nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Federanordnung eine Spiralfeder (28) umfaßt.

5. Walze nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Positionereinrichtung (13) zumindest zwei in Längsrichtung voneinander beabstandete Haltebauteile (22) umfaßt, die jeweils mindestens einen bezüglich der Längsrichtung seitlich gegenüber dem jeweils anderen Bauteil vorspringenden Fortsatz (29) aufweisen, derart, daß die vorspringenden Fortsätze (29) unter elastischer Verformung ein zwischen den Bauteilen befindlichen Bereichs der Temperieranordnung (20) an der inneren Umfangsfläche (24) der Hohlraumanordnung (H₁) anliegen.

6. Walze nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die voneinander beabstandeten Haltebauteile (22) eine Anzahl von (n) Haltescheiben (25) aus Flachmaterial sind, die derart geformt und angeordnet sind, daß sich benachbarte Haltescheiben (25) in Längsrichtung der Hohlraumanordnung (H₁) gesehen jeweils um einen Winkel α von etwa 360°/n versetzt an der inneren Umfangsfläche (24) der Hohlraumanordnung (H₁) abstützen.

7. Walze nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Haltebauteile der (22) Positioniereinrichtung (13) über ein sich in Längsrichtung der Hohlraumanordnung (H₁) erstreckendes Verbindungselement (34) miteinander verbunden sind.

8. Walze nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Verbindungselement (34) torsionsfähig ausgebildet ist.

9. Walze nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Verbindungselement (34) ein etwa zentral in der Hohlraumanordnung (H₁) angeordnetes Rohr ist.