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In
neuzeitlichen Warmbandstraßen
spielen die Mittel zur Profil- und Planheits-Steuerung eine wichtige
Rolle, ebenso bei Kaltwalzwerken. Negative und positive Arbeitswalzenbiegung
ist das klassische Stellglied. Hinzugekommen sind in den letzten
Jahren profilgeschliffene axial verstellbare Walzen (CVC) sowie
gegeneinander verschwenkbare Walzen (Pair Cross). Eine Kombination
verschiedener Stellglieder wird gern zur Vergrößerung des Stellbereiches bei
einem stark wechselnden Programm gewählt, bei insgesamt jedoch hohen
Losgrößen.
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Bei
kleineren Losgrößen werden
Lösungen interessant,
die einen großen
Stellbereich liefern ohne das Umschleifen der Walzen:
Diese
Konstruktionen mit Stützwalzen
für unterschiedliche,
einstellbare Balligkeit haben den Markt noch nicht in großem Umfang
erobert. Sie haben aber Zukunft, weil sie die Möglichkeit liefern, mit uniformen
Arbeitswalzen zu arbeiten trotz eines großen Stellbereiches.
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Außerdem stellt
diese Lösung
eine Möglichkeit
bei schweren Blechwalzwerken zur Profilsteuerung dar, wenn besonders
harte oder zähe
Stähle
gewälzt
werden müssen
mit unterschiedlichen Breiten und Balligkeiten, wenn die Walzenbiegung
allein nicht ausreicht.
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Auch
zur Nachrüstung
bei Umbauten sind „CVC" oder "Pair Cross" aus abmessungstechnischen
Gründen
nicht immer einsetzbar.
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Insbesondere
die
DE 3414242 hat verschiedene
Nachteile, die man bei einer neuen Lösung vermeiden sollte (Ishikawajima,
Japan):
- • Eine
direkte Betätigung
von Keilringen mit großem
Durchmesser und kleinem Querschnitt durch Drucköl und Arbeitsraum unmittelbar
in der Walze ist teuer und kompliziert, besser wäre eine mittelbare Bestätigung durch
Verwendung von Standard-Zylindern;
- • Die
Herstellung der filigranen Keilringe mit großem Durchmesser und kleinem
Querschnitt stellt von den Proportionen her Probleme bei Fertigung und
Montage dar und sollte durch größere Elemente
ersetzt werden, die besser von einer hüttentechnischen Fertigungswerkstatt
produziert werden können;
- • Es
ist teuer und aufwendig, die Innenflächen des Mantels als Kegelflächen (Lehrennötig!) auszubilden,
weil der Mantel Verschleißteil
ist und dann ersetzt werden muss. Es wäre einfacher und billiger,
wenn der Mantel eine glatte Bohrung (zylindrisch) bekommen könnte;
- • Es
ist schwer, eine Information über
die aktuelle Lage der Keilringe zu erhalten, um Lockerung oder Klemmung
zu bewerkstelligen. Einfacher wäre
es, nur zwei Grundstellungen im Betrieb zu benutzen, die jeweils
durch Festanschläge
definiert sind. Noch besser wäre
es, eine Lösung
mit Wegmesselementen zu wählen,
um auch Zwischenpositionen zu erfassen.
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Es
wird vorgeschlagen, eine rotierende Mantelwalze mit einer stationären, biegeelastischen
Achse (6) (mit einem großen Wälzlager (8)) zu kombinieren.
Die Achse (6) besteht aus einer schlanken, langen Welle,
die in der Mitte eine große
Scheibe (7) besitzt. Die Scheibe (7) trägt ein Wälzlager
(8), das den Kontakt zum Mantel herstellt.
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Die
Achse (6) ist an beiden Enden in je einer Lagerhülse (1+2) über Pendelrollenlager
(28) abgestützt.
Die beiden Lagerhülsen
(1+2) sind kraftschlüssig mit dem Mantel (3)
verbunden und rotieren. In der linken und in der rechten Lagerhülse (1+2)
sind zwei Halteringe (4+5) gelagert, die stationär sind und
mit der Achse (6) über
je eine Passfeder (16, 17) verbunden sind (drehstarr,
aber radial beweglich). Die Halteringe (4+5) und Scheibe (7)
der Achse (6) tragen Anlenkpunkte (24+26)
für Hydraulikzylinder
(29) bzw. Kolben, die Halteringe und Scheibe verbinden.
Die Hydraulikzylinder sind schräg
unter einem Winkel 135°/
45° Grad
angeordnet, und zwar so, dass je zwei Stück seitlich neben der Achse
(6) angeordnet sind, zwei Stück im Hohlraum links zwischen
linkem Haltering (4) und Scheibe (7) und zwei
Stück im
Hohlraum rechts zwischen Scheibe (7) und rechtem Haltering
(5).
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Werden
die Hydrozylinder (29) aktiviert, dann drücken ihre
Kolbenstangen gegen die Anlenkpunkte (24+26) der
Scheibe. Es entsteht eine resultierende vertikale Kraft, welche
die Scheibe (7) mitsamt der Achse (6) (in Richtung
Arbeitswalze) über das
Lager gegen den rotierenden Mantel (3) drückt.
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Ein
kleiner Teil der Kraft dient zur Biegedeformation der biegeelastischen
Achse (6), der größte Teil
der Kraft dient zur Deformation des Mantels (3).
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Die
Deformation des Mantels (3) ist proportional dem gewählten Hydraulikdruck
und proportional der Anzahl der drückenden Zylindereinheiten.
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Die
Deformation des Mantels (3) kann zur Profilsteuerung benutzt
werden, wenn durch Kontakt mit einer Arbeitswalze Walzdruck auf
die Stützwalze kommt.
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Weil
die Achse (6) stillsteht, ist die Zuleitung von Hydrauliköl einfach
und ohne Drehverteiler möglich;
hohe Drücke
in den Zylindern (29) können
realisiert werden (bis 300 bar).
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Die
Reaktionskräfte
der Hydraulikzylinder (29) müssen von den Lagern der Halteringe
(4+5) aufgenommen werden. Zwischen Haltering-Bohrung (18+19)
und Achse (6) ist ca. 1 mm Luft, so dass sich die Achse
(6) frei ohne Kontakt zum Haltering (4) biegen
kann.
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Die
Hydrozylinder (29) können
an der Kolbenseite oder an der Stangenseite mit Drucköl beaufschlagt
werden, d.h. der Mantel (3) kann in unterschiedlicher Richtung
deformiert werden, vertikal nach oben oder vertikal nach unten (d.h.
unterschiedliche Steifigkeit).
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Zur
Anpassung an den Abnutzungsgrad des Mantels kann der Öldruck der
Hydrozylinder (29) verändert
werden, so dass das gewünschte
Balligkeitsprofil konstant gehalten wird.
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Bild
1 zeigt die Grundstruktur der Mantelwalze ohne Stellelemente. Man
sieht die linke und die rechte Lagerhülse (1+2) über konische
Spannelemente (21+22) mit dem rohrförmigen Mantel
(3) verbunden. Die Lagerhülsen (1+2)
nehmen über
die Hauptlager (10+11) die Walzlast auf und leiten
sie in den Walzenständer.
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Ferner
erkennt man die schlanke Achse (6) mit der Scheibe (7)
in der Mitte. Die Achse ist links und rechts mit Pendelrollenlagern
(14+15) in den Lagerhülsen (1+2)
gelagert.
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Die
Scheibe trägt
ein großes
Wälzlager
(8), das die stationäre
Achse (6) und den rotierenden Mantel (3) verbindet
(Zylinder-Rollen- oder Tonnenlager).
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Die
Pendelrollenlager (14+15) der Achse (6) haben
einen möglichst
großen
Abstand, um eine leichte Durchbiegung der Achse durch eine an der Scheibe
(7) angreifende Vertikalkraft zu ermöglichen.
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Der
Werkstoff für
die Achse ist zäher
Vergütungsstahl,
der Werkstoff für
den Mantel ist einfacher C-Stahl.
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In
Bild 2a ist die Stützwalze
in ihrer einfachsten Form in zusammengebautem Zustand dargestellt,
und zwar eine obere Stützwalze
in Kontakt mit einer oberen Arbeitswalze.
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Zusätzlich zu
den Teilen in Bild 1 sind jetzt hinzugekommen die Halteringe (4+5)
und die Hydrozylinder (29) als Stellelemente.
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Je
nachdem, ob man die vier Hydrozylinder (29) auf der Kolbenseite
oder auf der Stangenseite mit Drucköl beaufschlagt, wird der rohrförmige Mantel
(3) über
die mittlere Scheibe (7) und das große Wälzlager (8) nach oben
oder nach unten deformiert. Man erkennt gut, dass sich die Axialkräfte der
Hydrozylinder (29) an der Scheibe (7) aufheben,
d.h. es wirkt eine reine Vertikalkraft auf das große Wälzlager (8).
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Die
Reaktionskräfte
der Hydrozylinder (29) gehen in die Halteringe (4+5)
rechts bzw. links und von dort über
Wälzlager
in die Lagerhülsen
rechts bzw. links (stationär).
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In
dieser Variante sind pro Haltering dafür zwei Kegelrollenlager (21+22)
vorgesehen; sie können
die Radial- und Axialkräfte
aufnehmen.
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Ferner
erkennt man hier gut die zwei Passfedern (16+17)
(eine links, eine rechts) zwischen Achse (6) und Haltering
(4). Die Achse (6) ist an der linken Seite außen arretiert,
in der Praxis ausgeführt über eine
Gelenkwelle (20) wegen der Anstellung vertikal.
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Hier
sieht man ebenfalls die Stützwalze
in einer nicht verformten Position: ohne Walzkraft und ohne Öldruck für die Hydrozylinder
(29). Unter Walzdruck ist die Stützwalze verhältnismäßig weich.
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In
Bild 2b ist gezeigt, wie der Mantel (3) der Stützwalze
(ohne Walzkraft) durch Aktivierung der Hydrozylinder (29)
verformt wird: Er gibt diese Deformation an die Arbeitswalze weiter.
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Mit
Walzdruck ist die Stützwalze
verhältnismäßig hart.
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In
Bild 2c erkennt man, wie die Innenteile (4, 5, 6, 7)
der Stützwalze
durch eine externe Verdrehsicherung an einer Drehung gehindert werden.
Die Innenachse ist über
eine Gelenkwelle (20) gehalten, die sich an einer nicht
gezeigten Ständerstruktur
abstützt.
Zum Wechsel der Stützwalzen
muss die Verbindung zur Gelenkwelle gelöst werden.
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In
Bild 3 ist ein Vertikalschnitt zu Bild 2 dargestellt; Man sieht,
dass die schräg
sitzenden Hydrozylinder (29) rechts und links der schlanken
Achse angeordnet sind.
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Die
oberen Anlenkpunkte (23) befinden sich an den Halteringen
(4+5), die unteren Anlenkpunkte (24)
für die
Hydrozylinder (29) liegen auf einer Brücke (25), die an der
mittigen Scheibe (7) (stationär) befestigt ist.
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Die
Kolbenwege der Hydraulikzylinder (29) können gut mit Wegmesselementen
(berührungslos) erfasst
werden (nicht gezeigt).
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Da
die Hydraulikzylinder (29) an der stationären Achse
(6) befestigt sind, ist es kein Problem, die Sensorsignale
sicher nach außen
zu leiten.
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Bild
4 zeigt eine Variante zu Bild 2 mit 6 Hydraulikzylindern (29)
(statt 4 in Bild 2) zur Erhöhung der
Stellkraft.
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Die
Halteringe (4+5) sind jetzt ebenfalls höher belastet;
deshalb ist jeder Haltering nun mit zwei Radiallagern (26)
und einem Axiallager (27) ausgestattet.
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Diese
Ausführung
ist für
einen besonders großen
Stellbereich der wählbaren
Steifigkeit gut geeignet.
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In
Bild 5 ist der zugehörige
Vertikalschnitt für diese
Ausführung
zu sehen. Man erkennt die zwei außen liegenden und den einen
zentrisch wirkenden Hydraulikzylinder (29) einer Seite.
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Da
auf der anderen Seite (unsichtbar) die gleiche Anordnung vorgesehen
ist, wirken hier also insgesamt sechs Zylinder, alle können wahlweise
an der Kolbenseite oder an der Stangenseite aktiviert werden, auch
einzeln, paarweise sowie mit unterschiedlichem Hydrauliköl-Druck.
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Bild
6 zeigt eine Anordnung für
große
Durchbiegung an dem Rohrmantel (3), weil zusätzlich zum Walzdruck
von der Arbeitswalze bei dieser Ausführung die Hydrozylinder (29) über das
Zentrale große Wälzlager
(8) den rohrförmigen
Mantel (3) deformieren.
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Dazu
sind die vier Hydrozylinder (29) jetzt anders angeordnet
(an den Halteringen (4+5) unten statt oben angelenkt)
als in Bild 2.
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In
Bild 7 ist eine Anordnung der 2 × 4 Hydrozylinder (29)
zu sehen, die sehr vorteilhaft ist und die günstig ist für den Ein- und Ausbau des Verschleißteils "Mantel".
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Man
erkennt hier 2 × 4
Hydrozylinder (also acht Stück,
vier auf jeder Seite).
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Zur
Profilsteuerung werden jeweils nur vier Stück aktiviert, entweder die
oberen vier für
eine geringe Durchbiegung des Mantels oder die unteren vier für eine große Durchbiegung
des Mantels.
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Vor
dem Ausbau des Mantels (3) werden die keilförmigen Spannelemente
(21+22) gelöst
(siehe Bild 1) zwischen Lagerhülsen
(1+2) und Mantelrohr (3). Der Kraftschluss
zwischen Mantel (3) und Lagerhülsen (1+2)
ist jetzt nicht mehr vorhanden.
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Jetzt
werden alle acht Hydrozylinder (29) aktiviert und halten
die Lagerhülsen
(1+2) in einer mittigen, definierten Position
(verspannt), so dass der Mantel (3) jetzt gut demontiert
werden kann ohne Verkippung der Lagerhülsen (1+2).
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Man
führt diese
Arbeit am besten mit Hilfe einer Montagevorrichtung aus, bei der
die Stützwalze in
vertikaler Stellung gehalten ist (nicht gezeigt). Zum Wechsel des
Mantels muss der Sitz zwischen Außenring des mittigen großen Wälzlagers
und dem entsprechenden Bund innen am Mantel durch eine Axialverstellung
gelöst
werden, am besten durch eine hydraulisch angetriebene Ausstoßvorrichtung (nicht
gezeigt).
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In
Bild 8 ist gezeigt, wie eine einfache mechanische Lösung aussehen
könnte,
die nur zum Ein- und Ausbau des Mantels benutzt wird.
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Die
Lösung
besteht aus 2 × 4
Gewindestangen (28), die bei ausgebauter Stützwalze
in die Lagerhülsen
(1+2) eingesetzt werden und für eine Blockierung zwischen
Achse (6) und Lagerhülsen
(1+2) sorgen, und zwar in mittiger, unverspannter
Lage der Achse (6) gegenüber dem Mantel (3).
Dabei sind die vier Hydraulik-Zylinder (29) im Inneren
der Mantelwalze nicht aktiviert.
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Jetzt
werden die Spannelemente (21+22) zwischen Lagerhülsen (1+2)
und Mantel (3) gelöst und
der verschlissene Mantel (3) kann entfernt werden. Nach
Einbau des neuen Mantels (3) müssen die acht Gewindestangen
(28) gelöst
und entfernt werden; die Gewindebohrungen müssen durch Stopfen verschlossen
werden.
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In
Bild 3 und Bild 2d kann man außerdem
erkennen, dass als zusätzliche
Alternative die Achse (6) eine Vertikalführung erhalten
kann.
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Diese
wird durch Senkrechtflächen
(31) an der Achse und bearbeitete Flächen (32) an einer Tragstruktur
(30) gebildet. Die Tragstruktur (30) ist an den
Halteringen (4+5) befestigt und besteht aus 3 Hohlprofilen.
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Bilderverzeichnis:
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- Bild 1: Grundstruktur ohne Stellelemente (Mantelwalze und
Achse).
- Bild 2a, b, c, d: Elastisch stationäre Innenachse und rotierender
Mantel mit vier Hydrozylindern, Kraft nach unten.
- Bild 3: Querschnitt zu Bild 2.
- Bild 4: Alternative für
geringe Durchbiegung des Mantels mit sechs Hydrozylindern, Kraft
nach unten.
- Bild 5: Querschnitt zu Bild 4 (sechs Hydrozylinder, Kraft nach
unten).
- Bild 6: Alternative für
große
Durchbiegungen des Mantels (vier Hydrozylinder, Kraft nach oben).
- Bild 7: Alternative für
großen
Stellbereich zur Profilsteuerung (acht Hydrozylinder, wahlweise
ansteuerbar), gut geeignet für
Ein- und Ausbau Mantel.
- Bild 8: Ergänzung
zu Bild 2 mit Vorschlag für
2 × 4 Gewindestangen
zur Blockierung zwischen Achse und Lagerhülsen beim Ein- und Ausbau des
Mantels.