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Die
Erfindung betrifft ein Walzgerüst
zur Herstellung eines Walzbandes, umfassend Arbeitswalzen, die sich
gegebenenfalls an Stützwalzen
oder Zwischenwalzen und Stützwalzen
abstützen,
wobei die Arbeitswalzen und/oder die Stützwalzen und/oder die Zwischenwalzen
gegeneinander axial verschiebbar sind.
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Bekannt
sind Walzwerke mit verschiebbaren Walzpaaren, wobei jede Walze wenigstens
eines dieser Walzenpaare mit einer in Richtung zu einem Ballenende
hin verlaufenden, gekrümmten
Kontur versehen ist, die sich an den beiden Walzen jeweils nach entgegengesetzten
Seiten über
einen Teil der Walzgutbreite erstrecken, wobei die gekrümmte Kontur über die
gesamte Ballenlänge
beider Walzen verläuft und
eine Gestalt hat, bei welcher die beiden Ballenkonturen sich in
einer bestimmten relativen Axialstellung komplementär ergänzen.
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So
wird in der DE-C-36 24 241 ein Walzwerk beschrieben, bei dem die
Arbeitswalzen jeweils eine sich zu einem Walzenende hin verjüngenden
und zum anderen Ballenende hin erweiternde, gekrümmte Kontur aufweisen und gegensinnig
in Achsrichtung in der Weise verstellbar angeordnet sind, dass jeweils
das sich verjüngende
Ende einer Arbeitswalze oder Zwischenwalze zwischen einer Walzgutkante und
dem Ende der zugeordneten Stützwalze,
vorzugsweise auf je eine Kante des Walzgutes ausgerichtet und gehalten
ist.
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Weiterhin
ist aus der
EP 0 249
801 B1 ein Walzwerk zur Herstellung von Walzband bekannt,
bei dem die Walzen mit einer im Wesentlichen über die gesamte Ballenlänge verlaufenden
gekrümmten Kontur
versehen sind. Die Konturen aller Walzen sind im Ausgangszustand
bzw. unbelasteten Zustand so ausgebildet, dass der axiale Verlauf
der Summe der wirksamen Walzenballendurchmesser in jeder relativ veränderten
Axialstellung der Walzen zueinander einen von einem konstanten Verlauf
abweichenden Verlauf einnimmt und einer zur Walzmitte symmetrischen
mathematischen Funktion folgt.
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Üblicherweise
verläuft
die gekrümmte
Kontur der Walzen mathematisch gesehen nach einem Polynom dritter
Ordnung. Anhand der in der Praxis genutzten Verschiebebeträge und der
Biege-Ist-Werte an den Walzen ergibt sich in aller Regel ein positiver und
negativer Stellbereich für
die CVC-Walzen (CVC = Continuously Variable Crown). Der konventionelle CVC-Schliff
ist dabei sinnvoll, wenn auch negative CRA-Werte verlangt werden
(CRA = äquivalenter Crown
zur normalen Bombierung einer Walze).
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In
der Vergangenheit wurden im praktischen Betrieb negative Erfahrungen
bezüglich
Walzenverschleiß mit
dem x3-Schliff der CVC-Walzen an Walzgerüsten der
Sexto-Bauart gemacht. Die große Durchmesserdifferenz
der Zwischenwalzen verursachte erhöhten Verschleiß und raue
Oberflächen
an den Stützwalzen,
wobei das Schadensbild an den Stützwalzen
nach einer längeren
Laufzeit der Form des CVC-Schliffs entsprach. Auch bei Quarto-Gerüsten war
die Schliff-Amplitude zunächst
ebenfalls deutlich größer als
für die
gewalzten Programme erforderlich, so dass sich auch hier das ungünstige Verschleißbild an
den Stützwalzen
einstellte.
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Da
anhand der in der Praxis genutzten Verschiebebeträge und Biege-Istwerte
der negative Stellbereich des CVC-Schliffs in der Vergangenheit nicht
immer erforderlich war, und unter Berücksichtigung der negativen
Biegung vorwiegend nur positi ve CVC-Wirkungen gefordert werden,
ist es Aufgabe der Erfindung, eine Form des Walzenschliffes im rein positiven
Bereich anzugeben, mit der auch die vorstehend genannten Nachteile
des x3-Schliff der CVC-Walzen vermieden
werden.
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Diese
gestellte Aufgabe wird mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs
1 dadurch gelöst,
dass sich die Walzenballenlänge
L jeder Zwischenwalze in einem Sexto-Walzgerüst bzw. jeder Arbeitswalze
in einem Quarto-Walzgerüst
aus einem zylindrischen Walzenballenabschnitt Z und einem konvex
gekrümmten
Walzenballenabschnitt R(x) zusammensetzt, wobei der Übergangspunkt
A vom zylindrischen zum gekrümmten
Walzenballenabschnitt im Bereich L/2 < = x < L
wählbar
ist (x wird vom zylindrischen Ballenende ab gerechnet), und die
gekrümmte
Kontur, die sich an den beiden Walzen jeweils nach entgegen gesetzten
Seiten über
einen Teil der Walzgutbreite in Richtung zum Ballenende erstreckt,
durch ein mathematisches Polynom R(x) = a0 +
... anxn mit n > = 5 beschrieben wird.
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Die
Verwendung einer derartigen Konvexwalze mit teilweiser konvexen
Kontur des Walzenballens, die letztendlich eine Untermenge von CVCplus ist, hat eine gleichmäßige Verteilung
der Kontaktspannungen zwischen den übereinander liegenden Walzen
zur Folge. Dies ist beispielsweise speziell bei Walzen mit einem
S-förmigen Schliff
(CVC) problematisch, da es hierbei zu lokalen Spannungsspitzen im
Ballenbereich kommen kann, die einen vermehrten Walzenverschleiß verursachen
und nur durch entsprechende Kompensationsschliffe der darüberliegenden
Walzen verhindert werden können.
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Gemäß der Erfindung
sind die mit einem konvex gekrümmten
Walzenballenabschnitt versehenen Walzen mit einem so großen Walzendurchmesser
ausgebildet, dass die Biegekräfte
sich im wesentlichen parabolisch (x2) auf
das Walzspaltprofil auswirken.
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Walzen
mit konventionellen x3-CVC-Schliffen liefern
ebenfalls eine überwiegend
parabolische Wirkung, so dass sich folglich kaum ein Stellglied
ergibt, mit dem man Planheits-Fehler höherer Ordnung ausregeln kann.
Dies gilt insbesondere auch für
die sogenannten Z-high-Gerüste,
die aufgrund des kleinen Arbeitswalzen-Durchmessers aus konstruktiven Gründen ohne
Arbeitswalzenbiegung ausgestattet sind. Durch die erfindungsgemäße Verwendung
von Zwischenwalzen oder Arbeitswalzen mit einem Schliff höherer Ordnung
x5 + x6 + x7... kann dieser Nachteil verhindert werden.
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Durch
das erfindungsgemäße Merkmal, dass
der Übergangspunkt
A vom zylindrischen zum gekrümmten
Walzenballenabschnitt im Bereich L/2 < = x < L
variabel wählbar
eingestellt werden kann, können
unterschiedliche Ziele der Profileinstellung erreicht werden. Liegt
der Übergangspunkt
A beispielsweise bei x = L/2, so werden überwiegend parabolische (x2) Planheitsfehler bekämpft, für einen Übergangspunkt A von x = > L/2 können mehr
und mehr Fehler höherer
Ordnung (x4 und höher) ausgeregelt werden.
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Damit
die erfindungsgemäß gestalteten
Walzen ihre volle Wirkung entfalten können, sind außer den
Konvexwalzen die übrigen
Walzen des Walzgerüstes
mit einem durchgehend zylindrischen Walzenballen ausgebildet.
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Weitere
Vorteile und Einzelheiten der Erfindung werden nachfolgend an in
schematischen Zeichnungsfiguren dargestellten Ausführungsbeispielen
näher erläutert.
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Es
zeigen:
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1 die
Walzen eines Sexto-Gerüstes
mit erfindungsgemäß ausgebildeten
Zwischenwalzen,
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2 die
Walzen eines Quarto-Gerüstes
mit erfindungsgemäß ausgebildeten
Arbeitswalzen,
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3 einstellbare
Walzspaltprofile für
ein Sexto-Walzgerüst,
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4 Stellfelder
auf der Basis des Sexto-Walzgerüstes
der 3,
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5 ein
Walzspaltprofil für
das Sexto-Walzgerüst
der 3 mit erfindungsgemäß ausgebildeten Arbeitswalzen,
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6 ein
Walzspaltprofil für
das Sexto-Walzgerüst
der 3 mit klassischen CVC-Arbeitswalzen,
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7 die
Pressungsverteilung zwischen der Zwischenwalze und der Stützwalze
für das
Walzspaltprofil der 5,
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8 die
Pressungsverteilung zwischen der Zwischenwalze und der Stützwalze
für das
Walzspaltprofil der 6.
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In 1 ist
ein Sexto-Gerüst
zur Herstellung eines Walzbandes 1 mit Arbeitswalzen 10, 11,
Zwischenwalzen 20, 21 und Stützwalzen 30, 31 dargestellt.
Die Arbeitswalzen 10, 11 und die Stützwalzen 30, 31 sind über ihre
gesamte Ballenlange zylindrisch ausgebildet und im dargestellten
Ausführungsbeispiel
nicht axial verschiebbar, während
die Zwischenwalzen 20, 21 erfindungsgemäß in Pfeilrichtung 22 axial
verschiebbar angeordnet und mit einem teilweise konvex gekrümmten Walzenballenabschnitt
R(x) ausgebildet sind. Der Übergangspunkt
A zwischen dem gekrümmten
Walzenballenabschnitt R(x) und dem verbleibenden zylindrischen Walzenballenabschnitt
Z befindet sich bei den hier dargestellten Zwischenwalzen 20, 21 genau
in der Mitte der Walzenballenlänge
L, also bei x = L/2 (x wird vom zylindrischen Ballenende ab gerechnet),
wodurch sich die Zwischenwalzen 20, 21 überwiegend
zur Bekämpfung
von parabolischen (x2) Planheitsfehlern
eignen.
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In
der 2 ist die alternative Anwendung der Erfindung
auf erfindungsgemäß ausgebildeten Arbeitswalzen 15, 16 bei
einem Quarto-Gerüst
zur Herstellung eines Walzbandes 1 mit Arbeitswalzen 15, 16 und
Stützwalzen 30, 31 dargestellt.
Während die
zylindrischen Stützwalzen 30, 31 auch
hier axial nicht verschiebbar angeordnet sind, lassen sich die als
Konvexwalzen ausgebildeten Arbeitswalzen 15, 16 in
Pfeilrichtung 12 axial verschieben. Gegenüber der
Ausbildung der Arbeitswalzen 10, 11 des Sexto-Gerüstes der 1 ist
deutlich erkennbar, dass die Ausbildung der Arbeitswalzen 15, 16 in
Form von Konvexwalzen zu wesentlich dickeren Walzen führt.
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In
der 3 sind in einem Koordinatensystem die möglichen
einstellbaren Walzspaltprofile für ein
Sexto-Walzgerüst
mit kleinen Arbeitswalzen für zwei
unterschiedliche Zwischenwalzen mit konvex gekrümmtem Walzenballenabschnitt
und einer klassischen CVC-Zwischenwalze für den gesamten Verschiebebereich,
aber konstanten Zwischenwalzenbiegewert, aufgetragen. Das Diagramm
enthält
dabei in vertikaler Teilung die quadratische Beeinflussung des Walzenspaltes,
angedeutet durch die Symbole 25 für positive und 25' für negative Änderungen.
Die nicht-quadratischen Änderungen
sind in horizontaler Teilung durch die Symbole 26 für positive
und 26' für negative Änderungen
gekennzeichnet. Zur Verdeutlichung der erzielbaren Wirkung ist der
horizontale Maßstab
gegenüber
dem vertikalen wesentlich vergrößert wiedergegeben.
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Wie
dem Koordinatensystem zu entnehmen ist, ist bei einer Zwischenwalze 20 mit
einem Übergangspunkt
vom zylindrischen zum gekrümmten Walzenballenabschnitt
von A = L/2 bei ihrer Verschiebung zwischen der maximalen Verschiebeposition 29 und
der minimalen Verschiebeposition 29' eine überwiegend quadratische Profilbeeinflussung
erkennbar. Bei einer Zwischenwalze 20' mit einem Übergangspunkt von A > L/2 wird bei ihrer
entsprechenden Verschiebung zwischen den beiden möglichen
Verschiebepositionen 29 und 29' eine Profilbeeinflussung im Bereich
von x4 deutlich sichtbar. Die zum Vergleich dargestellte
Profilbeeinflussung für
eine klassische CVC-Zwischenwalze 20'' zeigt
ebenfalls wieder eine überwiegend
quadratische Wirkung bei ihrer Verschiebung innerhalb der möglichen
Grenzen 29 und 29'.
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In
der 4 sind in einem der 3 entsprechenden
Koordinatensystem die möglichen
Walzspaltprofile für
die erfindungsgemäße Zwischenwalze 20 und
für die
klassische CVC-Zwischenwalze 20'' eingetragen,
die sich ergeben, wenn zusätzlich
zur Zwischenwalzenverschiebung nun auch die Zwischenwalzenbiegung
variabel ist. Auf der Basis des Sexto-Walzgerüst der 3 ergibt
sich nun das Stellfeld 23 für die erfindungsgemäße Zwischenwalze 20 und
das Stellfeld 24 für
die CVC-Zwischenwalze 20''. Das Stellfeld 24 der
CVC-Zwischenwalze 20'' macht deutlich,
dass immer ein Restfehler x4 zum Nullpunkt des
Koordinatensystems (Rechteckprofil) auftritt.
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In
der 5 ist beispielhaft ein erreichbares Walzspaltprofil 3 für das Sexto-Walzgerüst der 3 mit
erfindungsgemäß ausgebildeten
Zwischenwalzen dargestellt, wenn der optimale Wert für die Zwischenwalzenbiegung
und für
die Zwischenwalzenverschiebung eingestellt ist. Dargestellt ist
der Verlauf des Walzspaltprofils 3 über die gesamte Walzenballenlänge L sowie
die Lage der Bandbreite 2. Durch diese Darstellung ist
deutlich erkennbar, dass lediglich im Bereich der Bandkanten 5 das
Walzspaltprofil 3 von einem linearen horizontalen Verlauf
abweicht.
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Wie
aus der 6 ersichtlich ist, verbleibt bei
einem auf der Basis des gleichen Sexto-Walzgerüstes der 3 bei
Einsatz von klassisch ausgebildeten CVC-Zwischenwalzen ein von einem linearen horizontalen
Verlauf abweichender x4-Restfehler im Walzspaltprofil, wie dieser
sich auch schon in der 4 zeigt.
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Zu
den guten Ergebnissen der Konvexwalzen mit dem horizontalen Verlauf
des Walzspaltprofils 3 der 5 ergibt
sich auch noch die verschleißgünstigere
Pressungsverteilung 4 zwischen der Zwischenwalze und der
Stützwalze,
dargestellt in der 7.
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Aus
dem Vergleich zu CVC-Walzen, die mit dem Walzspaltprofil 3 der 6 eine
Pressungsverteilung 4 zwischen der Zwischenwalze und der
Stützwalze
entsprechend der 8 ergeben, wird deutlich, dass
bei Verwendung von Konvexwalzen ein gleichförmigerer bzw. gleichmäßigerer
Spannungsverlauf erhalten wird und die Walzenstandzeit für die Konvexwalzen
somit entsprechend erhöht
wird.
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- 1
- Walzband
- 2
- Walzbandbreite
- 3
- Walzspaltprofil
- 4
- Pressungsverteilung
- 5
- Bandkanten
- 10,
11
- zylindrische
Arbeitswalze
- 12
- Verschieberichtung
der Arbeitswalze
- 15,
16
- erfindungsgemäße Arbeitswalze
- 20,
20', 21
- Zwischenwalze
- 20''
- CVC-Zwischenwalze
- 22
- Verschieberichtung
der Zwischenwalze
- 23,
24
- Stellfeld
- 25,
25'
- quadratischer
Anteil
- 26,
26'
- nicht
quadratischer Anteil
- 27
- Zwischenwalzenverschiebung
- 28
- Zwischenwalzenbiegung
- 29
- maximale
Verschiebeposition
- 29'
- minimale
Verschiebeposition
- 30,
31
- Stützwalze
- A
- Übergangspunkt
zwischen gekrümmtem
und zylindrischem Walzen
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- ballenabschnitt
- L
- Walzenballenlänge
- R(x)
- konvexer
Walzenballenabschnitt
- x
- Laufrichtung
zur Lagebestimmung des Übergangspunktes
A ab dem
-
- zylindrischen
Walzenballenende
- Z
- zylindrischer
Walzenballenabschnitt