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TECHNISCHES GEBIET DER ERFINDUNG
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Die
Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Unterdrücken
des Ratterns von Walzen eines Walzgerüsts mit den Merkmalen
des Oberbegriffs des unabhängigen Patentanspruchs 1 sowie
auf eine Vorrichtung zum Unterdrücken des Ratterns von
Walzen eines Walzgerüsts mit den Merkmalen des Oberbegriffs
des unabhängigen Patentanspruchs 6.
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Beim
Rattern von Walzen eines Walzgerüsts handelt es sich um
Schwingungen der Walzen, die auch als Chatter-Schwingungen, z. B.
3. Oktav-Chatter, 5. Oktav-Chatter, bezeichnet werden. Diese Schwingungen
oder von ihnen hervorgerufene Unrundheitsbildungen der Walzen, welche
ihrerseits Schwingungen anregen, führen zu Variationen
des Walzenspalts des jeweiligen Walzgerüsts, die sich in Form
von Ratter- oder Chattermarken auf dem gewalzten Material bemerkbar
machen. Die Chattermarken stellen in jedem Fall eine Qualitätsminderung des
gewalzten Materials dar, bei dem es sich z. B. um Aluminium- oder
Stahlblech bis herab zur Folienstärke handeln kann. Wenn
die Chattermarken an den Walzen selbst zu erkennen sind, müssen
diese ausgebaut und nachgeschliffen werden, weil dann selbst durch
veränderte Betriebsparameter des Walzgerüsts die
Chatter-Schwingungen nicht mehr unterdrückt werden können.
Derartige geänderte Betriebsbedingungen zum Unterdrücken
von Chatter-Schwingungen bedeuten in der Regel eine erhebliche Reduktion
der Produktionsgeschwindigkeit.
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STAND DER TECHNIK
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Ein
Verfahren mit den Merkmalen des Oberbegriffs des unabhängigen
Patentanspruchs 1 und eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Oberbegriffs des
unabhängigen Patentanspruchs 6 sind aus der
US 5,724,846 bekannt. Hier werden
Druckpulsationen in dem Hydraulikmedium hervorgerufen, das mindestens
einem der den Walzenspalt des Walzgerüsts einstellenden
Hydraulikzylinder zugeführt wird. Diese Druckpulsationen
sind asynchron zu den zu unterdrückenden Chatter-Schwingungen
und sollen durch die von ihnen ausgehende asynchrone Anregung der
Walzen die Akkumulation von Schwingungsenergie bei den den Chatter-Schwingungen zugrundeliegenden
Eigenfrequenzen der Walzen bzw. des Walzgerüsts stören.
Wie die Druckpulsationen konkret erzeugt werden sollen, ist in der
US 5,724,846 nicht angegeben.
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Aus
der
EP 0 956 950 A1 ist
es zum aktiven Unterdrücken von Kontaktschwingungen an
Walzenanordnungen, insbesondere an Papierstreichapparaten, mit zwei
parallel ausgerichteten, direkt oder indirekt aneinander anliegenden
Walzen, von denen insbesondere eine Walze ohne aktives Unterdrücken der
Kontaktschwingungen eine zunehmende periodische Verformung ihrer
Oberfläche zeigt, bekannt, Bewegungen mindestens einer
der Walzen zu erfassen und Ausgleichskräfte in Abhängigkeit
von den gemessenen Bewegungen aufzubringen. Dabei wird die Drehfrequenz
der Walze mit der sich potentiell insbesondere verformenden Oberfläche
bestimmt, und die Ausgleichskräfte zwischen den beiden
Walzen werden mit dieser Drehfrequenz und/oder mindestens einem
aus der Drehfrequenz generierten ganzzahligen Vielfachen der Drehfrequenz
aufgebracht. Es ist jedoch nicht beschrieben, wie die Ausgleichskräfte
konkret aufgebracht werden sollen. Es ist nur von einem zwischen
den Achsen der beiden Walzen wirkenden Aktuator die Rede.
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Aus
der
DE 10 2005
026 907 A1 ist eine Biegeausgleichswalze bekannt, die einen
umlaufenden Walzenmantel, ein den Walzenmantel axial durchsetzendes
drehfestes Joch und wenigstens eine zwischen dem Joch und dem Walzenmantel
angeordnete hydraulische Stützquelle aufweist. Dabei sind
Mittel zur Erfassung der Walzenmantelbewegung sowie Mittel zur Regelung
des hydraulischen Drucks unter oder auf der Stützquelle
in Abhängigkeit von der erfassten Walzenmantelbewegung
vorgesehen. Die Regelung des hydraulischen Drucks erfolgt vorzugsweise
so, dass eine sich der statischen lastgebenden Kraft überlagernde,
die Mantelbewegung dämpfende dynamische Kraft erzeugt wird.
Für die Regelung des hydraulischen Drucks mit der gewünschten
Dynamik ist in der Stützquelle ein Piezo-Stapel-Aktuator vorgesehen,
der über eine Membran den Druckraum unter oder den Druckraum
auf der Stützquelle beaufschlagt, um den darin herrschenden
hydraulischen Druck zu variieren.
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AUFGABE DER ERFINDUNG
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren mit den Merkmalen
des Oberbegriffs des unabhängigen Patentanspruchs 1 und
eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Oberbegriffs des unabhängigen
Patentanspruchs 6 aufzuzeigen, mit denen Chatter-Schwingungen an
einem Walzgerüst effektiv unterdrückt werden können,
ohne dass dazu umfangreiche Änderungen an dem Walzgerüst
vorgenommen werden müssten.
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LÖSUNG
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Die
Aufgabe der Erfindung wird erfindungsgemäß durch
ein Verfahren mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs
1 und eine Vorrichtung mit den Merkmalen des unabhängigen
Patentanspruchs 6 gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen des
neuen Verfahrens sind in den abhängigen Patentansprüchen
2 bis 5 beschrieben, während die abhängigen Patentansprüche
7 bis 14 bevorzugte Ausführungsformen der neuen Vorrichtung
beschreiben.
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BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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Bei
dem neuen Verfahren werden Druckänderungen in einem Hydraulikmedium,
das mindestens einen der den Walzenspalt des Walzengerüsts einstellenden
Hydraulikzylinder beaufschlagt, unmittelbar in einem an seinen Kolben
angrenzenden Druckraum des Hydraulikzylinders erzeugt. Das heißt,
es werden dem Hydraulikzylinder keine Druckpulsationen von außen
zugeführt, die sich je nach Schaltstellung von zu dem Hydraulikzylinder
führenden Ventilen unterschiedlich auf den Druck in dem Hydraulikzylinder
selbst auswirken. Insbesondere werden Verzögerungen zwischen
der Erzeugung der Druckänderungen und ihrem Einwirken auf
den Kolben des Hydraulikzylinders und jedwede Dämpfungen
der Druckänderungen, bis sie auf den Kolben einwirken,
vermieden. Auf diese Weise kann mit den Druckänderungen
hochdynamisch in das Walzgerüst eingegriffen und reduzierend
auf Chatter- Schwingungen oder bereits auf diese möglicherweise
hervorrufende Anregungen eingewirkt werden.
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Konkret
können dazu die Druckänderungen in dem Druckraum
in Abhängigkeit von Amplitude, Frequenz und Phase von Bewegungen
einer oder mehrerer der Walzen des Walzgerüsts erzeugt
werden. Diese Bewegungen werden dann an mindestens einer Arbeits-
oder Stützwalze des Walzgerüsts vorzugsweise in
Richtung des Walzenspalts erfasst. Mit dem Erfassen von Bewegungen
ist hier wahlweise das Erfassen von Beschleunigungen und/oder das
Erfassen von Geschwindigkeiten und/oder das Erfassen von Lagen oder
Abständen gemeint, wobei klar ist, dass diese drei Bewegungsgrößen
zeitliche Integrale bzw. zeitliche Ableitungen voneinander sind.
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Das
Regelkonzept, mit dem bei dem neuen Verfahren die Druckänderungen
in Abhängigkeit von Amplitude, Frequenz und Phase der erfassten
Bewegungen der Walzen des Walzgerüsts erzeugt werden, kann
darauf abzielen, die Steifigkeit an dem betrachteten Punkt der jeweiligen
Walze virtuell zu erhöhen, d. h. allen Beschleunigungen,
die auf diesen Punkt einwirken, mit gegenphasigen Kräften
zu begegnen, die den Punkt in Ruhe halten.
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Alternativ
kann das Regelkonzept bei dem neuen Verfahren auf eine virtuelle
Erhöhung der Dämpfung auftretender Bewegungen
des betrachteten Punkts abzielen. Bei diesem Konzept wird auftretenden
Bewegungen der Walzen möglichst viel Energie entzogen.
Beide vorgenannten Konzepte können auch miteinander kombiniert
werden.
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Die
Bewegungen der Walzen des Walzgerüsts können bei
dem neuen Verfahren nicht nur an den Walzen selbst, sondern auch
in bzw. an ihren Lagern erfasst werden. Dies ist insbesondere sinnvoll, wenn
die Bewegungen der Arbeitswalzen oder Stützwalzen des Walzgerüsts
erfasst werden sollen, die die Konstanz des Walzenspalts unmittelbar
oder mittelbar beeinflussen und damit die Qualität des
gewalzten Materials mit ihrem Auftreten unmittelbar beeinträchtigen.
Diese Bewegungen können zwar grundsätzlich auch
beispielsweise durch in die Walze integrierte Sensoren direkt erfasst
werden. Dabei ist aber zu berücksichtigen, dass die Arbeitswalzen
eines Walzgerüsts ausgewechselt werden, um übergeschliffen
zu werden, selbst wenn keine Rattermarken auftreten. Sensoren in
den Walzen würden daher den Gesamtaufwand für
die Umsetzung des neuen Verfahrens stark erhöhen, was bei
einer Erfassung der Bewegungen der Walzen durch Messen von Beschleunigungen
ihrer Lager nicht der Fall ist.
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Die
Bewegungen der Stützwalzen eines Walzgerüsts in
Richtung des Walzenspalts können auf deren den Arbeitswalzen
abgekehrten Seiten auch mit einem Abstandssensor erfasst werden.
Da dieser nicht absolut fest angeordnet werden kann, sondern bei
Schwingungen des Walzgerüsts ebenfalls Lageveränderungen
erfährt, ist ein solcher Abstandssensor vorzugsweise mit
einem Beschleunigungssensor zu kombinieren, der ein Korrektursignal für
Eigenbewegungen des Abstandssensors bereitstellt.
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Die
neue Vorrichtung zum Unterdrücken des Ratterns von Walzen
eines Walzgerüsts weist elektrisch ansteuerbare Linearaktuatoren
als Teile der Mittel zum Erzeugen von Druckänderungen in
dem den Hydraulikzylinder für das Einstellen des Walzenspalts
beaufschlagenden Hydraulikmedium auf. Diese Linearaktuatoren verändern
mit ihren Längenänderungen unmittelbar das Volumen
des an den Kolben angrenzenden Druckraums des Hydraulikzylinders.
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Konkret
können die Linearaktuatoren linear bewegliche Bereiche
einer Wandung des Druckraums abstützen. Sie werden dabei
durch den in dem Druckraum herrschenden Druck unter eine Vorspannung
gesetzt. Dies ist jedoch keinesfalls nachteilig, sondern für
verschiedenen Linearaktuatoren sogar Voraussetzung für
ein hochdynamisches Ansprechverhalten. Die von den Linearaktuatoren
abgestützten linear beweglichen Bereiche der Wandung des Druckraums
können kleine Kolben sein, d. h. Kolben mit viel kleinerer
Kolbenfläche als der Kolben des Hydraulikzylinders.
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Konkret
können die Linearaktuatoren dabei in dem Kolben des Hydraulikzylinders
angeordnet sein und mit ihren kleinen Kolben linear bewegliche Bereiche
innerhalb der Kolbenfläche des Kolbens des Hydraulikzylinders
abstützen. Indem die Linearaktuatoren in den Kolben des
Hydraulikzylinders integriert werden, muss für die Nachrüstung
der neuen Vorrichtung bei einem vorhandenen Walzgerüst
im Wesentlichen nur der Kolben ausgetauscht werden.
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Vorzugsweise
handelt es sich bei den Linearaktuatoren der neuen Vorrichtung um
Piezo-Stapel-Aktuatoren, d. h. um Aktuatoren, bei denen mehrere
Piezokristall-Elemente, insbesondere piezokeramische Scheiben, zur
Erhöhung der erreichbaren Längenänderung aufeinandergestapelt
sind. Piezo-Stapel-Aktuatoren sind hochdynamisch ansteuerbar, wenn
sie unter einer Druckvorspannung stehen. Dabei kann die optimale
Druckvorspannung auf die Linearaktuatoren leicht durch Variation
des Durchmessers der von ihnen abgestützten kleinen Kolben gegenüber
dem Durchmesser der Piezo-Stapel-Aktuatoren unter Berücksichtigung
des in dem Druckraum des Hydraulikzylinders herrschenden Drucks eingestellt
werden.
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Die
Abmessungen von dynamisch betriebenen (insbesondere zylindrischen
oder rechteckigen) Piezo-Stapel-Aktuatoren senkrecht zu ihrer Stapelrichtung
sind begrenzt, typischerweise betragen sie weniger als 20 mm, damit
der Wärmeeintrag in die Aktuatoren aufgrund von Hystereseeffekte
des Piezo-Materials nicht zu einer inneren Überhitzung
führt. Die geringen Abmessungen erleichtern es, die im
Inneren des Piezo-Materials anfallende Wärme nach außen
abzuführen. Aus der Begrenzung der Abmessungen der einzelnen
Piezo-Stapel-Aktuatoren resultieren auch Begrenzungen für
die mit jedem dieser Aktuatoren über das Hydraulikmedium
auf den Kolben aufbringbaren Kraft. Diese Begrenzung wird bei der
vorliegenden Erfindung jedoch leicht dadurch kompensiert, dass eine
Vielzahl von Piezo-Stapel-Aktuatoren parallel geschaltet wird und
jeweils über einen kleinen Kolben auf den Druckraum einwirkt.
Der hierfür nötige Bauraum ist ohne weiteres vorhanden,
da Hydraulikzylinder, mit denen der Walzenspalt eines Walzgerüsts
eingestellt wird, typischerweise eine sehr große Kolbenfläche
von einigen Quadratdezimetern aufweisen. Über diese Kolbenfläche
können die einzelnen Piezo-Stapel-Aktuatoren verteilt werden.
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Die
Begrenzung der Grundfläche von Piezoaktuatoren bei zylindrischen
oder rechteckigen Aktuatoren aufgrund der angesprochenen Gefahr
der Überhitzung, die typischerweise unterhalb ca. 400 mm2 liegt, kann durch den Einsatz von ringförmigen Aktuatoren überwunden
werden. Die Wandstärke des Rings beträgt dann
typischerweise bspw. weniger als 20 mm. Die Piezoaktuatorgrundfläche
wird hierbei durch den Außendurchmesser des ringförmigen
Aktuators definiert. So wird beispielsweise bei einem Außendurchmesser
von 60 mm und einer Wandstärke von 16 mm eine Grundfläche
von 2.200 mm2 erzielt.
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Um
die bereits angesprochene Gefahr der Überhitzung der Piezo-Stapel-Aktuatoren
bei der neuen Vorrichtung zuverlässig abzuwenden, können die
Piezo-Stapel-Aktuatoren mit dem Hydraulikmedium gekühlt
werden, das durch aus dem Druckraum führende Kapillarleitungen
fließt. Die Kapillarleitungen sind so zu dimensionieren,
dass sie begrenzte Mengen an Hydraulikmedium zu den Piezo-Stapel-Aktuatoren
als Kühlmedium hindurch treten lassen und der Druck in
dem Druckraum über ihre Länge vollständig
abfällt. Damit befindet sich das Hydraulikmedium beim Austreten
aus den Kapillarleitungen nicht mehr auf dem Druck in dem Druckraum, sondern
auf Umgebungsdruck oder einem umgebungsnahen Druck. Von den Piezo-Stapel-Aktuatoren
gelangt das erwärmte Hydraulikmedium über einen
Kühler in den Kreislauf des Hydraulikmittels zurück.
Eine derartige Kühlung der Piezo-Stapel-Aktuatoren setzt
allerdings voraus, dass dem Druckraum kontinuierlich Hydraulikmedium
zugeführt wird, um den in ihm herrschenden, den Walzenspalt
einstellenden statischen Druck aufrechtzuerhalten.
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An
der neuen Vorrichtung ist mindestens ein Sensor vorgesehen, der
an mindestens einer Arbeits- oder Stützwalze des Walzgerüsts
Bewegungen in Richtung des Walzenspalts erfasst. Weiterhin ist ein
Signalgenerator vorgesehen, der die Linearaktuatoren mit einem Ansteuersignal
ansteuert, das von Amplitude, Frequenz und Phase der erfassten Bewegungen
abhängig ist. Auf die dabei anwendbaren Regelkonzepte wurde
bereits oben im Zusammenhang mit dem neuen Verfahren eingegangen.
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Der
Sensor zum Erfassen der Bewegungen der Walze kann ein an einem Lager
einer Walze vorgesehener Beschleunigungssensor sein. Die Bewegungen
einer Stützwalze in Richtung des Walzenspalts können
auch mit einem Abstandssensor für einen Abstand zu einem
Mantel der Stützwalze erfasst werden. Wie bereits angesprochen
wurde, ist ein solcher Abstandssensor, mit einem Beschleunigungssensor
zu kombinieren, der ein Korrektursignal für Eigenbewegungen
des Abstandssensors liefert. Der Abstandssensor selbst kann beispielsweise
ein kapazitiver Abstandssensor sein oder auch ein auf dem Mantel
der Stützwalze abrollendes Tastrad aufweisen.
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Vorteilhafte
Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Patentansprüchen,
der Beschreibung und den Zeichnungen. Die in der Beschreibungseinleitung
genannten Vorteile von Merkmalen und von Kombinationen mehrerer
Merkmale sind lediglich beispielhaft und können alternativ
oder kumulativ zur Wirkung kommen, ohne dass die Vorteile zwingend
von erfindungsgemäßen Ausführungsformen
erzielt werden müssen. Weitere Merkmale sind den Zeichnungen – insbesondere
den dargestellten Geometrien und den relativen Abmessungen mehrerer
Bauteile zueinander sowie deren relativer Anordnung und Wirkverbindung – zu
entnehmen. Die Kombination von Merkmalen unterschiedlicher Ausführungsformen
der Erfindung oder von Merkmalen unterschiedlicher Patentansprüche
ist ebenfalls abweichend von den gewählten Rückbeziehungen
der Patentansprüche möglich und wird hiermit angeregt.
Dies betrifft auch solche Merkmale, die in separaten Zeichnungen
dargestellt sind oder bei deren Beschreibung genannt werden. Diese
Merkmale können auch mit Merkmalen unterschiedlicher Patentansprüche
kombiniert werden. Ebenso können in den Patentansprüchen
aufgeführte Merkmale für weitere Ausführungsformen
der Erfindung entfallen.
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KURZBESCHREIBUNG DER FIGUREN
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Die
Erfindung wird im Folgenden anhand von Ausführungsbeispielen
unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher
erläutert und beschrieben.
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1 zeigt
ein Walzgerüst mit einer erfindungsgemäßen
Vorrichtung zum Unterdrücken des Ratterns von Walzen des
Walzgerüsts mit Blickrichtung auf die Achsen des Walzgerüsts,
wobei die Darstellung von 1 im Bereich
von Hydraulikzylindern zum Einstellen des Walzenspalts des Walzgerüsts geschnitten
ist.
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2 zeigt
einen der bereits in 1 geschnitten dargestellten
Hydraulikzylinder des Walzgerüsts in gegenüber 1 vergrößerter
Querschnittsansicht.
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3 zeigt
eine andere Ausführungsform eines Walzgerüsts
mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung in einer
Seitenansicht mit Blickrichtung längs der Achsen der Walzen
des Walzgerüsts, wobei auch hier ein Hydraulikzylinder
zum Einstellen des Walzenspalts des Walzgerüsts geschnitten
dargestellt ist.
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4 zeigt
eine Draufsicht auf die Kolbenfläche des Kolbens des Hydraulikzylinders
gemäß 3.
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5 zeigt
einen Schnitt durch ein Detail des Kolbens gemäß 4.
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FIGURENBESCHREIBUNG
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Das
in 1 gezeigte Walzgerüst 15 umfasst
vier Walzen 1 bis 4, von denen die beiden mittleren
Walzen 2 und 3 als Arbeitswalzen und die beiden äußeren
Walzen 1 und 4 als Stützwalzen dienen. Zwischen
den Arbeitswalzen 2 und 3 ist ein Walzenspalt 16 ausgebildet,
durch den das mit dem Walzgerüst 5 gewalzte Material
hindurch tritt. Die Walzen 1 bis 4 sind mit ihren
Wellen 17 bis 20 in einer Walzwerksstuhlung 5 gelagert,
die auf einem Sockel 21 aufbaut. Dabei wird der Walzenspalt 16 mit
Hilfe von Hydraulikzylindern 6 eingestellt, die auf Lager
für die Welle 20 der unteren Stützwalze 4 einwirken.
Die Lager der Arbeitswalzen 2 und 3 sind in Richtung
des Walzenspalts 16 verschieblich an der Walzwerksstuhlung
geführt. Die Lager für die Welle 17 der
oberen Stützwalze stützen sich nach oben an einem
Riegel der Walzwerksstuhlung ab. Bewegungen der Walzen 1 bis 4 in
Richtung des Walzenspalts 16 werden durch Beschleunigungssensoren 13 an
den Lagern für die Welle 17 der oberen Stützwalze 1 erfasst. Eine
Steuerung 14 steuert Linearaktuatoren 11 in den Hydraulikzylindern 6 in
Abhängigkeit von den erfassten Bewegungen der Walzen 1 bis 4 an,
um diese Bewegungen aktiv zu unterdrücken. Der Steuerung 14 wird
dabei zusätzlich ein Drehzahlsignal 23 zugeführt,
das ihr die aktuelle Drehzahl der Arbeitswalzen 2 und 3 und/oder
die aktuelle Drehzahl der Stützwalzen 1 und 4 mitteilt,
weil es bei den diesen Drehzahlen entsprechenden Frequenzen bzw.
deren Harmonischen besonders effektiv ist, den Bewegungen der Walzen 1 bis 4 entgegenzuwirken.
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2 zeigt
einen der Hydraulikzylinder 6 gemäß 1 in
vergrößerter Darstellung. In dem Hydraulikzylinder 6 ist
eine Druckkammer 24 vorgesehen, die mit Hydraulikmedium
beaufschlagt wird, um den Walzenspalt einzustellen. Hierbei handelt
es sich um eine untere Kolbenkammer 10 des Hydraulikzylinders 6.
Der Hydraulikzylinder 6 weist auch noch eine obere Kolbenkammer 9 auf,
die jedoch mit einer geringeren Wirkfläche auf den Kolben 8 des
Hydraulikzylinders einwirkt und die zum Verspannen des Hydraulikzylinders
beaufschlagt werden kann. Der Kolben 8 stützt
mit einer Kolbenstange 7 eines der beiden endseitigen Lager
für die Welle 20 gemäß 1 an
dem Walzgerüst 15 ab. Die Kräfte, die über
die Kolbenstange 7 auf dieses Lager einwirken, werden jedoch
nicht nur von den von außen mit dem Hydraulikmedium in
die beiden Kolbenkammern 9 und 10 eingebrachten
Drücken bestimmt. Vielmehr sind zwei Linearaktuatoren 11 vorgesehen,
mit denen der Druck in dem Druckraum 24, d. h. der unteren
Kolbenkammer 10, innerhalb des Hydraulikzylinders 6 variiert
werden kann. Damit ist es möglich, die über die
Kolbenstange 7 einwirkenden Kräfte im hochdynamischen,
d. h. hochfrequenten Bereich von mehreren hundert bis tausend Hz
zu variieren, um den mit den Beschleunigungssensoren 13 gemäß 1 erfassten
Bewegungen der Walzen 1 bis 4 entgegenzuwirken.
Die Linearaktuatoren 11 sind in dem Kolben 8 vorgesehen
und stützen sich rückwärtig an dem Kolben 8 ab.
An ihrer anderen Seite beaufschlagen sie kleine Kolben 12,
deren Kolbenflächen 25 bewegliche Bereiche 26 einer
Kolbenfläche 27 des Kolbens 8 sind. Über
die Kolben 12 werden die Linearaktuatoren 11 auch
mit dem Druck in dem Druckraum 24 beaufschlagt. Dies ist
aber bei der bevorzugten Ausbildung der Linearaktuatoren als Piezo-Stapel-Aktuatoren 28 kein
Nachteil, sondern ein Vorteil, weil eine hochdynamische Ansteuerung
von Piezo-Stapel-Aktuatoren ohnehin eine Druckvorspannung voraussetzt.
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3 zeigt
ein anderes Walzgerüst von der Seite, das ebenfalls vier
Walzen 1 bis 4 bestehend aus zwei Arbeitswalzen 2 und 3 und
zwei Stützwalzen 1 und 4 aufweist. Unterschiede
zu dem Aufbau von 1 bestehen nicht darin, dass
in 3 aus Bequemlichkeit auf die Wiedergabe der Steuerung 14 verzichtet
wurde, sondern in der Anordnung des Beschleunigungssensors 13 nicht
an dem Lager 29 für die Welle 17 der
oberen Stützwalze 1, das sich an dem Riegel 22 abstützt,
sondern an dem Lager 31 für die Welle 19 der
unteren Arbeitswalze 3. Außerdem ist der Hydraulikzylinder 6 anders
ausgebildet, wie jetzt anhand der 4 und 5 näher
erläutert werden wird.
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4 zeigt
eine Draufsicht auf die Kolbenfläche 27 des Kolbens 8 des
Hydraulikzylinders 6 gemäß 3.
Zu sehen ist dabei eine Vielzahl von Kolben 12 mit Kolbenflächen 25,
die gegenüber dem Kolben 8 jeweils mit einem hier
nicht sichtbaren Linearaktuator abgestützt sind, der von
der Steuerung zur Unterdrückung des Ratterns der Walzen
des Walzgerüsts angesteuert wird. Die Vielzahl der Kolben 12 trägt
dem maximalen Durchmesser von Piezo-Stapel-Aktuatoren Rechnung,
damit diese bei dynamischer Beanspruchung nicht aufgrund von Hystereseeffekten
in ihrem Inneren so weit aufgeheizt werden, dass sie einen "Hitzetod"
sterben. Ein maximaler Durchmesser von 20 mm oder darunter stellt
sicher, dass die im Inneren des Piezo-Materials anfallende Wärme
an die Oberflächen des Piezo-Stapel-Aktuators abgeführt
werden kann.
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Um
die Wärme von den Oberflächen der Piezo-Stapel-Aktuatoren 28 weiter
abzuführen, weisen die Kolben 12 gemäß 4 jeweils
zwei senkrecht zu den Kolbenflächen 25 verlaufende
Kapillarleitungen 33 auf, durch die Hydraulikmedium unter
Abbau des vor der Kolbenfläche 27 herrschenden
Drucks auf die Rückseite der Kolben 12 fließen
kann, um die dort befindlichen Piezo-Stapel-Aktuatoren 28 zu
kühlen. Dies ist näher aus 5 ersichtlich. 5 ist
ein Schnitt durch einen Kolben 12 und den dahinterliegenden
Piezo-Stapel-Aktuator 28 als Linearaktuator 11.
Dabei skizziert 5, dass der Durchmesser des Kolbens 12 größer
als derjenige des Piezo-Stapel-Aktuators 28 sein kann,
um abhängig von dem Druck auf die Kolbenfläche 25 eine
günstige Druckvorspannung auf den Piezo-Stapel-Aktuator 28 einzustellen.
Weiterhin zeigt 5, dass die Kapillarleitungen 33 zu
einer Bohrung 34 führen, in der der Piezo-Stapel-Aktuator 28 angeordnet
ist. Der freie Querschnitt der Bohrung 34 um den Piezo-Stapel-Aktuator 28 ist
viel größer als der Durchmesser der Kapillarleitungen 33.
Auch eine Leitung 35, die von der Bohrung 34 zu
einer Sammelleitung 36 für das durch die Kapillarleitung 33 hindurch
getretene Hydraulikmedium führt, weist einen viel größeren Querschnitt
als die Kapillarleitungen 33 auf. So kann der vollständige
Druckabbau des Hydraulikmediums über die Kapillarleitungen 33 erfolgen.
Das an den Piezo-Stapel-Aktuatoren 28 entlang fließende
Hydraulikmedium nimmt die von diesem erzeugte Wärme auf
und führt sie zu einem hier nicht dargestellten Kühler
für das Hydraulikmedium ab.
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Der
Piezoaktuator gemäß kann als Piezostapel-Ringaktuator 37 entsprechend
ausgeführt sein. Hierdurch ist die Erhöhung der
Grundfläche, bei gleichzeitigem Erhalt der guten Wärmeabfuhr
gegeben.
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Es
versteht sich, dass die Erfindung auch für mehrere Walzenpaare
für Arbeitswalzen und/oder Stützwalzen einsetzbar
ist oder mehr als 4 Walzen, was von dem Gegenstand der Patentansprüche
umfasst ist.
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- 1
- Stützwalze
- 2
- Arbeitswalze
- 3
- Arbeitswalze
- 4
- Stützwalze
- 5
- Walzwerksstuhlung
- 6
- Hydraulikzylinder
- 7
- Kolbenstange
- 8
- Kolben
- 9
- Kolbenkammer
- 10
- Kolbenkammer
- 11
- Linearaktuator
- 12
- Kolben
- 13
- Beschleunigungssensor
- 14
- Steuerung
- 15
- Walzgerüst
- 16
- Walzenspalt
- 17
- Welle
- 18
- Welle
- 19
- Welle
- 20
- Welle
- 21
- Sockel
- 22
- Riegel
- 23
- Drehzahlsignal
- 24
- Druckraum
- 25
- Kolbenfläche
- 26
- Bereich
- 27
- Kolbenfläche
- 28
- Piezo-Stapel-Aktuator
- 29
- Lager
- 30
- Lager
- 31
- Lager
- 32
- Lager
- 33
- Kapillarleitung
- 34
- Bohrung
- 35
- Leitung
- 36
- Sammelleitung
- 37
- Piezostapel-Ringaktuator
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
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Zitierte Patentliteratur
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- - US 5724846 [0003, 0003]
- - EP 0956950 A1 [0004]
- - DE 102005026907 A1 [0005]