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Die Erfindung betrifft eine Stützwalze zum Abstützen einer Arbeitswalze in einem Walzgerüst und eine Walzenanordnung.
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Stützwalzen sind im Stand der Technik zum Beispiel aus der internationalen Patentanmeldung
WO 2004/089559 oder den russischen Patentanmeldungen
RU 2 044 179 C1 und
RU 2 148 737 C1 bekannt. Die Stützwalzen umfassen typischerweise einen Walzenballen und an den beiden Stirnseiten des Walzenballens angeordnete Walzenzapfen, wobei zumindest in einer Stirnseite des Walzenballens eine zur Stirnseite hin offene ringförmige Hohlkehle ausgebildet ist.
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Während eines Walzprozesses dienen die Stützwalzen zum Abstützen von Arbeitswalzen und sind deshalb regelmäßig großen dynamischen Belastungen, insbesondere Biegespannungen, über ihrer gesamten Länge ausgesetzt. Die Hohlkehlen in den Stirnseiten der Walzenballen bedeuten eine mechanische Schwächung der Stützwalzen; deshalb treten in den Hohlkehlen maximale Spannungsbelastungen während des Walzbetriebs auf. Dies bedeutet, dass im Bereich der Hohlkehlen die größte Bruchgefahr für die Stützwalzen besteht. Dies gilt zumindest für bisher im Stand der Technik verwendete Konturen der Hohlkehlen, wobei diese Konturen aus zum Beispiel einem Kreisbogenabschnitt und mindestens eifern geradem Abschnitt bestehen.
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Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine bekannte Stützwalze und eine bekannte Walzenanordnung mit einer ringförmigen Hohlkehle in mindestens einer Stirnseite der Stützwalze dahingehend weiterzubilden, dass die mechanischen Spannungen bei auftretenden Walzkräften im Walzbetrieb im Bereich der Hohlkehle weiter reduziert werden.
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Diese Aufgabe wird bezüglich der Stützwalze durch den Gegenstand des Anspruchs 1 gelöst. Dieser ist dadurch gekennzeichnet, dass die Kontur der Hohlkehle zum Innern des Walzenballens hin in Form eines Halbkreises ausgebildet ist, wobei die Kontur durch drei benachbart angeordnete Kreisbogenabschnitte mit einem ersten, zweiten und dritten Radius gebildet beziehungsweise approximiert ist.
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Von der Anmelderin durchgeführte Versuche und Simulationen haben gezeigt, dass bei einer derart gestalteten Kontur der Hohlkehle die in der Stützwalze während des Walzbetriebs auftretenden Spannungen im Bereich der Hohlkehle gegenüber den aus dem Stand der Technik bekannten Konturen sehr deutlich reduziert sind. Damit wird die Bruchgefahr der Stützwalze verringert, dass heißt ihre Lebensdauer verlängert, und damit werden die Bertriebskosten für den Betreiber gesenkt.
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Der Begriff Kontur bezieht sich auf eine Betrachtung der Hohlkehle oder der Stützenwalze in einem Längsschnitt entlang der Längsachse der Stützwalze.
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Besonders vorteilhafte Größenverhältnisse für die Radien der einzelnen Kreisbogenabschnitte sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben. Bei diesen Radien-Verhältnissen sind die auftretenden Spannungen im Bereich der Hohlkehle besonders gering.
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Gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung ist die Kontur des Walzenballens der Stützwalze in axialer Richtung mindestens zu der Stirnseite mit der Hohlkehle hin zurück geschliffen. Dieser Rückschliff des Walzenballens bewirkt vorteilhafterweise eine Vermeidung von ansonsten unter Biebebeanspruchung im Bereich der Stirnseiten der Walzenballen auftretenden maximalen Belastungen. In Verbindung mit der Hohlkehle, die, wie gesagt, eine Schwächung der Stützwalze darstellt, besteht ansonsten, dass heißt ohne den erwähnten Kantenrückschliff die Gefahr, dass der ringförmige Überhang des Walzenballens oberhalb der Hohlkehle bis hin zum Außenradius des Walzenballens abbricht.
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Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, dass sich der Rückschliff nur über einen bestimmten Längenabschnitt mit der Länge x, beginnend ab der Stirnseite des Walzenballens zur Mitte der Stützwalze hin erstreckt. Auch hat es sich als vorteilhaft erwiesen, dass die Kontur des Walzenballens in axialer Richtung nicht beliebig, sondern im Bereich des Längenabschnittes x durch zwei benachbarte überlagerte Kreisbogenabschnitte gebildet ist. Bezüglich näherer Informationen zur konkreten Ausgestaltung der Kontur des Walzenballens sei auf die abhängigen Patentansprüche verwiesen.
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Die oben genannte Aufgabe wird weiterhin durch eine Walzenanordnung gelöst, wobei die Walzenanordnung eine erfindungsgemäße Stützwalze und zwei Lager umfasst, in welchem die Stützwalze mit ihren Walzenzapfen gelagert ist. Die Lager sind typischerweise jeweils als Gleitlager oder als Wälzlager ausgebildet. Die Vorteile dieser Walzenanordnung entsprechen den oben mit Bezug auf die Stützwalze genannten Vorteilen.
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Der Beschreibung sind insgesamt fünf Figuren beigefügt, wobei
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1 eine Stützwalze im Zusammenwirken mit einer Arbeitswalze gemäß dem Stand der Technik und der vorliegenden Erfindung;
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2 eine Teilansicht einer Walzenanordnung;
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3 einen Längsschnitt durch eine erfindungsgemäße Stützwalze mit einer Hohlkehle; und
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4a, b, c, d eine Erläuterung zur Gestaltung der Kontur des Walzenballens gemäß der vorliegenden Erfindung
zeigt.
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Die Erfindung wird nachfolgend in Form von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die genannten Figuren detailliert beschrieben. In allen Figuren werden gleiche technische Elemente durch gleiche Bezugszeichen bezeichnet.
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1 zeigt eine Stützwalze 100 zum Abstützen einer Arbeitswalze 200 in einem Walzgerüst. Die Stützwalze umfasst einen Walzenballen 110 und an den beiden Stirnseiten 112-1, 112-2 des Walzenballens angeordnete Walzenzapfen 114-1, 114-2. In zumindest einer Stirnseite 112-1, 112-2 des Walzenballens, typischerweise jedoch in beiden Stirnseiten, ist im Übergangsbereich zwischen dem Walzenzapfen und der Stirnseite des Walzenballens eine zur Stirnseite hin offene ringförmige Hohlkehle 115 ausgebildet.
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In 1 ist weiterhin die im Walzbetrieb auftretende mechanische Belastung durch die Kraft F symbolisiert. Die Kraft F, genauer gesagt eine Kraftverteiliung, überträgt sich im Walzbetrieb von der Arbeitswalze auf die Stützwalze und muss letztendes von Lagern (in 1 nicht gezeigt) in denen die Stützwalze gelagert ist bzw. von dem Walzenständer in dem die Stützwalze gelagert ist, aufgefangen werden. Jedes der Lager an den beiden Enden der Walze wird dabei mit der halben Kraft F belastet.
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2 zeigt einen Längsschnitt durch die erfindungsgemäße Walzenanordnung bestehend aus der Stützwalze 200 und zwei Lagern, von denen lediglich ein Lager 300-1 gezeigt ist. Die Stützwalze ist mit ihrem Walzenzapfen 114-1 in dem Lager 300-1 gelagert. Das Lager ist in 2 beispielhaft als Gleitlager ausgebildet; es kann jedoch alternativ auch als Wälzlager ausgebildet sein. In der in 2 gezeigten Ausführung als Gleitlager umfasst das Gleitlager eine auf den Walzenzapfen verdrehfest aufgeschobene Zapfenbuchse 302-1. Der Walzenzapfen 114-1 mit der Zapfenbuchse 302-1 ist in einer Lagerbuchse 304-1 drehbar gelagert. Die Lagerbuchse ist Teil eines Lagergehäuses 306-1, auch Einbaustück genannt und drehfest mit dem Einbaustück verbunden. Zwischen der Lagerbuchse 304-1 und der Zapfenbuchse 302-1 ist ein Schmierfilm ausgebildet (in 2 nicht gezeigt). Das Einbaustück ist zur Stirnseite des Walzenballens hin mit einem Abstand d beabstandet.
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Während des Walzbetriebs ist der Schmierfilm zwischen der Lagerbuchse 304-1 und der Zapfenbuchse 302-1 aus Öl unter Druck gebildet. Das Öl drängt aus dem Zwischenraum zwischen der Lagerbuchse und der Zapfenbuchse heraus, insbesondere zur Stirnseite 112-1 des Walzenballens hin. Gleichzeitig ist der Walzenballen der Stützwalze während des Walzbetriebs zum Beispiel Kühlwasser ausgesetzt, welches durch den Ringspalt mit der Breite d zwischen dem Walzenballen und dem Einbaustück in Richtung der Hohlkehle läuft. Um eine Vermischung zwischen dem Kühlwasser von dem Walzenballen und dem Öl des Schmierfilms zu verhindern, ist im Bereich der Hohlkehle 150 ein oder mehrere Dichtungsringe 308 angeordnet. Mit dem Einbau der Dichtungsringe 308 in die Hohlkehle 115 wird die Dichtung ein Stück weit in das Innere des Walzenballens verlagert; dies hat den Vorteil, dass der Abstand d zwischen dem Einbaustück und der Stirnseite des Walzenballens sehr klein ausgebildet werden kann. Dies hat den Vorteil, dass bei Altanlagen in vorhandene Walzgerüste mit vorgegebener Breite Stützwalzen mit breiteren Ballen zum Walzen breiterer Produkte eingebaut werden können und dass bei Neuanlagen die Walzgerüste bzw. die Walzenständer von vornherein schmaler gebaut werden können und trotzdem die Stützwalzen mit breiten Ballen eingebaut werden können.
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3 zeigt die erfindungsgemäße Ausgestaltung der Kontur 116 der Hohlkehle 115 und der Kontur 118 des Walzenballens 110. Erfindungsgemäß ist die Kontur 116 der Hohlkehle 115 zum Innern des Walzenballens 110 hin in Form eines Halbkreises ausgebildet, wobei die Kontur des Halbkreises durch drei benachbart angeordnete Kreisbogenabschnitte 116-1, 116-2 und 116-3 gebildet bzw. approximiert ist. Der erste Kreisbogenabschnitt hat einen ersten Radius r1, der zweite Kreisbogenabschnitt 116-2 hat einen zweiten Radius r2 und der dritte Kreisbogenschnitt hat einen dritten Radius r3.
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Die drei Radien können erfindungsgemäß nicht beliebig gewählt werden, sondern stehen jeweils in einem bestimmten Verhältnis zueinander. So ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass das Verhältnis von dem ersten Radius r1 zu dem zweiten Radius r2 im einem Wertebereich zwischen 1,6 und 3,6, vorzugsweise bei 2,2 liegt. Gleichzeitig ist vorgesehen, dass das Verhältnis von dem zweiten Radius r2 zu dem dritten Radius r3 in einem Wertebereich zwischen 0,4 und 0,7 vorzugsweise bei 0,56 liegt. Und schließlich ist vorgesehen, dass das Verhältnis von dem ersten Radius r1 zu dem dritten Radius r3 in einem Wertebereich zwischen 0,9 und 1,6, vorzugsweise bei 1,22 liegt. Bei Ausbildung dieser Radienverhältnisse wird die Spannungsverteilung im Bereich der Hohlkehle und damit die Bruchgefahr für die Stützwalze im Belastungsfalle minimiert.
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3 zeigt weiterhin, dass die Kontur 118 des Walzenballens 110 der Stützwalze in axialer Richtung zur Stirnseite 112-1 mit der Hohlkehle 115 hin zurück geschliffen ist. Dies hat zur Folge, dass bei Nichtbelastung der Stützwalze durch eine Arbeitswalze 200, wie in 3 gezeigt, die Arbeitswalze im Bereich der Stirnseite des Walzenballens nicht mehr auf dem Walzenballen aufliegt. Im Belastungsfalle, das heißt im Walzbetrieb, ändert sich die Situation jedoch mit der Konsequenz, dass dann auch der ringförmige Überhang 119 des Walzenballens zwischen der Hohlkehle 115 und der zurück geschliffenen Kontur des Walzenballens zunehmend in radialer Richtung durch die Arbeitswalze belastet wird. Allerdings wird der radiale Überhang aufgrund des Rückschliffs bei weitem nicht so stark belastet als ohne Rückschliff.
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Unter Bezugnahme auf die 3 und 4a–d wird nachfolgend eine erfindungsgemäß als besonders günstig angesehene Ausgestaltung des Rückschliffs für die Kontur 118 des Walzenballens näher beschrieben.
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So ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass sich der Rückschliff über einen Längenabschnitt mit der Länge x, beginnend ab der Stirnseite 112-1 des Walzenballens hin zur Mitte der Stützwalze erstreckt mit x = g·Tmax (1) mit
- g:
- Gewichtungsfaktor mit g ∊ {1–1,5}, vorzugsweise 1,3; und
- Tmax:
- maximale Tiefe der Hohlkehle in axialer Richtung in Bezug auf die Stirnseite 112-1 des Walzenballens 110.
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Die Formel (1) zeigt, dass zumindest die Länge x, über die sich der Rückschliff erstreckt, erfindungsgemäß über die maximale Tiefe Tmax der Hohlkehle auf deren besondere Ausgestaltung abgestimmt und insofern von dieser abhängig ist.
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In den 3 und 4a–d ist die Länge x beispielsweise mit 200 mm angenommen. Das heisst, der Rückschliff beginnt 200 mm von der Stirnseite des Walzenballens entfernt und erstreckt sich zur Stirnseite hin.
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4a zeigt nochmals die gesamte Stützwalze mit den Koordinaten x und y.
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In den 4b–d ist die Realisierung des Rückschliffs gemäß der vorliegenden Erfindung veranschaulicht. Es ist zu erkennen, dass der Rückschliff im Längsschnitt insgesamt durch zwei überlagerte Kreisbogenabschnitte gebildet ist. Konkret ist in 4b zu erkennen, dass zur Herstellung der beanspruchten Kontur 118 zunächst in einem ersten Bearbeitungsschritt der Walzenballen an seiner Außenseite beginnend im Abstand x von der Stirnseite über die gesamte Länge x mit einer Kontur entsprechend eines fünften Kreisbogenabschnitts mit einem fünften Radius r5 geschliffen wird. Dieser Radius r5 kann beispielsweise 26,66 Meter betragen. Gemäß 4c wird dann in einem nachfolgenden zweiten Bearbeitungsschritt die Kontur des Walzenballens im Bereich der stirnseitigen Hälfte des Längenabschnitts x1, dass heißt beispielsweise im Bereich von 0 bis 100 mm, nochmals weiter zurückgeschliffen und zwar in Form eines vierten Kreisbogenabschnitts mit einem vierten Radius r4. Insgesamt ergibt sich auf diese Weise über der Länge x eine Gesamt-Rückschliffkontur, die sich im Längenabschnitt x1 aus zwei überlagerten Kreisbogenabschnitten r4, r5 zusammensetzt.
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Der Radius r5 ist vorzugsweise größer als der Radius r4. In dem Beispiel gemäß 4 beträgt der Radius r4 vier Meter. Das Verhältnis von dem fünften Radius r5 zu dem vierten Radius r4 beträgt vorzugsweise 6,66.
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Bei Ausbildung der Hohlkehle mit der beanspruchten Kontur 116 und bei gleichzeitiger Ausbildung der Kontur 118 für den Walzenballen, wie soeben beschrieben, ist gewährleistet, dass nicht nur die Bruchgefahr für die Stützwalze im Bereich des Überganges zwischen der Stirnseite des Walzenballens und dem Walzenzapfen, sondern auch die Bruchgefahr für den ringförmigen Überhang 119 minimiert ist.
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Bezugszeichenliste
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- 100
- Stützwalze
- 110
- Walzenballen
- 112-1
- Stirnseite des Walzenballens
- 112-2
- Stirnseite des Walzenballens
- 114-1
- Walzenzapfen
- 114-2
- Walzenzapfen
- 115
- Hohlkehle
- 116
- Kontur der Hohlkehle
- 116-1
- Kreisbogenabschnitt
- 116-2
- Kreisbogenabschnitt
- 116-3
- Kreisbogenabschnitt
- 118
- Kontur des Walzenballens
- 119
- Ringförmiger Überhang des Walzenballens
- 200
- Arbeitswalze
- r1
- erster Radius
- r2
- zweiter Radius
- r3
- dritter Radius
- r4
- vierter Radius
- r5
- fünfter Radius
- g
- Gewichtungsfaktor
- Tmax
- maximale Tiefe der Hohlkehle
- x
- Längenabschnitt über den sich der Rückschliff erstreckt
- x1
- erster, stirnseitiger Teillängenabschnitt des Längenabschnitts x
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- WO 2004/089559 [0002]
- RU 2044179 C1 [0002]
- RU 2148737 C1 [0002]
