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Die Erfindung betrifft eine Anordnung zum Einstellen eines Arbeitsspalts zwischen Arbeitswalzen eines Walz- und/oder Führungsgerüstes, insbesondere für ein Walzwerk, aufweisend wenigstens eine zumindest einfachwirkende Kolbenzylindereinheit, welche zur Einstellung des Arbeitsspalts wirktechnisch mit einer der Arbeitswalzen verbunden ist, wenigstens eine Hydraulikeinrichtung und wenigstens eine Hydraulikflüssigkeit, wobei die Kolbenzylindereinheit mittels der Hydraulikeinrichtung mit der Hydraulikflüssigkeit beaufschlagbar sein kann.
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Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Walz- und/oder Führungsgerüst, insbesondere für ein Walzwerk, und ein Walzwerk.
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Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Einstellen eines Arbeitsspalts zwischen Arbeitswalzen eines Walz- und/oder Führungsgerüstes, insbesondere für ein Walzwerk.
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In Walzwerken werden Walz- und/oder Führungsgerüste eingesetzt, um mit ihnen Halbzeuge aus Ausgangsprodukten, wie beispielsweise Barren, Brammen, Blöcken oder Knüppeln, herzustellen. Hierzu werden die Ausgangsprodukte durch einen zwischen zwei Arbeitswalzen eines Walz- und/oder Führungsgerüstes gebildeten Arbeitsspalt geführt.
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Um ein Halbzeug mit gewünschter Dimensionierung herstellen zu können, ist es erforderlich, den Arbeitsspalt entsprechend den jeweiligen Anforderungen einzustellen. Hierzu ist es bekannt, mechanische Anstelleinrichtungen einzusetzen, welche zur Einstellung des Arbeitsspalts wirktechnisch mit wenigstens einer der Arbeitswalzen verbunden sind. Auf der anderen Seite ist es bekannt, zur Einstellung eines Arbeitsspalts kostengünstigere hydraulische Anstelleinrichtungen zu verwenden, welche zur Einstellung des Arbeitsspalts ebenfalls wirktechnisch mit wenigstens einer der Arbeitswalzen verbunden sind.
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Mechanische Anstelleinrichtungen sind in der Regel relativ groß dimensioniert und aufwändig in ihrer Herstellung. Zudem ist ihre Regelung relativ kompliziert, was insbesondere mit schwierigen Betriebsbedingungen einhergeht. Dies ist mit relativ hohen Herstellungs- und Betriebskosten verbunden, darunter fällt auch die notwendige Schmierung der mechanisch zusammenwirkenden Teile. Ferner ist eine Verstellung eines Arbeitsspalts während eines Stichs in der Regel nur bedingt oder gar nicht möglich.
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Hydraulische Anstelleinrichtung verwenden als Arbeitsmedium Hydrauliköl. Hierbei ist nachteilig, dass eine in einer Kolbenzylindereinheit der hydraulischen Anstelleinrichtung enthaltene Hydraulikölsäule elastische Eigenschaften aufweist, so dass ein einheitlich qualitatives Walzergebnis nicht immer zuverlässig erzielbar ist.
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Aufgabe der Erfindung ist es, eine wartungsfreundliche, kostengünstig realisierbare und sehr exakte Einstellung eines Arbeitsspalts zwischen Arbeitswalzen eines Walz- und/oder Führungsgerüstes zu ermöglichen. Ferner die einfache Möglichkeit einer Umrüstung bzw. Modernisierung bestehender Gerüste zu schaffen.
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Diese Aufgabe wird durch eine Anordnung mit den Merkmalen gemäß Anspruch 1, ein Walz- und/oder Führungsgerüst mit den Merkmalen gemäß Anspruch 6, ein Walzwerk mit den Merkmalen gemäß Anspruch 7 sowie ein Verfahren mit den Merkmalen gemäß Anspruch 8 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen wiedergegeben, welche jeweils für sich genommen oder in verschiedener Kombination miteinander einen Aspekt der Erfindung darstellen können.
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Mit Patentanspruch 1 wird eine Anordnung zum Einstellen eines Arbeitsspalts zwischen Arbeitswalzen eines Walz- und/oder Führungsgerüstes, insbesondere für ein Walzwerk, vorgeschlagen, aufweisend wenigstens eine Kolbenzylindereinheit, welche zur Einstellung des Arbeitsspalts wirktechnisch mit einer der Arbeitswalzen verbunden ist, wenigstens eine Hydraulikeinrichtung und wenigstens eine Hydraulikflüssigkeit, wobei die Kolbenzylindereinheit mittels der Hydraulikeinrichtung mit der Hydraulikflüssigkeit beaufschlagbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Hydraulikflüssigkeit eine magnetorheologische Hydraulikflüssigkeit ist, wobei an der Kolbenzylindereinheit wenigstens eine Einrichtung zum zeitweiligen Erzeugen eines magnetischen Feldes innerhalb eines mit der magnetorheologischen Hydraulikflüssigkeit beaufschlagten Abschnitts der Kolbenzylindereinheit angeordnet ist.
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Gemäß der Erfindung kann eine Einstellung eines Arbeitsspalts zwischen Arbeitswalzen eines Walz- und/oder Führungsgerüstes ohne die aufwändige und kostenintensive Verwendung einer mechanischen Anstelleinrichtung erfolgen. Stattdessen wird erfindungsgemäß eine kostengünstigere magnetorheologische Anstellung durchgeführt. Der Aufwand der Schmierung, wie sie für mechanische Anstellungen notwendig ist, kann damit entfallen.
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Ist mit der erfindungsgemäßen Anordnung ein gewünschter Arbeitsspalt eingestellt, kann dieser gewissermaßen durch die Erzeugung des magnetischen Feldes in dem mit der magnetorheologischen Hydraulikflüssigkeit beaufschlagten Abschnitt der Kolbenzylindereinheit eingefroren werden, da das magnetische Feld ein Erstarren der in der Kolbenzylindereinheit vorhandenen magnetorheologischen Flüssigkeit bewirkt, so dass keine Elastizität einer Hydraulikölsäule wie bei herkömmlichen hydraulischen Anstelleinrichtung gegeben ist. Das magnetische Feld ändert insbesondere die Viskosität der in der Kolbenzylindereinheit enthaltenen magnetorheologischen Flüssigkeit und somit ihr Auffederungs- oder Dämpfungsverhalten. Wird beispielsweise die Viskosität, d. h. die Zähflüssigkeit der magnetorheologischen Flüssigkeit vergrößert, so erhöht sich damit nicht nur die Steifigkeit der Flüssigkeitssäule, sondern auch die Steifigkeit eines Gesamtsystems (Walzgerüst mit Flüssigkeit), obwohl die Elastizität, d. h. der E-Modul des Walzgerüstes, soweit es aus mechanischen Komponenten besteht, unverändert geblieben ist. Anders ausgedrückt: Die variable Einstellung der Viskosität der Flüssigkeit im Walzgerüst, ermöglicht eine Feineinstellung der Steifigkeit des Gesamtsystems im Hinblick auf eine für einen bestimmten Walzprozess speziell gewünschte Steifigkeit des Gesamtsystems in der Umgebung der durch den E-Modul des Walzgerüstes vorgegebenen Grundsteifigkeit. Ferner kann durch den geregelten Aufbau des Magnetfeldes die Scheerkrafterzeugung/-aufnahme in der Kolbenzylindereinheit geregelt werden, um die Gegenlagerkraft zu halten bzw. aufzubringen. Dies kann unterstützt werden durch zusätzliche Einrichtungen, wie zum Beispiel Drucküberübertragungseinrichtungen.
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Folglich variiert ein mit der erfindungsgemäßen Anordnung eingestellter Arbeitsspalt nicht ungewollt, wodurch hochqualitativere Walzergebnisse erzielbar sind. Entsprechende Eigenschaften von magnetorheologischen Flüssigkeiten sind beispielsweise von Dämpferanordnungen bekannt, wie zum Beispiel die Offenlegungsschrift
DE 198 20 570 A1 belegt.
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Die erfindungsgemäße Erzeugung des magnetischen Feldes in einem Abschnitt der Kolbenzylindereinheit ist mit einer zusätzlichen Regelungsmöglichkeit auch während eines Stichs verbunden. Insbesondere kann bei Verwendung der erfindungsgemäßen Anordnung eine Anpassung / Veränderung eines Arbeitsspalts während eines Stichs erfolgen.
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Die erfindungsgemäße Anordnung kann auch zwei oder mehrere Kolbenzylindereinheiten aufweisen, welche zur Einstellung des Arbeitsspalts wirktechnisch mit einer der Arbeitswalzen verbunden sind. Auch können beide Arbeitswalzen mit jeweils wenigstens einer Kolbenzylindereinheit zur Einstellung des Arbeitsspalts wirktechnisch verbunden sein.
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Bei der Nutzung der erfindungsgemäßen Einrichtung kann eine Veränderung eines Arbeitsspalts durch eine an einem Walz- und/oder Führungsgerüst vorhandene hydraulische Kolbenzylindereinheit erfolgen. Die vorhandene hydraulische Kolbenzylindereinheit wird in der Regel über ein zentrales Hydrauliksystem geregelt. Mittels der vorhandenen hydraulischen Kolbenzylindereinheit kann zum Beispiel zunächst eine grobe Verstellung eines Arbeitsspalts vorgenommen werden, bevor eine endgültige Verstellung des Arbeitsspalts mittels der erfindungsgemäßen Anordnung erfolgt.
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Als magnetorheologische Hydraulikflüssigkeit können verschiedene Flüssigkeiten mit den jeweilig optimalen Eigenschaften eingesetzt werden. Die Erfindung ist nicht auf die Verwendung einer bestimmten magnetorheologischen Flüssigkeit beschränkt.
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Die Einrichtung zum zeitweiligen Erzeugen des magnetischen Feldes innerhalb des mit der magnetorheologischen Hydraulikflüssigkeit beaufschlagten Abschnitts der Kolbenzylindereinheit kann auf irgendeine geeignete Weise ausgestaltet sein.
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Die Erfindung ist nicht auf eine bestimmte Ausgestaltung dieser Einrichtung beschränkt.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung weist die Hydraulikeinrichtung eine fluidleitende Reihenschaltung aus wenigstens einer Hydraulikpumpe zum Pumpen der magnetorheologischen Hydraulikflüssigkeit und einer zweiten elektronisch ansteuerbaren Hydraulikeinheit auf, wobei die Kolbenzylindereinheit derart an die zweite Hydraulikventileinheit anschließbar ist, dass die Hydraulikpumpe über die zweite Hydraulikventileinheit fluidleitend mit der Kolbenzlylindereinheit verbunden ist. Über eine Ansteuerung der Hydraulikventileinheit und eventuell auch der Hydraulikpumpe kann die Kolbenzylindereinheit auf gewünschte Art und Weise mit der magnetorheologischen Hydraulikflüssigkeit beaufschlagt werden. Die Hydraulikventileinheit kann wenigstens ein Regelventil aufweisen, welches beispielsweise als 3/2-Wegeventil ausgebildet sein kann.
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Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist in der Hydraulikeinrichtung zwischen die Hydraulikpumpe und die zweite Hydraulikventileinheit eine Reihenschaltung bestehend aus einer ersten Hydraulikventileinheit und einer Druckübertragungseinrichtung fluidleitend geschaltet, wobei mittels der Druckübertragungseinrichtung ein Druck von der primären Hydraulikflüssigkeit auf eine sekundäre Hydraulikflüssigkeit übertragbar ist; und wobei die erste Hydraulikventileinheit vorzugsweise zwischen die Hydraulikpumpe und die Druckübertragungseinrichtung geschaltet ist. Gemäß dieser Ausgestaltung kann ein eventuell vorhandenes, ein primäres Hydrauliköl verwendendes Hydrauliksystem zur erfindungsgemäßen Einstellung des Arbeitsspalts verwendet werden. Es ist auch möglich, ein primäres Hydrauliköl verwendendes Hydrauliksystem für die Realisierung der Erfindung neu zu konstruieren. Über die zusätzliche Einrichtung erfolgt eine Trennung der primären Hydraulikflüssigkeit, beispielsweise einem Hydrauliköl, und der sekundären magnetorheologischen Hydraulikflüssigkeit. Über eine Ansteuerung der Hydraulikventileinheiten und eventuell auch der Hydraulikpumpe kann die Kolbenzylindereinheit auf gewünschte Art und Weise mit der magnetorheologischen Hydraulikflüssigkeit beaufschlagt werden. Die Hydraulikventileinheiten können jeweils wenigstens ein Regelventil aufweisen, welches beispielsweise als 3/2-Wegeventil ausgebildet sein kann.
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Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung sieht vor, dass die Anordnung wenigstens eine kommunikationstechnisch mit der Hydraulikeinrichtung verbundene elektronische Steuer- und/oder Regeleinrichtung aufweist, welche zum Steuern bzw. Regeln der Beaufschlagung des Hydraulikzylinders mit der magnetorheologischen Hydraulikflüssigkeit eingerichtet ist. Die Steuer- und/oder Regeleinrichtung kann als separate Baueinheit ausgeführt sein. Alternativ kann die Steuer- und/oder Regeleinrichtung durch eine elektronische Ansteuerung eines Walz- und/oder Führungsgerüstes oder einer Walzstrasse ausgebildet sein.
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Mit Patentanspruch 5 wird ein Walz- und/oder Führungsgerüst, insbesondere für ein Walzwerk, vorgeschlagen, gekennzeichnet durch wenigstens eine Anordnung gemäß einer der vorgenannten Ausgestaltungen oder einer beliebigen Kombination derselben. Mit diesem Walz- und/oder Führungsgerüst sind die oben mit Bezug auf die Anordnung genannten Vorteile entsprechend verbunden.
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Das Walz- und/oder Führungsgerüst kann beispielsweise eine Duo-, Trio- oder Quarto-Walzenanordnung aufweisen oder eine noch größere Anzahl von Walzen aufweisen.
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Mit Patentanspruch 6 wird ein Walzwerk vorgeschlagen, gekennzeichnet durch wenigstens ein vorgenanntes Walz- und/oder Führungsgerüst. Mit diesem Walzwerk sind die oben mit Bezug auf die Anordnung genannten Vorteile entsprechend verbunden.
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Mit Patentanspruch 7 wird ein Verfahren zum Einstellen eines Arbeitsspalts zwischen Arbeitswalzen eines Walz- und/oder Führungsgerüstes, insbesondere für ein Walzwerk, vorgeschlagen, wobei das Walz- und/oder Führungsgerüst wenigstens eine Kolbenzylindereinheit aufweist, welche zur Einstellung des Arbeitsspalts wirktechnisch mit einer der Arbeitswalzen verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Kolbenzylindereinheit mit einer magnetorheologischen Hydraulikflüssigkeit beaufschlagt wird, wobei innerhalb eines mit der magnetorheologischen Hydraulikflüssigkeit beaufschlagten Abschnitts der Kolbenzylindereinheit zeitweilig ein magnetisches Feld erzeugt wird. Mit diesem Verfahren sind die oben mit Bezug auf die Anordnung genannten Vorteile entsprechend verbunden.
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Im Folgenden wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die anliegenden Figuren anhand von bevorzugten Ausführungsbeispielen exemplarisch erläutert, wobei die nachfolgend dargestellten Merkmale sowohl jeweils für sich genommen als auch in verschiedener Kombination miteinander einen Aspekt der Erfindung darstellen können. Es zeigen
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1: eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels für ein erfindungsgemäßes Walz- und/oder Führungsgerüst, und
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2: eine schematische Darstellung eines weiteren Ausführungsbeispiels für ein erfindungsgemäßes Walz- und/oder Führungsgerüst.
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1 zeigt eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels für ein erfindungsgemäßes Walz- und/oder Führungsgerüst 1 für ein nicht näher dargestelltes Walzwerk.
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Das Walz- und/oder Führungsgerüst 1 weist eine Quarto-Aufbau mit einem nicht näher dargestellten Walzenständer auf, an dem zwei Stützwalzen 2 und 3 und zwei Arbeitswalzen 4 und 5 beweglich gelagert sind, wobei zwischen den Arbeitswalzen 4 und 5 ein Arbeitsspalt S ausgebildet ist.
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Das Walz- und/oder Führungsgerüst 1 weist eine Anordnung 6 zum Einstellen des Arbeitsspalts S zwischen den Arbeitswalzen 4 und 5 auf. Die Anordnung 6 umfasst eine Kolbenzylindereinheit 7, welche zur Einstellung des Arbeitsspalts S wirktechnisch mit der Arbeitswalze 4 verbunden ist. Des Weiteren umfasst die Anordnung 6 eine Hydraulikeinrichtung 8 und eine magnetorheologische Hydraulikflüssigkeit, wobei die Kolbenzylindereinheit 7 mittels der Hydraulikeinrichtung 8 mit der magnetorheologischen Hydraulikflüssigkeit beaufschlagbar ist. An der Kolbenzylindereinheit 7 ist eine Einrichtung 9 zum zeitweiligen Erzeugen eines magnetischen Feldes innerhalb eines mit der magnetorheologischen Hydraulikflüssigkeit beaufschlagten Abschnitts der Kolbenzylindereinheit 7 angeordnet.
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Die Hydraulikeinrichtung 8 umfasst eine Hydraulikpumpe 10 zum Pumpen der magnetorheologischen Hydraulikflüssigkeit und eine der Hydraulikpumpe 10 nachgeschaltete, elektronisch ansteuerbare Hydraulikventileinheit 11, wobei die Hydraulikpumpe 10 über die Hydraulikventileinheit 11 fluidleitend mit der Kolbenzylindereinheit 7 verbindbar ist. Die Hydraulikventileinheit 11 ist beispielsweise als Wegeventil ausgebildet.
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Ferner umfasst die Anordnung 6 eine über eine Kommunikationsverbindung 12 kommunikationstechnisch mit der Hydraulikeinrichtung 8 verbundene elektronische Steuer- und/oder Regeleinrichtung 13, welche zum Steuern bzw. Regeln der Beaufschlagung der Kolbenzylindereinheit 7 mit der magnetorheologischen Hydraulikflüssigkeit eingerichtet ist.
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2 zeigt eine schematische Darstellung eines weiteren Ausführungsbeispiels für ein erfindungsgemäßes Walz- und/oder Führungsgerüst 1. Die Anordnung 6 dieses Walz- und/oder Führungsgerüstes 1 unterscheidet sich von dem in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel dadurch, dass die Hydraulikeinrichtung 8 eine Hydraulikpumpe 10 zum Pumpen einer primären Hydraulikflüssigkeit in Form eines Hydrauliköls, eine der Hydraulikpumpe 10 nachgeschaltete, elektronisch ansteuerbare erste Hydraulikventileinheit 14, eine der ersten Hydraulikventileinheit 14 nachgeschaltete Druckübertragungseinrichtung 15, mit der ein Druck von der primären Hydraulikflüssigkeit auf eine sekundäre magnetorheologische Hydraulikflüssigkeit übertragbar ist, und wenigstens eine der Druckübertragungseinrichtung 15 nachgeschaltete, elektronisch ansteuerbare zweite Hydraulikventileinheit 11 aufweist, wobei die Hydraulikpumpe 10 über die erste Hydraulikventileinheit 14 fluidleitend mit der Druckübertragungseinrichtung 15 und die Druckübertragungseinrichtung 15 über die zweite Hydraulikventileinheit 11 fluidleitend mit der Kolbenzylindereinheit 7 verbindbar ist.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Walz- und/oder Führungsgerüst
- 2
- Stützwalze
- 3
- Stützwalze
- 4
- Arbeitswalze
- 5
- Arbeitswalze
- 6
- Anordnung
- 7
- Kolbenzylindereinheit
- 8
- Hydraulikeinrichtung
- 9
- Einrichtung
- 10
- Hydraulikpumpe
- 11
- Hydraulikventileinheit
- 12
- Kommunikationsverbindung
- 13
- Steuer- und/oder Regeleinrichtung
- 14
- Hydraulikventileinheit
- 15
- Druckübertragungseinrichtung
- S
- Arbeitsspalt
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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