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"Horizontale Biegesteuerung.in Walzwerken mit mehr als--zwei Walzen.zur
Balligkeitsregelung" ( drown control ) Die Erfindung betrifft ein Walzgerüst zum
Auswalzen von Flachmaterial aus metallischen oder nicht metallischen Werkstoffen,
insbesondere zum Auswalzen von Blechen und Bändern, mit einem Paar Arbeitswalzen,
die sich an Zwischen- oder äußeren Stützwalzen abstützen und mit Einrichtungen zur
gesteuerten Eigenbiegung der Arbeitswalzen in im wesentlichen horizontaler Richtung,
so daß Berührungslinien zwischen den Arbeitswalzen und den Zwischen- oder Stützwalzen
gekrümmt einstellbar sind und die Toleranz des Flachmaterials über die Breite durch
die Biegesteuerung beeinflußbar ist.
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Es ist bekannt, eine Balligkeitsregelung der Arbeitswalzen durch Schrägstellen
der Arbeitswalzen gegenüber den Stützwalzen hervorzurufen. Dadurch werden die Ränder
des Bandes weniger gedrückt. Wegen der auftretenden Axialschübe hat sich dieses
Verfahren beim Walzen von Metallen, wo größere Drücke auftreten, jedoch nicht bewährt.
Eine andere Art von Walzen-Biegesteuerung beruht darauf, an den verlängerten Walzenzapfen
hydraulische Biegekräfte unter einem Hebel arm zu den Walzenlagern einwirken zu
lassen, die quer zum Walzgut, d. h. vertikal gerichtet sind. Die Reaktionskräfte
aus den Biegemomenten müssen dabei von den Walzenlagern aufgenommen werden, die
dadurch hoch belastet werden.
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Es gibt auch eine Art horizontaler Biegesteuerung von Arbeitswalzen,
bei der über die Länge einer Arbeitswalze verteilt Druckrollen vorgesehen sind,
um eine der Arbeitswalzen gegenüber der anderen in
Abhängigkeit-von
ebenso-über die Blechbreite verteilten Dickenmeßgeräten horizontal zu verbiegen,
so daß die normalerweise senkrecht verlaufende Walzspaltebene partiell schräg eingestellt
werden kann. Hierdurch ergeben sich örtlich bestimmbare Walzspaltänderungen. (US-Patentschrift
2.792.730) Einen ähnlichen Effekt kann man auch dadurch erreichen, daß die
von den angetriebenen Stützwalzen über Reibung mitgenommenen ArbeitswaLzen gesteuert
abgebremst werden;» so daß die. Ausblegung der dünnen.Arbeitswalzen in horizontaler
Richtung beeinflußbar ist. (britische Patentschrift 999. 238) Die Erfindung hat.
sich die Aufgabe gestellt, eine horizontale Biegesteuerung von Arbeitswalzen zu
schaffen, die weder gesteuerte Druckrollen noch Einrichtungen zum gesteuerten Ändern
der Drehmomente zwischen Arbeits- und Stützwalzen benötigt. Die Erfindung besteht
darin, daß in an sich bekannter Weise an den verlängerten Walzenzapfen mindestens
eines Walzenpaares (Arbeits-, Zwischen- oder Stützwalzen) außerhalb deren geradgeführten
Einbaustücken hydraulische Biegekräfte angreifen, die im wesentlichen tangential
zur Berührungslinie zwischen der gesteuerten und der ungesteuerten benachbarten
Walze gerichtet sind. Gegenüber der heute üblichen vertikalen Biegesteuerung hat
die horizontale Biegesteuerung gemäß der Erfindung den Vorteil, daß die Reaktionskraft
aus den hydraulischen Biegekräften-über die Einbaustücke der biegegesteuerten Walzen
unmittelbar von den- Ständern aufgenommen werden und nicht über die Druckschrauben.
Um dies zu vermeiden, sind nämlich bei der vertikalen Biegesteuerung komplizierte
Systeme entwickelt worden, um die Biegekräfte innerhalb eines Systems zu halten,
das kräftemäßig von den Druckschrauben unabhängig ist.
Bei der Erfindung
sollen die Biegekräfte im wesentlichen tangential zur Berührungslinie gerichtet
sein, weil sich in dieser Richtung die gesteuerten Walzen frei durchbiegen können.
Beim Kaltwalzen würde eine sich in der Mitte von der Stützwalze abhebende durchgebogene
Arbeitswalze unter dem Walzdruck an die Stützwalze anlegen, beim reversierenden
Warmwalzen jedoch nicht. Um die Anpressung der Arbeitswalzen an die Stützwalzen
auch im Leerlauf sicherzustellen, sollte die Richtung der Biegekräfte mit dem Berührungsradius
der den biegegesteuerten Walzen nachfolgenden Walzen einen Winkel von etwas weniger
als 90o einschließen. Hierdurch bleibt die hydraulisch durchbiegbare Mitte einer
biegegesteuerten Walze stets in Kontakt mit der benachbarten Walze, da eine kleine
Komponente der hydraulischen Biegekraft in Richtung auf die benachbarte Walze wirkt.
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Die horizontale Biegesteuerung der Walzen gemäß der Erfindung kann
sowohl-bei Walzgerüsten mit in einer gemeinsamen Vertikalebene angeordneten Walzen
als auch mit seitlich versetzt angeordneten Arbeitswalzen angewandt werden. Sie
ist auch theoretisch nicht auf die Biegung der Arbeitswalzen beschränkt, wiewohl
die dünneren Arbeitswalzen sich wegen ihres geringeren Widerstandsmomentes dazu
anbieten. Insoweit stellt sich die Erfindung in einen Gegensatz zur Entwicklungstendenz,
die dahin geht, im Zusammenhang mit der vertikalen Biegesteuerung nicht die Arbeitswalzen,
sondern die äußeren Stützwalzen zu beeinflussen. Wegen des üblicherweise großen
Durchmessers von Stützwalzen sind hier sehr große Biegekräfte erforderlich, die
in der gleichen Richtung wie die Walzdrücke arbeiten und somit die Walzenlager besonders
hoch belasten. Wenn bei-einem Walzwerk mit in einer gemeinsamen Vertikalebene angeordneten
Walen reversierend gewalzt wird, so schlägt die Erfindung vor, daß die Biegekräfte
in entgegengesetzte Richtung umkehrzar
sind. Hierdurch kann: man
spiegelbi.l.dlich gleiche Reibungs-und Abstützverhältnisse bei jedem Stich einstellen.
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Mit der Erfindung kann auch die gesteuerte Balligkeit von positiv
über Null bis negativ eingestellt werden, wozu folgende Begriffsbestimmungen festgelegt
werden: Eine positive Balligkeit bzw. ein positiver crown bedeutet, daß die Walzenmitten
stärker einander angenähert sind als die Ränder der Walzen. Dies ist vergleichbar
mit den Verli@lltnissen bei normal ballig geschliffenen Arbeitswalzen. Eine negative
Balligkeit bzw. ein negativer crown geht in Richtung der Entfernung der Walzenmitten
voneinander. Um bei einem Walzwerk mit in einer Vertikalebene liegenden Walzen sowohl
einen positiven al.s auch einen negativen crown einstellen zu können, sieht die
Erfindung vor, daß die Arbeitswalzen biegegesteuert und ballig.geschliffen sind.
Über den balligen Schliff der Arbeitswalzen ist ein positiver crown einzustellen,
der mit zunehmender Höhe der horizontalen Biegekräfte vermindert werden kann, bis
-sich bei maxifinaler Duschbiegung der Arbeitswalzen ein maximaler negativer crown
einstellt. Auf diese Weise kann man mit einfach wirkenden hydraulischen Druckeinheiten
die Balligkeit in weiten Grenzen verändern.
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Den gleichen Effekt kann man mit einem Walzwerk, dessen Arbeitswalzen
gegenüber der vertikalen Stützwalzenebene seitlich versetzt sind dadurch erreichen,
daß die biegegesteuerten Arbeitswalzen zylindrisch und die Biegekräfte in entgegengesetzte
Richtung umsteuerbar sind. Diese Anordnung empfiehlt sich besonders bei kontinuierlichen
Walzwerken mit nur einer einzigen Durchlaufrichtung.
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Im Hinblick auf die Anordnung. der. Biegezylinder muß-darauf Rücksicht-
genommen- werden, wie groß der Hub der Walzen bzw. der- Verstellbereich des Walzspaltes
ist. Für Kaltwalzbetrieb mit kleinem
Walzenhub können die-.hydraulischen,
Biegezylinder an den Walzenständern angeordnet-sein, wogegen für Warmwal.zbetrieb
mit großem Walzenhub und mit in Ständerfenstern beweglichen Einbaustücken empfohlen
wird, die Biegezylinder an..den Einbaustücken festzulegen, zumindest an den verstellbaren
Einbaustücken. Besonders einfach gestaltet sich die Unterbringung der Biegezylinder,
wenn diese in auslegerartigen Vorsprüngen. der Stützwalzen-Einbaustücke angeordnet
sind, die bis zu den verlängerten Walzenzapfen vier Arbeitswalzen vorgezogen sind.
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In der Zeichnung ist die Erfindung anhand.einiger Ausführungsbeispiele
dargestellt, und zwar zeigen: Fig. 1 eine schaubildliche Darstellung des Walzensatzes
eines Quarto-Walzgerüstes mit seitlich versetzen Arbeitswalzen Fig. 2 und Fig. 3
zwei Ansichten eines Walzensatzes nach Fig. 1 mit in einer gemeinsamen Vertikalebene
angeordneten Walzen, mit bombierten Arbeitswalzen ohne die Einwirkung horizontaler
Biegekräfte, Fig. 41 und Fig. 5 den in Fig. 2 und 3 dargestellten Walzensatz-mit
horizontal durchgebogenen Arbeitswalzen, Fig. 6 die vergrößerte Darstellung der
horizontalen Walzenbiegung bei versetzten Arbeitswalzen, Fig. 7 eine Teildarstellung
einer Gerüstseite im Bereich der Arbeitswalzen eines Quarto-Walzgerüstes in Seitenansicht
und Fig. ß einen Schnitt nach der Linie VIII - VIII in Fig. 7.
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Fig. 1 zeigt zwei dicke Stützwalzen 1, 2, zwischen denen versetzte
Arbeitswalzen 3, 4 angeordnet sind. Die Arbeitswalzen sind über Einbaustücke 5,
6 in den nicht dargestellten Ständerfenstern oder innerhalb der nicht dargestellten
Einbaustücke der Stützwalzen geradgeführt.
Sie haben verlängerte
Walzenzapfen 3a, 4a, an denen in Richtung der Pfeile P horizontale hydraulische
Kräfte unter einem Hebelarm a gegenüber den Lagern in den Einbaustücken 5, 6 angreifen.
Da diese Einbaustücke 5, 6 geradgeführt und starr abgestützt sind, was durch die
Pfeile R dargestellt ist, werden in den Arbeitswalzen 3, 4 Biegemomente erzeugt,
dis zu einer im wesentlichen horizontal. gerichteten Durchbiegung 1) führen. Die
normalerweise gerade verlaufende Berührungslinie zwischen den Arbeitswalzen und
den Stützwalzen wird dadurch gekrümmt eingestellt, womit sich der Effekt der Schrägstellung
von Walzen zueinander ergibt, mit dem Unterschied,- daß die. Schrägstellung gegenüber
der vertikalen Mittelebene-der-Walzen.spiegelbildlich und somit ohne Auswirkung
auf Axialschübe.der Walzen ist. Bei der dargestellten Richtung der Biegekräfte P
und dem dargestellten Versatz der Arbeitswalzen ergibt sich daß eine Durchbiegung
b zu einem positiver werdenden crown führt.
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Fig. 2 und 3 stellen ein Quartogerüst mit bombierten Arbeitswalzen
7, 8 dar, deren .Stützwalzen 1, 2 sich beim Auswalzen eines Bleches 9 durchbiegen.
.Fig. 3 zeigt den Grenzfall, wo bei maximaler Walzkraft die Balligkeit der Arbeitswalzen
7, 8 durch die Durchbiegung der Stützwalzen 1, 2 genau aufgehoben ist und der Walzspalt
über die Blechbreite genau gleichmäßig ist.
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Mit abnehmender Walzkraft würde sich,bezogen auf den Walzspalt, ein
positiver crown der Arbeitswalzen 7, 8 einstellen, d.h. das Blech würde an den Rändern
dicker. Der positive crown muß also unterhalb der maximalen Walzkraft in Richtung
auf negativen crown hin beeinflußt werden. Dies erfolgt dadurch, daß die Arbeitswalzen
in der in Fig. 4 stark vergrößerten Art und Weise horizontal durchgebogen werden.
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Das Maß der Durchbiegung b ist richtig, wenn die sich im Walzenspalt
gegenüberliegenden
gekrümmten Mantellinien der Arbeitswalzen 7, 8 in zwei parallelen horizontalen Ebenen
liegen, womit sich ein Walzgut mit gleicher Stärke über die Breite einstellt.
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Aus Fi.g. 5 ist ersichtlich, daß die £3(3iihrungslinie zwischen den
Arbeitswalzen 7, 8 und den Stützwalzen 1, 2 gekrümmt verläuft, wie gestrichelt dargestellt
ist. Gegenüber Fig. 2 und 3 ist in Fig. 4 und 5 der Grenzfall. dargestellt, wo der
Walzdruck minimal ist und die Durchbiegung der Stützwalzen vernachlässigt werden
kann. Man sieht, daß man mit bombierten Arbeitswalzen mit einer einfach wirkenden
Biegeeinrichtung den crown zwischen positiv und negativ einstellen kann.
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In Fig. 6 sind die kinematischen Verhältnisse der horizontalen Biegesteuerung
in Verbindung mit versetzten und zylindrischen Arbeitswalzen dargestellt. Die Mantelflächen
der Stützwalzen sind mit 10, 11 und die der nicht durchgebogenen Arbeitswalzen mit
12,13 bezeichnet. An den Walzenzapfen 12a bzw. 13a sollen umkehrbare Biegekräfte
+P und--P angreifen. Die Geradführung der nicht dargestellten Einbaustücke 5, 6
aus Fig. 1 ist nur in Verbindung mit der unteren Arbeitswalze 13 durch die Stützflächen14,
15 angedeutet.
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Im Ruhezustand ohne äußere Biegekräfte liegt die Mittellinie jeder
Arbeitswalze auf der Verlängerung eines Berührungsradius r1 der Stützwalzen, der
mit der Vertikalebene einen Versetzungswinkel bildet. Dieser Winkel ist stark, vergrößert
dargestellt und bestimmt das Ausmaß der Balligkeitsregelung unter Zugrundelegung
gleicher Biegekräfte P.
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Aus der Darstellung der Stützlinien 14, 15 ist ersichtlich, daß die
Biegekräfte +P bzw. -P nicht genau horizontal. bzw. senkrecht zu diesen Stützlinien
verlaufen, sondern unter einem Winkel von
weniger als 90o zur Verlängerung
des Brührungsradius r1 des Ruhezustandes . Diese Bestimmung hat folgende Bedeutung:
Würden beispielsweise die Biegekräfte -P horizontal oder auch in Richtung der Linie
16, einer Parallelen zur Berührungstangente zwischen Arbeits- und Stützwalzen verlaufen,
so würden die nach rechts bis zur Umfangslinie 12' durchgebogenen Arbeitswalzen
sich von dem Mantel 10 bzw. 11 der Stützwalzen abheben.. Beim-Kaltwälzen wäre das
nicht weiter naohteilig,da es keine Leerlaufbedingüng gibt-und die Arbeitswalzen
stets über. das Walzgut in voller Länge gegen die Stützwalzen gedrückt werden. Indem
aber die Biegekräfte -P uncer-einem Winkel 0(/= weniger als 900 zum
Berührungsradius r1 angreifen, ergibt sich aus. den Biegekräften eine in Richtung
auf die Stützwalze gerichtete Komponente, die auch eine durchgebogene leerlaufende
Arbeitswalze in voller Länge -in Kontakt' mit ihrer Stützwalze hält. -Bei der behandelten
Biegerichtung -P wandert die 'durchgebogene Partie einer Arbeitswa.ize 12 bzw. 13-an
ihrer Stützwalze aufwärts bzw. abwärts, so daß sich gegenüber der Lage der Arbeitswalze
an den Ballenenden, die durch die Kreise 12, 13 bezeichnet ist, eine Walzspaltdifferenz
bzw. ein negativer crown - ,J C ergibt. Durch diese negative Balligkeitssteuerung
kann ein Walzgut in der Mitte stärker gemacht werden, sei es um eine gewisse Wölbung
des Walzgutes in der Mitte einzustellen, sei es um eine Einbuchtung in der Mitte
zum Verschwinden zu bringen.
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Einen umgekehrt -gerichteten crown stellt man durch die Biegekräfte
+P ein.; die- ebenfalls unter einem Winkel von C = weniger als -90o zum Berührungsradius
r1 verlaufen: Die Arbeitswalzen biegen sich bis zur Umfangslinie 12" aus, wodtarch
sich die Arbeitswalzenmitten in den Walzspalt einziehen und eint positiver crown
von `
| Wie aus Fig. 6 in Verbindung.mit.. der unteren .Arbeitswalze
13 |
| her-%#orgeht, bilden die B%egekraftrichtungen +P "und -P mit
den |
| senkrecht verlaufenden Stützflächen 14, 15 Winkel beträchtlicher |
| Größe, die es befürchten lassen, daß im Leerlauf bei anstehenden |
| Biegekräften die ArbeitswalZen aufeinandergefahren werden,
wenn |
| mit negativen Biegerichtungen -r gearbeitet wird. Dies liegt
an |
| der aus Darsttllungs@_3rticidc=n gewähltE-.n Größe des Versatzwinkels |
| 1 , der. in Wirklichkeit 5o klein würde, daß die die Biegekräfte |
| abstützenden Einbaustücke durch ,Reibung an den Stützflächen
14:, 1.5 |
| festgehalten werden, Der Winkel zwischen, der Kraftrichtung
-P und |
| der senkrechten Führunc3 14 wird praktisch immer innerhalb
des |
| P,eibungswinkels liegen , |
| In Fig. 7 und 8 ist eine mögliche kostrukt i vE: Lösung für
die Unter- |
| bringung der Biegeeinheiten bei einem Quarto-Walzgerüst mit
ver- |
| setzten Arbeitswalzen gemäß Fig.,l. dargestellt. Man erkennt
Teile |
| der Stützwalzen 1, 2 und der Arbeitswalzen 3, 4,-deren Haupt-Ein- |
| baustücke 5, 6 in senkrechten Führungen vier StützwalzenlEnbaustücke |
| 20, 21 geführt sind (Fig. 8). Entsprechend der Schnittlinie
VIII - |
| VIII,in Fig. 7 ist in Fig. 8 nur ein unteres Einbaustück 6
dar- |
| gestellt. Zur Ausbalancierung des oberen Walzensatzes dienen
in be- |
| kannter Weise in den- unteren 'Einbsutücken 6 der Arbeitswalze
4 ge- |
| führte hydräulische Druckkolben 23, 24. |
| Wie aus Pig. 7 hervorgeht, sind die Stützwalzen-Einbaustücke
durch |
| Vorsprünge 20a und 21a bis In den Bereich der verlängerten
Walzen- |
| zapfen 3a, 4a der Arbeitswalzen 3, 4 vorgezogen. Diese Vorsprünge |
| liegen innerhalb der Fensterbreite des Ständer 22, damit die |
| Stützwalzen mit ihren Einbaustücken seitlich ausgebaut werden |
| können. |
Dte Vors-prü nge 20a bzw. 21a der Stützwalzen-Einbaustücke 20,
21 s Lad Pr;lUer für d.Le hydraulischen Biegeeinrichtungen, wie sie ;.ri Fig, 8
für die obere Arbeitswalze 3 dargestellt sind. Beispiels--,reise ist für die obere
Arbeitswalze 3 in den oberen Vorsprüngen' 20a je.etne Zylinderbohrung 25, 26 eingearbeitet,
die durch eingeschraubte Deckel 27, 28 nach außen verschlossen sind. In den Zylinder-Bohrungen
sind Druckkolben 29, 30 geführt, die gegenüberliegend an einem Hilfs-Einbaustück
31 angreifen, das auf dem verlängerten Walzenzapfen 3a angeordnet ist. Über biegsame
Schlauchleitungen 32#--33, die an die verschlußdeckel 27, 28 der-Zylinder angeschlossen
sind, können die Druckkolben 29, 30 beaufschlagt werden.
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Wie ersichtlich, sind die Achsen der Zylinderbohrungen 25 bzw. 26
gegenüber der Senkrechten geneigt, und zwar in Übereinstimmung mit den anhand Fig.
6 erläuterten Verhältnissen. Der linke Druckkolben 29 übt@die Biegekraft +P aus,
wogegen der rechte Druckkolbet-30 die Biegekraft -P erzeugt, welche beiden Kraftrichtungen
mit dem Berührungsradius r1 einen Winkel C/, = weniger als 90o bilden. J Diese Kraftrichtungen
stehen in der Darstellung nach Fig. 8 senkrechter auf den Stützflächen 14 hzw. 15
für das zugehörige Haupt-Einbaustück 5 bzw: 6 als in Fig. 6.,Dies ergibt sich daraus,
daß der Versatzwinkel£1 in Fig. 8 bedeutend kleiner angenommen wurde: Für die untere
Arbeitswalze 4 sind in den Vorsprüngen 21a der Stützwalzen-Einbaustücke 21 spiegelbildlich
gleich angeordnete hydraulische Druckeinheiten vorgesehen. Die übereinanderliegenden
Paare hydraulischer Druckkolben 29 bzw. 30 werden zweckmäßig stets gemeinsam beaufschlagt,
um auf beide Arbeitswalzen 3, 4 entweder Biegekräfte +P-oder -P gleicher Größe einwirken
zu lassen.