DE19626565A1 - Walzgerüst zum Walzen von Walzbändern - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Walzgerüst mit gegebenenfalls un­ mittelbar oder über eine Zwischenwalze an einer Stützwalze ab­ gestützten, insbesondere gegensinnig axial verschiebbaren Ar­ beitswalzen.

In der Walztechnik gibt es den Wunsch nach über ihre Länge, Breite und Dicke plane Bänder und Bleche, die in zunehmend engeren Toleranzbereichen liegen. Während dies für den Mitten­ bereich der Bänder und Bleche durch bekannte Walzgerüste zu­ friedenstellend gelöst ist, kommt es im randnahen Bereich zu Profilanomalien am Band. Ursache hierfür ist das Abklingen der elastischen Walzendeformation vom belasteten Bereich zum unbe­ lasteten Bereich neben dem Band. Diese im Bereich der Band­ kante beginnende Obergrenze führt in Verbindung mit örtlicher Breitung des Bandes zu einer Kantenanschärfung der gewalzten Bänder mit einer Abnahme der Banddicke im Kantenbereich (Edge-Drop).

Je besser hierbei die Reibung zwischen den Walzen und dem Walzgut ist und je dünner die Arbeitswalzen sind, umso plötz­ licher erfolgt diese Dickenänderung des Bandes. Je fester das Walzgut und je dicker die Arbeitswalzen sind, umso größer ist der Dickenabfall an den Bandkanten. Beim Kaltwalzen beispiels­ weise kann sich dieser Bereich der Kantenanschärfung bei Bän­ dern von 1250 mm auf einen Kantenstreifen von ca. 15 bis 40 mm Breite erstrecken, der sich im Falle schlechter Reibung zwi­ schen den Walzen und dem Walzgut, wie er häufig aufgrund der rauhen Walzen im letzten Gerüst einer Tandemstraße auftritt, auf einen mehr als 40 mm von den Bandkanten entfernten Bereich vergrößern kann.

Üblicherweise wird ein Teil dieses angeschärften Kantenberei­ ches ungleichmäßiger Dicke durch Besäumen der Bänder entfernt. Dieses Besäumen ist mit einem weiteren Arbeitsschritt und damit entsprechenden Kosten sowie mit einem zusätzlichen Schrottanteil verbunden.

Aus der DE 30 38 865 C1 ist bereits ein Walzgerüst mit einem gegenseitig axial verschiebbaren Arbeitswalzenpaar sowie ge­ gebenenfalls Zwischen- und Stützwalzen bekannt, bei dem sich u. a. auch die Bandkantenpressung ohne Aufwand verringern läßt. Hierbei weist jede der verschiebbaren Walzen mindestens über einen Teil der Länge des Walzenballens eine von einer achspa­ rallelen Geraden abweichende, gekrümmte Kontur auf, die sich über die ganze Länge des Walzenballens erstreckt und wobei sich die Konturen der beiden Walzen des Walzenpaares aus­ schließlich in einer bestimmten Axialstellung der Walzen zu­ einander lückenlos ergänzen. Hiermit läßt sich die Gestalt des Walzspaltes und damit die Querschnittsform des Walzbandes schon durch geringe Verschiebewege der die gekrümmte Kontur aufweisenden Walzen beeinflussen und somit ebenfalls die Kan­ tenpressung auch zur Verhinderung der Kantenanschärfung ver­ ringern; die Bandkantenbeeinflussung ist jedoch nur mit der Behandlung des gesamten Bandes möglich.

Eine weitere bekannte Lösung zur Verminderung der Kantenan­ schärfung und des damit verbundenen Schrottanteils schlägt ein Walzgerüst mit zwei sich an einem Ende kegelförmig verjüngen­ den Arbeitswalzen vor, wobei eine Walze mit einer um 180° ge­ drehten Walze kombiniert wird. Das Walzenpaar wird so positio­ niert, daß die Bandkanten des Walzgutes im Bereich des Kegel­ ansatzes liegen. Durch den sich aufgrund der kegelförmigen Kontur im Kantenbereich öffnenden Walzspalt wird die Bandkante weniger stark reduziert, als das normalerweise aufgrund der Änderung der Walzenabplattung zwischen dem belasteten Teil der Walzenoberfläche und dem unbelasteten Teil neben dem Band der Fall ist. Dieses Verfahren weist allerdings den Nachteil auf, daß es bei einem durchaus üblichen leichten Verlaufen des Bandes zu Bandrissen kommen kann. Ursache hierfür ist, daß die Walzen nicht nachgeführt werden und es somit auf der Band­ seite, zu der das Band verläuft, zu einer deutlichen Minder­ reduktion und großen Zugspannungen kommt.

Die bekannten Maßnahmen reichen jedoch nicht aus, um die er­ höhten Anforderungen hinsichtlich der Profilgenauigkeit und Planheit der Bandkanten erfüllen zu können.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Walzgerüst der gattungsgemäßen Art zu schaffen, mit dem sich die Bandkanten­ geometrie hinsichtlich Profilgenauigkeit und Planheit beein­ flussen und sich die Bandkantenpressung und Kantenanschärfung verringern lassen.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen offenbart.

Kern der Erfindung ist das einseitige bzw. beidseitige Ein­ bringen einer um die Walzenrotationsachse konzentrischen Ein­ kerbung bzw. Aussparung in den sich zwischen Achszapfen und Walzenmantelfläche erstreckenden Kantenbereich einer rotieren­ den Arbeitswalze. Durch diese erfindungsgemäße konstruktive Maßnahme läßt sich eine isolierte Bandkantenbehandlung errei­ chen. Das Walzenabplattungsverhalten im Bereich der Bandkanten kann so verändert werden, daß eine mittelbare Bandkanten-Plan­ heitsregelung erreicht wird. Die Wirkungsweise der Walzen be­ ruht auf dem unterschiedlichen Abplattungsverhalten des mit der konzentrischen Einkerbung versehenen Walzenkörpers mit dem hierdurch bedingten hohlliegenden mantelnahen Walzenbereich bzw. des sich zur Walzenmitte hin anschließenden Walzenvoll­ körpers.

Während bei Walzen mit durchgehendem Vollquerschnitt die Ab­ plattung an der Bandkante aufgrund der Fernwirkung (Matratzeneffekt) der unbelasteten Walzenoberfläche neben dem zu walzenden Band zu klein und somit der örtliche Walzen­ durchmesser im Kantenbereich und die damit verbundene Kanten­ pressung zu groß ist, zeigt die erfindungsgemäße Walze an den Bandkanten eine größere Abplattung auf, die eine Vergleich­ mäßigung der Banddicke in Breitenrichtung bewirkt. Die größere Abplattung der Walzen im Bereich der Bandkanten ist bedingt durch die erfindungsgemäß ein- oder beidseitig eingebrachte Einkerbung und die durch die Materialaussparung fehlende in­ nere Abstützung des mantelnahen Walzenbereichs.

Durch diesen Eingriff in das Abplattungsverhalten der Walzen kann die Bandkantendicke mittelbar beeinflußt und somit die negative Kantenanschärfung der Bänder vermieden werden. Das Besäumen der Bänder mit dem damit verbundenen Schrottanteil entfällt, gleichzeitig wird die Lebensdauer der Walzen erhöht. Weiterhin wird die Bandrißgefahr für den Fall, daß das Band einmal nicht mittensymmetrisch zu dem Arbeitswalzenpaar verläuft, reduziert, auch wenn der Bandlauf vorzugsweise zum Zwecke der bandkantenorientierten Nachführung der Walzen kon­ trolliert werden sollte. Damit wirken die erfindungsgemäßen Walzen nicht wie die bekannten, weiter oben beschriebenen Wal­ zen über eine asymmetrische Dickenanstellung und somit unmit­ telbar, sondern nur durch mittelbare Auswirkung in Form unter­ schiedlicher Abplattungen mit den genannten vorteilhaften Effekten auf die Bandkanten.

Grundsätzlich ist es möglich, die erfindungsgemäße Einkerbung bzw. ringförmige Aussparung nur einseitig in dem Walzenkörper vorzusehen. Eine solche einseitig geschlitzte Walze wird mit einer ebenfalls einseitig geschlitzten Walze in einem Walz­ gerüst paarweise angeordnet, wobei die Einkerbungen von­ einander entfernt sind. Damit ist gewährleistet, daß der günstige Effekt durch die Beeinflussung des Abplattungs­ verhaltens der Walzen jeweils an einer Walze und somit an bei­ den Bandkanten auftritt.

Es empfiehlt sich, die erfindungsgemäße ringförmige Einkerbung am Übergang zwischen dem Achszapfen und dem sich anschließen­ den Walzenkörper vorzusehen. Jede andere Anordnung der Einschnittstelle im Bereich zwischen diesem Übergang bis hin zur Mantelfläche ist aber auch denkbar. Die Einkerbung könnte auch in unmittelbarer Nähe zur Walzenmantelfläche liegen, wo­ bei allerdings darauf zu achten ist, daß der mantelnahe Walzenbereich hinreichend dick bleibt, um eine Rißgefahr zu vermeiden.

Grundsätzlich verläuft die Einkerbung der Walzen von der Stirnseite in Richtung zur Walzenmitte. Die Länge der Einker­ bung kann jeweils an die unterschiedlichen Walzen und die erforderlichen Walzeigenschaften des Walzgutes zur optimalen Beeinflussung des Abplattungsverhaltens der Walzen und Wirkung auf die Bandkanten, d. h. Reduzierung der Kantenpressung und Vermeidung der Kantenanschärfung, angepaßt sein.

Eine Anpassung der Walzen und optimierte Einstellung der eingekerbten Walzenkanten in bezug auf das zu walzende Band läßt sich im Betrieb einfach durch ein vorteilhaftes gegen­ sinniges axiales Verschieben des Walzenpaares erreichen.

Dabei ist die Erfindung nicht auf eine konzentrische, ring­ förmige Einkerbung pro Stirnseite des Walzenkörpers begrenzt. Es ist auch vorstellbar, daß mehrere konzentrische Ein­ kerbungen in eine Stirnseite des Walzkörpers eingebracht sind.

Durch die Einkerbung und die daraus resultierende Material­ aussparung ergibt sich im Kantenbereich der Walzen ein mantel­ naher Walzenbereich und ein innen liegender achsennaher Walzenbereich. Der mantelnahe Walzenbereich ist im Bereich der Einkerbung hohlliegend, d. h. diesem mantelnahen Walzenbereich ist es bei Ausnutzung des elastischen Werkstoffverhaltens möglich, bei äußerer Belastung durch den Walzprozeß in den Hohlraum auszuweichen. Folglich wird die Außenkontur der Walze in diesem Bereich abgeflacht.

Neben den einseitig ausgesparten Walzkörpern ist es denkbar, die um die Rotationsachse konzentrisch verlaufende Einkerbung von beiden Stirnseiten aus in den Bereich zwischen Achszapfen und Walzenmantelfläche in dem Walzenkörper vorzusehen. Vorstellbar ist die Kombination zweier, jeweils beidseitig geschlitzter Walzen oder die Kombination jeweils einer konven­ tionellen Walze mit einer beidseitig gekerbten Walze.

Die Form der konzentrischen Einkerbung ist grundsätzlich be­ liebig. Sie orientiert sich vorzugsweise an der gewünschten Charakteristik des Walzenkörpers und ist mit Finite-Element- Berechnungen optimal vorausberechenbar.

Vorzugsweise verläuft die - radial gesehen - walzachsennähere Kerbfläche parallel zur Walzenachse, während sich die walzen­ mantelnähere Kerbfläche bis zum Kerbgrund hin verjüngt.

Bei einer weiteren Ausführungsform verlaufen sowohl die walzachsennähere als auch die walzenmantelnähere Kerbfläche parallel zur Walzenachse bis zum Kerbgrund und weisen somit einen über den Querschnitt gesehenen konstanten Abstand von­ einander auf.

Im Gegensatz dazu ist es auch denkbar, daß die Einkerbung nicht im wesentlichen parallel zur Walzenachse verläuft, son­ dern sich von ihrem stirnseitigen Einschnittsbereich in Rich­ tung zur Walzachse oder in Richtung der Mantelfläche hin er­ streckt, d. h. divergierend oder konvergierend ausgebildet ist.

Die Außenkontur der gekerbten Walze kann beliebig gewählt sein. Im unbelasteten Zustand wird die Außenkontur des Wal­ zenteils mit Vollquerschnitt in der Außenkontur des ge­ schlitzten Kantenbereichs weitergeführt. Hierbei kann es sich zum Beispiel um eine zylinderförmige Walze handeln oder um eine tonnenförmige Walze bei konventioneller Bombierung. Es sind auch Sonderformen, wie ein CVC-Schliff, denkbar. Grund­ sätzlich ist die Form und Beschaffenheit der Mantelfläche der erfindungsgemäßen Walze nicht eingeschränkt und kann jeden Verlauf annehmen.

Um die Variationsmöglichkeit des Abplattungsverhaltens der Walzen in ihrem Kantenbereich noch zu erhöhen, wird vorzugs­ weise vorgeschlagen, daß der aufgrund der Einkerbung erzeugte ringförmige Hohlraum teilweise ausgefüllt ist. Hierzu kann vorteilhaft ein die Einkerbung nur teilweise ausfüllender Stopfen aus Stahl oder einem anderen Metall in die Aussparung eingeschoben sein. Diese Ausführungsform der Erfindung hat den Vorteil, daß die Teile der Walze, die nicht im Bandkontakt, wohl aber im Stützkontakt stehen, weniger stark durch einen Walkvorgang beansprucht werden.

Es ist auch vorstellbar, die Einkerbung vollständig mit einem Stopfen aufzufüllen. Zur Beeinflussung des Abplattungs­ verhaltens der Walzen und deren Anpassung an die Eigenschaften und Bedürfnisse des jeweils zu walzenden Walzgutes wird hierbei der Dämpfungseinfluß des entsprechend gewählten Materials des Stopfens ausgenutzt.

Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen und der nachfolgenden Beschreibung, in der in den Zeichnungen dargestellte Ausführungsbeispiele der Er­ findung näher erläutert werden. Es zeigen:

Fig. 1 eine Walze nach einer ersten Ausführungsform der Erfindung, schematisch im Längsschnitt darge­ stellt;

Fig. 2 eine mögliche Einstellung bzw. Anordnung eines Arbeitswalzenpaar in bezug auf das zu walzende Band; schematisch im Längsschnitt, gesehen zur Walzrichtung, dargestellt; und

Fig. 3 eine Walze nach einer zweiten Ausführungsform der Erfindung, schematisch im Längsschnitt darge­ stellt.

In Fig. 1 ist eine zylinderförmige Walze 1 dargestellt. Von der einen Stirnseite 4 der Walze her ist einseitig eine um die Walzrotationsachse bzw. den Achszapfen konzentrisch verlau­ fende Einkerbung 3 vorgesehen. Durch diese Materialaussparung ergibt sich im Walzenkörper ein mantelnaher Walzenbereich 5 und ein innen liegender achsennaher Walzenbereich 6. Der mantelnahe Walzenbereich 5 ist im Bereich der keilförmigen Einkerbung 3 hohlliegend. Bei dieser Ausführungsform verläuft die walzachsennähere Kerbfläche 7 parallel zur Walzenachse, während sich die walzenmantelnähere Kerbfläche 8 bis zum Kerb­ grund 9 hin verjüngt. Die Walzmantelform 10 des Walzenkörpers im Bereich der Einkerbung ist eine Fortführung der Kontur des Walzenteils im Vollquerschnitt, hier eine Zylinderform.

Fig. 2 zeigt die paarweise Anordnung der Arbeitswalzen 1, die jeweils einseitig die erfindungsgemäße Einkerbung 3 in ihren Stirnseiten 4 aufweisen. Zum Walzband 11 hin können die Walzen axial so verschoben werden, daß sich der jeweilige Kerbgrund 9 in geeigneter Position zu der jeweiligen Bandkante 12 befin­ det. Dies wird hier erreicht, indem in der gezeigten Stellung der Kerbgrund 9 etwa in Höhe der Bandkanten 12 angeordnet ist. Aufgrund der durch die Materialaussparung fehlenden inneren Abstützung des jeweiligen mantelnahen Bereichs 5 wird im Walzprozeß im Gegensatz zu einem Walzenvollkörper an der Band­ kante 12 eine im Vergleich deutlich höhere Abplattung dieses Walzenbereiches erreicht. Hierdurch wird die Kantenpressung vermindert, die Banddicke in Breitenrichtung vergleichmäßigt und folglich eine Kantenanschärfung minimiert. Durch die weniger "angeschärften" Bandkanten kann der Verschleiß der Walzen reduziert werden. Es wird sowohl der Schrottanteil durch das bisher notwendige Besäumen der nicht mehr in den Toleranzbereich fallenden Bandkanten herabgesetzt als auch die Lebensdauer der eingesetzten Walzen erhöht.

Eine weitere Ausführungsform der Walze 1 ist in Fig. 3 darge­ stellt. Die Kerbflächen 7, 8 der auch hier wiederum einsei­ tigen Einkerbung 3 weisen einen über den Querschnitt gesehen konstanten Abstand voneinander bis zu ihrem Kerbgrund 9 auf, d. h. die walzachsennähere 7 und die mantelflächennähere 8 Kerbfläche 3 erstrecken sich parallel zur Walzenachse 2. Die Form der Walzenmantelfläche 10 im Bereich der Einkerbung ist wie die Kontur des Walzenteils im Vollquerschnitt zylinder­ förmig. In die Einkerbung 3 ist ein den Einkerbungshohlraum zum Teil ausfüllender Stopfen 13 eingesetzt. Damit wird er­ reicht, daß der mantelnahe Kantenbereich 5 nur teilweise hohl­ liegend, d. h. örtlich unterstützt, ist.

Es ist möglich, mit Hilfe von Berechnungen die optimale Dicke des mantelnahen Bereiches 5 im Verhältnis zum achsennahen Kantenbereich 6, d. h. die Abmessungen des ringförmigen Hohl­ raums zu bestimmen. Es wurde festgestellt, daß die Beeinflußbarkeit der Bandkantengeometrie um so lokaler ist, je dünner der mantelnahe Bereich 5 ist. Außerdem kann die günstigste Position des Kerbgrundes 9 im Verhältnis zur Band­ kante rechnerisch wie experimentell ermittelt werden.

Derart ausgebildete Walzen können bei Zwei- und Mehrwalzenge­ rüsten sowie beim Kalt- und Warmwalzen Anwendung finden. Fer­ ner ist die Einsatzmöglichkeit ebenso gut für Einweggerüst und Reversiergerüste gegeben wie für Tandemstraßen und Reversier­ straßen.

Claims (7)

1. Walzgerüst mit gegebenenfalls unmittelbar oder über eine Zwischenwalze an einer Stützwalze abgestützten, insbesondere gegensinnig axial verschiebbaren Arbeits­ walzen, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine Walze (1) in dem sich zwischen Achs­ zapfen (2) und Walzenmantelfläche erstreckenden Bereich (4) mindestens eine um die Achse konzentrisch verlaufende Einkerbung (3) aufweist.

2. Walzgerüst nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einkerbung (3) einseitig in dem jeweiligen Wal­ zenkörper angeordnet ist.

3. Walzgerüst nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die walzachsennähere Kerbfläche (7) parallel zur Wal­ zenachse verläuft, während sich die walzenmantelnähere Kerbfläche (8) zum Kerbgrund (9) hin verjüngt.

4. Walzgerüst nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die walzachsennähere Kerbfläche (7) sowie die walzen­ mantelnähere Kerbfläche (8) bis zum Kerbgrund (9) parallel zur Walzenachse verlaufen und über den Walzenquerschnitt gesehen einen konstanten Kerbdurchmesser aufweisen.

5. Walzgerüst nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Einkerbung (3) teilweise ausgefüllt ist.

6. Walzgerüst nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß in die Einkerbung (3) zur Unterstützung des mantel­ nahen Walzenbereiches (5) ein ringförmiger Stopfen (13) einführbar ist.

7. Walzgerüst nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Walze (1) eine beliebige Außenkontur aufweist.