DE19807115C1 - Walze - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Walze, bestehend aus einem ro­ tierenden Walzmantel mit innerhalb des Walzmantels angeord­ neten Mitteln zur Beeinflussung der Biegesteifigkeit des Walzmantels.

Beim Walzvorgang werden die Walzkräfte durch auf dem Flach­ gut, beispielsweise Metallband, aufliegende Arbeitswalzen aufgebracht und müssen dabei möglichst gleichmäßig über die gesamte Länge der Walze verteilt werden, d. h. die Berührungs­ linie zwischen dem Umfang der Walze und dem Band soll gerad­ linig verlaufen. Diese Geradlinigkeit wird durch das Walz­ produkt gestört, was sich in einer stärker belasteten Zone und Balligkeit der Walze bemerkbar macht.

Um dies zu verhindern, werden üblicherweise auf die Arbeits­ walzen Stützwalzen aufgelegt, die ausreichend biegesteif sein müssen. Zur Verhinderung der Balligkeit sind weiterhin Systeme bekannt, die über Hydraulikmechanismen die Balligkeit einer Walze und im Einzelfall auch die Abstützbreite verän­ dern. Bei diesen Systemen wird die Balligkeit und gegebenen­ falls auch die Nachgiebigkeit der Walze auf äußere Belastung längs des Ballens mit Hilfe von Öldruckpolstern und/oder hy­ draulisch betätigten Stützschuhen beeinflußt und an die Walzbedingungen angepaßt. Nachteilig sind hier die teilweise sehr aufwendige Hochdruck-Hydraulik sowie Probleme mit der Dichtigkeit, die in Verschmutzungen des Walzöls oder -emul­ sion durch das Hydrauliköl resultiert. Darüber hinaus wird der Einsatzbereich durch die Baugröße beschränkt, so daß diese Systeme zur Zeit ausschließlich als Stützwalzen einge­ setzt werden können.

Zur Beeinflussung der Planheit und des Profils beim Walzen von Metallbändern sind weiterhin Systeme mit verschiebbaren Walzen bekannt. Hierbei wird entweder durch das partielle Verschieben von mindestens zwei Walzen die Las Verteilung zwischen den Walzen eingestellt oder der Walzspalt beein­ flußt. Das CVC-Verfahren schlägt vor, durch gegensinniges Verschieben von geeignet konturierten Walzen auf Balligkeiten von Walen zu reagieren.

Weiterhin ist als betriebsinterner Stand der Technik bekannt, auch Mantelwalzen als Stützwalzen einzusetzen, die trotz des Innenhohlraums hohe Biegesteifig­ keiten erreichen. Hierzu schlägt die deutsche Patentanmeldung DE 196 37 584 A1 vor, die Durchbiegung von Mantelwalzen mit in­ nenliegenden Gleitlagern zu kompensieren. Es handelt sich beispielsweise um sphärische Gleitlager auf einer Tragachse bzw. Welle, die abstandsverstell- und festlegbar angeordnet werden können. Die Gleitlager sind als Ölfilmlager ausgebil­ det. Als nachteilig erweist es sich aber, daß die Kompensa­ tionszone zwischen den innenliegenden Lagerschalen und dem Stützwalzenmantel durch die jeweilige Lagerbreite, -zahl und -anordnung vorgegeben ist. Deshalb kommt dieses System nicht ohne weitere planheitsbeeinflussende Stellglieder aus.

Auch die US-Patentschrift 4,407,151 schlägt als Möglichkeit zur Beeinflussung der Biegesteifigkeit einer Mantelwalze das Einbringen von Stützmitteln in den Hohlraum vor. Zum Beispiel sollen auf eine Welle aufgebrachte Trägerscheiben an ausge­ suchten Stellen über der Walzlänge angeordnet werden. Die Scheiben selbst können längs des Hohlraums der Walze durch Druck verschoben werden. Weiterhin wird vorgeschlagen, daß der Walzmantel eine Welle mit Spielpassung aufnimmt. Die An­ passung an das zu bearbeitende Flachgut wird durch axiale Verschiebung der jeweiligen Wellen von zwei Stützwalzen er­ reicht.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine biegesteife Walze zu schaffen, die eine einfache und schnelle Anpassung an eine Veränderung der Walzbedingungen, insbeson­ dere der Bandbreite, ermöglicht.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der Walze nach Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen offenbart.

Es wird eine Walze vorgeschlagen, die aus einem rotierenden Walzmantel mit einem innerhalb des Walzmantels angeordneten Gleitlager in Form eines Rotationskörpers zur Beeinflussung der Biegesteifigkeit des Walzmantels besteht. Dieser Rotationskörper stellt zu der durch das Walzgut erzeugten Belastungszone des Walzmantels eine Gegenkraft dar. Durch diese Gegenkraft wird einer Balligkeit der Walze bzw. Ar­ beitswalzen entgegengewirkt.

Eine schnelle und optimale Anpassung an die Veränderung der Walzbedingungen wird erreicht, indem der Rotationskörper so geformt ist, daß eine der beanspruchten Zone des Walzmantels entsprechende Belastungsfläche Teil der Mantelfläche eines zu der Drehachse des Rotationskörpers rotationssymmetrischen Körpers ist und die Berandung dieser Mantelfläche so gestaltet ist, daß längs des Umfangs des Rotationskörpers Breite und/oder Lage der Belastungsfläche variieren.

Die Wahl des rotationssymmetrischen Körpers sowie der Berandungsverlauf sind eine Folge von Berechnungen und in Abhängigkeit von dem zu walzenden Bandbreiten- sowie dem not­ wendigen Walzkraftspektrum bestimmbar.

Die Belastungsfläche ist beispielsweise Teil der Mantelfläche eines Zylinders. Sie kann auch gewölbt sein, zum Beispiel, indem sie die Kontur eines Ellipsoids oder Paraboloids beschreibt. Weiterhin ist vorstellbar, daß die Belastungsfläche ein bestimmtes Muster aufweist.

Der derart schon angepaßt hergestellte Rotationskörper ist während des Walzvorgangs selbst durch Drehung einfach und schnell an variierende Metallbandbreiten und somit Belastungskräfte, die auf die Mantelwalze wirken, anpaßbar.

Indem der Gleitkörper nicht fest, sondern drehbar gelagert ist und wegen der vorgeschlagenen geometrischen Form kann die Belastungsfläche in der Kontaktzone mit anderen Walzen oder dem Walzgut durch Drehung in die Position gebracht werden, in der die Belastungsfläche des Rotationskörpers etwa der zu be­ arbeitenden Bandbreite und der daraus resultierenden Belastungszone im Walzmantel entspricht.

Um die Anpaßbarkeit des Rotationskörpers zu erhöhen, wird vorgeschlagen, daß der Rotationskörper im Bereich seiner Be­ lastungsfläche eine Aussparung aufweist, deren Berandungsver­ lauf sowie deren Kontur beliebig geformt ist. Ebenso können mehrere Aussparungen dieser Art vorgesehen sein. Der Beran­ dungsverlauf und die Kontur dieser Aussparungen werden eben­ falls wie die Berandung der Mantelfläche des Rotationskörpers spezifisch berechnet. Diese ausgesparten Bereiche als Entlastungsbereiche sind beim gleichzeitigen Auftreten von Mitten- und Randwellen oder bei Viertelwellen im Band von Vorteil.

Der Rotationskörper weist Randbereiche auf, die sich an die mittige Belastungsfläche anschließen. Diese Randbereiche können ebenfalls jede beliebige Form annehmen. Vorteilhafterweise nimmt der Umfang der Randbereiche zu den Enden des Rotationskörpers hin ab, beispielsweise kegelstumpfförmig. Die Form der Randbereiche muß aber nicht notwendigerweise rotationssymmetrisch sein.

Eine Ausführungsform schlägt vor, daß ein einziger Rotations­ körper von der Mantelwalze aufgenommen wird. Es ist auch vor­ stellbar, daß innerhalb des Hohlraumes mehrere nebeneinander angeordnete Rotationskörper vorgesehen sind, die jeweils ein­ zeln oder zusammen durch Drehung an die Walzbedingungen ange­ paßt werden können.

Weiterhin kann bevorzugt ein Rotationskörper verwendet wer­ den, der sich aus mehreren Teilbereichen zusammensetzt, die passend ineinandergreifen oder voneinander weg bewegbar sind.

Vorteilhafterweise kommt die vorgeschlagene Walze als Stütz­ walze zur Anwendung. Hierbei sind beispielsweise Quarto- und andere Mehrwalzengerüste denkbar.

Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen und der nachfolgenden Beschreibung, in der das in den Figuren dargestellte Ausführungsbeispiel der Er­ findung näher erläutert wird. Hierbei zeigen:

Fig. 1 eine schematische Ansicht des vorgeschlagenen Rotati­ onskörpers;

Fig. 2 die obere Hälfte eines Quarto-Walzensatzes mit einer Stützwalze, bestehend aus dem Rotationskörper nach Fig. 1 und einem Walzenmantel;

Fig. 3 eine Darstellung des Walzspaltprofils über der Band­ breite beim Walzvorgang mit der Stützwalzenlage­ rung nach Fig. 3;

Fig. 4 eine Darstellung des Walzspaltprofils über der Band­ breite beim Walzvorgang mit konventioneller Stützwalzenlagerung;

Fig. 5 eine Darstellung der Lastverteilung zwischen dem Ro­ tationskörper und dem Walzmantel über der Band­ breite.

Fig. 1 zeigt eine Ausführungsform des vorgeschlagenen Rota­ tionskörpers 1, während in Fig. 2 schematisch der Einbau des Rotationskörpers 1 in der Stützwalze eines Quarto-Walz­ gerüstes dargestellt ist.

Der Rotationskörper 1 weist eine mittige Belastungsfläche 2 auf, die Teil der Mantelfläche eines rotationssymmetrischen Körpers, bei dieser speziellen Ausführungsform eines Zylin­ ders, ist. Die Berandung dieser Mantelfläche ist mit 4 be­ zeichnet. Der Randverlauf ist eine Folge des Produktprogramms und wird individuell berechnet. Bei dieser Ausführungsform beschreiben die Ränder 4 der abgerollten Mantelfläche jeweils eine Sinuskurve. Dies bewirkt, daß der Abstand der Ränder voneinander über den Umfang des Rotationskörpers zunimmt (Abstand a) und wieder abnimmt (Abstand b).

Der Rotationskörper weist neben der mittigen Belastungsfläche 2 jeweils sich anschließende Randbereiche 3 auf. In dem gezeig­ ten Beispiel sind diese Randbereiche 3 schief an den teil­ zylindrische Belastungsfläche 2 geschnitten und kegelstumpfförmig. Die teilzylindrische Belastungsfläche 2 und die schief geschnittenen Randbereiche 3 weisen die gleiche Rotationsachse auf.

Im rückwärtigen Bereich der Belastungsfläche 2 des Rotations­ körpers ist eine Aussparung 10 vorgesehen (gestrichelte Li­ nie), die in den Rotationskörper beispielsweise durch Fräsen eingebracht werden kann. Bei dem hier beschriebenen Ausfüh­ rungsbeispiel zeigt die Aussparung einen tropfenförmigen Randverlauf 11. Die Kontur der Aussparung 10 im Inneren des Rotationskörpers ist nicht dargestellt, sie kann jeden belie­ bigen Verlauf annehmen.

Fig. 2 zeigt schematisch den vorgeschlagenen Rotationskörper 1 als Gleitlager in einem aufgeschnittenen Walzmantel 5, der sich rotierend auf einer Arbeitswalze 6 bewegt, während der Rotationskörper in einem vorgegebenen Drehwinkel arretiert ist. Die Arbeitswalze 6 liegt auf dem zu walzenden Metallband 8.

Beim Walzvorgang wirken sich die Belastungen durch das Walz­ gut nachteilig auf die Balligkeit der Arbeitswalze 6 und so­ mit wieder auf die Planheit des Metallbandes 8 aus. Die durch das Walzgut erzeugte Belastungszone und die Ausbauchung der Arbeitswalze 6 erfahren eine Gegenkraft durch die Stützwalze, insbesondere durch den Rotationskörper 1. Der Rotationskörper 1 wird durch Drehung so ein- und festgestellt, daß die für die auftretenden Kräfte optimale Belastungsfläche 2 des Ro­ tationskörpers mit der Lastzone 9 zum Einsatz kommt.

Fig. 3 zeigt das Walzspaltprofil beim Walzen eines 800 mm breiten Metallbandes in einem Quarto-Gerüst [2000 mm × 420 mm (AW) 1500 mm (SW)]. Es kam eine nach dem oben beschriebenen Prinzip arbeitende Stützwalze zum Einsatz. Die Breite der Be­ lastungsfläche wurde 30 mm schmaler als die Bandbreite ge­ wählt. Als Folge des Einsatzes der erfindungsgemäßen Walze stellt sich ein nahezu kastenförmiges Walzspaltprofil ein ohne Hinzuziehung eines anderen walzspaltprofilbeeinflussen­ den Hilfsmittels wie Walzbiege- oder verschiebesysteme.

Fig. 4 zeigt im Vergleich die Walzspaltprofile beim Walzpro­ zeß mit konventioneller Stützwalzenlagerung, deren Ballig­ keitsbeeinflussung für ein 1200 mm breites Band optimiert ist. Es ist ersichtlich, daß die Walzspaltprofile weniger ka­ stenförmig und damit ungünstiger verlaufen.

Fig. 5 stellt die Lastverteilung zwischen dem Rotationskör­ per und dem Walzmantel über der Bandbreite, hier 800 mm, dar. Die eingestellte Belastungsflächenbreite beträgt 770 mm.

Durch einen geeignet gewählten Durchmesserverlauf und Wölbung der Mantelfläche des Rotationskörpers stellt sich ein gleichmäßiger Lastverlauf zwischen der Belastungsfläche und dem rotierenden Walzmantel ein. Dieser gleichmäßige Lastverlauf ist gleichbedeutend mit einer nahezu konstanten Ölfilmdicke im Gleitlager und vermeidet unerwünschte Berührungen der Gleitlageroberflächen. Im vorliegenden Fall entsprach die hierfür notwendige Formgebung des Mittenstücks des Rotationskörpers einer konventionellen Balligkeit von 0,4 mm Durchmesserdifferenz längs des Ballens (bez. auf 2000 mm). Das Mittenstück des Rotationskörpers, d. h. die Belastungsfläche ist parabolisch-tonnenförmig.

Nicht nur die Änderung der Bandbreite läßt sich mit Hilfe der vorgeschlagenen Walze kompensieren, sondern auch die Auswir­ kungen veränderlicher Walzkräfte. Durch Drehung des Rotati­ onskörpers und daraus resultierender Einstellung der Bela­ stungsfläche wird es möglich, auf verschiedene Walzkräfte zu reagieren und ein gewünschtes kastenförmiges Walzspaltprofil sowie gleichmäßige Lagerbelastungen zu erzeugen.

Claims (7)

1. Walze, bestehend aus einem rotierenden Walzmantel mit innerhalb des Walzmantels angeordneten Mitteln zur Beeinflussung der Biegesteifigkeit des Walzmantels, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei diesem Mittel um ein Gleitlager in Form eines Rotations­ körpers (1) handelt, der drehbar einstellbar und so geformt ist, daß seine der beanspruchten Zone des Walzmantels entsprechende Belastungsfläche (2) Teil der Mantelfläche eines zu der Drehachse des Rotationskörpers rotati­ onssymmetrischen Körpers ist und die Berandung (4) dieser Mantelfläche so gestaltet ist, daß längs des Umfangs des Rotationskörpers Breite und/oder Lage der Belastungsfläche variieren.

2. Walze nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Rotationskörper im Bereich seiner Belastungsflä­ che (2) eine Aussparung (10) aufweist, deren Berandungs­ verlauf sowie deren Innenkontur beliebig geformt ist.

3. Walze nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Rotationskörper (1) sich an die Belastungsfläche (2) anschließende Randbereiche (3) aufweist, deren Umfang zu den Enden hin abnimmt.

4. Walze nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Randbereiche (3) kegelstumpfförmig sind.

5. Walze nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekenzeichnet, daß mehrere nebeneinander angeordnete Rotationskörper (1) innerhalb des Walzmantels (5) vorgesehen sind.

6. Walze nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sich der Rotationskörper aus mehreren Teilbereichen zusammensetzt, die passend ineinandergreifen oder vonein­ ander weg bewegbar sind.

7. Walze nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Walze zur Anwendung als Stützwalze in einem Quarto- oder beliebigen Mehrwalzengerüst zum Walzen von Bandmaterial kommt.