DE19807601C1 - Walzwerk mit Arbeitswalzen und mehrteiligen Stützwalzen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Walzwerk mit Arbeitswalzen und mehrteiligen Stützwalzen, bestehend aus einem Grundkörper mit mehreren darauf in dessen Längsrichtung nebeneinander angeordneten Wälzlagern, die mit ihren Außenringen eine die Wälzlager umgreifende Hülse drehbar abstützen, die mit ihrer Innenoberfläche allseitig an den Außenoberflächen der Außenringe der Wälzlager anliegt und deren Außenoberfläche den Walzballen der Stützwalze bildet, wobei auf der Länge des Grundkörpers 3 Wälzlager vorgesehen sind, von denen das mittlere Wälzlager als Kegelrollenlager ausgebildet ist.

Ein derartiges Walzwerk ist aus der US 19 10 158 bekannt.

In den heutigen Warmbandstraßen spielt die Profil- und Planheitssteuerung eine wichtige Rolle. Dabei ist die negative und positive Arbeitswalzenbiegung das "klassische" Stellglied, das auch unter Walzfast eine Veränderung erlaubt. Da man aber unter Berücksichtigung der unterschiedlichsten Parameter, wie Breite, Dicke, Querschnittsprofil, Werkstoff, Walztemperatur, Walzgeschwindigkeit, Walzentemperatur und Stahlqualitäten arbeiten muss, ist es bei heute üblichen kleinen Losgrößen und universell einsetzbaren Walzwerken wichtig, über einen großen Stellbereich zu verfügt.

In den letzten Jahren sind bei neuen Straßen verstärkt weitere Stellglieder zum Einsatz gekommen, von denen die als CVC-Walzenschliff bekannte Ballenkontur und das Walzencrossing, das Kreuzen der Arbeits und/oder Stützwalzen, die bekanntesten sind. Beide Lösungen sind nicht optimal, weil bei beiden Verfahren die Walzen nicht unter Last verstellt werden können. Das Konturieren der Walzen mit aufwendigen CVC-Schliffen muss darüber hinaus äußerst präzise erfolgen, um die gewünschte Geometrie zu erreichen. Häufig wird das Walzgut unter bestimmten Bedingungen am Rand und in der Mitte unterschiedlich verformt. In einer kontinuierlichen Straße ist eine Walze mit definierter Flaschenkontur nötig, die bei jedem Gerüst unterschiedlich ist.

Beim Walzencrossing, d. h. beim Schrägstellen der Walzen eines Walzenpaares zueinander, sind besondere Maßnahmen erforderlich, um bei gegebenem Schwenkungswinkel gleichförmige Winkelgeschwindigkeiten zu erreichen. So sind keine normalen Zapfenkreuz- Gelenkwellen, sondern Zahnspindeln für den Antrieb der Walzen notwendig. Das Schwenken erzeugt darüber hinaus sehr hohe Axialkräfte, die bis 10% der Radial-Walzkraft ausmachen können. Außerdem führt das Walzencrossing zu Problemen bei der Walzgutführung, weil sich das Walzgut im Walzgerüst verdreht.

Bei der Suche nach einem weiteren Stellglied, das die beschriebenen Nachteile vermeidet und das einfach ist, wurden Stützwalzen mit Exzentern entwickelt, die mit einer profileinstellbaren Hülse als zusätzliches Stellglied für die Profilsteuerung benutzt werden. So beschreibt die europäische Patentschrift 0 584 642 A1 ein Walzwerk der gattungsgemäßen Art, bei dem der dort als Walzenwelle bezeichnete Rundkörper in fünf oder mehr Sektionen geteilt ist, die exzentrisch zu der die Walzenwelle durchdringenden Zentralachse angeordnet sind. Auf den Sektionen der Walzenweile sind infolge deren Versatz exzentrisch Stützlager in Form von Kegelrollenlagern angeordnet, an die die zylindrische Hülse andrückbar ist, die die Wälzlager lose mit Spiel umgreift. Die zylindrischen Abschnitte der dort vorgeschlagenen Sektionen der Walzenwelle haben unterschiedliche Durchmesser, die jedoch symmetrisch zur Mitte der Stützwalze gleichmäßig abgestuft sind.

Während des Walzvorganges wälzt die Hülse gegenüber der Lagerung der Stützwalze zwischen der Arbeitswalze und den der Arbeitswalze zugewandten Wälzlageraußenringen ab. Auf der der Arbeitswalze abgewandten Seite läuft die Hülse frei ohne Kontakt zu den Lagern. Durch Drehen der Walzenwelle läßt sich die Biegelinie der Arbeitswalze beeinflußen, weil die wirksame Exzentrizität zwischen Stützwalze und Arbeitswalze verändert wird. Auf diese Weise kann auf das Profil des Walzspaltes im Walzgerüst eingewirkt werden.

Nachteilig bei der bekannten Lösung ist es, daß für die Walkbewegung der äußeren Hülse der Stützwalze zwischen den Lagern der Stützwalze und der Arbeitswalze die Stabilität der Bewegung bei hohen Walzlasten nicht gegeben ist. Zum anderen ist durch das erforderliche Spiel zwischen Hülse und den Wälzlagern der Stützwalze ein Einsatz als untere Stützwalze in einem Warmwalzgerüst nicht oder nur sehr schwierig zu realisieren, da ein effektiver Schutz der Lagerung gegenüber Wasser und Schmutz kaum dauerhaft zu realisieren ist. Zudem führen die Walkbewegungen zwischen Hülse und Lager durch das nur teilweise Anliegen der Wälzlageraußenringe zu deutlichen Verschleißerscheinungen, die die Einstellbarkeit des Walzwerkes und damit die Qualität des Walzproduktes negativ beeinflußen. Aus den angeführten Gründen ist bisher auch kein praktischer Anwendungsfall einer gattungsgemäßen Stützwalze bekannt.

Ein anderes Probleme bekannter exzentrischer Stützwalzen ist die Lagerung zwischen dem Grundkörper und der Hülse; denn die Lager müssen die komplette Walzkraft übertragen. Die vorgesehenen Pendelrollenlager sind extrem hoch belastet und es ist schwer die geforderte Lebensdauer von ca. 6000 Stunden zu erreichen. Durch die exzentrische Verstellung zwischen Hülse und Grundkörper wird die Lebensdauer der Lager zusätzlich verringert.

Hinzu kommt, dass bei Exzenterverstellung ohne Walzlast die Hülse der Stützwalze so verformt wird, dass sie eine konvexe oder neutrale Grundform erhält. In der konvexen Stellung werden die Pendelrollenlager verkippt, so daß deren Lebensdauer weiter vermindert wird.

Schließlich ist bei den bekannten exzentrischen Stützwalzenausbildungen die Montage der Hülse extrem schwierig, weü die Hülse über die vorstehenden Teile der exzentrischen Lagerung geschoben werden muss.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ausgehend von bekannten exzentrisch verstellbaren Stützwalzen, deren Konstruktion so zu verbessern, dass bei verminderten Herstellkosten eine wesentliche höhere Lebensdauer der dem Verschleiß unterliegenden Bauteile zu erwarten ist und daß infolge der vereinfachten Konstruktion das Montieren und Demontieren der Hülse auf die Wälzlager erleichtert wird.

Gelöst wird diese Aufgabe mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1.

Der Kern der vorliegenden Erfindung besteht darin, auf eine Exzenterverstellung des mittleren Bereichs der Stützwalze zu verzichten, statt dessen nur die beiden Randbereiche der Stützwalze exzenterverstellt zu verbiegen und dabei auf einfache Zylinderrollenlager zurückzugreifen, die mit auf dem Grundkörper verdrehbaren Exzenterbüchsen gepaart werden. Zylinderrollenlager weisen deutliche Vorteile gegenüber den Pendelrollenlagern auf. So sind Pendelrollenlager in der Fertigung ungenauer, so daß ein gleichmäßiges Tragen bei bekannten exzentrischen Stützwalzen mit einer Vielzahl von Pendelrollenlagern nicht leicht zu erreichen ist. Bei Zylinderrollenlagern ist eine Axialverschiebung der Wälzkörper auf den Ringen während eines Umlaufs in der Größenordnung von 1% erlaubt, was eine günstigere Einstellung als dies bei Pendelrollenlagern möglich ist erlaubt. Außerdem sind Zylinderrollenlager günstiger in der Fertigung und damit billiger.

In einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Vorschlags ist vorgesehen, daß jeder Exzenterbüchse ein stufenloser Schwenkantrieb zugeordnet ist und beide Schwenkantriebe synchronisierbar sind. Auf diese Weise ist eine stufenlose Verstellung der Hülsenüberhöhung im Randbereich möglich.

Nach einem weiteren Vorschlag der Erfindung ist vorgesehen, dass der Grundkörper unverdrehbar in dem Gerüstständer festgelegt ist. Aufwendige Verdrehantriebe für den Grundkörper entfallen bei dieser Lösung, weil die Verstellung der Stützwalze bzw. der Hülse gegenüber dem Grundkörper über die getrennten Schwenkantriebe der Exzenterbüchsen und nicht mehr über die Verdrehung des Grundkörpers wie beim Stand der Technik erfolgt. Dadurch bleibt der Grundkörper immer in einer neutralen Stellung stehen, die Walzkraft wird immer in ein und derselben Stellung über die Lagerböcke auf das Gerüst übertragen.

Nach einem besonders günstigen Merkmal der Erfindung ist vorgesehen, daß im Lastbereich des Grundkörpers zwischen diesem und der Exzenterbüchse je ein die Schiefstellung des Zylinderrollenlagers ermöglichendes selbsteinstellbares Kippsegment vorgesehen ist. Mit diesem Kippsegment wird eine besonders günstige Lastverteilung auf die Zylinderrollenlager und damit eine wesentliche Lebensdauererhöhung erreicht. Bei dem Zylinderrollenlager mit Kippsegment werden die Lagerinnenringe verformt, das ist günstiger als die Schrägstellung der Außenringe beim Pendelrollenlager, was zur Verwindung der Laufbahn führt. Durch das Kippsegment wird im Lastbereich der Stützwalze eine Verformung der Wälzlagerringe bewirkt; die Kraft kann bei unterschiedlicher Auslenkung des Kippsegments sicher über dieses in den Grundkörper geleitet werden. Im Übergang von Kippsegment zu der normalen unverformbar abgestützten Laufbahn wird der Ring zwar etwas verdreht; da das aber in einem Bereich ohne Walzenlast passiert, wo nur wenige Rollen tragen, während die anderen unbelastet sind, ist dies unschädlich.

In einer Ausgestaltung ist das Kippsegment in Längsrichtung des Grundkörpers ballig ausgebildet und besteht aus einem Gleitlagerwerkstoff, der hydrostatisch entlastbar ist. Die hydrostatische Entlastung stellt sicher, dass die hohen Walzkräfte die Einstellbarkeit der Walze auch unter Last nicht blockieren.

In einer weiteren günstigen Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Exzenterbüchsen auf Exzenterflächen des Grundkörpers gleitend drehbar geführt sind, deren Exzentrizität in einer neutralen Verdrehstellung der Exzenterbüchsen ein Fluchten der Exzenterachsen mit der Grundkörper Längsachse ermöglicht. Auf diese Weise wird eine Neutralstellung der Exzenterbüchse geschaffen, bei der kein Versatz zwischen den Achsen stattfindet. Diese Stellung wird zum Aufziehen der Hülse benutzt. Das Verdrehen der Exzenterbüchsen bewirkt einen Versatz von ca. 2 mm, in dieser Stellung wird gewalzt.

Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung ist vorgesehen, den Grundkörper in seinen beiden Randbereichen abzuflachen. Dadurch soll sichergestellt werden, daß die Exzenterbüchsen und die Wälzlagerringe sich bei Schiefstellung des Mantels dehnen können. Die Abflachungen können durch Abfräsungen des Grundkörpers örtlich am Umfang seitlich am Grundkörper in zur Walzebene parallelen Ebenen erfolgen.

Um die Kippbarkeit der Wälzlager im Nicht-Lastbereich zu ermöglichen, wird nach einem weiteren Merkmal der Erfindung vorgeschlagen, daß der den Kippsegmenten gegenüberliegende Bereich des Grundkörpers örtlich am Umfang in Längsrichtung dachförmig abgeschrägt ist, wobei die Abschrägungen von der Wälzlager Innenringmitte nach beiden Seiten verlaufen. Durch diese Maßnahme können sich die Exzenterbüchse und die Wälzlager schiefstellen; auf der dem Lastbereich abgewandten Seite ist diese Lösung einfacher als ein weiteres Kippsegment und schwächt nicht den Querschnitt des auf Biegung belasteten Grundkörpers.

Da zwischen den Kontaktflächen der Exzenterbüchsen und den Exzenterflächen des Grundkörpers beim Anstellen, d. h. Verdrehen der Exzenterbüchsen eine Relativbewegung zwischen hochbelasteten Flächen stattfindet, soll nach einem weiteren Merkmal der Erfindung dieser Kontaktbereich hydrostatisch entlastbar sein. Dadurch wird eine Leichtgängigkeit der Verstellmechanik erreicht, die ein Anstellen und Verstellen der Hülsen unter Last ermöglicht.

Ein wesentlicher Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht in seiner Einfachheit. Sie erlaubt den problemfreien Einsatz von Standard-Wälzlagern für die die Wälzlager umgreifende Hülse, wodurch die beschriebenen Nachteile vermieden werden und eine kostengünstige Lösung geschaffen wird. Der Grundkörper mit den Exzenterbüchsen und deren Verstellantrieben ist für langzeitigen Gebrauch geeignet, lediglich die Hülse als Verschleißteil muss nach dem Abschleifen erneuert werden.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird nachfolgend beschrieben. Es zeigt:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch die erfindungsgemäße Stützwalze,

Fig. 2 einen Querschnitt durch die Stützwalze nach Fig. 1 im Bereich des Kippsegmentes in der Einbaustellung der Hülse und

Fig. 3 den Querschnitt nach Fig. 2 mit extremer Exzenterstellung.

In Fig. 1 ist die erfindungsgemäße Stützwalze im Längsschnitt dargestellt. Sie besteht im wesentlichen aus dem Grundkörper 1, auf dem die Hülse 2 um die Längsachse 3 des Grundkörpers drehbar gelagert ist. Dazu sind zwischen dem Grundkörper 1 und der Hülse 2 drei Wälzlager angeordnet, von denen das mittlere Wälzlager als doppeltes Kegelrollenlager 4 und die beiden beidseitig von diesem angeordneten Wälzlager als Zylinderrollenlager 5 ausgebildet sind. Während das Kegelrollenlager 4 unmittelbar auf dem Grundkörper aufsitzt, ist zwischen den Innenringen 6 der Zylinderrollenlager 5 und den Umfängen des Grundkörpers 1 in dessen Randbereichen jeweils eine Exzenterbüchse 7 gegenüber dem Grundkörper 1 verdrehbar angeordnet. Die Exzenterbüchsen 7 sind unabhängig voneinander aber synchronisierbar drehangetrieben, wozu je ein Stirnradgetriebe 8 mit (nicht dargestelltem) Antrieb vorgesehen ist, das mit einem außen verzahnten Ritzel in die Innenverzahnung jeweils einer auf den Grundkörperenden drehbar gelagerten Drehhülse 9 eingreift, die stirnseitig formschlüssig in jede der beiden Exzenterbüchsen 7 eingreift und diese verdreht. Der Grundkörper ist über einen umfangsverzahnten Zapfen 10 unverdrehbar festgelegt; der Zapfen 10 stützt sich am Einbaustück 11 ab, in dem der Grundkörper 1 im Gerüstrahmen 11 aufgenommen wird.

Auf der dem Walzgut zugewandten Seite der Stützwalze ist beidseitig des Kegelrollenlagers 4 in den Grundkörper 1 eine Ausnehmung eingefräst, in die ein jedem Zylinderrollenlager 5 zugeordnetes Kippsegment 12 eingesetzt ist. Das Kippsegment ist in Längsrichtung des Grundkörpers 1 ballig ausgebildet und trägt auf seiner dem Ballen 13 abgewandten, im wesentlichen dem Außenumfang des Grundkörpers entsprechenden Seite die Exzenterbüchsen 7, auf denen die Innenringe 6 des Zylinderrollenlagers 5 abgestützt sind. Beim Verdrehen der Exzenterbüchsen 7 wird auf die Hülse 2 der Stützwalze eine Biegekraft aufgebracht, die zu einer konvexen oder konkaven Verformung der Hülse 2 führt. Damit die Zylinderrollenlager durch diese exzentrisch wirkenden Biegekräfte nicht beschädigt werden, ermöglicht jedes Kippsegment 12 eine ausreichende Schrägstellung der Zylinderrollenlager 5, indem sich die Kippsegmente über ihre Ballen 13 gleitend schräg einstellen.

Damit der der Lastseite abgewandte Innenringbereich des Zylinderrollenlagers 5 nicht zu großen Zwängen ausgesetzt wird, sind die den Kippsegmenten 12 gegenüberliegenden Bereiche des Grundkörpers 1 örtlich am Umfang in Längsrichtung des Grundkörpers 1 dachförmig abgeschrägt, wobei die Abschrägungen, ausgehend von dem mittleren Bereich des Zylinderrollenlagers 5, nach beiden Seiten verlaufen. Die Abschrägungen sind eben ausgeführt und verlaufen nur über einen Umfangsabschnitt des Grundkörpers 1 (s. Fig. 2).

In Fig. 2 ist erkennbar, daß auch am Außenumfang des Grundkörpers 1 in dessen Seitenbereichen parallel zur Walzebene plane Abschrägungen vorgesehen sind, die mit 15 bezeichnet sind. Diese Abschrägungen ermöglichen eine geringe Dehnung der Exzenterbüchse 7 und des Innenringes 6 in Lastrichtung, die beim Schrägstellen der Hülse 2 gegenüber dem Grundkörper 1 auftreten kann. Da nach der Erfindung im Tragbereich der Exzenterbüchse 7 am Grundkörper 1 ebenfalls Exzenterflächen ausgebildet sind, deren Exzentrizität der der Exzenterbüchsen entspricht, kann durch entsprechendes Verdrehen der Exzenterbüchse 7 auf den mit 14 bezeichneten Exzenterflächen eine Neutralstellung eingestellt werden, in der die Hülse 2 keiner Biegung unterworfen wird und somit die Hülse in dieser Stellung montiert und demontiert werden kann. Diese Stellung ist in Fig. 2 dargestellt.

In Fig. 3 ist die Exzenterbüchse 7 um 180° verdreht worden, so daß die volle Biegewirkung des Exzenters auf die Hülse 2 wirkt. In dieser Stellung weist die Stützwalze die größte einstellbare Balligkeit auf, die zwischen dieser Stellung und der Neutralstellung stufenlos veränderbar ist.

Claims (9)

1. Walzwerk mit Arbeitswalzen und mehrteiligen Stützwalzen, bestehend aus einem Grundkörper mit mehreren darauf in dessen Längsrichtung nebeneinander angeordneten Wälzlagern, die mit ihren Außenringen eine die Wälzlager umgreifende Hülse drehbar abstützen, die mit ihrer Innenoberfläche allseitig an den Außenoberflächen der Außenringe der Wälzlager anliegt und deren Außenoberfläche den Walzballen der Stützwalze bildet, wobei auf der Länge des Grundkörpers drei Wälzlager vorgesehen sind, von denen das mittlere Wälzlager als Kegelrollenlager ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden äußeren Wälzlager als Zylinderrollenlager (5) ausgebildet sind und zwischen den beiden Zylinderrollenlagern (5) und dem Grundkörper (1) je eine motorisch um die Längsachse (3) des Grundkörpers verdrehbare Exzenterbüchse (7) angeordnet ist.

2. Walzwerk mit Arbeitswalzen und mehrteiligen Stützwalzen nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß jeder Exzenterbüchse (7) ein stufenloser Schwenkantrieb (Stirnradgetriebe 8) zugeordnet ist und beide Schwenkantriebe synchronisierbar sind.

3. Walzwerk mit Arbeitswalzen und mehrteiligen Stützwalzen nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß der Grundkörper (1) unverdrehbar in dem Gerüstständer festgelegt ist.

4. Walzwerk mit Arbeitswalzen und mehrteiligen Stützwalzen nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß im Lastbereich des Grundkörpers (1) zwischen diesem und der Exzenterbüchse (7) je ein die Schiefstellung des Zylinderrollenlagers (5) ermöglichendes selbsteinstellbares Kippsegment (12) vorgesehen ist.

5. Walzwerk mit Arbeitswalzen und mehrteiligen Stützwalzen nach Anspruch 4 dadurch gekennzeichnet, daß das Kippsegment (12) in Längsrichtung des Grundkörpers (1) ballig ausgebildet ist und aus einem Gleitlagerwerkstoff besteht, der hydrostatisch entlastbar ist.

6. Walzwerk mit Arbeitswalzen und mehrteiligen Stützwalzen nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß die Exzenterbüchsen (7) auf Exzenterflächen (14) des Grundkörpers (1) gleitend drehbar geführt sind, deren Exzentrizitäten in einer neutralen Verdrehstellung der Exzenterbüchsen (7) ein Fluchten der Exzenterachse mit der Längsachse (3) des Grundkörper ermöglicht.

7. Walzwerk mit Arbeitswalzen und mehrteiligen Stützwalzen nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß der Grundkörper (1) in seinen beiden Randbereichen Abschrägungen (15) aufweist.

8. Walzwerk mit Arbeitswalzen und mehrteiligen Stützwalzen nach Anspruch 4 dadurch gekennzeichnet, daß der den Kippsegmenten (12) gegenüberliegende Bereich des Grundkörpers (1) örtlich am Umfang in Längsrichtung ballig ausgebildet ist, wobei die Ballen (13) von der Wälzlagerinnenringmitte nach beiden Seiten verlaufen.

9. Walzwerk mit Arbeitswalzen und mehrteiligen Stützwalzen nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß der Kontaktbereich zwischen Exzenterbüchsen (7) und Exzenterflächen (14) des Grundkörpers (1) hydrostatisch entlastbar ist.