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Quarto-Walzgerüst Die Erfindung betrifft ein Quarto-Walzgerüst mit
Ständern, in deren Fenstern in Einbaustücken gelagerte Arbeitswalzen und diese hintergreifende
Stützwalzen vermittels von hydraulischen Anstellvorrichtungen gegeneinander anstellbar
sind, und bei dem in die Fenster eingreifende Einbauten und/oder Einbaustücke mit
die Arbeitswalzen auch nach Auslaufen des Walzgutes spreizenden Druckmittel zylindern
ausgestattet sind.
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Derartige Quarto-Walzgerüste werden verbreitet zum Kaltwalzen eingesetzt,
wobei die hydraulischen Anstellvorrichtungen hohe Anstellgeschwindigkeiten, insbesondere
aber hohe Anstallbeschleunigungen zulassen und sich damit als hervorragende Stellglieder
sowohl für Steuer- als auch für Regelvorgänge erweisen.
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Als nachteilig macht sich bei solchen Walzgerüsten jedoch bemerkbar,
daß die Federkonstante des Gerüstes besonders im unteren Beanspruchungsbereiche
nicht konstant ist, und daß die Anstellvorrichtungen in diesem Bereiche daher, auf
den Walzspalt bezogen, erwünscht genaue Stellschritte nicht durchzuführen vermögen
(Hysterese-Erscheinung). Diese Nachteile machen sich zwar beim Walzen mit starker
Walzkraft, das heißt beim starken Reduzieren harter Bleche großer Breite, kaum bemerkbar;
je geringer aber die im Betriebe auftretenden Walzkräfte sind, desto stärker beeinträchtigen
die angegebenen Störeffekte den Walzvorgang. So treten beispielsweise die angegebenen
Effekte beim Walzen harter Aluminiumlegierungen, das hohe Walzkräfte erfordert,
praktisch nicht in Erscheinung, erschweren aber das Walzen weichen Reinaluminiums
beträchtlich.
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Die Erfindung geht von der Aufgabe aus, die Auswirkungen sowohl des
Hystereseeffektes als auch die des Effektes nicht konstanter Gerüstauffederungen
derart zu verringern, daß sie nicht mehr störend in Erscheinung treten und den Walzvorgang
nicht zu beeinträchtigen vermögen.
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Erreicht wird dieses, indem die Einbaustücke der unteren Stützwalze
eines gattungsgemäßen Quarto-Walzgerüstes mit Druckmittelzylindern ausgestattet
sind, deren Kolbenstangen vertikal geführte Stößel abstützen, deren freie Enden
die Einbaustücke der oberen Stützwalze untergreifen,und indem die Druckmittelzylinder
konstant beaufschlagt Kräfte entwickeln, welche mindestens 15%,vorzugsweise 20%
der maximalen Walzkraft des Gerüstes überschreiten.
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Wie in der Gattung aufgeführt, sind übliche Quarto-Walggerüste mit
Druckmittelzylindern ausgestattet, welche die oberen Walzeneinbauten gegen die unteren
abstützen, und deren Aufgabe es ist, die Arbeitswalzen jeweils gegen die zugeordneten
Stützwalzen zu pressen und auch nach dem Auslaufen des Walzgutes die Arbeitswalzen
so zu spreizen, daß der Walzspalt geöffnet bleibt und nicht infolge des Gewichtes
der oberen Walzeneinbauten geschlossen wird. Die hierbei benötigten und von den
zugeordneten Druckmittelzylindern ausgeübten Kräfte überschreiten üblicherweise
das Gewicht der oberen Walzenein bauten um 20 bis 40% und in Extremfällen bis zu
ioo%. üblichen weise werden diese sogenannten Ausbalancier-Vorrichtungen konstant
beaufschlagt, und die Beaufschlagung wird auch während des Walzens aufrechterhalten,
so daß zu den Walzkräften die Ausbalancierkräfte treten. Die Ausbalancierkräfte
sind aber so gering, daß auch im Verein mit niedrigen Walzkräften der unstabile
Bereich der Kennlinie des Gerüstes nicht verlassen wird. Die gemäß der Erfindung
zusätzlich, gegebenenfalls auch an Stelle von Ausbalanciervorrichtungen vorgesehenen
Druckmittelzylinder werden wesentlich stärker beaufschlagt und
entwickeln
Kräfte, die 15 bis 40%, vorzugsweise 20 bis 308, der maximalen Walzkräfte betragen,
so daß mit ihrer Hilfe auch beim Walzen mit geringen Walzkräften der unstabile Bereich
der Gerüstkennliie sicher überschritten wird und die Beanspruchung des Gerüstes
in den eindeutigen, linearen Bereich der Kennlinie verlegt wird.
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Vorteilhaft werden die von den Druckmittelzylindern abgestützten Stößel
in Einbaustücken der Arbeitswalzen geführt; es ist aber auch möglich, die Stößel
in in die Fenster der Ständer eingreifenden Einbauten zu lagern. Eine gleichmäßige
Beaufschlagung der Druckmittelzylinder wird erreicht, indem diesen Druckspeicher
parallel geschaltet sind.
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Im einzelnen sind die Merkmale der Erfindung anhand der folgenden
Beschreibung eines Ausführungsbeispieles in Yerbindung mit dieses darstellenden
Zeichnungen erläutert. Es zeigen hierbei: Fig. 1 teilweise geschnitten die Seitenansicht
eines Gerüstes, und Fig. 2 die Federkennlinie des Gerüstes nach Fig. 1.
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In Figur 1 ist die Seitenansicht eines Quarto-Walzgerüstes gezeigt,
bei dem die Einbauten des Ständers 1 im wesentlichen geschnitten dargestellt sind.
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Im unteren Joch des Ständers 1 ist eine Keilanstellung 2 vorgesehen,
mit deren Hilfe die obere Mantellinie der unteren Arbeitswalze aüf die Höhe der
Walzlinie einstellbar ist.
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Auch die Keilanstellung 2 stützt sich über eine Druckmeßdose 3 ein
Einbaustück 4 der unteren Stützwalze ab, über dem die Einbaustücke 5 und 6 der unteren
sowie der oberen Arbeitswalze sowie das Einbaustück 7 der oberen Stützwalze gezeigt
sind. Während die Einbaustücke 4 und 7 der Stützwalzen mittels
im
Ständerfenster angeordneter, in der Figur nicht dargestellter Schleißplatten geführt
sind, werden die Einbaustücke 5 und 6 an Schleißplatten geführt, die von den in
den Fensterquerschnitt eingreifenden Konsolen 8 getragen sind, und, ebenfalls nicht
dargestellt, vor den Stirnflächen der Konsolen 8 angeordnet sind und sich bis zu
den Flanken der Einbaustücke erstrecken.
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Die Konsolen 8 sind mit Hydraulikzylindern 9 und 1o ausgestattet,
deren Kolbenstangen seitliche Ansätze der Einbaustücke 5 und 6 der Arbeitswalzen
untergreifen und diese zu spreizen tendieren. Die Einbaustücke 4 und 7 der Stützwalzen
sind mit Hydraulikzylindern 11 und 12 versehen, deren Kolbenstangen die jeweils
gegenüberliegende Wandung der Einbaustücke 5 bzw. 6 der Arbeitswalzen abstützen.
Zwischen dem oberen Joch des Ständers 1 und dem Einbaustück 7 ist ein hydraulischer
Anstellzylinder 13 dargestellt. Zwischen dem hinteren Ständer 20 und dem bezüglich
des oberen Joches abgebrochen dargestellten Ständer 1 ist ein Ausbalancierzylinder
14 angeordnet, der auf Traversen 15 einwirkt, die beidendig mit Zugstangen ausgestattet
sind. Die Zugstangen enden in Haken 16, welche Vorsprünge der oberen Einbaustücke
7 hintergreifen und diese gegen die Stellfläche der Anstellzylinder 13 ziehen. Der
Ausbalancierzylinder 14 trägt damit das Gewicht der oberen Stützwalzeneinbauten
und spanntdiese gegen die Anstellzylinder 13 vor, so daß sowohl die Ausbalancierung
der oberen Stützwalzeneinbauten als auch eine feste Anlage an den Anstellzylindern
13 erwirkt werden. Die Hydraulikzylinder 1o bewirken die Ausbalancierung des Einbaus
der oberen Arbeitswalze, und gleichzeitig wirken sie mit den Hydraulikzylindern
11 und 12 zusammen. Mittels der Hydraulikzylinder 9 bis 12 können zusätzliche Kräfte
auf die Einbaustücke der Arbeitswalzen aufgebracht werden, welche deren Biegemoment
und damit deren Durchbiegung zu ändern vermögen.
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Im Einbaustück 4 der unteren Stützwalze sind weitere, zusätzliche
Druckmittelzylinder 17 untergebracht,und ihre Kolbenstangen stützen in Lagern 18
der Konsolen 8 geführte Stößel 19 ab, deren Stirnflächen das Einbaustück 7 der oberen
Stützwalze hintergreifen.
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Beim Betriebe eines üblichen Quarto-Gerüstes treten die oben aufgeführten
Störeffekte auf, die sich insbesondere beim Walzen mit geringer Walzkraft, beispielsweise
beim Walzen von Reinaluminium, aber auch Kunststoff-Folien o.dgl., unangenehm auswirken.
Nach hiesiger Ansicht treten Hysterese-Effekte bereits durch die Dichtungen des
Anstellzylinders 13 auf: Die durch die Dichtungspackungen bewirkten Reibkräfte sind
der jeweiligen Anstellrichtung entgegengerichtet, und eine Anstellbewegung kann
erst durchgeführt werden, wenn die die Anstellbewegung auslösende Kräftedifferenz
die HaStreibung der Dichtungspackungen überschreitet, die, wie ermittelt wurde,
bei der Verwendung von beispielsweise Teflon-Dichtungen nahezu konstant und weitgehend
unabhängig von der Belastung ist. Hinzu kommt, daß die Abstützung der Einbaustücke
im Ständerfenster über eine Anzahl mehr oder weniger flacher Bauteile erfolgt, wie
beispielsweise die Elemente der Keileinstellung 2, die Druckmeßdose 3, zwischengelegte
Distanzplatten o.dgl. Nach hiesiger Ansicht tragen diese im allgemeinen nicht vollkommen
eben bzw. quaderförmig ausgeführten Elemente nur an ein, zwei oder drei Bereichen,
und erst beim Auftreten größerer Belastungen, d.h. höherer Walzkräfte, werden die
betreffenden Elemente elastisch so verformt, bis sie großflächig tragen und nunmehr
ihre Stärke dtna Hookschen Gesetz folgt. Damit wirken sich im Bereiche niedriger
Belastungen des Walzgerüstes auf dessen Federkonstante elastisch verformbare Bauelemente
au*, deren Verformung bei höheren Belastungen praktisch abgeschlossen ist, und die
daher eine Kennlinie des Gerüstes verursachen, die im Gebiete geringer Belastungen
nicht nur weicher ist als
im Bereiche höherer Walzkräfte, sondern
darüberhinaus im Gebiete geringer Belastung unstabil und unbestimmt und nicht eindeutig
verläuft.
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Eine die Folgen der genannten Effekte zeigende Kennlinie der Gerüstauffederung
des in Figur 1 dargestellten Gerüstes ist in Figur 1 dargestellt. Die Ordinate 21
zeigt die jeweilige Gerüstbelastung, insbesondere die Walzkraft P, an, während die
Abszisse 22 die GerüStauffederung f angibt.
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Die Kennlinie 23 des Gerüstes verläuft im wesentlichen linear; in
ihrem unteren Bereich jedoch weicht sie von der linearen, gestrichelten Linie 24
ab und wendet sich in einem breiten Streubereich 25 dem Nullpunkt zu.
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Solange das Gerüst mit einem wesentlichen Teil der maximalen Walzkraft
26 beansprucht-wird, wird auch im linearen Bereiche der Kennlinie 23 gearbeitet.
Beim Walzen mit sehr geringen Walzkräften, beispielsweise beim Walzen von Reinaluminium,
wird der Streubereich 25 nicht verlassen, so daß der Zusammenhang zwischen Gerüstbelastung
und Gerüstauffederung nicht mehr eindeutig ist, und das gegenseitige Verhältnis
instabil wird. Sollen beim Walzen klare, reproduzierbare Verhältnisse vorherrschen,
so ist der Streubereich 25 zu meiden. Dieser Streubereich erstreckt sich über ca.
30 bis 35% der maximalen Walzkraft. Die tatsächliche Beanspruchung des Gerüstes
ergibt sich aus der Summe der vom Walzspalt aufgenommenen und parallel zu diesem
bewirkten Kräften. Das bedeutet, daß die Gerüstbeanspruchung üblicherweise aus der
Summe der Walzkraft sowie der Ausbalancierungskräfte resultiert. Damit aber wird
zwar der Beginn des Arbeitsbereiches des Gerüstes vom Ursprung der Ordinate um die
Ausbalancierungskräfte angehoben; bei geringen Walzkräften reicht dies aber nicht
aus, um die Gerüstbeanspruchung aus dem Streubereich 25 zu bringen. Es werden daher
gemäß der Erfindung mittels der Druckmittelzylinder 17 weitere Kräfte eingeleitet,
welche
zwischen den Einbaustücken 4 und 7 der Stützwalzen und damit praktisch parallel
zum Walzspalt wirksam sind und das gesamte Gerüst zusätzlich beanspruchen. Die durch
diese Druckmittelzylinder bewirkten Kräfte werden so bemessen, daß sie, im Verein
mit den Ausbalancierungskräften, ausreichen, auch bei geringen Walzkräften den Arbeitspunkt
des Gerüstes über den Streubereich 25 bis in den linearen Bereich der Kennlinie
23 anzuheben.
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Das in Figur 1 dargestellte Gerüst ist beispielsweise für eine maximale
Walzkraft von 1500 t ausgelegt. Diese Belastung wird aber nur beim Walzen hochlegierten
Aluminiums oder Stahles erreicht. Beim Walzen von Reinaluminium kann beispielsweise
eine Walzkraft von nur 100 t erforderlich sein.
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Das Gewicht der oberen Wa-lzeneinbauten beträgt ca. 60"t, und der
Ausbalancierungszylinder 14 vermag eine Kraft von 100 t zu entwickeln, zu denen
die resultierenden Kräfte der Druckmittelyzlinder 9 bis 12 kommen. Damit liegen
die Ausbalancierungskräfte bereits über dem üblichen Maß von 120% bis 140 des Gewichtes
der oberen Einbauten. Die Druckmittelzylinder 17 entwickeln zusätzliche, parallel
zum Walzspalt wirksame und das Gerüst, insbesondere dessen Einbauten und Anstellvorrichtungen,
belastende Kräfte, die bis zu 300 t betragen können und damit die üblichen Ausbalancierungskräfte
weit übersteigen. Beim Walzen mit hohen Walzkräften können die Druckmittelyzlinder
17 weitgehend oder vollkommen entlastet werden, so daß eine zusätzliche Gerüstbeanspruchung
nicht auftritt. Zum Walzen weichen Materiales jedoch, das nur geringe Walzkräfte
erfordert, werden die Druckmittelzylinder zwischen 15 und 35% der maximalen Walzkraft
so beaufschlagt, daß die tatsächliche Gerüstbeanspruchung während des Walzens innerhalb
des linearen Bereiches der Kennlinie 23 liegt. Die nunmehr das Gerüst beaufschlagenden
Kräfte sind trotz des geringen Walzdruckes so hoch,
daß mit Sicherheit
die üblichen Beilagen wie Distanzplatten oder -blöcke die Druckmeßdose 3 und dergleichen
fest aufliegen und keine Verfälschung der Federkennlinie durch Ausbildung eines
Hysterese-Erscheinungen aufweisenden Streubereiches 25 zu bewirken vermögen. Auch
die Beaufschlagung der Anstellzylinder 13, die ja die gesamte Gerüstbeanspruchung,
d.h. neben der Walzkraft auch die zusätzlich entwickelten Kräfte, abzufangen haben,
wird erheblich erhöht, während sowohl die Haft- als auch die Gleitreibung der Dichtungspackungen
ihren Wert beibehalten. Damit aber ist das Verhältnis des Betrages der Stellkräfte
zu dem der Reibungskräfte erhöht, so daß diese nicht mehr wesentlich ins Gewicht
fallen und auch beim Arbeiten mit geringen Walzkräften die erläuterten Hysterese-Erscheinungen
kaum mehr auftreten.
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Es ist zwar aus der DT-PS 644 957 bekannt, parallel zum Walzspalt
Druckmittelzylinder vorzusehen, die entweder durch eine Regelvorrichtung beaufschlagt
werden oder aber selbst als Meßorgane dienen. Zum gleichen Zwecke der Kompensation
von Walzkraftschwankungen sind in der DT-PS 1 294 317 Druckmittelzylinder vorgesehen,
welche entsprechend von Walzkraftschwankungen beaufschlagt werden. Die gemäß der
Erfindung vorgeschlagenen Druckmittelzylinder werden für die Regelung nicht eingesetzt,
sondern dienen allein dem Zwecke, im Falle des Arbeitens mit geringen Walzkräften
diese zusätzlich und konstant derart zu erhöhen, daß die das Walzgerüst, seine Anstellvorrichtungen
und Einbauten beaufschlagenden Kräfte ausreichen, den Arbeitsbereich während des
Walzens in den linearen Bereich der Kennlinie 23 zu schieben und die Auswirkung
der von den Anstellzylindern 13 sowie gegebenenfalls vom Ausbalancierungszylinder
14 bewirkten Reibkräfte ausreichend zurücktreten zu lassen.
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Im Ausführungsbeispiel sind für die Ausbalancierung sowie für die
Vorbelastung des Gerüstes getrennte Druckmittelzylinder vorgesehen. Es besteht jedoch
die Möglichkeit, Druckmittelzylinder sowohl zur Einstellung der Vorbelastung als
auch zum Ausbalancieren der Stützwalzeneinbauten heranzuziehen'und es ist auch möglich,
die gleichen Druckmittelzylinder zusätzlich für Regelvorgänge einzusetzen, wobei
eine konstante Druckkomponente die 15% bis 30% der maximalen Walzkraft entsprechende
Vorbelastung der Gerüstes bewirkt, während eine überlagerte variable Druckkomponente
angestrebte Regelvorgänge zu bewirken vermag.