DE3317974C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein hydrostatisches Stützelement für eine Walze gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Hydrostatische Stützelemente dieser Art, die zur Lage­ rung oder Abstützung beweglicher, insbesondere rotie­ render Teile gegenüber einem Basisteil dienen, sind z. B. aus US 38 02 044 und US 38 46 883 vorbekannt. Durch eine axiale Beweglichkeit der Druckkolben und eine Neigbarkeit der Lagerschuhe können dabei in einem gewissen Rahmen eine automatische Anpassung der Laufflä­ che an Bewegungen der Gegenfläche und ein konstanter Spalt zwischen beiden Teilen und somit eine konstante Stützkraft erreicht werden.

Typische Verwendungen solcher hydrostatischer Stützele­ mente in Walzvorrichtungen sind ferner in den US 40 41 752, US 40 59 976 und US 42 18 905 beschrieben. Hierbei wird eine Warenbahn, z. B. ein Metallband, eine Plastikfolie oder eine Papierbahn, zwischen zwei gegen­ einander gepreßten Arbeitswalzen hindurchgeführt und ge­ walzt oder geglättet, wobei die Arbeitswalzen in der Preß­ ebene oder seitlich oder quer dazu durch hydrostatische Stützelemente abgestützt sind. Zusätzlich können auf die Arbeitswalzen drückende Stützwalzen vorgesehen sein, die ebenfalls durch hydrostatische Stützelemente abgestützt sein können. Statt einer Abstützung durch Stützelemente von außen kann auch eine Abstützung gegen einen innerhalb der Walze vorgesehenen Träger und ebenfalls innerhalb der Walze angeordnete Stützelemente vorgesehen sein, wie es z. B. in US 39 49 455 beschrieben ist.

Durch Abnutzung und Verschleiß sowie infolge des not­ wendigen periodischen Nachschleifens der Arbeitswalzen und in geringerem Maße auch der Stützwalzen nimmt deren Durchmesser im Laufe der Betriebszeit laufend ab. Bei Metallwalzwerken kann beispielsweise die Durchmesser- Verringerung bis zu 10% betragen, bis eine Auswechselung und Erneuerung der Arbeitswalzen nötig ist. Bei einem Arbeitswalzen-Durchmesser von 25 cm müßten die Lager­ schuhe der Stützelemente daher nicht nur eine Abstands- Änderung von über 1 cm von der Lauffläche bis zur Walzen­ oberfläche überbrücken können, sondern außerdem müßte auch bei einer Änderung des Krümmungs-Radius der Walzen­ oberfläche von 10% die Lauffläche in ihrem ganzen Bereich einen gleichmäßigen Abstand von der Walzenoberfläche beibehalten. Die bekannten Stützelemente sind dazu nicht in der Lage und lassen nur wesentlich geringere Durch­ messer-Änderungen zu, bis die Mitte der Lauffläche in­ folge der unterschiedlichen Krümmung auf der Walzenober­ fläche aufsitzt. Im Betrieb eines Walzwerkes müssen die Lagerschuhe daher häufig gegen solche mit anderem Krüm­ mungs-Radius ausgewechselt oder an den veränderten Walzen­ durchmesser angepaßt werden.

Durch Deformation der Walzen beim Betrieb einer Walzvor­ richtung ändert sich ebenfalls der Krümmungs-Radius der Walzenfläche, speziell bei Abstützung von innen, wobei die Walze als Walzenmantel ausgeführt ist. Auch in diesem Fall sind hydrostatische Stützelemente wünschenswert, die einen gewissen Variations-Bereich des Krümmungs-Radius zulassen.

In GB 20 73 829 und US 42 62 400 sind bereits hydrostati­ sche Stützelemente vorbeschrieben, deren Lauffläche elastisch verformbar oder aus flexiblem Material aus­ gebildet ist. Der Verformungsbereich solcher Stützele­ mente ist jedoch für die Verwendung in Walzvorrichtungen zu gering. Bei größeren Verformungen ergeben sich zu große Gegenkräfte, die keinen gleichmäßigen Lagerspalt zulassen. Das elastisch verformbare oder flexible Mate­ rial ist für einen rauhen Walzwerkbetrieb ungeeignet und weist eine zu geringe Lebensdauer auf und verursacht häufige Betriebsstörungen.

Ein hydraulisches Stützelement der gattungsgemäßen Art ist ferner aus der CH 5 67 667 vorbekannt. Der Lagerschuh dieses bekannten Stützelementes kann zwar Kippbewegungen um ein zwischen dem Druckkolben und dem Lagerschuh ange­ ordnetes Kugelgelenk ausführen, wobei die Druckkammer in jeder Kipplage des Lagerschuhes mittels eines Dichtungs­ ringes abgedichtet bleibt, jedoch ist eine Anpassung an Abstands-, Positions- und Durchmesser-Toleranzen der zu stützenden Walzenfläche zum Lagerschuh nicht möglich.

Der Erfindung liegt von daher die Aufgabe zugrunde, ein hydrostatisches Stützelement der im Oberbegriff des An­ spruches 1 vorgeschlagenen Gattung zu schaffen, das einen erweiteren Verwendungsbereich bezüglich Abstands-, Posi­ tions- und Durchmesser-Toleranzen der zu stützenden Walzen­ fläche zum Lagerschuh aufweist, wobei bei verlängerter Lebensdauer ein gleichmäßiger Lagerspalt über die gesamte Lagerfläche beibehalten werden soll.

Die Lösung dieser Aufgabe ergibt sich aus den kennzeichnen­ den Merkmalen des Anspruches 1. Infolge dieser Ausbildung ist das erfindungsgemäße hydrostatische Stützelement in der Lage, eine Anpassung an eine Änderung der Form und der Position der Gegenfläche, d. h. der Arbeitswalzen, zu ermög­ lichen. Da die Lagerschuhe unabhängig voneinander neigbar sind, passen sich diese automatisch an eine verkantete oder schräge Gegenfläche an, d. h. an die Arbeitswalzen. Der An­ passungsbereich an die Form und Position der Gegenfläche wird somit erheblich erweitert, und es wird eine Verwendung speziell in Walzvorrichtungen mit großer Durchmesseränderung des Walzendurchmessers ermöglicht. Zur Vermeidung unerwünscht großer Auslenkungen können die benachbarten Lagerschuhe ge­ lenkig oder flexibel oder elastisch miteinander verbunden sein.

Die mindestens zwei Lagerschuhe eines jeden der Stützelemente führen sogar eine Arbeitswalze dann störungsfrei und unter Beibehaltung eines gleichmäßigen und einwandfreien Lager­ spaltes, wenn die Arbeitswalze in ihrer vertikalen Lage aus der Mittelebene der beiden Stützelemente z. B. nach unten aus­ gelenkt wird. Ein einzelner Lagerschuh gemäß dem Stand der Technik nach CH 5 67 667 könnte hier nicht folgen, so daß kein einwandfreier Lagerspalt und damit keine einwandfreie Schmierung zwischen der Lauffläche des Lagerschuhes und der Arbeitswalze mehr bestehen.

Der Gegenstand der GB 11 83 579, welcher der DE 16 02 060 entspricht, ist zum Gegenstand des Anspruches 1 gattungs­ fremd, da hier weder ein Druckraum für einen Druckkolben noch eine Druckkammer zur beweglichen Abstützung des Lager­ schuhes an einem nicht vorhandenen Druckkolben vorgesehen sind. Die beiden hydrostatischen Lagerkissen sind in Aus­ nehmungen eines Lagerblockes gelagert. Die Lagerkissen können auch in ihren Ausnehmungen hydrostatisch gehalten sein. Diese hydrostatische Lagerung der Lagerkissen in den Ausnehmungen dient jedoch nur zur Verminderung der Reibung nach Art eines hydrostatischen Gleitlagers. Die Lagerkissen sind somit in ihren Ausnehmungen fixiert und können nicht der abzustützenden Walze folgen, wie es die Lagerschuhe gemäß der Erfindung und gemäß dem Stand der Technik nach CH 5 67 667 ausführen können. Die Lagerkissen dienen somit nur dazu, bei ungleichmäßigem Walzendurchmesser, z. B. bei Abnutzung der Walzen, eine gleichmäßig gute Lagerung der Walzen zu gewährleisten. Zwar kann der ge­ samte Lagerblock mittels durch Kolbenzylinder-Einheiten verschiebbarer Keile gegen die Walze vorgeschoben werden. Auch können anstelle der Keile andere geeignete Einstell­ vorrichtungen verwendet werden, wie z. B. hydraulische Zylinder oder Schrauben. Diese Maßnahmen entsprechen je­ doch nur den beweglichen Druckkolben gemäß der Erfindung und gemäß CH 5 67 667. Eine separate Lagerung der Lager­ schuhe mittels Druckkammern an einem einzigen Druckkolben ist hier nicht vorbeschrieben, zumal die GB 11 83 579 ganz offensichtlich die Gleitlagerung einer Walze behandelt, welche in herkömmlicher Weise das Prinzip der Ausbildung eines hydrostatischen Schmierfilmes ausnutzt. Demgegenüber betrifft die Erfindung hydrostatische Stützelemente eines besonderen konstruktiven Aufbaues und einer besonderen Wirkungsweise, welche in der CH 5 67 667, der US 40 41 752 und der GB 20 73 829 (DE 30 10 741) dokumentiert ist.

Die Erfindung ist nachfolgend anhand eines Ausführungsbei­ spieles eines hydrostatischen Stützelementes für eine Walze näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 einen prinzipiellen Querschnitt durch ein hydrostatisches Stützelement,

Fig. 2 eine Seitenansicht einer Duo-Walzvorrichtung mit mehreren hydrostatischen Stützelementen,

Fig. 3 einen Querschnitt durch eine Duo-Walzvorrich­ tung mit mehreren hydrostatischen Stützelementen,

Fig. 4 einen Querschnitt durch eine Quarto-Walzvorrich­ tung mit mehreren hydrostatischen Stützelementen und

Fig. 5 einen Querschnitt durch eine Duo-Walzvor­ richtung mit Innen-Abstützung durch hydrostatische Stützelemente.

Bei dem in Fig. 1 dargestellten hydrostatischen Stützele­ ment 12 ist ein Kolben 15 in einem Zylinder 13 durch Dich­ tungsringe 22 abgedichtet und durch einen Anschlagring 23 begrenzt axial beweglich angeordnet, so daß zwischen dem Zylinder 13 und dem Kolben 15 ein Druckraum 14 entsteht, der über eine Leitung 20 mit einem Druckmittel, z. B. Wasser, Öl oder Schmierflüssigkeit, versorgt wird. Der Zylinder 13 kann kreisförmigen, elyptischen, rechtecki­ gen oder einen anderen geeigneten Querschnitt haben. Der im inneren durchlässige Kolben 15 trägt an seinem, dem Zylinder 13 abgewandten Ende, zwei mit Druckkammern 24 versehene Aufsätze 25, die somit mit dem Druckraum 14 in Verbindung stehen und von diesem aus mit Druckmittel ver­ sorgt werden. Jeder dieser Aufsätze 25 trägt einen Lager­ schuh 12, auf dessen Lauffläche 16 Drucktaschen 17 vorge­ sehen sind, die mit den Druckkammern 24 über Drosselboh­ rungen 18 in Verbindung stehen.

Durch Dichtungsringe 26 abgedichtet sind die Lagerschuhe 19 in gewissem Maße axial gegeneinander beweglich und zufolge einer abgerundeten Ausbildung der äußeren Rän­ der 27 der Aufsätze 25 gegen diese und damit auch gegen­ einander und unabhänig voneinander gegen die Zylinder- Achse neigbar oder kippbar.

Im Betrieb wird, wie bei bekannten hydrostatischen Stütz­ elementen, Druckmittel über die Leitungen 20 in den Druck­ raum 14 und damit in die Druckkammern 24 zugeführt. Da­ durch werden die Lagerschuhe 19 an die Gegenfläche 8 angepreßt. Da jedoch das Druckmittel durch die Drossel­ bohrungen in die Drucktaschen 17 strömt, heben die Lager­ schuhe als Folge des sich aufbauenden Gegendruckes von der Gegenfläche 8 ab und es entsteht ein Spalt zwischen der Lauffläche 16 und der Gegenfläche 8 und somit eine berührungsfreie Abstützung. In gewissem Maße folgen da­ bei die Lagerschuhe 19 Bewegungen der Gegenfläche 8, so daß der Spalt unabhängig von Abstand und Neigung der Gegenfläche 8 konstant bleibt.

Infolge der besonderen Ausbildung und Gestaltung ist bei dem beschriebenen hydrostatischen Stützelement die An­ passungsfähigkeit an eine Änderung der Form und Posi­ tion der Gegenfläche erheblich verbessert. Da die Lager­ schuhe unabhängig voneinander neigbar sind, passen sie sich automatisch an eine verkantete oder schräge Gegen­ fläche an. Eine Anpassung an eine geänderte Krümmung der Gegenfläche wird in wesentlich größerem Rahmen als bisher dadurch erreicht, daß die Breite des Stütz­ elementes in mehrere kleinere, unabhängig voneinander bewegliche Laufflächen aufgeteilt ist, die insgesamt etwa die gleiche Lagerfläche ergeben, jede für sich je­ doch eine größere Krümmungs-Toleranz der Gegenfläche zuläßt.

Um ein unkontrolliertes Kippen und Verkanten der Lager­ schuhe 19 zu verhindern, können in einer zweckmäßigen Weiterbildung der Erfindung benachbarte Lagerschuhe 19 durch ein gelenkiges, elastisches oder flexibles Zwi­ schenstück 28 miteinander verbunden sein. Auch können die Lagerschuhe 19 mittels eines Kugelgelenkes 29 auf dem Aufsatz 25 des Kolbens 15 abgestützt sein.

Statt nur zwei Lagerschuhe, wie in Fig. 1 dargestellt, können die Stützelemente auch eine größere Anzahl von Lagerschuhen, z. B. drei oder fünf, in Umfangsrichtung der Gegenfläche hintereinander tragen, womit eine wei­ tere Vergrößerung des Toleranz-Spielraumes erreicht werden kann. Dabei kann auch der mittlere Lagerschuh fest auf dem Kolben angebracht und nur die äußeren Lagerschuhe beweglich sein.

In Fällen, wo keine größere Abstandsänderung auftritt, kann der Kolben 15 mit der Zylinderwand fest verbunden sein oder ganz entfallen. Auch eine gelenkige oder kipp­ bare Verbindung von Kolben und Zylinder kann vorteilhaft sein.

In den Fig. 2 und 3 ist ein Duo-Walzwerk dargestellt, in dem in Fig. 1 dargestellte Stützelemente Verwendung finden. Diese Walzvorrichtung weist einen Rahmen 1 mit zwei seitlichen Ständern 2 und dazwischen befind­ lichen Traversen 3 auf. In den Ständern 2 sind Lagerträger 4 und 5 angeordnet, wobei der Lagerträger 4 am Gerüst 2 befestigt ist und der Lagerträger 5 beweg­ lich geführt ist. In den Lagerträgern 4 und 5 sind die Zapfen 6 und 7 von zwei Arbeitswalzen 8 und 10 drehbar gelagert. Der Antrieb der Arbeitswalzen 8 und 10 erfolgt über Vierkant-Enden 11 der Walzenzapfen 6 und 7.

Zum gegenseitigen Anpressen der Arbeitswalzen 8 umd 10 in der Pressebene E sind beidseits der Arbeitswalzen hydrostatische Stützelemente 12 der an Hand von Fig. 1 beschriebenen Ausführung vorgesehen, die auf die Tra­ versen 3 abgestützt sind und eine Anpreßkraft auf die Walzenoberfläche und das zu walzende Material 32 aus­ üben, sobald den Druckmittel-Leitungen 20 von Druckmittel- Quellen 21, z. B. Pumpen, ein hydraulisches Druckmittel zugeführt wird.

Statt dessen oder außerdem können, wie in Fig. 3 dar­ gestellt, erfindungsgemäße Stützelemente jedoch auch als die Arbeitswalzen 8 und 9 seitlich abstützende Stützelemente 30 und 31 angeordnet werden. Eine solche seitliche Abstützung ist besonders beim Walzen von me­ tallischen Bändern 32 vorteilhaft, wo sich bedeutende Kräfte Z in Walzrichtung ergeben. Statt genau senkrecht zur Preßebene E kann die Stützrichtung der Stützele­ mente auch schräg oder quer gewählt werden, je nachdem, wie es die im Walzwerk wirkenden Kräfte oder ihre Resul­ tierenden erfordern. Die Erzeugung der Anpreßkraft kann hierbei konventionell oder ebenfalls mit Stützquellen er­ folgen.

Die Fig. 4 zeigt schließlich eine Walzvorrichtung, bei der die Arbeitswalzen 40 auf besondere Stützwal­ zen 41 abgestützt sind. Die untere Stützwalze 41 kann im festen Lagerträger 46 drehbar gelagert sein, und die übrigen Walzen können in vertikaler Richtung in ent­ sprechenden Lagerträgern geführt sein, von denen nur der obere Lagerträger 45 gezeigt ist. Ein solches Quar­ to-Walzwerk hat den Vorteil, daß bei einer geforderten Anpreßkraft die Arbeitswalzen 40 einen besonders klei­ nen Durchmesser haben können. Dadurch wird die erfor­ derliche Walzkraft und das Antriebsmoment des Walzwerkes ver­ mindert.

Auch in diesem Beispiel werden mit besonderem Vorteil als seitliche Stützelemente 30 und 31 der Arbeitswal­ zen 40 erfindungsgemäße hydrostatische Stützelemente verwendet, um Durchmesser- und Positions-Änderungen der Arbeitswalzen 40 störungsfrei und unter Beibehaltung eines gleichmäßigen und einwandfreien Lagerspaltes auf­ zunehmen. Die in der Preßebene auf die Stützwalzen 41 wirkenden Stützelemente können ebenfalls erfindungsge­ mäß oder konventionell ausgeführt sein, oder auch als auf die Stützwalzen-Innenseite einwirkende hydrostati­ sche Stützelemente, wie in US 40 59 976 beschrieben. Jeder Arbeitswalze können auch mehr als eine Stützwalze zugeordnet sein, oder die Stützwalzen können selbst wieder durch weitere Stützwalzen abgestützt sein, wo­ bei gegebenenfalls wiederum erfindungsgemäße Stützele­ mente verwendet werden können.

Bei dem Beispiel nach Fig. 5 sind die Arbeitswalzen 8 und 10 nicht wie nach Fig. 3 als von außen abgestützte Massivwalzen ausgeführt, sondern als Hohlwalzen mit einem festen Träger 43 und einem darum drehbar gelager­ ten Walzenmantel 42.

Die erfindungsgemäßen Stützelemente 44 stützen die In­ nenseite des Walzenmantels 42 gegen den Träger 43 ab. Die übrigen Bauteile entsprechen denen der Fig. 3. Mit­ tels dieser Anordnung werden größere Deformationen der Walzen zulässig als mit vorbekannten Stützelementen. Gegebenenfalls kann es auch genügen, nur eine der bei­ den Arbeitswalzen 8 oder 10 in der beschriebenen Weise auszuführen.

Die Verwendung erfindungsgemäßer Stützelemente ist auch nicht auf Walzvorrichtungen beschränkt, sondern diese können überall dort mit besonderem Vorteil verwendet werden, wo gegeneinander bewegliche Teile mit großen Abstands-, Positions- und Krümmungs-Toleranzen ein­ wandfrei gelagert und abgestützt werden müssen.

Claims (4)

1. Hydrostatisches Stützelement für eine Walze
aus einem Druckkolben mit einem mit Druckmittel versorgten Druckraum
und aus einem auf dem Druckkolben beweglich gelagerten Lager­ schuh,
wobei zwischen dem Druckkolben und dem Lagerschuh eine mit dem Druckraum verbundene Druckkammer gebildet ist, die über mindestens eine Drosselbohrung mit der mindestens einen, in der Lauffläche des Lagerschuhs vorgesehenen Drucktasche druckmäßig in Verbindung steht, dadurch gekennzeichnet, daß der Druckkolben (15) mindestens zwei Druckkammern (24) zur Aufnahme je eines Lagerschuhs (19) aufweist, wobei die Lagerschuhe (19) gegeneinander neigbar und in Stützrichtung unabhängig voneinander bewegbar sind.

2. Hydrostatisches Stützelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Druckkolben (15) wenigstens zwei Aufsätze (25) für je einen Lagerschuh (19) trägt, wobei die Aufsätze (25) und die Lagerschuhe (19) die Druckkammern (24) zwischen sich ausbilden.

3. Hydrostatisches Stützelement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwei benachbarte Lagerschuhe (19) miteinander gelenkig, elastisch oder flexibel verbunden sind.

4. Hydrostatisches Stützelement nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Druckkolben (15) in einem Zylinder (13) axial beweglich gelagert und in seiner axialen Bewegung im Zylinder (13) durch einen Anschlag (23) begrenzt ist.