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Verfahren und Vorrichtung zum Fertigwalzen von Profilen,
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insbesondere I-Trägern oder Schienen in einem Universalgerüst Die
Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Walzen von Profilen insb. 1Träger oder
Schienen in einem Universalgerüst mit anstellbaren Horizontal- und Vertikalwalzenpaaren
sowie auf ein Universalgerüst zur Durchführung des Verfahrens. Das Auswalzen von
Stranggußblöcken oder vorgewalzten Blöcken mit rechteckigem (quadratischem) Querschnitt
zu Profilen wie insb. zu Parallelflanschträgern oder Schienen wird in zwei aufeinanderfolgenden
Verformungsschritten durchgeführt. Der erste Verformungsschritt vom Block zum Vorprofil,
dem sog. dog bone" erfolgt in Zweiwalzenkalibern, also mit einer zwangsläufig ungleichmäßigen
Verformung über den Profilquerschnitt, wobei sowohl die Querschnittsabnahmen in
den verschiedenen Profilabschnitten, nämlich der Flansche und des Steges bei I-Trägern
bzw. des Kopfes, Fußes und des Steges bei Schienen als auch die sog.
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"gedrückten tängen", das sind die Längen der Abschnitte, in denen
zwischen Walze und Walzgut Kontakt besteht, in diesen Kaliberabschnitten ungleich
sind. Diese Ungleichheit bedingt einen Werkstofffluß im Kaliber, der u.a. durch
Schubspannungen und Querflüsse zwischen den Profilabschnitten gekennzeichnet ist.
Das anschließende Auswalzen des dog bone erfolgt heute auf Universalgerüsten, die
mit nicht angetriebenen verhältnismäßig kleinen Vertikalwalzen die Flansche (beim
I-Träger) bzw. Kopf und Fuß (bei der Schienen und mit angetriebenen, im Verhältnis
zu den Vertikalwalzen großen Horizontalwalzen den Steg bearbeiten. Diese Bearbeitung
erfolgt
bisher am liegenden Profil, also einer Profillage, bei der sich der Steg in einer
horizontalen Ebene befindet. Die Stichabnahme ist so gewählt, daß die relative Flächen-
und Dickenabnahme bei den Flanschen größer als beim Steg ist. Dies führt infolge
des oben erwähnten Größen- und Durchmesserunterschiedes der Vertikal- und der Horizontalwalzenpaare
zusammen mit den gewählten Dickenabnahmen dazu, daß die gedrückte Länge der Vertikalwalzen
größer als die der Horizontalwalzen ist, mit der Folge, daß das Walzgut beim Eintritt
in das Universalgerüst zunächst das nicht angetriebene Vertikalwalzenpaar und dann
erst das angetriebene Horizontalwalzenpaar berührt. Diesen Unterschied in den gedrückten
Längen könnte man durch eine wesentliche Verkleinerung des Durchmessers der Vertikalwalzen
bei unveränderter Dickenabnahme und unverändertem Horizontalwalzendurchmesser ausgleichen.
Dies würde aber für die Auswalzung bspw. von I-Trägern bei einem angenommenen Durchmesser
der Horizontalwalzen von 1200 mm und einem Durchmesser von 400 mm der Vertikalwalzen
gegenüber dem heute üblichen Durchmesser von 800 mm zu einer erheblichen Einschränkung
der Kapazität der Lager der Vertikalwalzen und damit zu einer Begrenzung der Walzkräfte
führen und auch die Greifbedingungen beim Anstich, insb. wenn keine genügend lange
Stegzunge vorhanden ist, verschlechtern. Der Unterschied in den gedrückten Längen
ließe sich auch durch eine Verringerung der Flanschdickenabnahme oder Erhöhung der
Stegdickenabnahme ausgleichen, führte aber leicht zu einer Stegwelligkeit des gewalzten
Trägers.
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Ein Stichplan für das Walzen von I-Trägern, der eine größere relative
Dickenabnahme der Flansche gegenüber der des Steges vorsieht, führt ferner dazu,
daß die Dicke der Flansche, vom Fertigprofil her rückwärts gesehen, stärker als
die des Steges bis zum Vorprofil, dem dog bone anwächst mit der Folge, daß beim
Walzen dieses dog bone aus dem Blockquerschnitt notwendigerweise
relativ
tiefe Kammern in den Block eingewalzt werden müssen, ein Umstand, der das Entstehen
der bereits erwähnten Querflüsse begünstigt, wodurch auch die Dicke des Blocks größer
sein muß als die Breite des Flansches des aus dem Block gewalzten dog bone.
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Zum Auswalzen von I-Trägern mit Flanschinnenneigung wurden und werden
auch noch Duo- oder Triogerüste mit Horizontalwalzenpaaren verwendet. Die Horizontalwalzenpaare
bilden Kaliber mit Kaliberabschnitten, in denen der entsprechende Profilabschnitt
von beiden oder auch nur von einer Walze des Walzenpaares begrenzt wird. Der I-Träger
muß wegen der horizontalen Lage der Walzen in liegender Stellung d.h. mit höherem
Steg gewalzt werden. Die letzten Kaliber sind so ausgebildet, daß die offenen Flansche
stark abgewinkelt sind, damit die notwendigen parallelen Flächen zwischen den Walzen
entstehen. Diese Flansche werden dann im FertigkäLiber in die Endform beigebogen,
und zwar bei einer Weiterentwicklung der reinen Duo- oder Triostraßen durch in dem
Fertigkaliber auf Traversen angeordnete Vertikalwalzen, die die im vorhergehenden
Kaliber abgewinkelten Flansche geradebiegen und auch noch an allen vier Flanschen
eine gewisse Dickenabnahme herbeiführen, die die Parallelität der Flanschen verbessert.
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Die Enge des Einbauraums im Fertigkaliber und die in einer Ebene mit
den Vertikalwalzen liegenden Horizontalwalzen erlauben es dabei, nur sehr kleine
Vertikalwalzen mit Walzenlagern geringer Kapazität und ohne eigenen Antrieb zu verwenden.
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Aus dieser Bauart der Duo- bzw. Triogerüste entwickelte sich das gattungsgemäße
Universalfertiggerüst, dessen Konzeption der Aufgabenstellung dieser Duo- bzw. Triogerüstausbildung
entsprach, nämlich bei relativ geringer Flansch- und Stegdickenabnahme, die Flansche
beizubiegen. Es sind deshalb große angetriebene Horizontalwalzenpaare und kleine
nicht
angetriebene Vertikalwalzenpaare vorhanden, und die Vertikalwalzenpaare
sind in dem Freiraum des Kalibers der Horizontalwalzen eingebaut. Das Profil wird
liegend gewalzt.
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Auch bei einer Weiterentwicklung dieser Universalgerüstausbildung
mit einem zusätzlichen Universalarbeitsgerüst mit X-Kalibrierung, bei der die Flansche
zum Steg hin abgewinkelt sind und der Winkel zwischen Flansch und Steg größer als
90° ist, fanden nicht angetriebene, nur vom Walzstab beschleunigte kleine Vertikalwalzen
Verwendung, deren entsprechend kleine Lagerkapazität die durch diese Ausbildung
an sich gegebene Möglichkeit mit größeren Abnahmen zu walzen, begrenzen.
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Die Entwicklung der Bauart der Universalgerüste für das Auswalzen
von Schienen verlief entsprechend der beschriebenen Entwicklung der Walzgerüste
für das Auswalzen von I-Trägern ebenfalls aus der Walzung auf Duo- oder Triogerüsten.
Beim Walzen mit Duo- bzw. Triogerüsten wird bspw. bei 10 Kalibern die Schiene liegend
in den letzten z.B. 6 Kalibern in der Weise geformt, daß Teile des Schienenfußes
und des Schienenkopfes abwechselnd in offenen und geschlossenen Kaliberabschnitten,
der Steg jedoch bei jedem Stich zwischen zwei Walzen bearbeitet werden. Die Abnahmen
beim Schienenkopf und beim Schienenfuß sind zwar im offenen Kaliberabschnitt größer
als in dem geschlossenen, insgesamt jedoch relativ- gering. Aus diesem Grunde sind
bereits in den ersten vier Vorbereitungskalibern, z.B. Kaliber 1 bis 4, mehrere
kräftige Stauchstiche mit Keilwirkung am Fuß in Richtung der späteren Kopf- und
Fußdicke bzw. der Schienenhöhe üblich, um einmal eine genügende Verdichtung des
Werkstoffs auch in dieser Richtung zu erhalten und ferner, um den Schienenfuß in
der Breite vorzubereiten. Hierdurch ist es notwendig, nach den Stauchstichen den
Walzstab um 900 zu drehen.
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Beim Walzen von Schienen in Universalgerüsten weicht zwar die Verformung
in den letzten Stichen wesentlich von der in Duo- oder Triowalzgerüsten ab, weil
die Dickenabnahme am Kopf und am Fuß der Schiene größer bemessen werden kann, da
auch bei diesen Profilteilen die gesamten Querschnittsflächen durch zwei Walzen
bearbeitet werden. Man verwendet aber durchweg die gleiche Kalibrierung der Vorwalzen
wie beim Walzen mit Duo- oder Triogerüsten, die wie bereits oben gesagt, hauptsächlich
die Aufgabe verfolgt, in der Schienenkopf- und Fußdicke eine ausreichende Verdichtung
zu bewirken, da eine solche Verdichtung bei dieser Walzart mit ausschließlich Zweiwalzenkalibern
nicht möglich ist.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das gattungsgemäße Verfahren
zum Fertigwalzen von Profilen in einem Universalgerüst so zu verbessern, daß das
Profil ohne Querfluß in den verschiedenen Profilabschnitten, ohne Trennungen innerhalb
des Werkstoffgefüges und ohne das Auftreten von Stegwelligkeiten mit hohen Stichabnahmen
und ggfs. bei niedrigen Temperaturen gewalzt werden kann und weiterhin dazu gattungsgemäße
Universalgerüste zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens so zu ändern,
daß sich das Verfahren ohne Schwierigkeiten durchführen läßt.
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Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß die Umformung der verschiedenen
Profilabschnitte (Flansch und Steg bzw. Kopf, Fuß und Steg) mit relativ gleicher
Querschnittsabnahme und gleicher Länge des Umformraumes innerhalb des Kalibers der
jeweiligen Walzenpaare (gleiche gedrückte Längen") bewirkt wird. Wie die Erfindung
weiter vorsieht, kann dabei die Verformung unter Beaufschlagung des Stegs durch
das Vertikalwalzenpaar und der Flansche bzw. des Schienenkopfes und -fußes durch
das Horizontalwalzenpaar erfolgen.
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Wesentlich ist dabei, daß von beiden Walzenpaaren Walzmomente erzeugt
und auf das Walzgut aufgebracht werden; die einen über die verschiedenen Abschnitte
des gewalzten Profils gleichmässig verlaufenden Werkstofffluß bewirken.
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Das Universalwalzgerüst zum Walzen nach diesem erfindungsgemäßen Verfahren
mit anstellbaren Horizontal- und Vertikalwalzenpaaren wird dabei erfindungsgemäß
so ausgebildet, daß die Horizontalwalzen einen kleineren Durchmesser als die Vertikalwalzen
aufweisen, daß bei an sich bekannter zweiseitiger Lagerung der Horizontalwalzen
die Vertikalwalzen ebenfalls zweiseitig gelagert sind, und daß jede Vertikalwalze
einen eigenen regelbaren Antrieb aufweist.
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Die Antriebs seiten der Walzen jedes Walzenpaares sind dabei erfindungsgemäß
voneinander abgewandt angeordnet. Die Durchmesser der Walzenpaare können beim Auswalzen
von I-Trägern zweckmäßig ein Verhältnis von ca. 1:3 aufweisen.
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Das erfindungsgemäße Verfahren erlaubt es, ohne Querfluß auch bei
niedrigen Temperaturen zu walzen und die Einzelstichabnahmen sowie die Gesamtabnahme
erheblich zu vergrößern; ferner kann ein dog bone mit verhältnismäßig kleiner Kammertiefe
verwendet werden, der mit wenigen Stichen und relativ geringer Stichabnahme in Zweiwalzenkalibern
gewalzt wird.
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Die Durchsatzleistung der Vorstraße mit nur einem Reversiergerüst
wird vergrößert, und es lassen sich relativ dünne und breite Stranggußblöcke oder
Brammen verwenden, wodurch sich die Anbringung eines Universalwalzwerkes an eine
Stranggußanlage vereinfacht.
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Die erfindungsgemäße Ausbildung des Universalgerüstes läßt infolge
der großen Lagerkapazität sowohl der Horizontalals auch der Vertikalwalzenpaare
das Aufbringen großer Walzkräfte zu. Es läßt sich ferner einfgünsti-ges Verhältnis
zwischen
den Walzendurchmessern von Horizontal- und Vertikalwalzen einerseits und Walzendurchmessern
und Ballenbreiten andererseits auslegen, mit dem sich die gleichmäßige Verformung
ohne Querfluß mit gleichen relativen Querschnittsabnahmen und gleichen gedrückten
Längen in den verschiedenen Profilabschnitten erreichen läßt. Die erfindungsgemäßen
Bemessungsgrößen des Verhältnisses zwischen den Walzendurchmessern von Horizontal-
und Vertikalwalzen sowie von Walzendurchmessern und Ballenbreiten bringen sehr günstige
Anordnungsmöglichkeiten der vier Antriebe für die vier Walzenpaare mit sich. Das
Verhältnis der Walzendurchmesser der Vertikal- und Horizontalwalzen ist also so
bemessen, daß bei gleichen relativen Querschnittsabnahmen in den verschiedenen Profilteilen
die gedrückten Längen gleich sind.
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Besonders beim sog. "TM-Walzen" (thermomechanisches Walzen), bei dem
das Fertigwalzen mit einem, den zu erzeugenden mechanischen Kennwerten zur Festigkeit
und Zähigkeit angepaßten Stichplan mit kontrolliert eingesetzten Abkühlzyklen und
niedrigen Temperaturen erfolgt, läßt sich das erfindungsgemäße Verfahren mit Vorteil
anwenden, da hier eine hohe Gesamtverformung bei niedrigen, gezielt auf die Gefügeumwandlung
abgestimmten Temperaturen und niedrigen Temperaturen bei den letzten Stichen im
Universalwalzerfahren sowie gleichmäßige Temperaturen über dem Profilquerschnitt
während des Formungsvorgangs gefordert werden.
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Die Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens bringt auch eine Verbesserung
der kühltechnischen Bedingungen beim Walzvorgang mit sich, die insb. bei kontrollierter
Kühlung während und nach der Verformung Bedeutung erlangt. Die Möglichkeit, die
Fertigformung bei stehendem Profil, also mit einer Lage des Steges in einer vertikalen
Ebene vorzunehmen, erlaubt es, die Abschnitte mit Werkstoffanhäufungen, z.B. beim
I-Träger den Ubergang Flansch - Steg auf der Flanschaußenseite
und
bei der Schiene den Kopf und den Übergang Fuß - Steg auf der Fußaußenseite kontrolliert
zu kühlen, weil das Kühlwasser nach der Beaufschlagung dieser Abschnitte von außen
her sofort nach unten abzufließen vermag, während es sich bei liegend gewalzten
Profilen in der in dieser Lage oberen Profilkammer sammelt, wobei sich die Stegoberseite
und der Steg zu stark und nicht kontrollierbar abkühlen. Hinzu kommt hier noch,
daß bei heutigen STichplangestaltungen schon der Steg des dog bone relativ dünn
gegenüber den Flanschen ist und gegenüber diesen Profilabschnitten schneller abkühlt.
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Die dadurch bedingte ungleichmäßige Temperaturverteilung über den
Profilquerschnitt kann bei der Kühlung stehender Profile mit Kühlwasser nicht auftreten.
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Es ist natürlich, wenn die Betriebsverhältnisse dies erfordern, auch
ein Walzen mit liegendem Profil möglich; zweckmäßig wird in diesem Fall das erfindungsgemäß
ausgebildete Universalgerüst um 900 gedreht angeordnet.
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Die Erfindung wird anhand der nachfolgenden Rechen- und Ausführungsbeispiele
mit den zugehörigen Zeichnungen näher erläutert. In der Zeichnung zeigen Fig. 1
verschiedene Stichprofile eines Breitflanschträgers, Fig. 2 bis 4 Einzelheiten des
Verformungsvorgangs an Fertigwalzen eines Profils in schematischer Darstellung,
Fig. 5 eine Vorwalzenkalibrierung, Fig. 6a bis Fig. 6d die Profilaufteilung eines
Schienenprofils in schematischer Darstellung und Fig. 7 die Ansicht eines Universalgerüstes
in Walzrichtung gesehen, ebenfalls in schematischer Darstellung.
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nie Forderungen zur Erfüllung der Walzbedingungen nach gleicher Querschnittsabnahme
in den unterschiedlichen Profilabschnitten und gleicher gedrückter Längen in den
Flanschen und im Steg beim Walzen von I-Trägern ergeben sich aus den nachfolgenden
Rechenbeispielen: Träger (allgemein).
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In Fig. 1 bedeuten f = Flanschbreite t = Flanschdicke d = Stegdicke
v = Flanschvorsprung (Kammertiefe) F = Flansch S = Steg 1. Gleiche Querschnittsabnahme
in den verschiedenen Profilteilen: Flansch: Flanschquerschnitt vor dem Stich FFlanschvorstich
= fVorst. # tVorst.
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Steg: Stegquerschnitt vor dem Stich F Steg Vorstich m aVorst.
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Flansch: Flanschquerschnitt nach dem Stich FFlansch Stich fStich
tStich Steg: Stegquerschnitt nach dem Stich Stich Stich = bm # dStich = (hStich
- Z # tStich) # dStich Für die weitere Rechnung wird angenommen, daß 1. (hVorst.
- ZtVorst.) # (hStich - Z # tStich) ist, also die Kammerbreite des I-Trägers sich
während der Verformung auf dem Universalgerüst nicht ändert.
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2. fVorst. = fStich ist, also die Flanschbreite vom Vorstich gleich
der des Stiches ist.
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Querschnittsabnahme: Flansch: absolute Querschnittsabnahme: # FFlansch
= (fVorst. # tVorst.) - (fStich # tStich) [mm2] relative Querschnittsabnahme: Flansch
FFlansch Vorst. 100 [%] Steg: absolute Querschnittsabnahme: #FSteg = (bm # dVorst.)
- (bm # dStich) = bm(dVorst. - dStich) relative Querschnittsabnahme: # FSteg = #
FSteg # 100 FSteg Vorst.
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Gesamtquerschnittsabnahme: absolute Querschnittsabnahme # Fgesamt
= (2 # FFlansch Vorst. + FSteg Vorst.) ( (2 FFlansch Stich Steg Stich)
relative
Querschnittsabnahme # Fgesamt #Fgesamt = # 100 [%] (2 # FFlansch Vorst. + FSteg
Vorst.) Streckgrad (Verlängerung) F # = [-] FStich Flansch: FFlansch Vorst. (fVorst.
# tVorst.) tVorst.
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#Fl. = = = FFlansch Stich (fStich # tStich tStich Steg: FSteg Vorst.
(bm # dVorst.) dVorst.
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#St. = = = FSteg Stich (bm # dStich) dStich Gesamt: Fgesamt Vorst.
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= gesamt Fgesamt Stich Zusammenhang zwischen relativer Querschnittsabnahme
und Steckgrad: #F = (1 - 1/#) # 100 [%] 1 # = [-] #F 1 -100 1. Forderung: # Fgesamt
= # FFlansch = # FSteg
2. Gleiche gedrückte Längen in den verschiedenen
Prof ilteilen: In den Fig. 2 bis 4 bedeuten VW = Vertikalwalze HW = Horizontalwalze
b = Ballenbreite d = Stegdicke ld = gedrückte Steglängung r = Radius (VW; HW) lt
= gedrückte Flanschlängung t = Flanschdicke Aus diesen Fig. gehen die Eingriffsverhältnisse
der Walzen am Steg und an den Flanschen hervor. Die gedrückte Länge ist die Projektion
des Kontaktbogens zwischen Walze und Walzstab auf die Walzrichtungsachse.
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Es gilt bei stehend gewalztem Profil:
2. Forderung: lt = ld Aus den nachfolgenden Walzbedingungen: 1. Hohe Gesamtforderung
bei niedrigen Temperaturen, 2. Hohe Einzelstichabnahmen bei niedrigen Temperaturen,
3. Gleichmäßige Temperatur im Profilquerschnitt und über der Stablänge/ 4. Gleichmäßige
Verformungsverhältnisse im Walzspalts 4.1 # F.Flansch £ Steg 4.2 1dHW = 1dVW und
5. Walzendurchmesser min. ca. 1000 mm
ergibt sich, daß a. wegen
1., 2. und 4. hohe Walzkräfte auftreten, sowohl für die Vertikal- als auch die Horizontalwalzen,
b. wegen 1., 2. und 4 genügend Lagerkapazität zur Aufnahme der Walzkräfte sowohl
bei den Horizontalals auch den Vertikalwalzen vorhanden sein muß und c. wegen a.
und b. alle Walzen - vertikal und horizontal - groß genug sein müssen, um die Lager
bei doppelseitiger Lagerung auf Walzenzapfen aufnehmen zu können, den Walzenverschleiß
zu begrenzen und damit die Standzeit zwischen zwei Abdrehungen und Walzenwechsel
zu erhöhen bzw. die Betriebskosten zu senken.
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Aus 4. und 5. ergibt sich nicht nur ein günstiger Stofffluß ohne Querfluß
im Profil, sondern auch die konstruktive Möglichkeit ein Gerüst so zu bauen, daß
a., b. und c. berücksichtigt werden können.
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I-Träger (I PE 80) Abmessungen des Fertigprofils: h = 80 mm; b = 46
mm; d = 3,8 mm; t = 5,2 mm k = Stichkennzahl; k = 0 = Fertigprofil; k = 1 = Vorstich
Um das werk stoffliche Ziel der thermomechanischen Walzung zu erreichen, wird eine
relative Querschnittsabnahme bei einer Umformtemperatur von min. 7000C angenommen:
= F = 30% Q # = 1,43
Fertigstich (A-Stich) FFl.k=0 = 5,2 # 46 =
239 mm2 FSt.h=0 = 3,8 . 69,6 = 264 mm2 FFl.k=1 = 1,43 # 239 = 341 mm2 FSt.k=1 =
1,43 # 264 = 377 mm2 341 tk=1 = = 7,4 mm 46 dk=l = 377 = 5,4 mm 69,6 # tk=1 = 7,4
- 5,2 = 2,2 mm #dk=1 = 5,4 - 3,8 = 1,6 mm rHWk=1 = 500 mm angenommen, da aus Gründen
der hohen Walzkraft und der notwendigen Lagerkapazität der kleinste Walzenradius
ca. 500 mm nicht unterschreiten soll.
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2. Forderung: 1dVWk=1 = 1dHWk=1 = 46,9 mm # rVWk=1 = #### = 1375 mm
Vorstich (B-Stich) 1. Forderung: # Fges. =#FFl. = #FSt. # FFl.k=2 = 1,43 341 = 487
mm2 FSt.k=2 = 1,43 # 377 = 539 mm2 487 tk=2 = = 10,6 mm 46 539 dk=2 = = 7,7 mm 69,6
tk=2
= 10,6 - 7,4 = 3,2 mm # dazu = 7,7 - 5,4 = 2,3 mm rHWk=2 = 500 mm angenommen
2. Forderung 56,62 1dVW,k=2 = 1dHW,k=2 = 56,6 mm # rHW,k=2 = = 1392 mm 2,3 Vorstich
(C-Stich) 1. Forderung #Fges. = #FFl. = #FSt. # FFl,k=3 = 1,43 # 487 = 696 mm2 FSt,k=3
= 1,43 # 539 = 770 mm2 tk=3 = 696 = 15 mm 46 770 dk=3 = = 11 mm 69,6 # tk=3 = 15
- 10,6 = 4,4 mm # dk=3 = 11 - 7,7 = 3,3 mm rHW,k=3 = 500 mm angenommen
2. Forderung 662 1dVW,k=3 = 1dHW,k=3 = 66 mm # rHW,k=3 = = 1320 mm 3,3
Vorstich
(D-Stich) 1. Forderung #Fges. = #FFl. = #FSt. # FFl,k=4= 1,43 # 696 = 995 mm2 FSt,k=4=
1,43 # 770 = 1101 mm2 995 tk=4 = = 21 mm 46 1101 dk=4 = = 15,8 mm 69,6 # tk=4 =
21 - 15 = 6 mm # dk=4 = 15,8 - 11 = 4,8 mm rHW,k=4 = 500 mm angenommen
2. Forderung 77,52 1dVW,k=4 = 1 dHW,k=4 = 77,5 mm # rHW,k=4 = = 1251 mm 4,8 Vorstich
(E-Stich) 1. Forderung # Fges. =#FFl. =#FSt.
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FFl,k=5 = 1,43 995 = 1423 mm2 FSt,k=5 = 1,43 # 1101 = 1574 mm2
tk=5
46 1423 = 30,9 mm 46 1574 = 22,6 mm 69,6 # tk=5 = 30,9 - 21 = 9,9 mm # dk=5 = 22,6
- 15,8 = 6,8 mm rHWk=5 = 500 mm angenommen
2. Forderung 99,52 1dVW,k=5 = 1dHW,k=5 = 99,5 mm # rHW,k=5 = = 1455 mm 6,8 In der
folgenden Tabelle sind die Stegdicken, Flanschdicken, der Walzenradius der Horitontalwalzen
zur Verformung der Flansche bei stehendem Träger rHW = 500 mm, der Walzen radius
der Vertikalwalzenzur Verformung des Steges unter der Annahme 1. 2FFlansch = #FSteg
2. 1dHW = 1dVW .
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eingetragen. Die sich aus den Forderungen 1. und 2. für die verschiedenen
Stiche ergebenden idealen Walzenradien rVWid.
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der Vertikalwalzen betragen zwischen 1 251 mm min. und 1 455 mm max.
Gewählt werden bei einem Reversiergerüst mit gleichen Walzen für die verschiedenen
Stiche rVW = 1 350 mm mit einer Abweichung zum idealen Walzenradius von + 100 mm
und
bei. einer Kontistraße die idealen Walzendurchmesser für die verschiedenen Gerüste
O - 4. Gerüst Q ist das Fertiggerüst.
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I PE 80 Stichh b d t rHW rVWid. kennz.
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- mm mm mm mm mm mm mm 0 80 46 3,8 5,2 - -1 84,4 46 5,4 7,4 500 1375
1350 2 90,8 46 7,7 10,6 500 1392 1350 3 99,6 46 11,0 15,0 500 1320 1350 4 111,6
46 15,8 21,0 500 1251 1350 5 131,4 46 22,6 30,9 500 1455 1350 Die gleiche Rechnung
wie für IPE 80 führt bei den im folgenden aufgeführten I-Trägern zu den in den Tabellen
aufgeführten Abmessungen vom Fertigprofil ausgehend bis zum dog bone.
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IPE 300 Stichkennz. h b d t rHW rvWid. rVWgew.
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- mm mm mm mm mm mm mm 0 300 150 7,1 10,7 - -1 309,2 150 10,2 15,3
500 1484 1503 2 322,2 150 14,5 21,8 500 1511 1503 3 341,2 150 20,8 31,3 500 1507
1503 4 368 150 29,6 44,7 500 1523 1503 5 406,6 150 42,4 64,0 500 1507 1503
HE
100 Stichkennz. h b d t rHW rVWid rVWgew.
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- mm mm mm mm mm mm mm 0 100 100 6 10 - - -1 109 100 8,6 14,3 500
1655 1686 2 121 100 12,3 20,45 500 1662 1686 3 138 100 17,54 29,24 500 1718 1686
4 164 100 25,08 41,82 500 1668 1686 5 200 100 35,86 59,8 500 1655 1686 HE 300 Stichkennz.
HW VWid VWgew.
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- mm mm mm mm mm mm mm 0 300 300 11 19 - - -1 316 300 15,7 27,2 500
1744 1730 2 340 300 22,5 38,9 500 1715 1730 3 373 300 32,2 55,6 500 1722 1730 4
421 300 46,0 79,5 500 1732 1730 5 489 300 65,8 113,6 500 1722 1730 Aus den vorher
ausgeführten Berechnungen zur Optimierung der Walzbedingungen unter Berücksichtigung
1- gF.ges gF.Fl. F.St.
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2. ldHW = ldVW 3. min. Walzenraduis ca. 500 mm (vorzugsweise Horizomtalwalzen
bei stehender Lage der Profile)
ergibt sich für das Auswalzen von
1Träger: A. Vertikalwalzen mit ca. 1 250 bis 1 750 mm Radius abgestuft nach Profilart
und Profilgröße, so daß nach Abdrehen der Walzen im Durchmesser und in der Kammerbreite,
diese für andere Profile weiterbenutzt werden können, die kleinere Durchmesser und
Kammerbreiten verlangen.
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Die Walzen können vorzugsweise aus einer permanenten Walzenachse
aus hochwertigem, zähem Material und einem austauschbaren verschleißfesten Ring
bestehen.
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Wie sich aus den Fig. 6a bis 6c ergibt, ist B. Die Kammertiefe des
dog bone, V = 1/2(f - d), ist gegenüber der konventionellen Kalibrierung wesentlich
kleiner (ca. 27 %) Dies bedeutet für die Herstellung des dog bone aus einem Block,
daß 1. weniger Stiche vom Block zum dog bone notwendig sind, da die Kammertiefe
wesentlich die notwendige Stichzahl vom Block zum dog bone bestimmt. Hierdurch wird
es möglich, auch große Träger mit nur einem BD-Gerüst ohne Produktionseinbuße zu
walzen, 2. eine geringere notwendige Blockdicke, da die Abnahme der Flanschenbreite
von Stich zu Stich bei der Auswalzung des Blockes zum dog bone im Zweiwalzenkaliber
ebenfalls wesentlich von der Kammertiefe des dog bone abhängt und mit kleinerer
Kammertiefe sich verringert, dies bedeutet aber auch, daß aus Blöcken gleicher Dicke
gegenüber der konventionellen Universalwalzung 1-Träger mit größeren Flanschbreiten
gewalzt werden können,
3. größere Blockbreiten, was den Durchsatz
in der Strangguts anlage erhöht und 4. die Möglichkeit besteht, auch bei großen
Trägern mit nur einem Reversiervorgerüst die geschlossene Kalibrierung zum Auswalzen
des dog bone aus einem rechteckigen oder quadratischen Block zu benutzen.
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Im folgenden wird das Universalwalzen von Schienen betrachtet: Die
mit dem erfindungsgemäßen Verfahren mögliche hohe Querschnittsabnahme von Kopf und
Fuß bei gleichzeitig gleichgroßer Abnahme des Steges beim Walzen von Schienen erlaubt
eine Vorwalzenkalibrierung entsprechend der Darstellung in Fig. 5. Die Kalibrierung
des Vorgerüstes und der zugehörige Stichplan sind dabei aus der erfindungsgemäBen
Stichplangestaltung der Universalgerüste abgeleitet.
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Ausgegangen wird von einem Stranggußblock 200 x 400 mm.
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Dieser Stranggußblock kann auf der Flachbahn gem. Fig. 5 in vier Stichen
aus 110 x 250 mm heruntergewalzt werden.
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Der nächste Stich'erfolgt dann im Formkaliber'l,- das mit Bezug auf
die Formcharakteristik einem Kastenkaliber gleicht und einen birnenförmigen Querschnitt
erzeugt, dessen grö-Bere Dicke dem späteren Schienenfuß und dessen kleinere Dicke
dem späteren Schienenkopf zugeordnet sind. Nach diesem Stich wird der Walzstab um
900 gedreht und in einem Keilkaliber 2 angestochen. In diesem Kaliber wird in erster
Linie in den Fußbereich der späteren Schiene ein spitzer tiefer Keil eingewalzt,
der die Möglichkeit schafft, den Fuß in den drei folgenden Universalstichen -aufzuklappen,
damit er für den Fertigstich um 900 zum Steg versetzt ist.
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Gleichzeitig wird in den Bereich des Kopfes der späteren Schiene ein
flacher stumpfer Keil eingewalzt. Aus Fig. 6a - c gehen die Universalkaliber der
UniversalterüsteSmit den jeweiligen Anstichprofilen 1., 2. und 3. Universalstich)
hervor,
das bei 1. aus dem letzten Keilkaliber der Vorwalze kommt und bei 2. und 3. aus
dem vorhergehenden Universalgerüst.
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Wie bei der Kalibrierung des für das Walzen von I=Trägern wird die
Kalibrierung der Universalgerüste für die Schienenwalzung ebenfalls so festgelegt,
daß die Querschnittsabnahmen in den Profilabschnitten Kopf, Fuß und Steg sowie die
gedrückten Längen für diese Profilabschnitte gleich sind, der kleinste Walzendurchmesser
dabei größer als 1000 mm ist, und daß alle vier Walzen angetrieben sind.
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Der Verlauf der Verformung ergibt sich aus folgendem Rechenbeispiel:
Schiene (Fig. 6d) 1. Gleiche Querschnittsabnahme in den verschiedenen Profilteilen
Steg: Stegquerschnitt vor dem Stich FSteg Vorstrichn = dn [(hn - tFuß1n - tKopf1n)
+ 1/4 (tFuß1n + tKopf1n)] [mm2] FSteg Stichn+1 = #Stegn # FStegn = #ges n # FStegn
[mm2] #FStegn = FStegn+1 - FStegn [mm2] #FStegn #FSteg = # 100 [%] n F @ @Stegn+1
Kopf: FKopf Vorstichn = ½(tKopf1n + tKopf2n) (fKopfn - dn) + 3/4 tKopf1@ # dn [mm2]
FKopf
Stichn+1 =#Kopfn # Kopfn = #gesn # FKopfn [mm2] #FKopfn = FKopfn+1 - FKopfn [mm2]
Fuß: FFußn = ½ (tFuß1n + tFuß2n) (fFußn - dn) + 3/4 tFuß1n # dn [mm2] FFußn+1 =
#Fußn # Fußn = #ges.n # FFußn [mm2]
1. Forderung #FStegn = #EKopfn = #FFuß@ (Voraussetzung: Die in Bild 5 gezeigte Profilaufteilung)
2. Gleiche gedrückte Längen in den verschiedenen Profilteilen
2. Forderung 1dKopfHWn = 1dStegVWn = 1 dFußHWn
Forderungen 1. und
2. zusammen mit der Maßnahme auch die Vertikalwalzen, also alle vier Walzen, anzutreiben,
führen dazu, daß das Profil ohne Querfluß in den verschiedenen Profilteilen und
damit ohne Materialtrennungen auch bei niedrigen Temperaturen und hohen Stichabnahmen
gewalzt werden kann, was allerdings ebenfalls wie beim I-Trägerwalzen die späteren
konstruktiven Konsequenzen nach sich zieht und zum erfindungsgemäßen Universalgerüst
führt.
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Im folgenden wird für eine Schiene ein Stichplan für die Forderungen
1. #FSteg n = #FFuß n = #FKopf n 2. 1dSteg n = 1dFuß n = 1 und dKopf n HWKopf =
500 mm aufgestellt.
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In Fig. 6 sind die Profilmaße angegeben, die für die Stichplanberechnung
wichtig sind Im folgenden sind die Formeln aufgeführt, die zur Berechnung des Stichplanes
benutzt werden und Forderung 1. bis 3. berücksichtigten.
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2. FStegn+1 =#Stegn # FStegn = #ges.n # FStegn 3. #FStegn = FStegn+1
- FStegn 4. bn = hn - tFuß1n - tKopf1n
½#dn # tFuß1n 6. XFußn = dn ½#dn # tKopf1n 7. XKopfn= dn 8. dn+1 = dn + # dn 9.
FKopfn = ½ (tKopf1n + tKopf2n) (fKopfn - dn) + 3/4tKopf1n # dn 10. FKopfn+1 = #Kopfn
# FKopfn =#ges. # FKopfn 11. #FKopfn = FKopfn+1 - FKopfn
13. # FKopfHWn = #FKopfn - #FKopfVWn
#FKopf HW 14.) #tKopf1n =
#t Kopf 2n = fKopfn
16.) tKopf1n+1 = tKopf1n + XKopfn + #tKopfn 17.) tKopf2n+1 = tKopf2n + #tKopfn 18.)
FFußn = ½ (tFuß1n + tFuß2n) (fFußn - dn) + 3/4 tFuß1n # dn 19.) FFußn+1 = #Fußn
# FFußn = #ges. # FFußn 20.) #FFußn = FFußn+1 - FFußn
22.#FFußHWn =#FFußn - FFußVWn
25.) tFuß1@+1 = tFuß1n + XFußn +#tFußn
26.) tFuß2 = tFuß2 +tFuß
rub2n+1 rub2n rubn 27.) hn+1 = hn + #tFußn + tKopfn 12dStegn 28.) rVW = #dn Die
mit den Formeln 1 bis 18 berechneten Werte sind in den folgenden Tabellen 1 bis
3 für die Universalstiche und den dog bone aufgeführt. Das Ergebnis ist in Fig.
6a bis c, linke Hälfte des Profils dargestellt.
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1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 R 8 23 1 3 4 5 6 7 28 R 27 2 k=n
dn hn tFuß1n tKopf1n FStegn #Stegn #Stegn #FStegn bn #dn XFußn XKopfn ldStegn rVWn
- mm mm mm mm mm2 - % mm2 mm mm mm mm mm mm 0 16,10 170,05 26,95 41,10 1912 1,15
13 287 101,70 2,91 2,43 3,74 60 1237 1 19,01 174,46 30,19 48,66 2199 1,42 30 921
95,60 10,93 8,68 13,89 109 1087 (2192) 2 29,94 190,54 42,98 74,58 3119 1,42 30 1287
72,98 28,76 20,64 35,82 166 747 (3065) 3 58,70 216,23 67,82 131,89 4352 4 Tabelle
1 (Profil: Schiene; Profilteil: Steg)
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
13 14 15 R 16 17 9 11 12 13 14 15 R 10 k=n tKopf1n tKopf2n fKopfn dn FKopfn #FKopfn
XKopfn #dn #FKopfVWn #FKopfHWn #tKopf1n rHWKopfn 1dKopfn # - mm mm mm mm mm2 mm2
mm mm mm2 mm2 mm mm mm -0 41,40 34,60 68,30 16,10 2484 372 3,66 2,91 126 246 3,60
500 60 1,15 1 48,66 38,2 68,30 19.01 2856 1191 13,99 10,93 376 815 11,93 500 109
1,42 (2834) 2 74,58 50,13 68,30 29,94 4025 1708 35,82 28,76 240 1468 21,49 500 146
1,42 (4067) 3 131,89 71,62 68,30 5775 4 Tabelle 2 (Profil: Schiene; Profilteil:
Kopf)
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 R 25 26 18 20 21 22 23
24 R 19 k=@ tFuß1n tFußwn fFußn dn FFußn #FFußn XFußn #dn #FFußVWn #FFußHWn #tFußn
1dFußn rHWFußn # - mm mm mm mm mm2 mm2 mm mm mm2 mm2 mm mm mm -0 26,95 11,20 141,50
16,10 2717 408 2,39 2,91 293 115 0,81 60 2222 1,15 (1500) 1 30,15 12,01 141,50 19,01
3125 1265 8,68 10,93 678 587 4,15 109 1431 1,42 (3017) (1000) 2 42,98 16,16 141,50
29,94 4277 1791 20,64 28,76 1196 595 4,20 146 2538 ,142 (4264) (1600) 3 67,82 20,36
141,50 58,70 6055 4 Tabelle 3 (Profil: Schiene; Profilteil: Fuß)
Wie
bereits bei Erläuterung des Verfahrens bei der Walzung von 1Träger angeführt, ergibt
sich auch für den dog bone der späteren Schiene eine sehr kleine Kammertiefe mit
dem Ergebnis, daß weniger Stiche für die Auswalzung des Stranggußblocks zum dog
bone benötigt werden, der Stranggußblock bei vorgegebener Breite des Schienenfußes
eine geringere Dicke aufweisen kann und eine größere mögliche Breite des Schienenfußes
bei vorgegebener Dicke des Stranggußblocks erreichbar ist.
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Auf der rechten Seite der Darstellungen in Fig. 6a, b, und c ist eine
Möglichkeit aufgezeigt, die Kammertiefe des dog bone zusätzlich zu verringern. Dies
wird dadurch erreicht, daß der Schienenfuß in den, dem Fertigstich vorausgehenden
Kalibern gegenüber dem Schienensteg abgewinkelt wird, so daß die effektive Tiefe
der Kammer des dog bone durch dessen Schienenkopfbreite bestimmt wird.
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Da der Winkel der Fußabknickung vom ersten Universalstich bis zum
Fertigstich zurückgeht, so daß der Winkel zwischen Fuß und Steg im Fertigstich 900
beträgt, kommt der Fuß der Schiene bei der Behandlung gem. der Darstellung in Fig.
6a = c, rechte Seite des Profils gegenüber der linken Seite des Profils früher mit
den Horizontalwalzen in Kontakt als es der gedrückten Länge
entspricht.
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Die Horizontalwalze würde bei gleichem Walzenradius den Fuß vorher
berühren und ihn bereits vor Beginn der eigentlichen Fußdickenreduzierung gegen
die Vertikalwalzenflanke drücken.
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Da der Fuß aber während des Abbiegens bereits durch den Widerstand,
den er diesem entgegensetzt, in seiner Dicke reduziert
wird, kann
ein kleinerer Walzenradius der Horizontalwalzen gegenüber der in Fig. 6 links dargestellten
Verformungsart gewählt werden. Dieser Walzenradius ist in Tabelle 3 Spalte 14 in
Klammern angegeben.
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Das Universalfertiggerüst nach Fig. 7 zeigt, daß die formungstechnisch
bedingte Vergrößerung der Durchmesser der beiden Walzenpaare 20,21 und 30, 31 und
die sich dadurch ergebende andere Anordnung des einen Walzenpaares außerhalb des
Kalibers des anderen Walzenpaares die Möglichkeit gegeben ist, nicht nur sämtliche
vier Walzen jeweils mit einem eigenen Antriebsmotor 23, 24 bzw. 33, 34 zu versehen,
sondern auch jeder der Walzen zweiseitig in Lagern 25, 25 bzw. 26,26 und 35, 35
bzw. 36, 36 zu lagern. Die Einzelantriebe 23, 24 für die Walzen 20,21 und 33, 34
für die Walzen 30, 31 erlauben es dabei mit Drehzahlregelung die jedem Profilquerschnitt
zugeordnete Tangentialgeschwindigkeit der Walzen einzustellen, und bei gleichen
relativen Querschnittsabnahmen in den verschiedenen Profilabschnitten gleiche Streckgrade
ohne Querfluß und Stegwelligkeit zu erzielen. Um genügend Lagerkapazität für die
Lager 25, 25 26, 26 bzw. 35, 35; 36, 36 unterzubringen, können die Antriebe 23,
24 und 33, 34 wie gezeigt, sternförmig in einer Ebene versetzt oder über Getriebezwischenräder
in zwei Ebenen angeordnet werden.
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Zeichenerklärung zu Fig. 7 Index: HW = Horizontalwalze VW = Vertikalwalze
L = Lager Z = Zapfen Sp = Spindelkopf E = Einbaustück Hauptabmessungen s = Stegdicke
t = Flanschdicke f = Flanschbreite h = Steghöhe = = Walzenradius d. Horizontalwalzen
rEHW = Radius des Horizontalwalzeneinbaustückes rSpHW = Radius des Horizontalwalzenspindelkopfes
rVW = Walzenradius der Vertikalwalzen rEVW = Radius des Vertikalwalzeneinbaustückes
rSpVW = Radius des Vertikalwalzenspindelkopfes bHW = Ballenbreite der Horizontalwalzen
bLHW = Breite der Lager der Horizontalwalzen b ZHW = Breite der Antriebszapfen der
Horizontalwalzen bVW = Ballenbreite der Vertikalwalzen b = Breite der Lager der
Vertikalwalzen bZVW = Breite der Antriebszapfen der Vertikalwalzen Genügend Raum,
um ausreichend dimensionierte Lager unterzubringen, wird dadurch zur Verfügung gestellt,
daß 1. große Vertikalwalzendurchmesser mit. relativ schmalen Ballenbreiten eingesetzt
sind, die dem Kammermaß der Profile entsprechen;
2. große Horizontalwalzendurchmesser
mit relativ schmalen Ballenbreiten eingesetzt sind, die den Flanschbreiten der Träger
bzw. Fuß- und Kopfbreite der Schiene entsprechen 3. die gesamte Baulänge der Horizontalwalzen
einschließlich Zapfen und Walzenlager wesentlich kleiner als der Walzenradius der
Vertikalwalzen ist.
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Es gilt: 1.) rVW : rHW # 3 : 1 (Trägerwalzung) 2.) rHW > 500 mm
3.) 0,5 # s + rVW - rEVW > 0,5 # bHW + bLHW (Bild 9) 4.) r + t - rSpHW > bLVW
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L e e r s e i t e -