DE3638331C2 - Walzgerüst zum Walzen von Flachmaterial mit einem Paar von axial verschiebbaren Arbeitswalzen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Walzgerüst zum Walzen von Flachmaterial mit einem Paar von axial verschiebbaren Arbeitswalzen, einem Paar von Stützwalzen und gegebenen­ falls einem Paar von axial verschiebbaren Zwischenwalzen, und mit Biegevorrichtungen für Arbeitswalzen, deren steuerbare Biegekräfte ständer- oder walzenfixiert in die Einbaustücke der Walzen eingeleitet werden.

Vier- bzw. Sechswalzen­ gerüste dieser Art sind in der DE 22 60 256 B2 beschrieben.

Die Biegesteuerung von Walzen wurde ursprünglich dazu entwickelt, zylindrische Arbeitswalzen verwenden zu können, d. h. auf deren Bombierung verzichten zu können, die die Möglichkeiten einengt, mit denselben Arbeits­ walzen verschieden breites Flachmaterial unter verschieden großen Walzkräften mit optimaler Genauigkeit zu walzen. Mit der Einführung der Axialverschiebung von Walzen im Sinne der DE 22 60 256 B2 wurde ein weiterer Fortschritt erzielt, der auf der sogenannten "bandkanten-orientierten" Axialverschiebung beruht, durch die die Arbeitswalzen­ biegung aus Walzkraft mit abnehmender Bandbreite verringert werden konnte. Im Zuge dieser Entwicklung konnte auf die Konturierung der Arbeitswalzen durch Walzenschliff zurückgegriffen werden, da über Walzenbiegevorrichtungen auf den Walzspalt bezw. dessen Profil eingewirkt werden kann. Schließlich ging die Entwicklung zu einem S- förmigen Schliff von Walzen, nämlich den sogenannten "Flaschenwalzen", mit denen das Walzprofil durch eine gegenläufige Axialverstellung der Walzen zusätzlich beeinflußt werden kann.

Zum Stand der Technik gehören auch die Bemühungen, den Walzenverschleiß in den Griff zu bekommen. Seit eh und je war es Vorschrift, nach dem Einbau eines neugeschliffenen Walzensatzes mit dem Walzen der größten Bandbreite zu beginnen, um nach Verschleißerscheinungen in den Randkantenbereichen des Walzgutes auf eine geringere Bandbreite überzugehen, so daß in deren Randkantenbereichen die Walzen höchstens gleichmäßig verschlissen sind, was durch die Walzenanstellung auszugleichen ist. Der örtlich verstärkte Walzenverschleiß im Bandkantenbereich ist auch bei der bandkanten-orientierten Axialverstellung von Walzen zu erwarten, da hier die partielle Walzkraft am größten ist und zu dem anderen Bandkantenbereich abnimmt.

Eine gewisse Eliminierung eines stehenbleibenden Ring­ absatzes einer Arbeitswalze ist nach Fig. 3 der DE 22 60 256 B2 auch nur dadurch zu erreichen, daß neuge­ schliffene Walzen zunächst nur zum Walzen des breitesten Bandes benutzt werden. Sobald ein schmaleres Band gewalzt werden soll und die Arbeitswalzen bandkanten-orientiert axial eingestellt werden, kommt der unverschlissene Ringabsatz außer Kontakt mit der Stützwalze. Ein Schritt zum "SCHEDULE FREE ROLLING" (SFR), d. h. zur Befreiung vom dem Zwang der Aufeinanderfolge "von breit nach schmal" wird hierbei nicht vollzogen.

Unter dem Gesichtspunkt des erhöhten Walzenverschleißes im Bandkantenbereich wird für das Walzen von Warmband in der EP 0 153 849 A2 empfohlen, axial gegenläufig verschiebbare Arbeitswalzen an entgegengesetzten Enden einseitig mit einer konischen Verjüngung zu versehen, so daß das Warmband - zumindest in den ersten Stichen - mit einer einseitig ansteigenden Keilform gewalzt wird. Wegen der kontinuierlich im Bereich der konischen Ver­ jüngungen des Arbeitswalzen herabgesetzten Dickenabnahme (bezw. der ebenso verringerten Walzkraft) ist im Kanten­ bereich mit einem geringeren Walzenverschleiß zu rechnen.

Indem von Stich zu Stich die Arbeitswalzen zunehmend nach außen verschoben werden, gelangen die zylindrischen oder bombierten Walzballen der Arbeitswalzen zunehmend zur Gerüstmitte, wodurch die Verdickungen an den Bandrändern egalisiert werden.

Diese Entwicklung läuft darauf hinaus, die Axialverschie­ bung von Arbeitswalzen zur Vergleichmäßigung des Walzen­ verschleißes in den Randbereichen des Bandes zu nutzen, allerdings unter Inkaufnahme der Notwendigkeit, die verdickten Bandränder letztlich "ausbügeln" zu müssen, was bedeutet, daß diese Randbereiche über den gesamten Walzvorgang eine größere Streckung erfahren als der Mittenbereich des Bandes, was beim Warmwalzen noch hingenommen werden könnte, nicht aber beim Kaltwalzen, da hier innere Spannungen im Band eher verbleiben als im Warmband.

Im übrigen liegt bei dem Walzverfahren gemäß der EP 0 153 849 A2 immer noch eine "Quasi-bandkanten-orien­ tierte Axialeinstellung" vor, wenn auch nicht vorder­ gründig in Abhängigkeit von unterschiedlichen Bandbreiten. Gleichwohl haftet dieser Entwicklung der Nachteil solcher Systeme an, der darin besteht, daß die notwendige Beein­ flussung des Walzsspaltprofils über Biegevorrichtungen für jede Axialeinstellung der Arbeitswalzen angepaßt werden sollte (EP 0 059 417 A1, Seite 10).

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Walzgerüst der eingangs beschriebenen Art hinsichtlich der Vergleich­ mäßigung des Walzenverschleißes in den Randbereichen des Walzbandes weiterzuentwickeln und insbesondere die Nachteile zu vermeiden, die das Verfahren nach der EP 0 153 849 A2 für das Kaltwalzen mit sich bringen würde.

Die Lösung dieser Aufgabe ist in dem Patentanspruch 1 angegeben. Indem zunächst bestimmt wird, daß die effektive Ballenlänge von axial verschiebbaren Walzen nicht nur größer ist als die nutzbare Ballenlänge der diese unmittelbar abstützenden Walze, sondern auch die Axial­ verschiebung jeweils so begrenzt ist, daß die Ballenenden der axial verschiebbaren Walzen in keiner Axialstellung in den Bereich der nutzbaren Ballen der abstützenden Walze gelangen, so wird der Erkenntnis gefolgt, daß ein Walzen­ verschleiß bisher in demjenigen Randbereich des Bandes optimal nicht zu vergleichmäßigen war, auf dessen Bandkante das effektive Ballenende einer Arbeitswalze (bandkanten-orientiert) axial eingestellt ist, da hier die partiell größte Walzkraft vorherrscht. Das Gleiche gilt auch für die Verschleißerscheinungen zwischen einer Arbeitswalze und der Stützwalze oder der unmittelbar abstützenden Zwischenwalze oder zwischen einer Zwischen­ walze und der diese abstützenden Stützwalze. Aufgrund der Erfindung unterfährt eine axial verschiebbare Walze, in jedem Falle nicht eine Arbeitswalze, mit einem ihrer Ballenenden die Ballenfläche des unmittelbar abstützenden Walze. Die Folge hiervon ist, daß in keinem Randbereich des Bandes eine partiell erhöhte Walzkraft vorliegt und demgemäß auch der Walzenverschleiß an beiden Randbe­ reichen graduell herabgesetzt ist. Die "Überlänge" der Arbeitswalzen kann im übrigen über die Axialverschie­ bung sehr wirksam für die Vergleichmäßigung des Walzen­ verschleißes in beiden Randbereichen des Bandes genutzt werden. Letztlich führt die Erfindung insoweit dazu, insbesondere Arbeitswalzen über einen großen Teil ihrer Gebrauchsdauer bis zum nächsten Überschliff zum Walzen von Bändern unterschiedlicher Bandbreite in beliebiger Aufeinanderfolge zu benutzen, was SCHEDULE FREE ROLLING bedeutet.

Die gestellte Aufgabe ist mit der bei jeder Axialeinstellung überstehenden Ballenlänge von Arbeits- oder Zwischenwalzen gegenüber den jeweils unmittelbar abstützenden Walzen nicht gelöst, wenn die Beeinflussung des Walzspaltes durch die Biegesteuerung nicht unberücksichtigt gelassen werden soll. Die Verknüpfung der Axialverschiebung von Walzen mit den Biegekräften, die auch im Falle der angestrebten Vergleichmäßigung des Walzenverschleißes relevant ist, wurde bereits erwähnt. Die "Überlänge" der Arbeitswalzen (und dies gilt auch für eine Überlänge von Zwischenwalzen gegenüber Stützwalzen) erlaubt es nun in einfacher Weise, eine Steuerung der Biegekräfte vorzusehen, durch die die erwähnte Verknüpfung beseitigt wird, d. h. durch die eine Axialverschiebung einer Walze nicht mehr zu einer Veränderung der Biegewirkung im Walzspalt führt.

Die Lösung dieser Teilaufgabe besteht gemäß der Erfindung aus einer Steuerung zum Verändern der Biegekräfte auf der Antriebs- und Bedienungsseite des Walzgerüstes für jede verschiebbare Arbeitswalze, durch die für jeden Walzenzapfen die voreingestellte Produktgröße aus der an dem Walzenzapfen angreifenden resultierenden Biegekraft und dem Abstand der Biegekraftrichtung von dem nächstliegenden effektiven Walzballenende der un­ mittelbar abstützenden Walze bei jeder Änderung der Verschiebeposition konstant gehalten wird. Es braucht also lediglich die Verschiebeposition der axial verschieb­ baren Walzen - gegebenenfalls in Relation zu einer ebenfalls geänderten Verschiebeposition der unmittelbar abstützenden Walze - ermittelt zu werden, um die der jeweiligen Verschiebeposition adäquate Biegekraft durch Ändern des Biegedruckes seitenweise ein­ zustellen.

Die Erfindung ist nicht daran gebunden, daß Walzen gegenläufig axial verschoben werden. Es ist auch eine gleichläufige Axialverschiebung denkbar, da jegliche Bandkanten-Orientierung entfällt. Im übrigen ist die Erfindung auf alle Walzgerüste mit axial verschiebbaren Arbeitswalzen anwendbar.

Bei einer Automatisierung der erfindungsgemäßen Steuerung über Rechner ist es zur weiteren Vergleichmäßigung des Walzenverschleißes denkbar, mindestens die Arbeitswalzen ständig axial hin und her zu verschieben, eine Maßnahme die für andere Zwecke und zusammen mit über die Walzballen abgestützten Stützwalzen eines Vierwalzengerüstes durch PHAIR, W. A., Novel Cold Reducing Mill. In: "THE IRON AGE", 7. 05. 1942, S. 76 und 77, vorgezeichnet sein mag. Bei dieser Betriebsweise ist aufgrund eines Poliereffektes eine längere Gebrauchsdauer nicht nur von Arbeits-, sondern auch von Zwischen- und Stützwalzen zu erwarten.

Bei der konkreten Ausgestaltung eines Walzgerüstes gemäß der Erfindung für ständerfixierte Biegevorrichtungen bieten sich zwei Lösungen an:

Zu einem können auch die Einbaustücke der Walzenständer fixiert sein, so daß die Walzenzapfen in den Einbaustücken axial ver­ schiebbar sind, und zum Anderen können die hydraulisch beaufschlagten Druckstößel der Biegevorrichtungen eines gleichartigen, axial verschiebbaren Walzenpaares über in Richtung der Biegekraft zwangsgeführte Zwischenstücke, die mit sich mindestens über den maximalen Verschiebeweg der zugehörigen Walze erstreckenden Druckflächen ver­ sehen sind, auf die mit der Walze mitwandernden Ein­ baustücke einwirken.

In den Zeichnungen sind einige Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes dargestellt und zwar zeigt

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Vierwalzen­ gerüstes mit zylindrischen oder bombierten Arbeitswalzen in der axialen Mittelstellung und mit walzenfixierten Biegevorrichtungen,

Fig. 2 das Walzgerüst nach Fig. 1 mit gegenläufig ver­ schobenen Arbeitswalzen,

Fig. 3 das in Fig. 1 dargestellte Walzgerüst mit gleich­ sinnig verschobenen Arbeitswalzen,

Fig. 4 eine schematische Darstellung entsprechend Fig. 1 mit ständerfixierten Biegevorrichtungen und Ein­ baustücken, wobei die Walzenzapfen in den Einbau­ stücken verschiebbar sind, eine gegenläufige Axialverschiebung der Arbeitswalzen gestrichelt angedeutet, und

Fig. 5 bis 10 verschiedene Gerüstbauarten für die er­ findungsgemäße Anwendung.

Die in Fig. 1 bis 4 durch ihre Walzensätze dargestellten Vierwalzengerüste haben zylindrische oder bombierte Arbeitswalzen 1, 2 und Stützwalzen 3, 4. Die Arbeitswalzen sind in Einbaustücken 5 bezw. 6 gelagert, an denen auf der Bedienungsseite B Axialverschiebevorrichtungen angreifen, die durch die Doppelpfeile 7, 8 angedeutet sind. Den Einbaustücken 5, 6 sind walzenfixierte Biege­ vorrichtungen zugeordnet, die durch senkrechte Pfeile angedeutet sind, die zugleich die Richtung der von ihnen ausgeübten und in die Einbaustücke eingeleiteten Biegekräfte F angeben. Die auf die Einbaustücke der Antriebsseite A einwirkenden Biegekräfte sind mit FA und die auf der Bedienungsseite vorliegenden Biegekräfte sind mit FB bezeichnet. Die nutzbare Ballenlänge der Arbeitswalzen 1, 2 ist deutlich größer als die nutzbare Ballenlänge der unmittelbar abstützenden Stützwalzen 3, 4.

In Fig. 1 befinden sich die Arbeitswalzen 1, 2 in einer axialen mittleren Verschiebeposition gegenüber den Stützwalzen 3, 4. Die in diesem Fall unter sich gleichen Biegekräfte FA und FB sind für jede Arbeitswalze ent­ sprechend dem gewünschten Walzprofil eingestellt. Sie erzeugen wegen der überstehenden Ballenenden der Arbeits­ walzen Dreh- bezw. Biegemomente um die Walzballenenden bezw. -kanten 3A, 3B bezw. 4A, 4B der Stützwalzen entsprechend den Produktgrößen FA × LA bezw. FB × LB, wenn LA der antriebsseitige Abstand und LB der bedienungsseitige Abstand zwischen der Richtung der Biegekräfte und den Walzballenenden 3A, 4A bezw. 3B , 4B ist, welche Abstände in Fig. 1 ebenfalls unter sich gleich sind.

Um den Verschleiß der Arbeitswalzen 1, 2 in den Rand­ bereichen 9A und 9B des zu walzenden Bandes 9 zu ver­ gleichmäßigen, werden die Arbeitswalzen zyklisch oder ständig mittels der Verschiebevorrichtungen 7, 8 axial verschoben. Eine nicht dargestellte Begrenzung der Axialverschiebung sorgt dafür, daß die Ballenenden der axial verschiebbaren Arbeitswalzen in keiner Axial­ einstellung in den Bereich der Ballen der Stützwalzen 3, 4 gelangen, d. h. die Stützwalzen von den Arbeitswalzen niemals unterfahren werden. Fig. 2 zeigt etwa die Grenzlage einer gegenläufigen Axialein­ stellung der beiden Arbeitswalzen 1, 2, für die sich die Abstände LA bezw. LB nach LB1 für die Arbeitswalze 1 sowie LA2 und LB2 für die Arbeitswalze 2 ändern. Eine Steuerung sorgt dafür, daß die Biegemomente F × L für jeden Walzenzapfen konstant gehalten werden, indem die jeweilige Veränderung der axialen Verschiebeposition jeder Arbeitswalze gegenüber derjenigen, für die das gewünschte Walzspaltprofil durch Biegesteuerung einge­ stellt wurde, abgegriffen wird und die hydraulischen Biegedrücke entsprechend geändert werden. Wenn beispiels­ weise die Abstandsgrößen LA aus Fig. 1 sich nach LA1 gemäß Fig. 2 vergrößert, wird die Biegekraft FA entsprechend nach FA1 reduziert. Das Gesetz, nach dem die Biegesteuerung arbeitet, läßt sich wie folgt schreiben:

FA × LA + FB × LB = C,

d. h. die Summe der auf jeweils eine Arbeitswalze ein­ wirkenden, um die Walzballenenden 3A und 3B bezw. 4A und 4B drehenden Biegemomente bleibt konstant.

Das gleiche Gesetz gilt auch für eine gleichsinnige, selbst ungleichmäßige Axialverschiebung von Arbeitswalzen 1, 2 nach Fig. 3, und selbstverständlich auch für die Verhältnisse zwischen Arbeits- und Zwischenwalzen sowie Stützwalzen.

Fig. 4 entspricht mit den voll ausgezogenen Arbeitswalzen 1, 2 dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 mit den Unter­ schieden, daß die schematisch angedeuteten Einbaustücke 10, 11 ständerfest und die Walzenzapfen 1A, 1B bezw. 2A, 2B in ihren Einbaustücken verschiebbar sind. Dementsprechend sind auch die Biegevorrichtungen ständerfixiert, die in der mittleren Axialeinstellung der Arbeitswalzen entgegengesetzte Biegekräfte FA 1, 2 in die Lagermitten der Einbaustücke 10, 11 einleiten. Die konstant zu halten­ den Biegemomente sind FA1, 2/2 × LA1 und FB1, 2/2 × LB1 für die Arbeitswalze 1. Entsprechendes gilt für die Arbeitswalze 2 mit den Indizes 2.

Bei einer gestrichelt angedeuteten gegenläufigen Verschiebe­ position für die Arbeitswalzen stellen sich wegen der Axialverschiebung der Walzenzapfen 1A und 1B für die Walze 1 jeweils axial verschobene Richtungen von resul­ tierenden Biegekräfte FA1′ und FB1′ ein, die geänderte Biegemomente FA1′ × LA1′ bezw. FB1′ × LB1′ ausüben, die in der Summe konstant zu halten sind. Entsprechendes gilt mit den Indizes 2 für die Arbeitswalze 2. Wenn die Biege­ vorrichtungen so ausgebildet sind, daß ein und derselbe Biege­ zylinder bzw. Druckstößel ständerfixiert sowohl auf ein obe­ res als auch ein unteres Einbaustück mit einer Spreizkraft einwirkt, ist nur eine gleichmäßig gegenläufige oder gleich­ sinnige Axialverschiebung von Walzen möglich, weil eine Än­ derung von hydraulischen Biegedrücken sich zwangsläufig stets auf die antriebsseitigen oder die bedienungsseitigen Walzenzapfen gleichmäßig auswirkt.

Die verschiedenen Gerüstbauarten nach Fig. 5 bis 10 sollen verdeutlichen, welche Walzballenenden als Bezugs­ punkte für Biegemomente bzw. Produktgrößen heranzuziehen sind, die bei jeder Änderung der Verschiebeposition von Wal­ zen konstant zu halten sind.

Fig. 5 und 6 zeigen Quartogerüste mit überlangen verschieb­ baren und biegegesteuerten Arbeitswalzen, wie durch Pfeile angedeutet ist. Die maßgeblichen Ballenenden sind die her­ vorgehobenen Punkte M (in allen Beispielen von Fig. 5 bis 10). In Fig. 5 ist die bei allen verschiebbaren Walzen erforder­ liche Überwachung der Axiallage durch Positionsgeber 13, 14 angedeutet. Da in Fig. 5 die Arbeitswalzen 15, 16 und in Fig. 6 die Stützwalzen 17, 18 S-förmig geschliffen sind, ist bei der Konstanthaltung der Biegemomenten- bzw. Produkt­ größen-Summe ein Summand als korrigierender Beiwert zu be­ rücksichtigen.

In Fig. 7 bis 10 sind Sextogerüste dargestellt mit axial ver­ schieblichen Arbeits- und Zwischenwalzen, wobei die Arbeits­ walzen in Fig. 7 bombiert, in Fig. 8 und 9 zylindrisch und in Fig. 10 S-förmig geschliffen sind. Biegegesteuert sind nur die Arbeitswalzen in Fig. 7, nur die Zwischenwalzen in Fig. 8 und sowohl die Arbeits- als auch die Zwischenwalzen in Fig. 9 und 10.

Claims (2)

1. Walzgerüst zum Walzen von Flachmaterial mit einem Paar von axial verschiebbaren Arbeitswalzen (1, 2), einem Paar von Stützwalzen (3, 4) und ggfs. einem Paar von axial verschiebbaren Zwischenwalzen und mit Biegevorrichtungen für die Arbeitswalzen, deren steuerbare Biegekräfte ständer- oder walzenfixiert in die Einbaustücke der Walzen eingeleitet werden, dadurch gekennzeichnet, daß die nutzbare Ballenlänge der axialverschiebbaren Arbeitswalzen (1, 2) derart größer ist, als die nutzbare Ballenlänge, der diese unmittelbar abstützenden Walzen, daß die Ballenenden der axial verschiebbaren Arbeitswalzen (12) in keiner Axialeinstellung in den Bereich der nutzbaren Ballen der abstützenden Walzen gelangen und daß eine Steuerung zum Verändern der Biegekräfte auf der Antriebs- und Bedienungsseite des Walzgerüstes für jede verschiebbare Arbeitswalze (1, 2) vorgesehen, durch die für jeden Walzenzapfen das vorgegebene Biegemoment, welches sich aus dem Produkt der an dem Walzenzapfen angreifenden resultierenden Biegekraft (F) und dem Abstand (L) des Punktes der Biegekrafteinleitung von dem nächstliegenden Walzenballenende (3A, 3B bzw. 4A, 4B) der unmittelbar abstützenden Walze (3, 4) ergibt, bei jeder Änderung der Verschiebeposition konstant gehalten wird.

2. Walzgerüst nach Anspruch 1, mit ständerfixierten Biegevorrichtungen, dadurch gekennzeichnet, daß auch die Einbaustücke (10, 11) ständerfixiert und die Walzenzapfen (1A, 1B bzw. 2A, 2B) in den Einbaustücken axial verschiebbar sind.