DE4111852A1 - Biegbare mantelwalze - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft eine biegbare Mantelwalze zum Reduzie
ren der Dicke eines flachen Werkstückes in einem Walzwerk und
ein Verfahren zum Zusammensetzen der Walze.
Eine Mantelwalze weist allgemein einen Mantel auf, welcher
auf eine Welle aufgeschrumpft ist. Das Abmaß der Passung
liegt typisch zwischen 0,0006 bis 0,0010 mm des Wellendurch
messers, um ein axiales Gleiten des Mantels relativ zu der
Welle zu verhindern. Der Zustand eines gleitenden Mantels
kann zu einem von der Spezifikation abweichenden Produkt füh
ren. Gleiten ist von besonderem Belang bei Walzenbiegeprakti
ken, wenn eine Walze ausgelegt ist zum Biegen durch die Aus
übung großer Walzkräfte auf die Walzenzapfen, um ein Produkt
nach einer besonders engen Spezifikation zu walzen.
Fig. 1 zeigt schematisch eine herkömmliche Walze 20 nach dem
Stand der Technik, welche allgemein eine Welle 22 und einen
Mantel 24 aufweist. Wie gezeigt, stützt die Mantelwalze 20
eine Arbeitswalze 26 zum Walzen eines Werkstückes 28. Arbeits
walzen eines Duowalzwerks können auch beispielsweise in
(nicht gezeigten) Spannungswalzeinheiten ummantelt sein. Die
Welle 22 der gezeigten Walze 20 nach dem Stand der Technik
weist eine zylindrische Umfangsfläche auf, auf welche der
Mantel 24 aufgeschrumpft ist.
Fig. 6(a) zeigt schematisch das Spannungsmuster der radia
len Spannungen, die als Ergebnis der Abmaßpassung in dem Man
tel 24 durch die Welle 22 der Walze 20 induziert werden. Fig. 6(a)
besagt auch, daß die resultierenden Reibungskräfte,
die einem relativen Gleiten des Mantels 24 widerstehen, im
wesentlichen entlang der gesamten Walze 20 konstant sind (die
Reibungskraft ist direkt proportional der radialen Spannung).
Es sind also beachtliche Radialkräfte vorhanden, die in den
axialen Enden des Mantels 24 induziert oder verursacht wer
den, und ebenso ist ein beachtlicher Reibungswiderstand gegen
Gleiten vorhanden.
Die auf die Walzenzapfen 30 ausgeübten Walzkräfte P/2 neigen
dazu, die Walze 20 (und die Arbeitswalze 26) zu biegen, wie
in Fig. 1 gezeigt ist. Die äußeren axialen Abschnitte 32 der
Welle 22 verlängern sich wie gezeigt, und der Mantel 24 neigt
aufgrund seiner inneren Festigkeit dazu, der Verlängerung der
Welle 22 zu widerstehen. Als Folge davon werden Scherspannun
gen in der Schnittstelle des oberen Abschnitts der Welle 22
und des Mantels 24 verursacht. Gleichzeitig werden die inne
ren axialen Abschnitte 34 der Welle 22 zusammengedrückt, wie
in Fig. 1 gezeigt, und der Mantel 24 neigt aufgrund seiner
inneren Festigkeit dazu, der Zusammendrückung der Welle 22 zu
widerstehen. Als Folge davon werden auch Scherkräfte in der
Schnittstelle des unteren Abschnitts der Welle 22 und des
Mantel 24 verursacht. Die an den oberen und unteren Schnitt
stellenzonen wirkenden Scherspannungen weisen entgegenge
setzte Vorzeichen auf. Die Kurven 36, 38 von Fig. 2 zeigen
schematisch die Verteilung der Scherkräfte, die in den
Schnittstellenzonen der oberen Abschnitte und unteren Ab
schnitte der Welle 22 und des Mantels 24 verursacht werden.
Bei Drehung der Walze ändern sich die Größe und das Vorzei
chen der Scherspannungen zyklisch. Die Kombination zyklischer
Ermüdung mit den hohen verursachten Scherspannungen, Auf
schrumpf-Radialspannungen und Walzkräften auf die axialen
Enden des Mantels 24 können zu einem Zustand führen, der als
"Reifenwalzen" (tire rolling) bekannt ist, wo der Mantel 24
dazu neigt, sich abzuflachen. Außerdem kann die Überlastung
der Walze Klemmspannungen erzeugen, welche zu einer Verzer
rung der Mantelaußenfläche führen, die als "Walzenexzentrizi
tät" bekannt ist.
Die Technik hat versucht, das kombinierte Spannungsniveau
durch verschiedene Mittel zu vermindern. Die Abmaßpassung
kann vergrößert werden, um die Reibungskräfte zur Verhinde
rung von relativem Gleiten zu erhöhen, aber Abmaße oberhalb
etwa 0,0010 mm des Wellendurchmessers müssen mit Vorsicht
vorgenommen werden, um nicht übermäßige Radialspannungen zu
erzeugen. Alternativ kann der Reibungskoeffizient zwischen
der Welle und dem Mantel ohne Erhöhung der radialen Spannun
gen vergrößert werden durch Vorsehen von verriegelnden Nuten,
Epoxiden oder kleinen harten Teilchen in der Schnittstelle.
Es können auch feinstbearbeitete Aufschrumpfflächen angewen
det werden, um molekulare Reibungskräfte zu entwickeln. Diese
alternativen Methoden sind dennoch nicht in der Lage, das
Problem zu eliminieren, während sie den Herstellprozeß uner
wünscht komplizieren.
Es sind selbstkompensierende biegbare Walzen entwickelt wor
den, welche von Natur aus Scherspannungen nahe ihren axialen
Enden reduzieren. Diese selbstkompensierenden Walzen weisen
konzentrische Mäntel und Wellen auf, wobei ihre axialen Enden
in Radialrichtung voneinander entfernt sind. Also können
keine Scherspannungen über diese axialen Zwischenräume verur
sacht werden. Solche Walzen sind beschrieben in den US-Patenten
48 13 258, 47 22 212 und 46 83 744 und in "Strip Profile
Control with Flexible Edge Backup Rolls", Iron and Steel
Engineer, July 1987, 2. 23-34, von V. B. Ginzburg, welche Offen
barungen hier miteinbezogen sind durch diese Bezugnahme auf
ihre Beschreibungen biegbarer Mantelwalzen und Verfahren zu
ihrer Montage und Anwendungen in Walzwerken.
Es hat sich herausgestellt, daß die durch einen Aufschrumpf
prozeß hergestellten selbstkompensierenden Mantelwalzen nicht
entlang der Aufschrumpfzone im wesentlichen konstante Radial
spannungen übertragen. Dies gilt insbesondere, wenn vor dem
Aufschrumpfen die Welle 42 sowie der Mantel 44 zylindrische
Gestalt entlang der Aufschrumpfzone 46 aufweisen, wie in
Fig. 3 gezeigt. Fig. 3 zeigt schematisch eine selbstkompen
sierende Walze 40, die allgemein eine Welle 42 und einen Man
tel 44 aufweist. Die Welle 42 weist eine axial verlaufende
Aufschrumpfzone 46 in Aixalrichtung zwischen zwei Endzonen 48
auf. Der Mantel 44 weist eine gegenüberstehende Aufschrumpf
zone 50 in Axialrichtung zwischen zwei Endzonen 52 auf. Wie
gezeigt, sind die Wellenendzonen 48 radial beabstandet von
den Mantelendzonen 52. Wie Fig. 3 ebenfalls zeigt, ist je
doch unter Umständen die Wellen-Aufschrumpfzone 46 nicht in
beständigem Kontakt mit der Mantel-Aufschrumpfzone 50. Fig. 3
zeigt insbesondere einen Zustand, in dem die radial benach
barten Aufschrumpfzonen 46, 50 nur an ihren Rändern aneinan
derstoßen. Es wird vermutet, daß sich eine oder mehrere
Unstetigkeiten während des Aufschrumpfschrittes in der Auf
schrumpfzone entwickelt, wenn (in dem Fall, in dem der Mantel
auf der Welle schrumpft) die Mantelendzonen 52 fortfahren zu
schrumpfen, nachdem die Mantel-Aufschrumpfzone 50 anfänglich
die Wellen-Aufschrumpfzone 46 kontaktiert hat und dadurch
dazu neigt, die Mantel-Aufschrumpfzone 50 von der Wellen-Auf
schrumpfzone 46 wegzubiegen. Ferner kann das Vorhandensein
einer Tasche oder Aussparung 54 zu einem flachen Abschnitt
auf der Walzenfläche führen, wenn die Walzkräfte ausreichend
hoch sind, die Aussparung 54 zum Einstürzen zu bringen.
Biegbare Mantelwalzen, welche die Erfindung verkörpern, sind
weniger empfindlich gegen Reifenwalzen und bilden im wesent
lichen gleichförmigere radiale Spannungsprofile über ihre
Aufschrumpfzone als die Walzen nach dem Stand der Technik.
Eine erfindungsgemäße verbesserte Walze weist allgemein eine
biegbare Welle auf, die eine Achse und einen Durchmesser auf
weist. Ein hohler Mantel mit einem Innendurchmesser wird auf
die Welle entlang ihrer Achse derart aufgeschrumpft, daß die
Maßdifferenz zwischen dem Durchmesser der Welle und dem In
nendurchmesser des hohlen Mantels entlang der Achse der Welle
variiert. Auf diese Weise verändern sich die Aufschrumpfspan
nungen entlang der Achse. Vorzugsweise liegt die Maßdifferenz
im Durchmesser, welcher die Abmaßpassung erzeugt, bei einem
Maximum in dem mittleren Abschnitt der Schrumpfpassung und
liegt bei einem Minimum an den axialen Rändern der Schrumpf
passung. Wenigstens eine der Aufschrumpfflächen der Welle und
des hohlen Mantels ist axial profiliert, um eine variable Ab
maßpassung zu bilden.
Eine bevorzugte Ausführungsform einer verbesserten Walze der
Erfindung weist allgemein eine Achse mit einer zwischen zwei
axialen Enden verlaufenden Fläche auf zur Verminderung der
Dicke eines Werkstückes in einem Walzwerk. Die Walze weist
eine biegbare Welle mit einer axial verlaufenden, konvex pro
filierten Aufschrumpfzone auf, sowie eine erste Endzone, die
in der Axialrichtung der Aufschrumpfzone und benachbart einem
ersten axialen Ende der Walze angeordnet ist. Ein konzentri
scher hohler Mantel weist eine Innenfläche auf. Die Mantelin
nenfläche weist eine Aufschrumpfzone auf, die in Radialrich
tung der konvex profilierten Aufschrumpfzone der Welle
angeordnet ist, sowie eine erste Endzone, die in der Axial
richtung der ersten Endzone des Mantels angeordnet ist. Die ra
dial benachbarten ersten Endzonen der Wellen und des Mantels
sind so ausgelegt, daß sie relativ zueinander axial beweglich
sind, wenn die Welle sich biegt.
In einer Form der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung
stoßen die ersten Endzonen des Mantels und der Welle aneinan
der, und die erste Mantelendzone ist dafür vorgesehen, über
die erste Wellenendzone zu gleiten, wobei niedrige oder ver
nachlässigbare Radialspannungen vorhanden sind, die in dem
Aufschrumpfschritt in der Mantelendzone hervorgerufen werden.
In einer anderen Form der bevorzugten Ausführungsform sind
die benachbarten ersten Endzonen der Welle und des Mantels
radial beabstandet und definieren einen Hohlraum. Der Hohl
raum kann vorzugsweise angewendet werden in einer flexiblen
abgekanteten Walze des Typs, welcher in den US-Patenten
46 83 744 und 48 13 258 offenbart ist, und in einer selbst
kompensierenden Walze des Typs, der in dem US-Patent
47 22 212 offenbart ist.
Walzen, welche die Erfindung verkörpern, werden vorteilhaf
terweise als Arbeitswalzen oder als Stützwalzen in einem
Walzwerk angewendet.
Erfindungsgemäße Walzen werden zusammengesetzt durch Vorsehen
einer biegbaren Welle mit einer axial verlaufenden Umfangs
fläche und eines hohlen Mantels mit einem Innendurchmesser.
Wenigstens ein Abschnitt der Aufschrumpffläche der Welle
und/oder des Mantels ist axial profiliert. Der hohle Mantel
mit einer Innenfläche wird dann auf die Welle aufgeschrumpft.
Vorzugsweise sind radial benachbarte Endabschnitte der Welle
und des Mantels, die in Axialrichtung ihrer Aufschrumpfab
schnitte angeordnet sind, dafür vorgesehen, relativ zueinan
der axial beweglich zu sein, wenn sich in einem Walzwerk die
Welle biegt. Die radial benachbarten angrenzenden Endzonen
sind also so konstruiert, daß sie nur relativ niedrige Span
nungen erzeugen, und vorzugsweise so, daß sie eine Gleitpas
sung mit vernachlässigbaren Spannungen zwischen den radial
benachbarten Endzonen bewirken. Selbstkompensierende biegbare
Walzen sind mit radial beabstandeten Endzonen konstruiert.
Im folgenden wird die Erfindung anhand eines in der Zeichnung
gezeigten Ausführungsbeispiels näher beschrieben. In der
Zeichnung zeigt
Fig. 1 eine Vorderansicht einer ummantelten Stützwalze
nach dem Stand der Technik;
Fig. 2 ein Spannungsdiagramm, das allgemein das Scherspan
nungsmuster zeigt, welches aufgrund des Biegens in
der Walze von Fig. 1 nach dem Stand der Technik
entsteht;
Fig. 3 eine Vorderansicht einer selbstkompensierenden
Walze nach dem Stand der Technik;
Fig. 4 eine Vorderansicht einer Mantelwalze gemäß der Er
findung;
Fig. 5 eine Vorderansicht einer selbstkompensierenden
Walze gemäß der Erfindung;
Fig. 6(a) bis 6(d) Spannungsdiagramme, welche die durch
Aufschrumpfschritte entwickelten Spannungsmuster
der Walzen der Fig. 1, 4 und 5 vergleichen;
Fig. 7 eine schematische Vorderansicht von Walzen gemäß
der Erfindung, in welcher die Walzen als Arbeits
walzen in einem Duowalzwerk angewendet werden;
Fig. 8 eine schematische Vorderansicht von Walzen gemäß
der Erfindung, in welcher die Walzen als Stützwal
zen in einem Doppelduowalzwerk angewendet werden;
Fig. 9 eine Vorderansicht einer vierten Ausführungsform
einer Mantelwalze gemäß der Erfindung;
Fig. 10 eine Vorderansicht einer fünften Ausführungsform
einer Mantelwalze gemäß der Erfindung;
Fig. 11 eine Vorderansicht einer sechsten Ausführungsform
einer Mantelwalze gemäß der Erfindung; und
Fig. 12 eine Vorderansicht einer siebten Ausführungsform
einer Mantelwalze gemäß der Erfindung.
Fig. 4 zeigt eine ummantelte Walze oder Mantelwalze 52 gemäß
der Erfindung. Die Walze 52 weist allgemein eine Achse 54 und
eine zwischen ihren axialen Enden 58 verlaufende Außenfläche
56 auf. Die Walze 52 umfaßt allgemein einen Mantel 60, der
auf eine biegbare Welle 62 aufgeschrumpft ist. Walzen gemäß
der Erfindung können angewendet werden, um die Dicke flacher
Werkstücke aus Metall, Gummi, Polymer oder Papier in einem
Walzwerk zu reduzieren. Solchen Walzen werden auch mit Vor
teil in Walzwerken zum Walzen solcher hochfesten Materialien
wie Aluminium und Stahl angewendet. Falls eine Walze 52 in
einem Stahl- oder Aluminiumwalzwerk angewendet werden soll,
kann der Mantel 60 vorzugsweise Schmiedestahl sein, und die
Welle kann Schmiede- oder Gußstahl sein. Allgemein gesprochen
kann die Schrumpfpassung durch Erhitzen des Mantels 60
und/oder Kühlen der Welle 62 bewirkt werden, wobei die Achsen
des Mantels 60 und der Welle 62 vorzugsweise vertikal orien
tiert werden, der Mantel 60 und die Welle 62 konzentrisch
ausgerichtet werden und dann die Anordnung auf Zimmertempera
tur gebracht wird.
Die Welle 62 weist eine axial verlaufende Umfangsfläche 64
auf, welche eine Aufschrumpfzone 66 und wenigstens eine End
zone 68 aufweist, die in Axialrichtung der Aufschrumpfzone 66
angeordnet ist. Wie gezeigt, weist die Welle 62 eine Auf
schrumpfzone in Axialrichtung zwischen zwei Endzonen 68 auf.
Der Mantel 60 weist allgemein eine Innenfläche 72 auf, welche
eine Aufschrumpfzone 74 und wenigstens eine Endzone 76 um
faßt, die in Axialrichtung der Aufschrumpfzone 74 sowie in
Radialrichtung der Wellenendzone 68 angeordnet ist. Wie ge
zeigt, weist der Mantel 60 eine mittlere Aufschrumpfzone 74
auf, die in Axialrichtung zwischen zwei Endzonen 76 angeord
net ist.
Die Wellen-Aufschrumpfzone 66 ist in Axialrichtung konvex
profiliert. Sie kann dem Mantel 60 die allgemeine Gestalt
eines Kegelstumpfes oder eines Einführungszeichens darbieten.
Vorzugsweise stellt die Aufschrumpfzone ein kontinuierlich
gekrümmtes konvexes Profil und am besten ein parabolisches
Profil dar. Erfindungsgemäß variiert die Abmaßpassung zwi
schen dem Mantel 60 und der Welle 62 entlang der Achse 54 der
Welle. Wie in Fig. 6(b) gezeigt, werden vorzugsweise maxi
male Radialspannungen in dem Mittelabschnitt der Aufschrumpf
zone bei der Mittellinie der Walze 52 erzeugt und nehmen die
Radialspannungen in Axialrichtung zu den Enden 58 der Walze
52 hin ab. Dieses Spannungsmuster entsteht, indem ein maxima
les Abmaß bei der Mittellinie zwischen dem Wellendurchmesser
und dem radial benachbarten Mantelinnendurchmesser von etwa
0,001 mm (mm/mm?) Wellendurchmesser oder mehr vorzugsweise wird
und dann die Maßdifferenz der Durchmesser zu den axialen En
den 58 hin abnimmt.
Die radial benachbarten Endzonen 68, 76 der Welle 62 bzw. des
Mantels 72 grenzen aneinander wie gezeigt. In einer bevorzug
ten Ausführungsform der Erfindung ist die Mantelendzone 76
dafür vorgesehen, über die Wellenendzone 68 zu gleiten, ohne
wesentliche Reibungs- oder Scherspannungen zu erzeugen, wenn
die Walze 52 gebogen wird. Ein Mantel 60, welcher auf eine
Welle 62 aufzusetzen ist, weist also einen minimalen Durch
messer in der Mantelendzone 76 an einem gegebenen Punkt ent
lang der Walzenachse 54 auf, welcher nicht geringer ist als
der Durchmesser des radial benachbarten Abschnitts der Wellen
endzone 68 minus 0,0005 mm des Wellendurchmessers. Diese re
lative Lagebeziehung zwischen den radial benachbarten Endzo
nen entwickelt keine effektive Schrumpfpassung zwischen den
Endzonen 68, 76. Die Endzonen 68, 76 können allgemein zylin
drisch oder profiliert sein. Die Gleitpassung zwischen den
radial benachbarten Endzonen 68, 76 entwickelt vernachlässig
bare radiale Spannungen zwischen ihnen, wie durch Fig. 6(c)
gezeigt, so daß sich während des Biegens vernachlässigbare
Reibungskräfte und Scherspannungen entwickeln.
Es ist schwierig, die Ausrichtung eines großen Mantels 60 und
einer großen Welle 62 aufrechtzuerhalten, wenn der konzentri
sche Mantel 60 auf die konvexe Fläche 64 geschrumpft wird, da
der anfängliche Kontakt über eine relativ kleine Fläche auf
tritt. Obwohl die Außenfläche 56 zum Erhalten einer zylindri
schen Fläche bearbeitet wird, kann eine Fehlausrichtung zu
übermäßigen lokalisierten Kräften zwischen dem Mantel 60 und
der Welle 62 bei den Enden 58 der Walze 52 führen. Es kann
also wünschenswert sein, eine zeitweilige Ringmanschette an
einem Ende 58 der Walze 52 vorzusehen und während des Zusam
mensetzprozesses den Mantel 60 konzentrisch mit der Welle 62
und gegen die (nicht gezeigte) Manschette auszurichten. Nach
dem die Walze 52 zusammengesetzt ist, kann die Manschette
entfernt werden.
Fig. 5 zeigt eine selbstkompensierende Walze 82 gemäß der
Erfindung, welche der in Fig. 4 gezeigten ersten Ausfüh
rungsform allgemein ähnlich ist. Die Walzen 82 von Fig. 5
weist also allgemein eine Walzenachse 84, eine Walzenfläche
86 und axiale Enden 88 auf. Ferner ist ein Mantel 90 auf eine
Welle 92 aufgeschrumpft. Die Welle 92 weist eine axial ver
laufende Fläche 94 auf, die eine konvex profilierte Auf
schrumpfzone 96 mit in Axialrichtung benachbarten Endzonen 98
aufweist. Der Mantel weist eine Innenfläche 102 auf, der eine
Aufschumpfzone 104 mit in Axialrichtung benachbarten Man
telendzonen 106 umfaßt. Im Unterschied zu der Ausführungsform
von Fig. 4 sind die benachbarten Endzonen 98, 106 der Welle
92 und des Mantels 90 voneinander beabstandet und definieren
allgemein Hohlräume 108. Die Hohlräume 108 werden vorzugs
weise in selbstkompensierenden Walzen angewendet, um Spiel
räume vorzusehen, so daß die Welle 92 relativ zu dem Mantel
90 gebogen werden kann. Siehe zum Beispiel das US-Patent
47 22 212. Die Hohlräume 108 können profiliert sein durch die
Anfangsgestalt des Mantels 90 und der Welle 92 und/oder durch
Bearbeiten der Endzonen 98, 106, nachdem der Mantel 90 auf die
Welle 92 aufgeschrumpft worden ist. Hohlräume 108 können auch
in flexiblen abgekanteten Walzen angewendet werden zum Auf
nehmen von Fluiden unter hohem Druck, wie in Fig. 7 gezeigt.
Siehe auch zum Beispiel US-Patente 48 13 258 und 46 83 744.
Eine Walze 82, wie in Fig. 5 gezeigt, ist insbesondere nütz
lich zum Walzen hochfester Materialien wie Aluminium. Eine
solche Walze wurde konstruiert für ein 2000 mm (80 inch)
breites Doppelduo-Umkehr-Kaltwalzwerk mit einer maximalen
Walzentrennkraft von 2 000 000 kg (44 000 000 pounds). Ein
zylindrischer Mantel 90 besaß einen anfänglichen Nenninnen
durchmesser von 1065 mm (41,960 inch) und einem anfänglichen
Außendurchmesser von 1435 mm (56,5 inch). Eine kontinuierlich
profilierte Welle 92 besaß an ihren axialen Enden 88 einen
Außendurchmesser von 1064 mm (41,900 inch), einen Mittelli
nien-Schrumpfpassungsdurchmesser von 1067 mm (42,000 inch)
und in Axialrichtung dazwischenliegende Durchmesser an den
Rändern der mittleren Aufschrumpfzone von 1066 mm (41,98
inch). Der Mantel 90 wurde zuerst auf die Welle 92 aufge
schrumpft, und dann wurde die Außenfläche 86 der Walze bear
beitet und geschliffen auf einen Durchmesser von 1422 mm (56
inch). Der Walzenhohlraum 108 wies einen Spalt von etwa 0,38 mm
(0,015 inch) an den Enden 88 der Walze 82 auf. Es wird
bemerkt, daß der Enddurchmesser des aufgeschrumpften Mantels
geringer war als der Anfangsdurchmesser des Mantels, und daß
ein Spalt von 0,38 mm etwa 20% kleiner ist als ein theoreti
scher Spalt, der auf der halben Differenz zwischen den
anfänglichen Abmessungen des Mantels 90 und der Welle 92
beruht. Das in dem Mantel 86 während des Aufschrumpfschrittes
entstehende ideale Spannungsmuster ist in Fig. 6(d) gezeigt.
Walzen gemäß der Erfindung wie zum Beispiel die Walzen 52 und
82, welche solche in Axialrichtung konvexe aufgeschrumpfte
Flächen aufweisen, neigen also dazu, eine gute Exzentrizität
in der Aufschrumpfzone und nahe ihren axialen Enden 58 bzw.
98 aufzuweisen.
Fig. 7 zeigt ein Duowalzwerk 110 mit Arbeitswalzen 112, 114
gemäß der Erfindung, welche in Axialrichtung zwischen Rahmen
teilen 116, 118 verlaufen, um ein flaches Werkstück S zu
einem dünneren Produkt zu walzen. Die Arbeitswalzen 112, 114
sind im wesentlichen identisch, obwohl sie entgegengesetzt
orientiert sind. Jede Arbeitswalze 112, 114 weist einen Man
tel 120 und eine Welle 122 auf. Jede Welle 122 weist eine
Wellenfläche 124 auf, die allgemein eine axial verlaufende
konvex profilierte Aufschrumpfzone 126 und eine axial benach
barte Endzone 128 umfaßt, welche eine Wand eines Hohlraumes
130 definiert, der mit einem Kanal 132 in Verbindung steht.
Wie gezeigt, kann die Wellen-Aufschrumpfzone 126 einem ihrer
Enden benachbart sein. Jeder Mantel 120 weist eine Innenflä
che 142 auf, welche allgemein eine Aufschrumpfzone 144 und
eine axial benachbarte Endzone 146 aufweist, welche eine
zweite Wand des Hohlraumes 130 definiert. Wie gezeigt, kann
das seiner Aufschrumpfzone benachbarte Ende 148 des Mantels
durch Bolzen wie einen Bolzen 150 oder andere geeignete Befe
stigungsmittel einschließlich Schweißung befestigt sein an
einem Flansch 152, der einteilig mit der Welle 122 oder mit
dieser verschweißt ist, um den Mantel 120 mit der Welle 122
zu drehen. Wie durch Patente nach dem Stand der Technik of
fenbart ist, sind die Arbeitswalzen 112, 114 unsymmetrisch,
da nur das dem Hohlraum 130 benachbarte Ende jeder Walze 112,
114 gebogen wird und/oder Hochdruckfluiden zum radialen Aus
dehnen der Mantelendzonen 146 unterworfen wird.
Fig. 8 zeigt allgemein ein Doppelduowalzwerk 160, welches
Arbeitswalzen 161 und Stützwalzen 82 (welche mehr im einzel
nen in Fig. 5 gezeigt sind) anwendet, um ein flaches
Werkstück S zu walzen. Ein derartiges Walzwerk 160 kann vor
teilhafterweise in Verbindung mit bekannten Steuersystemen
angewendet werden, um flache Werkstücke mit guter Form und
anderen Eigenschaften zu walzen. Welcher Art das Steuersystem
auch ist, wird es eine Einrichtung umfassen wie hydraulische
Kolben-Zylinderanordnungen 162 oder eine (nicht gezeigte)
elektrisch betätigte Anstellung zum Ausüben von Walzenbiege
kräften auf Walzeneinbaustücke 164 , um den Walzenspalt zu
steuern. Wie in Fig. 8 gezeigt, kann eine herkömmliche Kol
ben-Zylinderanordnung 162 über eine Rückkopplungs-Steuer
schleife gesteuert werden. Ein Walzenspaltfühler 166 tastet
also eine Kolbenstellung oder eine Zylinderdruck ab und gibt
dann ein Rückkopplungssignal auf einer Leitung 168 an einen
Walzenspaltregler 170 ab. Der Regler 170 vergleicht das Rück
kopplungssignal mit einem Bezugssignal von einer Leitung 172,
das manuell oder durch einen Überwachungscomputer oder einen
Mikroprozessor (jeder von denen den Regler 170 enthalten
kann) eingegeben wird, und gibt dann ein Steuersignal auf
einer Leitung 174 an ein Hydraulikfluid-Servoventil 176 ab,
das betriebsmäßig mit dem Kolbenzylinder 178 verbunden ist.
Fig. 8 zeigt ferner eine Einrichtung zum kontinuierlichen
Kompensieren der Stützwalzenexzentrizität während des Walzens.
Stützwalzen-Exzentrizitätsfühler 186 sind benachbart
den oberen Stützwalzen-Einbaustücken 164 und vorzugsweise den
unteren Stützwalzen-Einbaustücken 164 (wie gezeigt) instal
liert, um die Exzentrizität der Stützwalze oder Stützwalzen
82 abzutasten. Jeder Exzentrizitätsfühler 186 ermittelt die
vertikale Versetzung der Stützwalzenfläche 86 zu den benach
barten Walzen(lager)einbaustück 164 und gibt dann ein Exzen
trizitätskorrektursignal auf einer Ausgangsleitung 188 an den
Walzenspaltregler 170 ab. Wenn Exzentrizitätsfühler 186 die
Exzentrizität beider Stützwalzen 82 abtasten, können die Aus
gangssignale auf Leitungen 188 vorteilhafterweise durch einen
Summierverstärker 190 addiert werden und die addierten Sig
nale auf einer Rückkopplungsleitung 192 zu dem Walzenspalt
regler 170 abgegeben werden. Der Regler 170 kann dann das
summierte Exzentrizitätssignal dem Bezugssignal hinzufügen
und das tatsächliche Walzenspalt-Rückkopplungssignal verglei
chen, um ein Steuersignal auf einer Leitung 174 abzugeben.
Zusätzlich zu den in den Fig. 4, 5 und 8 gezeigten Walzen
52 und 82, welche allgemein konvex profilierte Wellen und zy
lindrische Mäntel (vor der Schrumpfpassung) umfassen, können
Walzen gemäß der Erfindung auch andere profilierte Auf
schrumpfzonen aufweisen, vorausgesetzt, daß die Wellenum
kreisfläche oder die Mantelinnenfläche in der Aufschrumpfzone
profiliert (das heißt, nicht zylindrisch) ist. Fig. 9 zeigt
allgemein eine Walze 202 mit Endhohlräumen 204 und eine kon
vex profilierte Welle 206 und einen konvex profilierten Man
tel 208. Fig. 10 zeigt allgemein eine Walze 212 mit Endhohl
räumen 214 und einer konvex profilierten Welle 216 und einem
konkav profilierten Mantel 218. Fig. 11 zeigt allgemein eine
Walze 222 mit Endhohlräumen 224 und einer konkav profilierten
Welle 226 und einem konvex profilierten Mantel 228. Fig. 12
zeigt allgemein eine Walze 232 mit Endhohlräumen 234 und
einer zylindrisch profilierten Welle 236 und einem konvex
profilierten Mantel 238. Der Walze 52 von Fig. 4 ähnliche
Walzen können wie die in den Fig. 9 bis 12 gezeigten Wal
zen 202, 212, 222 und 232 profiliert sein.
Während derzeit bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung
einschließlich verbesserter biegbarer Mantelwalzen und Ver
fahren zum Zusammensetzen dieser Walzen sowie Walzwerke, wel
che sie anwenden, beschrieben und gezeigt worden sind,
versteht es sich ausdrücklich, daß die Erfindung nicht darauf
beschränkt ist, sondern im Rahmen der Ansprüche auf andere
Weise verkörpert sein kann.
Claims (18)
1. Walze zur Reduzierung der Dicke eines Werkstückes in
einem Walzwerk, gekennzeichnet durch:
eine biegbare Welle (62), die eine Achse und einen Durch messer aufweist,
und einen auf die Welle (62) entlang ihrer Achse aufge schrumpften hohlen Mantel (60), der einen Innendurchmesser aufweist, wobei die Maßdifferenz zwischen dem Durchmesser der Welle (62) und dem radial benachbarten Innendurchmesser des hohlen Mantels (60) in der Aufschrumpfzone (66, 74) sich ent lang der Achse der Welle (62) verändert.
eine biegbare Welle (62), die eine Achse und einen Durch messer aufweist,
und einen auf die Welle (62) entlang ihrer Achse aufge schrumpften hohlen Mantel (60), der einen Innendurchmesser aufweist, wobei die Maßdifferenz zwischen dem Durchmesser der Welle (62) und dem radial benachbarten Innendurchmesser des hohlen Mantels (60) in der Aufschrumpfzone (66, 74) sich ent lang der Achse der Welle (62) verändert.
2. Walze nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die
Maßdifferenz zwischen dem Wellendurchmesser und dem Mantelin
nendurchmesser in der Aufschrumpfzone (66, 74) in dem Mittel
abschnitt der Aufschrumpfzone am größten ist und bei den
axialen Rändern der Aufschrumpfzone am kleinsten ist.
3. Walze nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die
Welle (62) eine in Axialrichtung profilierte Umfangsfläche
(64) aufweist, auf welche der Mantel (60) aufgeschrumpft ist.
4. Walze nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der
hohle Mantel (60) eine in Axialrichtung profilierte Innenflä
che (72) aufweist, welche auf die Welle (62) aufgeschrumpft
ist.
5. Walze nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die
profilierte Innenfläche (72) des Mantels (60) auf eine in
Axialrichtung profilierte Umfangsfläche (64) der Welle (62)
aufgeschrumpft ist.
6. Walze mit einer Walzenachse und einer Walzenfläche, die
sich zwischen zwei axialen Enden erstreckt, zur Reduzierung
der Dicke eines Werkstückes in einem Walzwerk, gekennzeichnet
durch:
eine biegbare Welle (62, 92) mit einer Umfangsfläche (64, 94), welche eine axial verlaufende konvex profilierte Aufschrumpfzone (66, 96) umfaßt sowie eine erste Endzone (68, 98), die in Axialrichtung der Wellen-Aufschrumpfzone (66, 96) und benachbart einem ersten axialen Ende (58, 88) der Walzenfläche angeordnet ist,
und einen konzentrischen hohlen Mantel (60, 90) mit einer Innenfläche (172, 102), welche eine Aufschrumpfzone (74, 104) umfaßt, die auf die konvex profilierte Aufschrumpfzone (66, 96) der Welle (62, 92) aufgeschrumpft ist, und ferner eine erste Endzone (76, 106), die in Axialrichtung der Mantel-Auf schrumpfzone (66, 96) sowie in Radialrichtung der ersten Wel len-Endzone (68, 98) angeordnet ist, wobei die ersten Endzonen (68, 76; 98, 106) der Welle (62, 92) und des Mantels (60, 90) da für vorgesehen sind, relativ zueinander in Axialrichtung be weglich zu sein, wenn die Welle (62, 92) sich biegt.
eine biegbare Welle (62, 92) mit einer Umfangsfläche (64, 94), welche eine axial verlaufende konvex profilierte Aufschrumpfzone (66, 96) umfaßt sowie eine erste Endzone (68, 98), die in Axialrichtung der Wellen-Aufschrumpfzone (66, 96) und benachbart einem ersten axialen Ende (58, 88) der Walzenfläche angeordnet ist,
und einen konzentrischen hohlen Mantel (60, 90) mit einer Innenfläche (172, 102), welche eine Aufschrumpfzone (74, 104) umfaßt, die auf die konvex profilierte Aufschrumpfzone (66, 96) der Welle (62, 92) aufgeschrumpft ist, und ferner eine erste Endzone (76, 106), die in Axialrichtung der Mantel-Auf schrumpfzone (66, 96) sowie in Radialrichtung der ersten Wel len-Endzone (68, 98) angeordnet ist, wobei die ersten Endzonen (68, 76; 98, 106) der Welle (62, 92) und des Mantels (60, 90) da für vorgesehen sind, relativ zueinander in Axialrichtung be weglich zu sein, wenn die Welle (62, 92) sich biegt.
7. Walze nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die
erste Endzone (76) des Mantels (60) an die erste Endzone (68)
der Welle (62) anstößt, und daß die anstoßende Endzone (76)
des Mantels (60) dafür vorgesehen ist, axial über die erste
Endzone (68) der Welle (62) zu gleiten, wenn die Welle (62)
sich biegt.
8. Walze nach Anspruch 7, gekennzeichnet durch eine zweite
Wellen-Endzone (68), die in Axialrichtung der Wellen-Auf
schrumpfzone (66) und benachbart einem zweiten axialen Ende
(58) der Walzenfläche angeordnet ist, und eine zweite Mantel-
Endzone (76), die in Axialrichtung der Mantel-Aufschrumpfzone
(74) sowie in Radialrichtung der zweiten Wellen-Endzone (68)
angeordnet ist, wobei die zweiten Endzonen (68, 76) der Welle
(62) und des Mantels (60) dafür vorgesehen sind, relativ zu
einander axial beweglich zu sein, wenn die Welle (62) sich
biegt.
9. Walze nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die
erste Mantelendzone (106) von der benachbarten ersten Endzone
(98) der Welle (92) in Radialrichtung beabstandet ist, wobei
die benachbarten Endzonen (106, 98) einen Hohlraum (108) de
finieren.
10. Walze nach Anspruch 9, gekennzeichnet durch:
eine zweite Wellen-Endzone (98), die in Axialrichtung der Wellen-Aufschrumpfzone (96) und benachbart einem zweiten axialen Ende (88) der Walzenfläche angeordnet ist,
und eine zweite Mantel-Endzone (106), die in Axialrichtung der Mantel-Aufschrumpfzone (104) sowie in Radialrichtung der Mantel-Aufschrumpfzone (106) angeordnet ist, wobei die zwei ten Endzonen (98, 106) definieren.
eine zweite Wellen-Endzone (98), die in Axialrichtung der Wellen-Aufschrumpfzone (96) und benachbart einem zweiten axialen Ende (88) der Walzenfläche angeordnet ist,
und eine zweite Mantel-Endzone (106), die in Axialrichtung der Mantel-Aufschrumpfzone (104) sowie in Radialrichtung der Mantel-Aufschrumpfzone (106) angeordnet ist, wobei die zwei ten Endzonen (98, 106) definieren.
11. Walze nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die
Welle (92) einen Kanal umfaßt, welcher mit dem Hohlraum (108)
in Verbindung steht, um den Hohlraum (108) mit einem Fluid zu
versehen.
12. Walze nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch eine mechani
sche Befestigungseinrichtung (150) benachbart dem zweiten
axialen Ende der Walzenfläche zum Befestigen des Mantels
(120) an der Welle (122), um den Mantel (120) mit der Welle
(122) zu drehen.
13. Walzwerk zur Reduzierung der Dicke eines Werkstückes,
gekennzeichnet durch ein Paar Arbeitswalzen nach Anspruch 1.
14. Walzwerk zur Reduzierung der Dicke eines Werkstückes,
gekennzeichnet durch ein Paar Stützwalzen nach Anspruch 1.
15. Verfahren zum Zusammensetzen einer axial biegbaren Walze,
die einen auf eine Welle aufgeschrumpften Mantel aufweist und
eine Achse mit einer Fläche aufweist, die sich zwischen zwei
axialen Enden erstreckt, gekennzeichnet durch die Schritte:
daß eine biegbare Welle vorgesehen wird, die eine Achse und eine Umfangsfläche aufweist,
daß ein hohler Mantel vorgesehen wird, der eine Innenflä che aufweist,
daß wenigstens ein Abschnitt der Wellenumfangsfläche oder der Mantelinnenfläche in Axialrichtung profiliert ist,
daß der hohle Mantel mit einer Innenfläche benachbart der Welle positioniert wird,
und daß der Mantel und die Welle bei dem in Axialrichtung konvex profilierten Flächenabschnitt aufgeschrumpft werden.
daß eine biegbare Welle vorgesehen wird, die eine Achse und eine Umfangsfläche aufweist,
daß ein hohler Mantel vorgesehen wird, der eine Innenflä che aufweist,
daß wenigstens ein Abschnitt der Wellenumfangsfläche oder der Mantelinnenfläche in Axialrichtung profiliert ist,
daß der hohle Mantel mit einer Innenfläche benachbart der Welle positioniert wird,
und daß der Mantel und die Welle bei dem in Axialrichtung konvex profilierten Flächenabschnitt aufgeschrumpft werden.
16. Verfahren nach Anspruch 15, gekennzeichnet durch den
Schritt, daß wenigstens eines der axialen Enden der Wellen
fläche dafür vorgesehen wird, relativ zu der radial benach
barten Mantelinnenfläche axial beweglich zu sein, wenn die
Welle sich biegt.
17. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß
wenigstens eine Endzone des Mantels dafür vorgesehen ist, in
Axialrichtung gegen die radial benachbarte Wellenendzone zu
gleiten, wenn die Welle sich biegt.
18. Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß
wenigstens ein Ende der Welle dafür vorgesehen ist, von der
radial benachbarten Mantelinnenfläche radial beabstandet zu
sein.
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Legal Events
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8139 | Disposal/non-payment of the annual fee |