DE4111852A1 - Biegbare mantelwalze - Google Patents

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.

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.

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.

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.

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.