DE60018592T2

DE60018592T2 - Schwingungsdämpfungsvorrichtung und entsprechende methode

Info

Publication number: DE60018592T2
Application number: DE60018592T
Authority: DE
Inventors: Gary Boulton; John Edwards; Paul Meehan; Glen Wallace
Original assignee: IND AUTOMATION SERV Pty Ltd; Industrial Automation Services Pty Ltd
Current assignee: Hatch Ltd
Priority date: 1999-06-25
Filing date: 2000-05-12
Publication date: 2006-01-12
Anticipated expiration: 2020-05-13
Also published as: EP1227899B1; DE60018592D1; US6763694B1; EP1227899A1; EP1227899A4; AUPQ120999A0; ATE290441T1; WO2001000346A1

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich nach Anspruch 1, 13 und 16 auf die Schwingungsdämpfung und wurde in erster Linie, jedoch nicht ausschließlich, zur Unterdrückung oder Dämpfung von Schwingungen entwickelt, die während eines Metallwalzprozesses auftreten (siehe z.B. JP (A) 08010807 ). Jedoch ist darauf hinzuweisen, dass die Erfindung eine breitere Eignung in anderen Anwendungen hat, wo es notwendig oder wünschenswert ist, Schwingungen zu dämpfen oder zu unterdrücken.
Hintergrund des Standes der Technik
Typischerweise wird Bandmetall bzw. Bandstahl oder Blech bzw. eine Blechtafel auf die erforderliche Dicke gewalzt, indem der Bandstahl zwischen zwei benachbarten Walzen hindurchgeführt wird, die den notwendigen Betrag an Kompressionsarbeit auf beiden Flächen des Bandstahls vorsehen. Im Allgemeinen werden die Hauptarbeitswalzen in einem Walzenstapel durch eine Lager-Stützeinrichtung oder Klötze gestützt. Die Stützklötze lagern Stützwalzen, die die jeweiligen Arbeitswalzen in Verwendung berühren. Eine Reihe von Kolben wird gemeinsam verwendet, um Kräfte auf die Komponenten des Walzenstapels aufzubringen und befindet sich typischerweise, jedoch nicht ausschließlich, an drei Orten

– zwischen dem Arbeitswalzenklotz und Stützwalzenklotz,
– zwischen den Arbeitswalzenklötzen und
– zwischen den Stützwalzenklötzen selbst, wobei diese gewöhnlich die größten Kolben im Walzenstapel sind.

Normalerweise wird der gesamte Walzenstapel in einem Walzwerkrahmen gestützt. Ein solches einstellbares Wal zenstützsystem gestattet, dass das Bezugsmaß oder die Dicke des gewalzten Produktes nach Belieben geändert wird, indem die Vertikalposition der Klötze und ihrer zugeordneten Walzen eingestellt wird.
Technologiefortschritte haben gestattet, dass die Walzwerke mit relativ hohen Geschwindigkeiten arbeiten, um die Produktivität und die Effizienz zu erhöhen, jedoch ist das Auftreten von mechanischen Schwingungen, auf die sich im Allgemeine als Rattern im Zusammenhang mit Walzen bezogen wird, darauffolgend vorherrschend geworden. Das Rattern schließt Walzenschwingungen in einer im Wesentlichen vertikalen Richtung mit im Allgemeinen großen, ungesteuerten Amplituden der Bewegung bei einer Grundfrequenz ein. Das Rattern bewirkt im Allgemeinen periodische, in Querrichtung verlaufende Lichtbänder und dunkle Erscheinungen über den gewalzten Bandstahl. In einigen Fällen ist eine angepasste Dickenänderung des gewalzten Bandstahls mit den „Ratterbändern" verbunden. Sowohl die bandartige Erscheinung als auch die Dickenänderung sind in höchstem Maße nicht wünschenswert. Es muss nicht nur das betroffene Produkt aussortiert werden, sondern es können auch Brüche des Bandstahls während des Walzens entstehen, was zu einer Beschädigung der Walzwerkausrüstung führt. Gewöhnlich wurde herausgefunden, dass bei erhöhten Walzwerkgeschwindigkeiten die Schwingungen heftiger werden. Somit besteht zurzeit die einzige zuverlässige Abhilfe für das Rattern in der Verringerung der Betriebsgeschwindigkeit des Walzwerks, was wiederum die Walzwerkproduktivität negativ beeinflusst.
Im Allgemeinen wurden drei unterschiedliche Typen von Walzwerkrattern identifiziert, und zwar:

(i) Torsionsrattern, das typischerweise im Bereich von 5 bis 25 Hertz auftritt und das deutliche Ratterbänder über den Bandstahl und geringe Dickeschwankungen ver ursacht. Darauf wird sich häufig als Trommeln oder Beben bezogen, was den niedrigen Frequenzbereich bezüglich des hörbaren Frequenzbereiches wiedergibt. Die geringen Änderungen bei der Dicke können Schwankungen beim Oberflächenreflexionsvermögen verursachen, die ästhetisch nicht annehmbar sind.
(ii) Rattern im Modus der dritten Oktave, das typischerweise im Bereich von 125 bis 240 Hertz liegt und große Dickeänderungen und Bandstahlbrüche erzeugt. Es ist durch ein plötzliches Auftreten (gewöhnlich < 5 Sekunden) gekennzeichnet und erscheint somit als „selbsterregt" im Gegensatz zur Erregung von außen.
(iii) Rattern im Modus der fünften Oktave, das typischerweise im Bereich von 500–800 Hertz auftritt und was ein Quervereinigen der Stütz- und Arbeitswalzen und ein angepasstes Quer-Oberflächemarkieren des Bandstahls ergibt. Zur Lösung des Problems ist ein ungeplanter Stützenrollenaustausch häufig erforderlich. Es liegt ein experimenteller Beweis vor, der anregt, dass, obwohl eine vernachlässigbare Dickenänderung vorliegt, der Bandstahl nicht flach ist und eine periodisch geriffelte Wellenform hat. Diese Bandstahlmarkierungen (oder Welligkeiten) sind noch sichtbar, nachdem der Bandstahl dressiergewalzt und angestrichen wurde.

Von den drei Arten an Ratterschwingungen ist das Rattern im Modus der dritten Oktave der am meisten zerstörende und hat dieser nachteiligste Wirkungen auf die Produktivität des Walzwerks aufgrund der niedrigeren Walzgeschwindigkeiten, die zur Vermeidung der Erscheinung erforderlich sind. Jedoch scheint das Rattern der fünften Oktave bei Walzwerken stärker vorherrschend zu sein und liegen bei diesem stärkere Bedenken vor, da die Kunden eine höhere Oberflächenqualität verlangen. Für jede dieser Arten von Rattern gibt es eine bestimmte Form von Schwingung, die dem Walzstapel eigen ist und die mit den Bandstahlratter-Markierungen verbunden ist.
Es hat zuvor Versuche gegeben, das Rattern zu unterdrücken, ohne dass es darauf hinausläuft, die Walzwerkgeschwindigkeit zu verringern. Aufblasbare Gehäuse- oder Rahmenauskleidungen wurden vorgeschlagen, die die Reibung zwischen den Klötzen und dem Walzwerkgehäuse oder -rahmen erhöhen, um vertikale Vibrationen der Klötze und ihrer zugeordneten Walzen im Falle des Ratterns zu unterbinden. Diese Herangehensweise erhöht die Reibung zwischen dem Rahmen und dem Walzwerkstapel und die Hysterese kann sich tatsächlich in einer Verschlechterung des Dickesteuerungsvermögens beim Walzwerk äußern.
Zahlreiche andere Formen von physikalischen Schwingungsdämpfungsvorrichtungen sind im Stand der Technik bekannt. In der SU488635 befinden sich Paare von koaxialen und gegenüberliegenden Hydraulikzylindern vom Plungerkolbentyp zwischen den Arbeitswalzklötzen, um einen nach außen gerichteten Schub auf die Arbeitswalzen in Verwendung vorzusehen, um dadurch die Walzenüberlastungen zu verringern, wenn Metallbänder in das Gestell eintreten bzw. dieses verlassen. Die Stirnflächen der Zylinder berühren einander und nur das Fluid, das jeden Zylinder umgibt, sieht eine Art von grober Stoßdämpfung vor. In der US5730692 haben speziell gestaltete Walzen selbst die Funktion von Schwingungsdämpfern aufgrund der inneren Bewegung der unter Druck gesetzten Flüssigkeiten zum Absorbieren von Stößen. In der SU570421 wird pulsierendes Fluid entlang von Leitungen gefördert, um erzwungene Schwingungen von Arbeitswalzen zu induzieren, die mit der korrekten Amplitude und Frequenz der Schwingung dieser Walzen in Verwendung entgegengesetzt sein können und diese Schwingungen abfedern können.
Physikalische Dämpfungseinheiten sind ebenfalls zum externen Positionieren am Walzwerkrahmen bekannt. In der JP08247211 und in der JP05104117 erfasst ein Amplitudesensor die Schwingungsfrequenz eines Walzwerks und wird ein „Ratteraufnehmer", der extern am Walzwerkrahmen selbst angebracht ist, aktiviert, um diesem Rattern entgegenzuwirken.
In der JP08010807 A hat jeder Arbeitswalzenklotz eine extern angebrachte Schwingungsdämpfungsvorrichtung. Diese Vorrichtung weist obere und untere Gummiplatten auf, wobei die obere zwei Kolben hat, die mit jeweiligen Hohlräumen, die in der anderen Platte angeordnet sind, zusammengepasst sind, wobei der Hohlraum mit einem viskosen Fluid zum Absorbieren von Stößen gefüllt ist. Die Kolben sind benachbart zu drei eigenständigen Federn angeordnet, die sich ebenfalls zwischen den Gummiplatten erstrecken. Diese Vorrichtung hat viele Teile und würde in der Herstellung und Instandhaltung komplex sein. Bei einigen Walzwerken würde ein unzureichender Raum vorliegen, in dem eine solche Vorrichtung anzuordnen ist.
Im US-Patent Nr. 5.724.846 wird ein Verfahren vorgeschlagen, bei dem eine Komponente einer Schwingung mit niedriger Energie, die nicht synchron ist, in den Walzwerkrahmen eingeführt wird, was verhindert, dass die Walzen vertikal in einer beliebigen, im Allgemeinen großen, nicht steuerbaren Weise vertikal schwingen. Es wird nicht verdeutlicht, warum dieses System ein Auftreten von Rattern verhindert, und dieser Ansatz wurde in der Praxis nicht breit eingesetzt.
Beim US-Patent Nr. 5.512.009 werden ein Verfahren und eine Vorrichtung vorgesehen, die eine schwingungsinduzierende Vorrichtung aufweisen, die mit der Walze gekoppelt ist, um eine axiale Schwingung in der Walze hervorzuru fen, die im Wesentlichen eine höhere Frequenz als die Rotationsfrequenz der Walze hat. Dieses Verfahren bezieht sich auf die Verringerung einer spezifischen Form von Rattern, auf das „optische Rattern". Obwohl Anzeichen nahe legen, dass diese Form von Rattern mit axialen Schwingungen in einer Feinmühle verbunden ist, wurde nicht aufgezeichnet, dass eine Relevanz bei Walzwerken besteht.
Zusammenfassung der Erfindung
Ein erster Aspekt der vorliegenden Erfindung sieht eine Schwingungsdämpfungsvorrichtung zur Verwendung bei einem Walzwerk vor, wobei die Vorrichtung aufweist:

– einen Körper, der für eine Gleitbewegung in einem Gehäuse, das sich an einem Walzenklotz des Walzwerks oder nahe von diesem befindet, positionierbar ist, und
– eine Dämpfungseinrichtung bzw. ein Dämpfungsmittel zum Vorsehen der Schwingungsdämpfung des Walzenklotzes (der Walzenklötze) im Walzwerk, dadurch gekennzeichnet, dass die Dämpfungseinrichtung mit dem Körper einstückig ausgebildet ist und eine Masse, die im Körper beweglich ist, aufweist.

Durch die einstückige Ausgestaltung der Dämpfungseinrichtung mit dem Körper kann die Vorrichtung vorhandene herkömmliche Vorrichtungen ersetzen, die verwendet werden, um Kräfte auf den Walzenstapel eines Walzwerks auszuüben, wobei dennoch die Fähigkeit zum Betrieb besteht, so dass das Auftreten von Ratterschwingungen die Bewegung im Körper verursacht, der durch die Dämpfungseinrichtung, die wirkt, um die Vibrationsenergie zu verbrauchen, ein Widerstand entgegengesetzt wird.
Vorzugsweise ist die Dämpfungseinrichtung ein Raum bzw. eine Kammer, der/die sich an einem Ende des Körpers befindet, wobei die Kammer eine schwingungsabsorbierende Komponente oder mehrere von diesen aufweist. Vorzugsweise befindet sich die Kammer an einem Ende des Körpers außerhalb des Gehäuses, um sich mit einem der Walzenklötze in Anlage zu befinden. Während die Dämpfungseinrichtung (oder ein Teil eines Gehäuses) in Kammern eingeteilt werden kann, können einzelne nicht eingeschlossene Dämpfungselemente ebenfalls verwendet werden, wie z.B. Federn, Polster usw. die an dem Endabschnitt des Körpers montiert sind. Die Dämpfungseinrichtung kann ebenfalls zwischen den Enden des Körpers angeordnet sein.
Vorzugsweise ist ein entgegengesetztes Ende des Körpers im Gehäuse angeordnet und befindet sich dieses mit einem Fluid darin in Kontakt, wobei das Fluid über eine Leitung bzw. einen Kanal (z.B. ein Rohr), die/der schließlich mit einem Behälter verbunden ist, in das Gehäuse oder aus diesem heraus bewegbar ist, um bei der Verwendung Kraft zum Körper im Gehäuse zu übertragen.
Vorzugsweise ein zweiter schwingungsabsorbierender Kammerabschnitt des Körpers, der weitere schwingungsabsorbierende Komponenten aufweist, befindet sich am entgegengesetzten Ende des Körpers und in Berührung mit dem Fluid.
Bei einer alternativen oder zusätzlichen Anordnung kann die zweite schwingungsabsorbierende Kammer allein oder zusätzlich die Dämpfungseinrichtung definieren.
Vorzugsweise das Gehäuse ist in einem der Walzenklötze oder als ein Teil einer getrennten Vorrichtung definiert, die zwischen gegenüberliegenden Walzenklötzen positionierbar ist.
Vorzugsweise ist die Vorrichtung an einem unteren der gegenüberliegenden Klötze montiert und ein in der Verwendung oberstes Ende des Körpers berührt die Unterseite eines oberen der gegenüberliegenden Walzenklötze.
Vorzugsweise ist der Körper ein zylinderförmiger Kolben.
Vorzugsweise weist die Kammer/weisen die Kammern des Körpers eine schwingungsabsorbierende Komponente oder mehrere von diesen auf, einschließlich einer Federn/Federn und/oder eines schwingungsabsorbierenden Polsters/schwingungsabsorbierender Polster. Bei einer alternativen Anordnung kann die zweite schwingungsabsorbierende Kammer des Körpers eine oder mehrere schwingungsabsorbierende Komponenten einschließlich einer Feder, Luft, usw. aufweisen.
Bei einem weiteren Aspekt sieht die vorliegende Erfindung eine Schwingungsdämpfungsvorrichtung zur Verwendung in einem Walzwerk vor, wobei die Vorrichtung aufweist:

– einen Körper, der für eine Gleitbewegung in einem Gehäuse positionierbar ist, das sich an einem Walzenklotz des Walzwerks oder nahe von diesem befindet, und
– eine Dämpfungseinrichtung, die ein Fluid aufweist, das sich im Gehäuse befindet und das mit dem Körper in Verbindung steht, wobei das Fluid in das Gehäuse oder aus diesem heraus bewegbar ist, so dass die Fluidbewegung auf die erfasste Schwingung anspricht, um eine Schwingungsdämpfung des Walzenklotzes (der Walzenklötze) im Walzwerk vorzusehen.

Bei einem weiteren Aspekt sieht die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Dämpfen von Schwingungen in einem Walzwerk vor, das die Schritte aufweist:

(i) Positionieren eines gleitfähigen Körpers und einer zugeordneten Dämpfungseinrichtung an einem Walzenklotz des Walzwerkes oder nahe von diesem und
(ii) Regulieren der Dämpfungseinrichtung in einer solchen Weise, dass eine gegenwirkende Dämpfung bezüglich Schwingungsmerkmalen des Walzwerkes vorgesehen wird.

Vorzugsweise weist die Dämpfungseinrichtung Federn und/oder schwingungsabsorbierende Polster auf, die bezüglich des Körpers positionierbar sind und weist Schritt (ii) das Auswählen der schwingungsabsorbierenden Merkmalen der Feder und/oder des Polsters, die den Schwingungsmerkmalen des Walzwerkes entgegenwirken, oder die Dämpfungseinrichtung weist ein Fluid auf, das bezüglich des Körpers positionierbar ist und Schritt (ii) weist das Auswählen der Fluidmerkmale auf, die den Schwingungsmerkmalen des Walzwerkes entgegenwirken.
Vorzugsweise weisen die Merkmale der Feder und/oder des Polsters, die verändert werden, die Geometrie, das Elastizitätsmodul und die Dämpfungsmaterialkonstante auf, und im Fall eines Fluids die Viskosität und das Elastizitätsmodul des Fluids.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Ungeachtet jeglicher anderer Formen, die in den Schutzbereich der vorliegenden Erfindung fällt, werden nun bevorzugte Formen der Erfindung lediglich beispielhaft unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben, in denen:
1 eine schematische Querschnittsdarstellung eines Walzwerkes nach dem Stand der Technik mit hydraulisch betätigten Kolben, um mit den Walzen eines Ma terialbandes im Zusammenhang stehende Funktionen auszuführen, ist,
2 eine schematische Querschnittsdarstellung eines Ausführungsbeispiels einer Schwingungsdämpfungsvorrichtung entsprechend der Erfindung ist, und
3 vier mögliche Vertikalschwingungsmodi in einem Stapel mit vier Walzen in der Höhe nach dem Stand der Technik, wobei nur Arbeitswalzen und Stützwalzen beteiligt sind, zusammen mit typischen Frequenzbereichen für jeden Modus ist. Der Modus 2 beschreibt die Relativbewegung der Walzen während des Ratterns in der dritten Oktave.
Ausführungsweisen der Erfindung
Unter Bezugnahme auf die Zeichnungen wird die vorliegende Erfindung im Zusammenhang mit der folgenden Beschreibung des Walzprozesses und der in Beziehung stehenden Betätigungseinrichtungen im Walzenstapel 10 besser verständlich. In 1 führen die Arbeitswalzen 12, 13, die jeweils in Klötzen 26, 28 montiert sind, die sich im Walzwerkrahmen 11 befinden, eine Dickenverringerung aus, indem eine plastische Verformung eines Bandes 17 aus Material (typischerweise Metall) durchgeführt wird, wenn dieses zwischen den Walzen hindurchgeht. Stützwalzen 14, 15, die jeweils in Klötzen 24, 30 montiert sind, sehen primär eine vertikale Stütze vor und minimieren die Durchbiegung bzw. Ablenkung für die jeweiligen Arbeitswalzen 12, 13. Auch im Walzenstapel 10 liegt eine Anzahl von hydraulisch betätigten Kolben vor, die Kräfte an Komponenten des Walzenstapels 10 für zahlreiche Zwecke anlegen, wobei die primären Zwecke sind:

(a) Hauptwalzenkraftkolben 16 zum Komprimieren des Streifens bzw. Bandes,
(b) Stützwalzenausgleichkolben 18, die verwendet werden, um den Stützwalzenklotz 24 zu stützen und anzuheben, um zu ermöglichen, dass die Arbeitswalzen während einer Walzenänderung entfernt werden,
(c) Arbeitswalzenausgleichkolben 20, um abzusichern, dass die oberste Arbeitswalze 12 mit der oberen Stützwalze 14 in Berührung steht, und
(d) Arbeitswalzenbiegekolben 22, um ein Biegen auf die Arbeitswalzen 12, 13 für eine Flachheit- und Dicke-Profil-Steuerung aufzubringen.

Es ist festzuhalten, dass sich die Form des Walzenstapels 10 von dem in 1 beschriebenen Beispiel ändern kann und dass diese andere betätigte Kolben enthalten kann. Die folgende Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung bezieht sich auf die Stützwalzen-Ausgleichkolben 18. Es ist jedoch wichtig festzuhalten, dass der Schutzbereich der vorliegenden Erfindung ebenfalls jeglichen anderen betätigten Kolben aufweisen kann, der in beliebiger Form eines Walzenstapels vorliegt oder der anschließend hinzugefügt wird.
Die vorliegende Erfindung sieht vorzugsweise einen spezialisierten Kolben vor, der in einer primären Funktion zum Aufbringen einer Kraft verwendet werden kann, aber ebenfalls, um das Auftreten von Rattern im Rollenstapel zu verringern oder lediglich zur Verringerung des Ratterns.
Unter Bezugnahme auf 2 ist eine Schwingungsdämpfungsvorrichtung 40 zur Verwendung in einem Walzwerkstapel 10 gezeigt. Die Vorrichtung weist einen Körper in Form eines Stützrollen-Ausgleichkolbens 42 auf, der für eine Gleitbewegung in einem Gehäuse in Form eines Hohlraums 44, der im unteren Stützwalzenklotz 30 des Walzwerkstapels 10 (in diesem Ausführungsbeispiel) definiert ist, positionierbar ist. Jedoch kann der Kolben in einem getrennten Gehäuse vorgesehen werden, das dann auf/am Walzenstapel montiert wird. Der Kolben 42 bewegt sich in einer Hohlraumauskleidung 43, die die Richtung der Kolbenbewegung vorschreibt. Idealerweise ist die Achse des Kolbens 42 mit der Schwingungsrichtung des Körpers, mit dem sich dieser in Berührung befindet, ausgerichtet. Der Körper des Kolbens ist ein Gehäuse, das die Rolle eines herkömmlichen Kolbens ausführt, indem eine statische Last übertragen wird, die ebenfalls Innendämpfungsmerkmale hat. Der Kolben 42 weist eine Festmassenkomponente 45 auf, die im Allgemeinen zylinderförmig ist und einen beliebigen geeigneten Querschnitt hat. Die Kolbenmasse 45 ist typischerweise aus dichtem Material, beispielsweise einem Metall wie Wolfram oder Blei, so dass diese eine hohe Kolbenmasse für das gestattete Volumen des Hohlraums im unteren Stützwalzenklotz hat. Die Masse 45 kann sich im Kolben 42 in die Schwingungsrichtung frei bewegen, wobei ein kleiner ringförmiger Zwischenraum zwischen der Außenwand der Masse 45 und der Innenwand des Kolbens 42 vorliegt. Um das Gewicht der Masse 45 weiter zu erhöhen und um bei der Verwendung die Dämpfungsleistung des Kolbens 42 zu verbessern, kann eine Hülse oder ein anderes Seitenausdehnungsstück dem oberen Bereich der Masse 45 in dem Abschnitt des Kolbens 42 zugefügt werden, der vom Hohlraum 44 vorsteht.
2 zeigt ebenfalls eine Dämpfungseinrichtung, die mit dem Kolben 42 einstückig ausgebildet ist, um eine Schwingungsdämpfung von entgegengesetzten Stützwalzenklötzen 24, 30 in der Verwendung vorzusehen. Die Dämpfungseinrichtung ist ein speziell gestaltetes Absorptionssystem, um eine abgestimmte Steifigkeit und Dämpfungselemente vorzusehen, die parallel wirken und die sich im Raum bzw. in der Kammer 46 an einem obersten Ende oder an einer Abdeckung des Kolbens 42 befinden, der in Verwendung mit der Unterseite des entgegengesetzten oberen Stützwalzenklotzes 24 in Anlage steht. Der Raum 46 weist eine oder mehrere schwingungsabsorbierende Komponenten wie z.B. eine Feder 48, um eine Steifigkeit (in Abhängigkeit von der Masse und der Steifigkeit der Feder) vorzusehen, und/oder ein Schwingungsabsorptionspolster 50 (beispielsweise Gummi, das die Energieabsorption vorsieht) auf. Alternativ dazu kann die Kammer 46 mit einem Fluid mit bekannten Eigenschaften, um in ähnlicher Weise zu wirken, gefüllt sein. Durch das einstückige Ausbilden des Raums mit dem Kolben ist die Dämpfungskapazität der Vorrichtung verbessert. Die Vorrichtung ist unitär und somit inhärent stabiler.
Ein entgegengesetztes Ende des Kolbens 42 befindet sich im Hohlraum 44 und befindet sich mit einem unter Druck gesetzten, hydraulischen Druckfluid 52 in Berührung, das sich selbst über ein Rohr 54, das schließlich mit einem Behälter (nicht gezeigt) verbunden ist, in einen Hohlraum 44 oder aus diesem bewegt. Der Kolben 42 überträgt die Kraft zwischen dem hydraulischen Druckfluid 52 an einem Ende und dem Körper, mit dem sich dieser in Berührung befindet, am anderen oberen Ende.
Ein zweiter schwingungsabsorbierende Kammerabschnitt 56 des Kolbens 42 ist typischerweise vorgesehen und weist ebenfalls schwingungsabsorbierende Komponenten auf. Der Abschnitt 56 ist typischerweise eine integrale Abdeckung, die sich am Ende des Kolbens 42 in Berührung mit dem Fluid 52 befindet. Diese Komponente 56 wirkt als ein Isolationssystem zum Isolieren der Kolbenmasse und der Dämpfungskomponenten von den veränderlichen dynamischen Fluideigenschaften des Hydraulikfluids 52, wie z.B. von der Temperaturabhängigkeit der Fluidviskosität beispielsweise. Das Isolationssystem besteht primär aus einem Element mit niedriger Steifigkeit, wie z.B. einer Feder mit einer Steifigkeit von Null und/oder einem Lufthohlraum. Die Steifigkeit von diesem System ist typischerweise klein, wenn diese mit der äquivalenten Steifigkeit der schwingungsdämpfenden Kammer 46 verglichen wird.
Bei einer alternativen Anordnung kann die zweite schwingungsdämpfende Kammer 56 lediglich die Dämpfungseinrichtung in einer Situation definieren, in der der Kolben 42 mit dem oberen Stützwalzenklotz 24 nicht in direkter Berührung steht. In einer solchen Situation kann die Kammer 56 eine oder mehrere schwingungsabsorbierende Komponenten, wie z.B. eine Feder 48 und/oder eine schwingungsabsorbierendes Polster 50 oder eine Fluidsubstanz, aufweisen.
Obwohl es bevorzugt wird, dass das Gehäuse in einem der Walzenklötze definiert ist, wie es in 2 dargestellt ist (typischerweise im unteren der Walzenklötze), kann dieses ebenfalls in einer getrennten Vorrichtung vorgesehen sein, die zwischen den Walzenklötzen positionierbar ist.
Die Komponenten der schwingungsdämpfenden Vorrichtung 40 haben typischerweise die folgenden Funktionen bezüglich des Unterdrückens von Ratterschwingungen:

– das Absorptionssystem in der Kammer 46 sieht geeignete Steifigkeit- und Dämpfungskomponenten vor,
– der Kolben 42 ist so gestaltet, dass dieser eine Komponente mit ausreichender Masse 45 hat, und
– die Isolationsendeabdeckungskammer 56 ist so gestaltet, dass diese eine sehr niedrige Steifigkeit hat, um die Eigenschaften des Hydraulikfluids vom dynamischen Verhalten des Kolbensystems zu isolieren.

Die Komponenten der Schwingungsdämpfungsvorrichtung sind so gestaltet und konstruiert, dass das System die optimale Masse, Steifigkeit und Dämpfung hat, um einen maximalen Verbrauch an Ratterschwingung bei einer speziellen Frequenz vorzusehen. Die Masse des Kolbens ist so groß wie möglich gestaltet, um die Trägheitswirkungen der Dämpfungsvorrichtung auf das Walzwerksystem zu maximieren. Die Steifigkeit des Absorptionssystems ist abgestimmt, um die Bewegung des Kolbens an die Ratterschwingungsfrequenzen stark anzupassen, und die Dämpfung ist abgestimmt, um den Energieverbrauch zu maximieren. Die Optimierung der Abstimmfrequenz und des Dämpfungsverhältnisses kann die Walzgeschwindigkeit maximieren, die erreichbar ist, bevor das Rattern erstmalig auftritt. Die optimale Abstimmfrequenz und Dämpfung sind beide durch das Verhältnis der Masse des Dämpfers zur effektiven Masse des ratternden Walzwerksystems bestimmt.
Der Kolben 42 führt in Betrieb die Funktionen des Unterdrückens der Ratterschwingung sowie das Ausführen seiner herkömmlichen Funktion aus dem Stand der Technik eines betätigten Kolbens gemäß Vorbeschreibung aus. Der Kolben der vorliegenden Erfindung kann herkömmliche Kolben von Walzwerk-Betätigungseinrichtungen mit relativer Einfachheit während eines typischen Walzenänderungsstadiums mit einer minimalen Unterbrechung der Produktion ersetzen. Die Kolben sind gestaltet, so dass das Auftreten von Ratterschwingungen die Bewegung im Kolben induziert. Dieser Bewegung im Kolben wird durch die Dämpfungselemente ein Widerstand entgegengesetzt, die wirken, um die Schwingungsenergie zu verbrauchen. Die Anordnung des Kolbens ist so getroffen, dass diese abgestimmt ist, um mit einer maximalen Wirkung auf Schwingungen zu reagieren, die nahe der typischen Ratterfrequenz auftreten. Der Kolben ist somit effektiv beim Stoppen der Ansammlung von Schwingungsenergie im Walzenstapel, die während des Ratterns auftritt. Da das Kolbensystem abgestimmt ist, um auf die Ratterfrequenz anzusprechen, beeinflusst dieses nicht die Fähigkeit zur Steuerung der Dicke des gewalzten Bandstahls, die bei einer wesentlich niedrigeren Frequenz auftritt.
Bei einem anderen möglichen Ausführungsbeispiel kann die Schwingungsdämpfungskammer 46 ein Material mit einer Steifigkeit aufweisen, die sich mit einer statischen Last, die an diese angelegt ist, ändert, beispielsweise ein Fluid oder eine Feder. In einem solchen Ausführungsbeispiel kann die Steifigkeit durch das Einstellen der durch das Hydraulikfluid aufgebrachten, statischen Last abgestimmt werden. Ferner kann die Schwingungsdämpfung tatsächlich durch das Hydraulikfluid 52 vorgesehen werden, wo das Fluid mit der geeigneten Viskosität, dem geeigneten Elastizitätsmodul und geeigneten Dämpfungseigenschaften ausgewählt wird. In einem solchen Beispielssystem kann ein Schwingungssensor mit einer Regelungseinheit verbunden sein, um das Fluidvolumen im Hohlraum unter die Position des Kolbens 42 einzustellen.
In einem noch weiteren möglichen Ausführungsbeispiel der Erfindung kann der Kolben in einem Hohlraum im Klotz selbst ohne Übertragung einer statischen Last zu einem anderen Körper, beispielsweise einem entgegengesetzt liegenden Walzenklotz, untergebracht sein. In einem solchen Ausführungsbeispiel kann der Kolben beispielsweise an der oberen Seite eines Stützwalzenklotzes 24 untergebracht sein und der sich ergebenden Bewegung im Kolben kann durch die Dämpfungselemente, die wirken, um die Schwingungsenergie zu verbrauchen, ein Widerstand entgegengesetzt werden.
Die vorliegende Erfindung ist in einem speziellen Ausführungsbeispiel primär auf die Verringerung des Auftretens von Ratterschwingungen in der dritten und fünften Oktave des Walzenstapels während des Walzprozesses ge richtet; es ist jedoch darauf hinzuweisen, dass die Erfindung nicht notwendigerweise auf die Unterdrückung dieser Arten von Rattern beschränkt ist.
Es ist verständlich, dass unterschiedliche Abwandlungen, Änderungen und/oder Zusätze zu den Merkmalen der Ausführungsbeispiele der Erfindung wie hier beschrieben im Schutzbereich der beiliegenden Ansprüche vorgenommen werden können.

Claims

Schwingungsdämpfungsvorrichtung zur Verwendung in einem Walzwerk (10), wobei die Vorrichtung aufweist: – einen Körper (42), der für eine gleitende Bewegung in einem Gehäuse (44), das sich an einem oder nahe eines Walzenklotzes (24, 26, 28, 30) des Walzwerks (10) befindet, positionierbar ist; und – Dämpfungsmittel (46, 56) zur Bereitstellung einer Schwingungsdämpfung eines Walzenklotzes/von Walzenklötzen (24, 26, 28, 30) innerhalb des Walzwerks (10), dadurch gekennzeichnet, dass das Dämpfungsmittel (46, 56) integral mit dem Körper (42) ist und eine Masse (45) hat, die in dem Körper bewegbar ist.
Schwingungsdämpfungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei das Dämpfungsmittel mindestens einen Raum (46, 56) hat, der sich an einem Ende des Körpers (42) befindet, wobei der Raum (46, 56) ein oder mehrere schwingungsabsorbierende Elemente (48, 50) aufweist.
Schwingungsdämpfungsvorrichtung nach Anspruch 2, wobei das Dämpfungsmittel einen ersten schwingungsabsorbierenden Raum (46) hat, der sich an einem Ende des Körpers außerhalb des Gehäuses (44) befindet, so dass er an einen der Walzen-klötze (24, 26, 28, 30) angrenzt.
Schwingungsdämpfungsvorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, wobei sich das entgegengesetzte Ende des Körpers (42) innerhalb des Gehäuses (44) befindet und darin mit einem Fluid (52) in Kontakt steht, wobei das Fluid (52) über eine Leitung (54), die in einen Vorratsbehälter mündet, in das oder aus dem Gehäuse (44) bewegbar ist, um im Betrieb Kraft zu dem Körper (42) im Gehäuse zu übertragen.
Schwingungsdämpfungsvorrichtung nach Anspruch 4, wobei das Dämpfungsmittel einen zweiten schwingungsabsorbierenden Raum (56) des Körpers (42) mit weiteren schwingungsabsorbierenden Elementen hat, der sich am gegenüberliegenden Ende des Körpers (42) befindet und in Kontakt mit dem Fluid (52) steht.
Schwingungsdämpfungsvorrichtung nach Anspruch 5, wobei der zweite schwingungsabsorbierende Raum (56) allein oder zusätzlich das Dämpfungsmittel definiert.
Schwingungsdämpfungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Gehäuse (44) innerhalb einem der Walzenklötze (24, 26, 28, 30) oder als Teil einer separaten Vorrichtung, die zwischen den gegenüberliegenden Walzenklötzen (24, 26, 28, 30) positionierbar ist, definiert ist.
Schwingungsdämpfungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Vorrichtung an einem unteren Walzenklotz (28, 30) der einander gegenüberliegenden Walzenklötze angeordnet ist, und ein in Betrieb oberstes Ende des Körpers (42) die Unterseite eines oberen Walzenklotzes (24, 26) der einander gegenüberliegenden Walzenklötze berührt.
Schwingungsdämpfungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Körper (42) ein zylindrisch geformter Kolben (42) ist.
Schwingungsdämpfungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 6, wobei der Raum/die Räume (46, 56) des Körpers (42) ein oder mehrere schwingungsabsorbierende Elemente mit mindestens einer Feder (48), einem schwingungsabsorbierenden Polster (50) oder einer schwingungsabsorbierenden fluidischen Substanz aufweist/aufweisen.
Schwingungsdämpfungsvorrichtung nach Anspruch 5 oder Anspruch 6, wobei der zweite schwingungsabsorbierende Raum (56) des Körpers (42) ein oder mehrere schwingungsabsorbierende Elemente mit mindestens einer Feder (48), einem schwingungsabsorbierenden Polster (50) oder einer schwingungsabsorbierenden fluidischen Substanz aufweist.
Schwingungsdämpfungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 6, wobei das Fluid zumindest Teil eines weiteren Dämpfungsmittels zur Schwingungsdämpfung eines Walzenklotzes/von Walzenklötzen (24, 26, 28, 30) innerhalb des Walzwerks (10) ist, wobei die Bewegung des Fluids auf erfasste Schwingungen des Walzenklotzes/der Walzenklötze anspricht.
Verfahren zur Schwingungsdämpfung in einem Walzwerk (10) mit den Schritten: (i) Positionieren einer Schwingungsdämpfungsvorrichtung, wie in einem der Ansprüche 1 bis 3 und 7 bis 9 definiert, an oder nahe eines Walzenklotzes (24, 26, 28, 30) des Walzwerks (10); und (ii) Regulieren des Dämpfungsmittels (46, 56) so, dass eine entgegenwirkende Dämpfung der Schwingungseigenschaften in dem Walzwerk (10) bereitgestellt wird.
Verfahren nach Anspruch 13, wobei das Dämpfungsmittel Federn (48) und/oder schwingungsabsorbierende Polster (50) aufweist, die in Bezug auf den Körper (42) positionierbar sind, und Schritt (ii) die Auswahl der schwingungsabsorbierenden Eigenschaften der Feder (48) und/oder des Polsters (50) mit einschließt, die den Schwingungseigenschaften des Walzwerks (10) entgegenwirken.
Verfahren nach Anspruch 13 oder Anspruch 14, wobei die unterschiedlichen Eigenschaften der Feder (48) und/oder des Polsters (50) die Geometrie, den Elastizitätsmodul und die Dämpfungsmaterialkonstante mit einschließen.
Verfahren zur Schwingungsdämpfung in einem Walzwerk (10) mit den Schritten: (i) Positionieren einer Schwingungsdämpfungsvorrichtung nach Anspruch 12 an oder nahe eines Walzenklotzes (24, 26, 28, 30) des Walzwerks (10); und (ii) Regulieren des Dämpfungsmittels (46, 56, 52) der Schwingungsdämpfungsvorrichtung so, dass eine entgegenwirkende Dämpfung der Schwingungseigenschaften in dem Walzwerk (10) bereitgestellt wird.
Verfahren nach Anspruch 16, wobei Schritt (ii) die Auswahl der Eigenschaften des Fluids (52) mit einschließt, die den Schwingungseigenschaften des Walzwerks entgegenwirken.
Verfahren nach Anspruch 16 oder 17, wobei die unterschiedlichen Eigenschaften des Fluids (52) die Viskosität und den Elastizitätsmodul mit einschließen.
Schwingungsdämpfungsvorrichtung nach Anspruch 5 oder Anspruch 6, wobei die bewegbare Masse (45) zwischen den ersten (46) und zweiten (56) schwingungsabsorbierenden Räumen angeordnet ist.
Schwingungsdämpfungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei sich der Körper (42) zwischen einem der Walzenklötze (24, 26, 28, 30) und dem anderen Teil (11) des Walzwerks (10) erstreckt, wobei sich das Gehäuse (44) an dem anderen der Walzenklötze (24, 26, 28, 30) und dem anderen Teil (11) des Walzwerks (10) befindet.
Schwingungsdämpfungsvorrichtung nach Anspruch 20, wobei das andere Teil des Walzwerks ein Walzwerkrahmen (11) ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 18, wobei der Körper (42) und die Dämpfungsmittel (46, 56) so sind, wie es in einem der Ansprüche 1 bis 12 und 19 bis 21 definiert ist.