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GEBIET DER
ERFINDUNG
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Diese
Erfindung bezieht sich auf eine Führung für ein Stahlwalzwerk, bei der
ein Paar drehbare Walzen ein Stahlwerkstück aufnehmen und derart zwischen
diesen führen,
daß das
Werkstück
in einer vorbestimmten Orientierung für den Eintritt in den Walzenangriff
des nächsten
Satzes von Verarbeitungswalzen verbleibt.
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HINTERGRUND
DER ERFINDUNG
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Walzenführungsanordnungen
sind erforderlich, um sicherzustellen, daß das Material, das von dem
Werk verarbeitet wird, den nächsten
Satz von Reduzierwalzen in der geeigneten Orientierung erreicht
und jegliche ungewünschte
Verwindung des zu reduzierenden Materials verhindert wird. Weil
die Bediener des Werkes ständig
unter Druck sind, den Ertrag eines arbeitenden Werkes zu steigern,
steigt die Geschwindigkeit, mit der das Material den Reduzierschritt
durchläuft,
kontinuierlich weiter an. Daher müssen, wenn ein Rohling durch
ein mehrstufiges Reduzierwerk mit ständig steigenden Geschwindigkeiten
geführt
wird, der letzte Satz von Reduzierwalzen und die zugehörigen Werkführungen
Drehgeschwindigkeiten erreichen können, die der Geschwindigkeit
des Materials, das aus den letzten Reduzierwalzen austritt, entspricht.
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Die
Walzen in der Führung
haben normalerweise eine vorbestimmte Form, um sicherzustellen, daß das zuvor
geformte Material zwischen den gegenüberliegenden Führungswalzen
in einer bestimmten Orientierung gehalten ist, um sicherzustellen,
daß das
sich bewegende Material in den Walzenangriff des nächsten Satzes
von Walzen in einer bestimmten Orientierung geführt wird. Die Walzen sind typischerweise
auf Lageranordnungen angeordnet, um ein kontinuierliches Drehen
der Walzen mit relativ hohen Geschwindigkeiten zu ermöglichen,
wobei eine erhebliche Druckkraft aufrechterhalten wird, aufgrund
des Druckeingriffes mit dem sich bewegenden Material. Weil sich
die Walzen in einer Umgebung drehen müssen, die wohl am besten als
aggressiv beschrieben wird, wird jeder Vorschlag eines Bedieners
eines Werkes, bei dem der Durchsatz erheblich durch Erhöhen der
Geschwindigkeit des zu reduzierenden Materials gesteigert werden
soll, mit Widerstand und Zynismus von Seiten der Konstrukteure der
Werke begegnet werden. Da das zu reduzierende Material heiß ist, müssen die
Walzen auf irgendeine Weise gekühlt
werden, um eine ausreichende Lebensdauer für die Lager in der Walze zu
erreichen. Das Führungsende
des zu reduzierenden Materials kann manchmal an einer der Führungswalzen
beim Eintritt in die Führung
anschlagen, was zu einer dauerhaften Beschädigung der Oberfläche der
Walze und gleichzeitig zu einer Spitzenbelastung der Lagerelemente
selbst führt,
wodurch die Lebensdauer des Lagers verkürzt werden kann.
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Es
wäre offensichtlich,
daß die
Konstrukteure von Stahlwerken die Lebensdauer verschiedener Komponenten
des Werkes, insbesondere der Führungselemente,
durch ein Verringern der Belastung der Führungswalzen und ihrer Lager
durch Verwendung von größeren, robusteren
Walzen, die auf geeigneten Lagern montiert wären, steigern könnten. Natürlich ist
diese Lösung
nicht möglich,
da nur ein begrenzter Raum für
die Führung
in dem Raum zwischen den Walzen eines jeden Reduzierschrittes zur Verfügung steht.
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Daher
ist es notwendig, den Walzendurchmesser innerhalb bestimmter, vorgeschriebener Grenzen
zu halten, um die Führung
so nah wie möglich
an dem Walzenangriff anzuordnen.
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ZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
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Die
Führung
gemäß dieser
Erfindung verwendet ein paar Führungswalzen,
die aus Keramik oder anderen geeigneten Materialien hergestellt sind,
die für
Drehgeschwindigkeiten ausgelegt sind, die vorher als unmöglich galten.
Jede Walze weist eine mit Rillen versehene Umfangsoberfläche auf, um
mit dem Material, das diese durchläuft, auf zwangsläufige Weise
zusammenzuwirken, so daß das
Material in einer bevorzugten Orientierung für den Eintritt in den nächsten Satz
von Reduzierwalzen gehalten wird, und jede Walze weist einen kegelstumpfförmigen Hohlraum
auf, der sich entlang der Achse einer jeden Walze erstreckt.
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Der
Hohlraum steht in Verbindung mit einem zentralen Loch in jeder Walze,
das durch die Walze verläuft.
An der Oberfläche,
wo das Loch aus der Walze austritt, ist eine sich verjüngende,
trichterförmige
Oberfläche
zum Aufnehmen einer runden Kugel ausgebildet.
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Jede
Walze ist in der Führung
derart angeordnet, daß der
kegelstumpfförmige
Hohlraum einen entsprechend geformten, kegelstumpfförmigen Vorsprung
aufnimmt, der die grundlegende Lagerstruktur für die Walze bildet. Der Vorsprung
und der Hohlraum arbeiten derart zusammen, daß ein Raum zwischen diesen
gebildet ist, um einen Ölfilm
zwischen den beiden Oberflächen
zu bilden. Der Vorsprung besteht aus einem harten Material, wie
z. B. Wolframkarbid. Der Vorsprung wird mit unter Druck stehendem Öl versorgt,
das in den Bereich des Lagerfilmes mittels eines koaxialen Loches
in dem kegelstumpfförmigen
Vorsprung geleitet wird, der in Verbindung mit dem Raum zwischen
der Walze und dem Vorsprung steht.
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Etwas Öl tritt
ebenso durch ein Loch, das in jeder Walze bereitgestellt ist, um
eine gewisse Schmierung für
die Kugel bereitzustellen, die in der Vertiefung in der oberen Oberfläche der
Walze angeordnet ist. Die Walzenanordnung wird in einer Betriebsstellung
mittels eines entfernbaren Gehäuses (um
einen Austausch von Walzen zu ermöglichen) gehalten, das Teil
der Führungsanordnung
wird.
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Das
entfernbare Gehäuse
weist ein kleines Lager auf, das den Druck der runden Kugel auf
die damit in Eingriff stehende Oberfläche der Walze kontrolliert
und auf diese Weise die Begrenzung und Druckentspannung für das unter
Druck stehende Öl
in der Walzen-Vorsprung-Grenzfläche bildet.
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STAND DER
TECHNIK
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US Patent 4,373,367, 15.
Februar 1983
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3 dieses
Patentes zeigt den Aufbau des Lagersystems einer typischen Walzenanordnung
einer Stahlwerkwalzenführung
des Standes der Technik. In dieser ist eine geformte Walze auf äußeren Laufflächen eines
Paars von beabstandeten Kugellagern angeordnet. Die inneren Laufflächen der
Kugellager sind auf einem massiven Bolzen angeordnet, der in dem
Gehäuse
der Führung
befestigt ist. Dieser Aufbau ist typisch für die meisten Walzenführungen, die
heutzutage verwendet werden.
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KURZE BESCHREIBUNG
DER FIGUREN
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1 ist
eine Teilansicht eines Querschnittes eines Abschnittes der Führung dieser
Erfindung.
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2 ist
eine Ansicht eines ortsfesten Zapfens des Lagers dieser Erfindung.
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3 ist
eine Ansicht einer der Führungswalzen,
die auf den Zapfen der 2 passt.
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4 zeigt
eine alternative Ausführungsform
dieser Erfindung.
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BESCHREIBUNG
DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM
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1 zeigt
eine Teilansicht einer Führung 10,
die ein Gehäuse
einer Walze 12 zum Drehen bereitstellt. In dieser Ausführungsform
ist die Führung 10 mit
einer Basis 14 gezeigt, die geformt ist, um auf einer Führungsfläche (nicht
dargestellt) einer Walzenstation eines Stahlwerkes angeordnet zu
werden.
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Ein
Lageraufsatz 16 ist an der Basis 14 befestigt,
um ein geeignetes Drehzentrum für
die obere Oberfläche
der Walze 12 bereitzustellen.
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Die
Basis 14 weist ein Loch 18 und eine Ölleitung 20,
die in Verbindung mit dem Loch 18 steht, auf. Das Loch 18 weist
eine ringförmige
Vertiefung 22 an der oberen Oberfläche der Basis 14 auf.
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Ein
hohler Lagerzapfen 24 ist in dem Loch 18 angeordnet,
um eine Lageroberfläche
für die
Walze 12 bereitzustellen. Der Zapfen 24 besteht
aus einem sehr harten, festen Material, wie z. B. Wolframkarbid, und
ist so geformt, daß er
einen zylindrischen Abschnitt 26 aufweist, der in der Basis 12 aufgenommen ist,
um eine Presspassung in dem Loch 18 zu bilden.
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Der
Zapfen 24 weist einen vorstehenden. ringförmigen Flansch 28 auf,
der in der ringförmigen Vertiefung 22 des
Loches 18 in der Basis 14 in Presspassung aufgenommen
wird. Die untere Oberfläche 32 des
ringförmigen
Vorsprunges 28 liegt eng gegen die obere Oberfläche 34 der
Vertiefung 22 an.
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Der
oberste Abschnitt 30 des Lagerzapfens 24 weist
eine kegelstumpfförmige
Form auf, die eine Lageroberfläche
für die
Walze 12 bildet. Der Kegelwinkel für den oberen Abschnitt 30 ist
unkritisch und es wurde herausgefunden, daß ein Winkel von ca. 10° zufriedenstellend
ist. Winkel, die deutlich kleiner als 10° sind, ermöglichen keine ausreichende,
hydrostatische Anhebung der Walze 12, und Winkel, die viel
größer als
10° sind,
führen
zu einer Instabilität der
Lage der Walze 12 während
eines Walzvorganges.
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Der
Zapfen 24 ist hohl und weist ein zentrales Loch 36 auf,
das von der oberen Oberfläche 38 des
Zapfens 24 zu einem Radialloch 40 in der Basis 26 des
Zapfens 24 verläuft.
Das Radialloch 40 bildet einen Durchgang für das unter
Druck stehende Schmiermittel (typischerweise eine Luft-Öl-Mischung),
das in die Ölleitung 42 in
der Basis 26 von der Leitung 20, die in der Basis 14 gebildet
ist, geleitet wird. Das Schmiermittel wird somit in die Leitung 20 und
in die Rille 41 auf dem Zapfen 24 und durch eine
radiale Öffnung 40 in
dem Zapfen 24 und sodann durch das Loch 36 gedrückt, wo
das Schmiermittel über
die obere Oberfläche 38 des
Zapfens 24 quillt.
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Die
Walze 12 weist eine vorbestimmte Umfangsform auf der Oberfläche auf,
die mit dem Material zusammenwirkt, um das sich bewegende Material
in der richtigen Orientierung den nächsten, folgenden Reduzierwalzen
in der nächsten
Bearbeitungsstation eines Walzwerkes zuzuführen.
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Die
Walze 12 weist eine zentrale, kegelstumpfförmige Vertiefung 52 auf,
die in dieser gebildet ist, die eine derartige Form aufweist, daß sie über den
kegelstumpfförmigen,
oberen Abschnitt 30 des Zapfens 24 passt und mit
diesem zusammenwirkt. Der zusammenwirkende Bereich des oberen Abschnittes 30 des
Lagerzapfens 24 und der Hohlraum in der Walze 12 sind
so ausgelegt, daß ein
kleiner Zwischenraum zwischen diesen für das Schmiermittel verbleibt,
das auf die Oberfläche 38 durch
das Loch 36 gepumpt wird. Das Schmiermittel bildet daher
einen Film zwischen der Wand des Hohlraumes in der Walze 12 und
dem ähnlich
geformten, oberen Abschnitt 30 des Zapfens 24.
Die Walze 12 weist ein Loch 54 auf, das von einer
Oberfläche 56 der
Walze 12 zu einer kegelförmigen Vertiefung 58 in
der oberen Oberfläche 57 der
Walze 12 verläuft,
um eine Öldurchleitung
zwischen diesen zu bilden.
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Ein
einstellbarer Zapfen 60 ist in den Lageraufsatz 16 geschraubt,
um in die obere Vertiefung 58 der Walze 24 zu
greifen. Der Zapfen 60 weist ein sphärisch geformtes Ende 62 auf,
das auf der Vertiefung 58 ruht, um den Ausfluß des unter
Druck stehenden Schmiermittels in das Loch 54 der Walze 12 zu kontrollieren
und um eine Referenzoberfläche
für die obere
Lage der Walze 12 in der Führung 10 zu bilden.
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Der
Zapfen 60 ist in den Lageraufsatz 16 geschraubt
und so eingestellt, daß der
gewünschte
Zwischenraum zwischen dem Lagerzapfen 24 und dem Hohlraum
in der Walze 12 erreicht wird. Eine Sicherungsmutter 64 ist
vorgesehen, um die Lage des Zapfens 60 im Betrieb der Walze 12 zu
erhalten, wenn die gewünschte
Lage des Zapfens 60 einmal erreicht ist.
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Der
Aufsatz 16 ist an der Basis 14 mittels Bolzen 66 befestigt.
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Die
Führungswalzen
dieser Erfindung sind daher in der Führung 10 auf kegelstumpfförmigen Oberflächen der
ortsfesten Lagerzapfen 24 angeordnet. Typischerweise wird
eine Luft-Öl-Mischung in die Basis 14 der
Führung 10 an
dem Durchgang 20 geleitet. Die Mischung gelangt dann in
die Leitungen 42 und sodann zu den Radialbohrlöchern 40 der
Zapfen 24. Die unter Druck stehende Luft-Öl-Mischung
wird durch die Leitung 36 in jeden Zapfen 24 geführt und fließt in den
Raum zwischen den Oberflächen 38 der Zapfen 24 und 56 der
Walze 12. Die Walze 12 wird durch den hydrostatischen
Druck der Luft-Öl-Mischung,
der zwischen den Oberflächen 38 und 56 herrscht,
angehoben, so daß die
kegelförmige
Vertiefung 58 in der Walze 12 mit dem sphärischen
Ende 62 des Zapfens 60 zusammenwirkt. Die Walze 12 kann
sich nun drehen, während
die unter Druck stehende Luft-Öl-Mischung
in den Raum zwischen den Oberflächen 38 des
Lagerzapfens 24 und 56 der Walze 12 geleitet
wird. Etwas von der Luft-Öl-Mischung fließt in den
kegelförmigen
Raum, der zwischen dem oberen Abschnitt 30 des Zapfens 24 und
der Oberfläche 52 der
Walze 12 gebildet ist. Die unter Druck stehende Luft-Öl-Mischung
kann nun evtl. aus dem kegelförmigen
Lager zwischen der oberen Oberfläche 68 des
ringförmigen
Flansches 28 des Zapfens 24 und der unteren Oberfläche 70 der
Walze 12"auslaufen".
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Die
Walze 12 kann eine Reihe von Lufttaschen 72 aufweisen,
die beabstandet auf einem Umfang angeordnet und in einer oder beiden
Oberflächen
der Walzen 12 gebildet sind, um ein Mittel bereitzustellen,
um die Walze 12 in eine Anfangsdrehung zu versetzen, wenn
kein Material das Werk durchläuft.
Geeignete Luftleitungen sind in der Basis 10 gebildet,
um ein Einwirken von Druckluft auf die Taschen 72 der Walze 12 hervorzurufen.
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3 zeigt
eine Variante der Walze 12 der 1. Hier
ist eine Walze 92 mit einer kegelstumpfförmigen Vertiefung 94 bereitgestellt,
die in einer zylindrischen Oberfläche 96 an dem oberen
Ende der Oberfläche
endet. Eine Reihe von Ölrillen 98 sind
in der Oberfläche
der Vertiefung 94 gebildet, um die Leitung von unter Druck
stehendem Öl
in die Grenzfläche
zwischen Zapfen und Walze des Lagers zu unterstützen. Der ortsfeste Zapfen,
an den die Walze 92 angepaßt ist, weist eine den Oberflächen der
Vertiefungen 94 und 96 ähnliche Form auf, um in diese
auf eine Weise einzugreifen, die ähnlich zu der ist, die für die Walze 12 und
den Zapfen 24 der 1 gezeigt ist.
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4 zeigt
eine andere Ansicht der Erfindung. Eine Führung 110 (teilweise
dargestellt) nimmt eine Walze 112 zwischen einem Paar von
Backen 114 und 116 auf, die aneinander ausgerichtete
Löcher 118 aufweisen.
Jedes Loch 118 weist eine ringförmige Vertiefung 122 an
Oberflächen
der Backen 114 und 116 nahe der Walze 112 auf.
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Zwei
hohle Lagerzapfen 124 sind in den Löchern 118 der oberen
und unteren Backe 116 und 114 angeordnet. Wie
zuvor sind die Zapfen 124 aus einem sehr harten Material,
wie z. B. Wolframkarbid, hergestellt. Die Zapfen 124 weisen
eine ähnliche Form
wie die Zapfen 24 der 1 auf, d.
h. jeder Zapfen 124 hat einen Abschnitt 126, der
in den Backen 114 und 116 aufgenommen wird. Jeder
Zapfen weist einen ringförmigen
Vorsprung 128 auf, um in Vertiefungen 122 in Presspassung
zu passen.
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Die
Zapfen 124 werden wie zuvor in Backen 114 und 116 in
Presspassung aufgenommen.
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Die
beiden kegelstumpfförmigen
Hohlräume 152 der
Walzen 112 enden in einem Paar von ebenen, kreisförmigen Oberflächen 156.
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Die
Walzen 112 wirken daher mit Zapfen 124 auf den
kegelstumpfförmigen
Oberflächen
des Abschnittes 130 zusammen. Wie zuvor weist jeder Zapfen 124 ein
Loch 136 auf, das von Oberflächen 138 zu einer Ölrille 142 verläuft. Die
Löcher 140 kreuzen die
Rillen 142 und Löcher 136,
um eine Verbindung von Ölkanälen 120 in
den Backen 114 und 116 zu den kreisförmigen Oberflächen 138 der
Zapfen 124 zu bilden. Eine Schmierung ist bereitgestellt
durch Vorsehen einer unter Druck stehenden Luft-Öl-Mischung in den Kanälen 120 der
Backen 114 und 116. Die Luft-Öl-Mischung fließt durch
die Rillen 142 in Löcher 140,
sodann durch Löcher 136 zu
Oberflächen 138 der
Lagerzapfen 124, wenn ein Schmierfilm zwischen den Lagerzapfen 124 und
der Walze 112 gebildet ist.
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Eine
Justierung des Abstandes der Backen muss vorgesehen sein, um eine
Stabilität
des hydrodynamischen Filmes zwischen den ortsfesten Zapfen 124 und
der Walze 112 zu erreichen. Wie zuvor können Taschen in der Oberfläche der
Walze 112 vorgesehen sein, um eine Reaktionsoberfläche bereitzustellen,
um eine Anfangsdrehung der Walze 112 zu erzeugen, bevor
das geführte
Material die Führung 110 erreicht.
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Das
in der Walze 112 verwendete Material ist das gleiche, wie
das zuvor für
die Walze 12 beschriebene.
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Bei
modernen Werken kann die Austrittsgeschwindigkeit des sich bewegenden
Materials durch die letzte Walzstation derart sein, daß sich die
Walzen 12 mit ca. 50–60.000
Umdrehungen pro Minute drehen. Die Kräfte, die von diesen Walzen
auf das sich bewegende Material ausgeübt werden, sind konstant und
zum Teil erheblich.
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Um
eine hohe Lebensdauer zu erreichen, sind die Zapfen 24 aus
Wolframkarbid hergestellt.
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Die
Walzen 12 sind bevorzugt aus einem keramischen Material
gebildet, um im Betrieb eine hohe Lebensdauer zu erreichen. Es ist
für Fachleute
offensichtlich, daß das
Fehlen jedweden Walzen- oder Kugellagers in den Walzen des Anmelders
eine Walze mit überlegener
Festigkeit ermöglicht,
da mehr Material in den Wänden
der Lagerelemente vorgesehen ist. Bei aus dem Stand der Technik
bekannten Walzen muss ein erheblicher Teil des Materials, das die Oberfläche 52 umgibt,
entfernt werden, um Raum für den
Einbau eines Wälzlagers
zu schaffen.
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Im
allgemeinen ist die Führung
dieser Erfindung sehr robust, mit wenigen sich bewegenden Teilen
und besonders geeignet für
den Betrieb in einer aggressiven Umgebung. Die Walzen 12 und 112 können sich
kontinuierlich mit sehr hohen Geschwindigkeiten drehen, wobei nur
ein sehr geringer Wartungsbedarf besteht.
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Eine
Luft-Öl-Mischung,
die Fachleuten bekannt ist, wird zufriedenstellend arbeiten, um
einen hinreichenden Schmierölfilm
zwischen der Walzenoberfläche
und der Lageroberfläche
der ortsfesten Lagerzapfen zu erreichen. Der Winkel der kegelstumpfförmigen Oberflächen ist
nicht kritisch, sollte jedoch bei ca. 10° gehalten werden.
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Während alternative
Lageranordnungen Fachleuten offensichtlich sind, bevorzugt es der
Anmelder, den Bereich dieser Erfindung durch die folgenden Ansprüche zu begrenzen.