EP0809546B1 - Walzenständer in geschlossener rahmenbauweise - Google Patents

Walzenständer in geschlossener rahmenbauweise Download PDF

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EP0809546B1
EP0809546B1 EP95919320A EP95919320A EP0809546B1 EP 0809546 B1 EP0809546 B1 EP 0809546B1 EP 95919320 A EP95919320 A EP 95919320A EP 95919320 A EP95919320 A EP 95919320A EP 0809546 B1 EP0809546 B1 EP 0809546B1
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EP
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stand
roll
window
closed frame
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EP95919320A
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Uwe Quitmann
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Vodafone GmbH
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Mannesmann AG
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Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21B—ROLLING OF METAL
    • B21B31/00—Rolling stand structures; Mounting, adjusting, or interchanging rolls, roll mountings, or stand frames
    • B21B31/02—Rolling stand frames or housings; Roll mountings ; Roll chocks

Definitions

  • the invention relates to a roller stand in a closed frame construction, especially for heavy roll stands for the rolling of sheets and strips, consisting of two the stand window for receiving and guiding the Stand spars delimiting roll chocks with mutually parallel Inner surfaces and the upper and lower crossheads connecting the uprights.
  • Rolling mills of conventional design basically consist of two stands, in which the rollers, which run in bearings supported by chocks, arranged are.
  • the stands are connected to each other at the top and bottom by cross-connecting parts connected; Cross-connection parts and stands form the rolling stand.
  • the stands take as load-bearing structural parts of the rolling stand all in the rolling process occurring forces. Therefore, the stand must have high strength with low Have shape change and at the same time the favorable arrangement of all elements of the Enable scaffolding.
  • one-piece versions of the Stand in closed frame construction preferred;
  • the rolling Resulting of the rolling force is directed approximately perpendicularly, so that on the Overall system two equally large opposing forces act which the Try to push the crossheads apart.
  • the crossheads, which are fixed to the uprights are only subjected to bending.
  • the largest Tension in the stand can be assumed on the stand bars in the window areas, because the stand bars - in addition to the tensile stresses - due to the acting bending moment be bent towards the window.
  • the stand window is constricted, i.e. the clear distance between the inside of the uprights is reduced by the Rolling load.
  • the object of the present invention is based on those described Problems, a roller stand in a closed frame construction like this to design that - while avoiding stress concentrations in the stand - the constriction of the stand window resulting from the rolling forces between the uprights is minimized to an acceptable level.
  • the invention proposes that the Column window facing away from the outside of each column, from the Crossheads starting to reduce the cross-sectional areas of the uprights back up towards the stand window, the smallest Column cross section in the middle area between the upper and lower Crosshead lies.
  • each uprights are concave in the longitudinal direction running contours, so that the cross-sectional areas of the uprights, from starting from the crossheads, continuously up to the middle area of the Reduce the uprights.
  • the reduction by an in Longitudinal circular arc shape of the outside of each Stand spar is writable.
  • the center of the radius of the contour descriptive circular arc lies in the middle area outside of the uprights.
  • each uprights in the longitudinal direction have parabolic contours, or for example the bending line correspond to a beam on two supports.
  • each upright prefferably forms in the longitudinal direction as contours that can be described by polygons, in In extreme cases, the polygon could be formed from three points.
  • FIG. 1 is a three-dimensional, highly simplified representation Roller stand shown in a closed frame design, which in the Introduction to the description is described as the prior art.
  • the roll stand is overall designated 1. It consists of the two uprights 2 and 3, the are connected to each other via the upper 4 and lower crosshead 5. Inside the through the formation of this stand, the closed frame remains stand window numbered 6, the one formed on the stand spars 2 and 3 Inner surfaces 7 flat and with respect to the respective opposite upright 2 and 3 are formed in parallel planes.
  • the upper crosshead 4 of the Roller stand 1 has a hole for the pressure nut, which is related is irrelevant with the present invention.
  • the uprights 2 can be seen and 3 cross sections on that between the upper crosshead and lower crosshead have the same dimensions.
  • FIG. 2 schematically shows the deformation of the stand which occurs when the rolling forces Y and Y 'bend apart the upper and lower crossheads 4, 5 of the roll stand 1 in the vertical direction.
  • the uprights 2 and 3 as shown by the broken line 8 shows, bend inwards and reduce the clear width of the upright window.
  • the extent of this structural retraction of the stator window 6 depends on the size of the effective forces Y and Y ', the dimensions L1 and L2 of the stator crossheads 4 and 5 and stator bars 2 and 3 and their resistance moments J 1 .
  • the uprights 2 and 3 are tapered in the direction of the stand window 6.
  • the Provide outer sides 10 of the uprights with a contour that by a Circular arc with the radius R is writable, the center of the circle with the radius R on an imaginary, through the center 11 of the roll stand 1 horizontal is outside the stand.
  • the radius R is in Embodiment chosen so that the degree of retreat of the two Upright stiles 2 and 3 approx. 30% of the unstrangled stile according to FIG. 1 is.
  • a roll stand is used for calculation purposes a total height of 14,900 mm and a stator beam thickness of 960 mm went out.
  • the height of the lower and upper crosshead was 2300 mm accepted.
  • the degree of constructive retreat of the outside of each Stand spar was made with 250 mm for variant 1 and 295 mm for variant 2 assumed, both based on the uprights of a generic Roll stand according to Figure 1 with an assumed spar thickness of 960 mm.
  • FIG a roll stand according to the invention in a three-dimensional diagram and in Dependence on the percentage rolling force shown. It can also be seen here that - even with 100% rolling force - a clear one in the center area of the stand decreasing, towards zero reduction in constriction takes place, so that a roller stand designed according to the invention in a simple manner Solves task.

Description

Die Erfindung betrifft einen Walzenständer in geschlossener Rahmenbauweise, insbesondere für schwere Walzgerüste zum Walzen von Blechen und Bändern, bestehend aus zwei das Ständerfenster zur Aufnahme und Führung der Walzeneinbaustücke begrenzenden Ständerholmen mit zueinander parallelen Innenflächen und die Ständerholme verbindenden oberen und unteren Querhäuptern.
Walzwerke konventioneller Bauart bestehen grundsätzlich aus zwei Ständern, in denen die Walzen, die in durch Einbaustücke abgestützten Lagern laufen, angeordnet sind. Die Ständer sind oben und unten durch Querverbindungsteile miteinander verbunden; Querverbindungsteile und Ständer bilden das Walzgerüst. Die Ständer nehmen als tragende Konstruktionsteile des Walzgerüstes alle beim Walzprozeß auftretenden Kräfte auf. Daher müssen die Ständer eine hohe Festigkeit bei geringer Formänderung aufweisen und gleichzeitig die günstige Anordnung aller Elemente des Gerüstes ermöglichen. Für schwere Walzwerke werden einteilige Ausführungen des Ständers in geschlossener Rahmenbauweise vorgezogen;
Wie bereits ausgeführt, nehmen die zwischen den Ständerholmen verbleibenden Fenster die Einbaustücke für die Lager der Walzen auf und müssen dementsprechend mit Führungen versehen sein, an denen die Einbaustücke gleitend bewegbar sind. Das wiederum erfordert eine exakte Parallelität der gegenüberliegenen Innenflächen der Ständerfenster bei geringen Abstandstoleranzen, damit ein möglichst geringes Bewegungsspiel zwischen den Einbaustücken und den Ständerholmen für geringe Maßabweichungen des Walzgutes sorgt.
Bei der konstruktiven Auslegung der Walzenständer, insbesondere bei den beschriebenen geschlossenen Ständern ist zu berücksichtigen, daß beim Walzen die Resultierende der Walzkraft etwa senkrecht gerichtet ist, so daß auf das Gesamtsystem zwei gleichgroße entgegengesetzt gerichtete Kräfte wirken, die die Querhäupter auseinanderzudrücken suchen. Man kann den geschlossenen Ständer rechnerisch als einen elastischen Rahmen betrachten, in dem bei vertikaler Kraftrichtung im Ständerholmquerschnitt eine Zugkraft, beispielsweise in Größe der halben Walzkraft, wirkt, aber gleichzeitig auch ein Biegemoment, das an den Ecken des Ständers angreift (Fig.2). Die Querhäupter, die fest mit den Ständerholmen verbunden sind, werden ausschließlich auf Biegung beansprucht. Die größte Spannung im Ständer ist an den Ständerholmen in den Fensterflächen anzunehmen, da die Ständerholme -neben den Zugspannungen- durch das wirkende Biegemoment zum Fenster hin durchgebogen werden. Das Ständerfenster wird eingeschnürt, d.h. der Lichte Abstand der Innenseiten der Ständerholme verkleinert sich durch die Walzlast.
Da die erforderliche Starrheit des Ständers gewährleistet sein muß, ist es Ziel eines jeden Konstrukteurs sicherzustellen, daß die Durchbiegung der Ständerholme zum Ständerfenster hin, oder wie es auch genannt wird, die Einschnürung des Ständers, so gering wie möglich gehalten wird.
Es ist leicht einzusehen, daß eine zu starke Einschnürung des Ständers zum Klemmen der Einbaustücke führt und deren Anstellbarkeit behindert. Die Möglichkeit, das Spiel zwischen Einbaustück und Innenflächen der Ständerfenster zu vergrößern scheidet aus, weil dadurch die Stabilität der Führung der Einbaustücke negativ beeinträchtigt wird und dadurch Maßabweichungen am Walzgut zu verzeichnen sind. Häufig macht deshalb die Einschnürung des Walzgerüstes eine Nachbearbietung des Ständerfensters erforderlich, mit dem verständlicherweise hohem Aufwand an Zeit und Kosten.
Verschiedene Lösungsvorschläge, die Einschnürung des Ständers gering zu halten, haben sich in der Praxis nur bedingt bewährt. So ist versucht worden, durch Vergrößerung der Querhäupter das die Ständerholme biegende Moment zu verringern, oder es ist versucht worden, die Holme selbst zu vergrößern, um deren Durchbiegung ein größeres Widerstandsmoment entgegenzusetzen. In beiden Fällen bauten die Walzgerüste schwerer, es muß mehr Material eingesetzt werden, so daß das Walzgerüst sehr teuer wurde. Es ist auch schon versucht worden, durch Unterschneidungen in den Eckbereichen der Ständerfensters die Starrheit des Ständerrahmens zu verringern und praktisch einem Ständer mit "gelenkigen Anlenkungen" von Querhäuptern und Ständerholmen zu simulieren. Diese Unterschneidungen führten jedoch zu deutlichen Schwächungen der Stabilität des Walzgerüstes in diesen Bereichen, ohne den gewünschten Erfolg zu bringen.
Das Dokument JP-A 56-151108 zeigt bereits einen Walzenständer in geschlossener Rahmenbauweise, bei der unter der Walzkraft erfolgende Aufbiegungen der Ständerholme dadurch verhindert werden, daß die Ständerholme mit hydraulisch betätigten klammerartigen Bügeln zusammenpreßbar sind. Bei diesem Dokument sind die Ständerholme über den wesentlichen Bereich Ihrer Länge querschnittskonstant ausgebildet, d.h. die Innen- und Außenseiten der Ständerholme verlaufen parallel. Lediglich die Anschlußbereiche zwischen Ständerholmen und Querholmen sind verstärkt, um auftretende Belastungen in den Ständerrahmenecken aufzunehmen. Die dort vorgesehenen Klammern verhindern ein Ausweichen der Ständerholme nach Außen, indem über die Hydraulikzylinder Vorspannkräfte aufgebracht werden. Eine aus Walzkräften resultierende Einschnürung der Ständerfenster läßt sich mit den Mitteln und Maßnahmen der japanischen Offenlegungsschrift nicht erzielen.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ausgehend von den beschriebenen Problemen, einen Walzenständer in geschlossener Rahmenbauweise so auszugestalten, daß - bei gleichzeitiger Vermeidung von Spannungskonzentrationen im Ständer - die aus den Walzkräften resultierende Einschnürung des Ständerfensters zwischen den Ständerholmen auf ein vertretbares Maß minimiert wird.
Zur Lösung dieser Aufgabe wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß die dem Ständerfenster abgewandten Außenseiten jedes Ständerholmes, von den Querhäuptern ausgehend, zur Verringerung der Querschnittsflächen der Ständerholme in Richtung Ständerfenster zurückweichen, wobei der geringste Ständerholmquerschnitt im mittleren Bereich zwischen dem oberen und unteren Querhaupt liegt.
Bei Untersuchungen wurde herausgefunden, daß sich durch das stetige oder polygone Zurückweichen der Ständerholme auf deren Außenseiten die Einschnürung der Ständerholme in Richtung Ständerfenster deutlich verringern läßt. Entgegen der bisherigen Annahme, durch Vorgrößerung des Standerquerschnittes die Stabilität des Gerüstes zu erhöhen und damit die Einschnürung des Ständerfensters zu verringern, wurde erkannt, daß eine Querschnittsverringerung der Ständerholme genau zu dem angestrebten Ziel führt, wenn die Verringerung des Querschnittes auf der Außenseite der Ständerholme, also auf den dem Ständerfenster abgewandten Seite der Ständerholme in der beschriebenen Weise erfolgt.
Vorzugsweise erhalten die Außenseiten jedes Ständerholmes in Längsrichtung konkav verlaufende Konturen, so daß sich die Querschnittsbereiche der Ständerholme, von den Querhäuptern ausgehend, kontinuierlich bis zum mittleren Bereich des Ständerholms verringern.
Nach einem besonderen Merkmal der Erfindung ist die Verringerung durch eine in Längsrichtung verlaufende kreisbogenförmige Kontur der Außenseite jedes Ständerholmes beschreibbar ist. Der Radienmittelpunkt des die Kontur beschreibenden Kreisbogens liegt im Mittenbereich außerhalb des Ständerholmes.
Es ist auch denkbar, daß die Außenseiten jedes Ständerholmes in Längsrichtung parabelförmig verlaufende Konturen aufweisen, oder beispielsweise der Biegelinie eines Trägers auf zwei Stützen entsprechen.
Im Rahmen der Erfindung ist es auch denkbar, die Außenseiten jedes Ständerholmes in Längsrichtung als durch Polygonzüge beschreibbaree Konturen aufzubilden, im Extremfall könnte das Polygon aus drei Punkten gebildet sein.
Mit der erfindungsgemäßen besonderen Formgebung der Ständerholme ergeben sich wesentliche Vorteile gegenüber den bekannten Walzgerüsten. Die Einschnürung der Ständer im Bereich der Ständermitte läßt sich gegen Null reduzieren, so daß keine aufwendige Nachbearbeitung der Ständer mehr notwendig wird. Daraus resultieren Zeit- und Kostenersparnisse, auch durch die höhere Verfügbarkeit des Walzgerüstes. Die Einbaustücke können in sehr engen Toleranzen im Ständerfenster geführt werden, daraus ergibt sich eine wesentlich geringere Maßabweichung des Walzgutes durch die bessere Führung der Einbaustücke sowie ein ruhigerer Lagerlauf. Die axiale Belastung der Walzenlager wird durch die geringere Verschränkung der Walzen gemindert. Die gefundenen Maßnahmen sind äußerst einfach und darüber hinaus mit Materialersparnis am Ständer selbst verbunden.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird nachfolgend beschreiben. Es zeigt:
Fig. 1
in grob vereinfachter dreidimensionaler Darstellung einen Walzenständer in geschlossener Rahmenbauart nach dem Stand der Technik,
Fig. 2
schematisch die zu erwartende Einschnürung und Aufbiegung eines Ständerfensters unter Walzlast,
Fig. 3
einen Walzenständer nach der Erfindung,
Fig. 4
in einem Diagramm die horizontale Einschnürung eines Walzenständers nach dem Stand der Technik und nach der Erfindung,
Fig. 5
in einem Balkendiagramm die maximalen Vergleichsspannungen und die vertikale Aufweitung des Ständers nach dem Stand der Technik und der Erfindung im Vergleich und
Fig. 6
in dreidimensionaler Darstellung eines Diagrammes die Einschnürung eines Walzenständers nach der Erfindung bei Walzkräften zwischen 0 und 100 % im Verhältnis zur Höhe des Walzenständers.
In Figur 1 ist in einer dreidimensionalen stark vereinfachten Darstellung ein Walzenständer in geschlossener Rahmenbauart dargestellt, der in der Beschreibungseinleitung als Stand der Technik beschrieben ist. Der Walzenständer ist insgesamt mit 1 bezeichnet. Er besteht aus den beiden Ständerholmen 2 und 3, die über das obere 4 und untere Querhaupt 5 miteinander verbunden sind. Im Inneren des durch diese Ständerausbildung entstehenden geschlossenen Rahmens verbleibt das mit 6 bezifferte Ständerfenster, dessen an den Ständerholmen 2 und 3 gebildete Innenflächen 7 plan und bezüglich des jeweils gegenüberliegenden Ständerholmes 2 und 3 in parallelen Ebenen ausgebildet sind. Das obere Querhaupt 4 des Walzenständers 1 weist eine Bohrung für die Druckmutter auf, die im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung unbeachtlich ist. Erkennbar weisen die Ständerholme 2 und 3 Querschnitte auf, die zwischen oberem Querhaupt und unterem Querhaupt gleiche Abmessungen haben.
In Figur 2 ist schematisch die Verformung des Ständers dargestellt, die eintritt, wenn die Walzkräfte Y und Y' in vertikaler Richtung das obere und untere Querhaupt 4, 5 des Walzenständers 1 auseinanderbiegen. In diesem Fall biegen sich nämlich die Ständerholme 2 und 3, wie die gestrichelt dargestellte Linie 8 zeigt, nach innen und verkleinern die lichte Weite des Ständerfensters. Das Maß dieses konstruktiven Zurückweichens des Ständerfensters 6 ist abhängig von der Größe der wirksamen Kräften Y und Y', den Abmessungen L1 und L2 der Ständerquerhäupter 4 und 5 und Ständerholme 2 und 3 sowie deren Widerstandsmomenten J1.
Es hat sich gezeigt, daß das Maß 9 der Durchbiegung bzw. Einschnürung der Ständerholme 2, 3 deutlich reduziert und gegen Null geführt werden kann, wenn gemäß dem Vorschlag der Erfindung die Ständerholme 2 und 3, wie in Figur 3 dargestellt, in Richtung Ständerfenster 6 verjüngt sind. Beispielsweise werden die Außenseiten 10 der Ständerholme mit einer Kontur versehen, die durch einen Kreisbogen mit dem Radius R beschreibbar ist, wobei der Mittelpunkt des Kreises mit dem Radius R auf einer gedachten, durch die Mitte 11 des Walzgerüstes 1 verlaufende Horizontalen außerhalb des Ständers liegt. Der Radius R ist im Ausführungsbeispiel so gewählt, daß das Maß der Zurückweichung der beiden Ständerholme 2 und 3 ca. 30 % des nicht eingeschnürten Holmes gemäß Figur 1 beträgt. Dabei ist im Ausführungsbeispiel rechnerisch von einem Walzenständer mit einer Gesamthöhe von 14900 mm und einer Ständerholmdicke von 960 mm ausgegangen. Als Höhe des unteren und oberen Querhauptes wurden 2300 mm angenommen. Das Maß des konstruktiven Zurückweichens der Außenseite jedes Ständerholmes wurde mit 250 mm bei Variante 1 und 295 mm bei Variante 2 angenommen, beide bezogen auf den Ständerholm eines gattungsgemäßen Walzenständers gemäß Figur 1 bei einer angenommenen Holmdicke von 960 mm.
In Figur 4 ist das Maß der horizontalen Einschnürung über der Ständerhöhe in einem Diagramm aufgetragen, wobei die durchgezogene Linie die Einschnürung des gattungsgemäßen Walzenständers wiedergibt, die mit den längeren Strichen gestrichelte Linie die Variante 1, also bei einer Zurückweichung von 250 mm und die mit kürzeren Strichen gestrichtelte Linie die Variante 2 bei einer Zurückweichung von 295 mm darstellt. Die Graphik läßt sehr deutlich erkennen, daß bei dem nicht nach der Erfindung gestalteten Ständerholmen eine horizontale Einschnürung in der Gerüstmitte von fast 2 mm zu erwarten ist. Beide erfindungsgemäßen Varianten zeigen eine deutlich verringerte Einschnürung über die gesamte Ständerhöhe, wobei im Fall der Variante 2, also bei einem Maß der Zurückweichung von 295 mm die Einschnürung im Bereich der Ständermitte selbst bei 100%iger Walzlast auf Null zurückgeführt ist.
Im Balkendiagramm nach Figur 5 wird diese Darstellung bestätigt. Deutlich erkennbar wird durch die Ausbildung des Walzgerüstes nach der Erfindung die Vergleichsspannung von beim Stand der Technik 72,6 N/mm2 auf 67,8 N/mm2 bei Variante 2 verringert. Zwar erhöht sich dabei die vertikale Aufweitung des Ständers in Richtung der wirksamen Kräfte Y und Y' von 2,13 auf 2,39 mm geringfügig, doch ist diese vertikale Aufweitung des Walzgerüstes, gemessen an der Einschnürung des Ständerfensters, unschädlich und vernachlässigbar.
In Figur 6 ist in einer anderen Darstellungsform die horizontale Einschnürung bei einem erfindungsgemäßen Walzgerüst in einem dreidimensionalen Diagramm und in Abhängigkeit von der prozentualen Walzkraft dargestellt. Auch hier ersichtlich, daß -selbst bei 100 % Walzkraft- im Mittenbereich des Ständers eine deutlich abnehmende, gegen Null gehende Verringerung der Einschnürung stattfindet, so daß ein nach der Erfindung ausgebildeter Walzenständer auf einfache Weise die gestellte Aufgabe löst.

Claims (4)

  1. Walzenständer in geschlossener Rahmenbauweise, insbesondere für schwere Walzgerüste zum Walzen von Blechen und Bändern, bestehend aus zwei das Ständerfenster (6) zur Aufnahme und Führung der Walzeneinbaustücke begrenzenden Ständerholmen (2,3) mit zueinander parallelen Innenflächen und die Ständerholme (2,3) verbindenden oberen und unteren Querhäuptern (4,5),
    dadurch gekennzeichnet,
    daß zur Minimierung der aus den Walzkräften resultierenden Einschürung der Ständerfenster die dem Ständerfenster (6) abgewandten Außenseiten (10) jedes Ständerholmes (2,3) unter Verringerung der Querschnittsflächen der Ständerholme (2,3) von den Querhäuptern (4,5) ausgehend, in Richtung Ständerfenster (6) stetig oder polygon zurückweichen, wobei der geringste Ständerholmquerschnitt im mittleren Bereich (11) der Ständerholme (2,3) zwischen dem oberen und unteren Querhaupt (4,5) liegt.
  2. Walzenständer in geschlossener Rahmenbauweise nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß die Außenseiten (10) jedes Ständerholmes (2,3) in Längsrichtung konkav verlaufende Konturen aufweisen.
  3. Walzenständer in geschlossener Rahmenbauweise nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß die Außenseiten (10) jedes Ständerholmes (2,3) in Längsrichtung kreisbogenförmig verlaufende Konturen aufweisen.
  4. Walzenständer in geschlossener Rahmenbauweise nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß die Außenseiten (10) jedes Ständerholmes (2,3) in Längsrichtung parabelförmig verlaufende Konturen aufweisen.
EP95919320A 1995-02-16 1995-05-18 Walzenständer in geschlossener rahmenbauweise Expired - Lifetime EP0809546B1 (de)

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DE19506873A DE19506873C1 (de) 1995-02-16 1995-02-16 Walzenständer in geschlossener Rahmenbauweise
DE19506873 1995-02-16
PCT/DE1995/000676 WO1996025250A1 (de) 1995-02-16 1995-05-18 Walzenständer in geschlossener rahmenbauweise

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EP0809546A1 EP0809546A1 (de) 1997-12-03
EP0809546B1 true EP0809546B1 (de) 1999-03-31

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EP (1) EP0809546B1 (de)
JP (1) JP3841850B2 (de)
KR (1) KR100352221B1 (de)
AU (1) AU2521395A (de)
CZ (1) CZ285920B6 (de)
DE (2) DE19506873C1 (de)
ES (1) ES2129824T3 (de)
PL (1) PL175442B1 (de)
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