EP2271444B1 - Walzgerüst - Google Patents
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- EP2271444B1 EP2271444B1 EP09724287.9A EP09724287A EP2271444B1 EP 2271444 B1 EP2271444 B1 EP 2271444B1 EP 09724287 A EP09724287 A EP 09724287A EP 2271444 B1 EP2271444 B1 EP 2271444B1
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- B21B29/00—Counter-pressure devices acting on rolls to inhibit deflection of same under load, e.g. backing rolls ; Roll bending devices, e.g. hydraulic actuators acting on roll shaft ends
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- B21B13/00—Metal-rolling stands, i.e. an assembly composed of a stand frame, rolls, and accessories
- B21B13/14—Metal-rolling stands, i.e. an assembly composed of a stand frame, rolls, and accessories having counter-pressure devices acting on rolls to inhibit deflection of same under load; Back-up rolls
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- B21B31/20—Adjusting or positioning rolls by moving rolls perpendicularly to roll axis
- B21B31/32—Adjusting or positioning rolls by moving rolls perpendicularly to roll axis by liquid pressure, e.g. hydromechanical adjusting
Definitions
- the invention relates to a rolling stand with at least one roller having a rotation axis, which is arranged in two axially arranged in the end regions of the roller and each having a center plane chocks, wherein the roller can be employed with at least one adjusting element in the direction perpendicular to the conveying direction of the rolling stock ,
- the DE 24 28 823 A1 uses a spindle system with which a bending moment can be applied to the two roll chocks by displacing the spindle onto two cup-shaped shell elements. As a result, a bending moment is introduced into the roll chocks, which counteracts the bending moment caused by the deflection of the roll.
- a toggle-type linkage is used to exert on the two chocks of the roller a bending moment, which in turn counteracts the bending moment by which the roller is bent by rolling force.
- Axially displaceable intermediate rollers with non-cylindrical outer contour are in the solution according to the DE 30 00 187 A1 and according to the DE 22 06 912 A1 used.
- the principle used is based on the introduction of transverse and bending forces and thus bending moments in the corresponding rolls.
- the effect is usually not sufficient to compensate for the different deflection states of a rolling mill due to different Walzgutfesttechniken and widths. Therefore, additionally different crowned ground rolls are used or roll shifting systems are provided.
- These axial displacement systems operate either on the principle of internal load transfer or the variable equivalent crowning of two rolls (so-called Continuous Variable Crown - CVC system).
- the use of different spherical rollers is cumbersome. Displacement systems are also expensive and lead in particular in the case of load transfer to unwanted pivoting movements of the framework. The same applies to principles that work with slightly intersecting rolls.
- the present invention has the object, a rolling stand of the type mentioned in such a way that it is possible in a simpler and less expensive manner and with as few elements as possible to initiate a bending moment counteracting the bending moment in the roll. It should be possible to dispense with elaborate mechanisms, while still ensuring that bending of the roller, which stem from the rolling forces, can be compensated as well as possible.
- each chock is connected to a bending lever and the adjusting element is arranged so that its contact force is introduced at a remote from the center plane of the chock in the bending lever and on this on the chock.
- the positioning element acts on a cross-member, which is connected via two joints, each with a bending lever.
- two adjusting elements are provided, which are arranged mirrored to a center plane of the roller. These can be connected via two joints, each with a bending lever. The two joints can be connected to each other via a crossbar.
- the at least one adjusting element is preferably a hydraulic piston-cylinder system.
- the one or more Anstellelemente can be supported on a stationary crosshead of the rolling stand.
- a structurally advantageous solution provides that the roller together with chocks and bending levers in the direction perpendicular to the conveying direction of the rolling stock in the rolling stand between two side cheeks of the roll stand is slidably disposed.
- the bending levers can surround the chocks laterally and form a sliding surface to the side cheeks.
- bending levers and the chocks means may be provided which are suitable for introducing a torque from the bending lever in the chock.
- this is a tongue-and-groove connection extending in the direction of the axis of rotation of the roller.
- the rolls mentioned here may be work rolls in duo-stands or back-up rolls.
- the proposed solution thus provides that the rolling force induced deflections of the set of rolls and the associated imperfections of the roll gap geometry are largely avoided by the rolling force itself bending moments on the rollers (especially on the back-up rolls and the work rolls) are constructed, the bending effect of the rolling force-induced deflection of the rolls is opposite.
- the present invention is based on a scaffold principle that prevents the unwanted rolling force-induced roller deformations predominantly and almost independently of rolling force and thus has the potential to manage with a minimum of active flatness adjustment systems.
- Fig. 1 is a section of a rolling stand to see that has a work roll 1 with a rotation axis A, which is mounted in two chocks 2 and 3 in a known manner.
- the work roll rolls a rolling stock, not shown, that is rolled in the conveying direction F (perpendicular to the drawing plane).
- the work roll 1 is pressed by means of a hydraulic adjusting element 4 against the rolling stock.
- the deflection of the roller 1 due to the contact with the rolling stock is superimposed on a counter-bending moment, which is generated by two bending levers 5 and 6.
- the two bending levers 5, 6 are rotatably connected to the chocks 2, 3. They are connected in the central region of the device at two articulation points G by means of two joints 8 and 9 with a traverse 7, on which the adjusting element 4 acts.
- the adjusting element 4 is supported on a crosshead 10 of the roll stand.
- the roller length is indicated by L B and is smaller than the distance L of the center planes M E of the two chocks 2, 3. Also given is the distance l two rolling bearings, which are arranged in the chock 2, 3 and store the roll neck.
- the arrangement is symmetrical overall, ie a mirror image of a central plane M W of the roller. 1
- Fig. 3 is in the view A according to Fig. 1 to see how the roller 1 together with chocks 2, 3 and bending levers 5, 6 is arranged displaceably in the vertical direction in the rolling stand.
- the roll stand on two side cheeks 11 and 12, the respective sliding surfaces 13 and 14 have, so that the bending lever 5, 6 can slide vertically up and down.
- still means 15 - here in the form of a tongue and groove joint - with which a bending moment of the bending levers 5, 6 can be introduced into the chock 2, 3.
- a scaffold loaded by a rolling force distribution would be set up in the same manner - centrically and in the same width - as the rolling stock acting on the work roll.
- a rotating roller can not be employed in the center by one or more stationary setting cylinders - the location of the introduction of rolling force can only be the chock with the roller bearing.
- the aim of the present solution is to use the basic principle of ideal rolling force application, namely along the roll mantle.
- the loaded in the same way as employed roller experiences no bending moment - both locally and as a whole.
- the roll axis remains straight.
- the fact that the rolling force can be initiated only on the chocks and not along the roll shell, means that a compensating bending-back torque can not be initiated locally, but also only on the chock in the roll.
- the Anstellzylinderkraftkraft is not centrally applied to the chocks or roller bearings, but at a suitable distance. The resulting moment must be initiated by a sufficiently stable mechanism in the chock.
- Fig. 1 shows such an arrangement with a central adjusting cylinder.
- the contact force can also be applied by several cylinders, as in Fig. 2 is shown with two Anstellzylindern. It is essential that a suitably dimensioned distance of the load application point to the chock is present and the connection of the bending lever with the chock can transmit a moment.
- the combination of chock and bending lever must be designed so that the chock can not be wedged in the stator window and can not be moved in the sequence for employment. Furthermore, the changeability of the support roller must be ensured.
- the movability of the roller can be achieved, for example, by the fact that the cheeks of the bending lever comprise the outer sides of the component and the movement takes place between the cheeks and the roll stand, as shown in FIG Fig. 3 you can see.
- the chock is designed so that the compensating bending moment is introduced by a superimposed on the other forces pair of forces on the chock, the lines of action of the force pair should correspond approximately to the positions of the radial roller bearings to largely avoid torque loads on the bearings.
- the adjusting cylinder bears on the one hand on the force-transmitting bridge, consisting of the two bending levers (including traverse), on the other hand, it relies on the crosshead of the rolling mill.
- the adjusting cylinder can be replaced by a pass line adjustment or simply by a fixed pressure piece.
- the pivoting of the framework takes place, at least in the case of a central adjusting cylinder, preferably by the appropriately equipped balancing cylinder. Due to the lower hysteresis of these small cylinders, this also requires more precise pivoting.
- the Zylinderanstellkraft F A acts centrally on the traverse 7 of the bending bridge, which comprises the two bending levers 5 and 6 in addition to the traverse 7, wherein the connection between the bending levers 5, 6 and the traverse 7 via joints 8 and 9 takes place.
- the platen 1 is simplified as a round bar over the length of constant cross-section shown in the middle and loaded with a single force F W from the rolling process.
- the system does not experience any asymmetries in this simplified representation and is weight-free, so that the balancing forces F B1 and F B2 compensating the weight of the roller and its attachments are equal to zero.
- the bending levers 5, 6 and the roll chocks 2, 3 are combined to form a body - ultimately, a division into two components is optionally only a lighter structural design.
- the connection of roll chock / bending bridge takes place in this replacement system by simple fixed bearing whose distance in the chock l is.
- the chock centers (center planes M E ) have the bearing center distance L, the distance of the joints 8, 9 from the respective chock centers is S.
- E is the modulus of elasticity of the roll material
- I is the area moment of inertia.
- S / L 0.5 means that the bending lever has the maximum length, ie half the bearing center distance, and thus the rebound moment is greatest.
- Fig. 5 shows for this simplified example that a substantial compensation for bending lever lengths of about 30% of the bearing center distance L is to be expected. For real, so not (as in the example) deliberately idealized conditions such. B. offset stepped rollers, other optimal lever lengths are to be expected, the principle remains the same.
- the system according to the invention is preferably also used in combination with the previously known systems for roll gap influencing.
- variable lever lengths S that is, locations of the hinge points G
- active control can be used for active control.
- the invention enables a simple scaffolding design, with the property that the roll force induced deformations of the set of rolls are compensated automatically, without external intervention and properly dimensioned.
- the same would be achieved with conventional construction only with significantly thicker back-up rolls or a complex, active flatness correction system.
- the roll would have to be more than 70% thicker in order to have a similar behavior to the mechanism according to the invention. This would have an enormous enlargement of the framework with corresponding additional costs.
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Description
- Die Erfindung betrifft ein Walzgerüst mit mindestens einer eine Drehachse aufweisende Walze, die in zwei in den axial endseitigen Bereichen der Walze angeordneten und jeweils eine Mittenebene aufweisenden Einbaustücken gelagert ist, wobei die Walze mit mindestens einem Anstellelement in Richtung senkrecht zur Förderrichtung des Walzguts angestellt werden kann.
- Beim Walzen eines metallischen Gutes kommt der möglichst genauen Einstellung und Beibehaltung des Walzspaltes entscheidende Bedeutung zu, da hierdurch die Endgeometrie des Walzguts bestimmt wird. Durch die Walzkräfte kommt es indes zu Durchbiegungen der Walzen, wobei dies sowohl für die Arbeitswalzen als auch für die Zwischen- und Stützwalzen eines Walzgerüsts gilt. Eines der klassischen Probleme beim Walzen von Flachstahl ist also die walzkraftbedingte Durchbiegung des Walzensatzes, was zu einer mehr oder weniger großen Abweichung der Walzspaltform von der durch das Bandprofil bestimmten Idealform und somit zu Unplanheiten führt. Um dies zu kompensieren, wurden verschiedene Lösungen entwickelt, die auf unterschiedlichen Prinzipien beruhen.
- Die
DE 24 28 823 A1 setzt ein Spindelsystem ein, mit dem auf die beiden Walzeneinbaustücke ein Biegemoment dadurch aufgebracht werden kann, dass die Spindel auf zwei kalottenartig ausgebildete Schalenelemente verschoben werden. Hierdurch wird in die Walzeneinbaustücke ein Biegemoment eingeleitet, das dem Biegemoment entgegenwirkt, das durch die Durchbiegung der Walze entsteht. - Bei der
DE 20 34 490 A1 werden außerhalb der Mittenebene der Einbaustücke angeordnete Zusatz-Kolben-Zylinder-Einheiten eingesetzt, mit denen ein Biege- bzw. Kippmoment in die Einbaustücke eingeleitet werden kann, das der Biegung der Walze entgegenwirkt. - Bei der
DE 15 27 662 A1 wird ein kniehebelartiges Gestänge eingesetzt, um auf die beiden Einbaustücke der Walze ein Biegemoment auszuüben, das wiederum dem Biegemoment entgegenwirkt, durch das die Walze walzkraftbedingt gebogen wird. - Axial verschiebliche Zwischenwalzen mit nicht-zylindrischer Außenkontur werden bei der Lösung gemäß der
DE 30 00 187 A1 und gemäß derDE 22 06 912 A1 eingesetzt. - Eine andere Lösung mit mechanischer Gegenbiegung ist aus der
US 1 860 931 bekannt. - Heutige Walzwerke besitzen in der Regel zumindest ein Biegesystem für die Arbeitswalzen, beim 6-Walzengerüst auch häufig für die Zwischenwalzen. Das zur Anwendung kommende Prinzip basiert dabei auf der Einleitung von Quer- und Biegekräften und somit von Biegemomenten in die entsprechenden Walzen. Die Wirkung reicht dabei aber zumeist nicht aus, um die unterschiedlichen Durchbiegungszustände eines Walzwerks aufgrund verschiedener Walzgutfestigkeiten und -breiten zu kompensieren. Deshalb werden zusätzlich verschieden ballig geschliffene Walzen eingesetzt oder Walzenverschiebesysteme vorgesehen. Diese Axialverschiebesysteme arbeiten entweder nach dem Prinzip der internen Lastverlagerung oder der veränderlichen äquivalenten Balligkeit zweier Walzen (sog. Continuous Variable Crown - CVC-System). Der Einsatz verschieden balliger Walzen ist umständlich. Verschiebesysteme sind zudem teuer und führen insbesondere im Falle der Lastverlagerung zu ungewollten Schwenkbewegungen des Gerüsts. Gleiches gilt für Prinzipien, die mit sich leicht kreuzenden Walzen arbeiten.
- Allen vorbekannten Lösungen ist gemein, dass spezielle Vorrichtungselemente eingesetzt werden müssen, um der walzkraftbedingten Durchbiegung der (Arbeits-) Walze ein Gegen-Biegemoment zu überlagern. Entsprechend aufwändig und teilweise regelungstechnisch schwierig sind die vorbekannten Lösungen in der Umsetzung.
- Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Walzgerüst der eingangs genannten Art so fortzubilden, dass es in einfacherer und weniger aufwändiger Weise und mit möglichst wenigen Elementen möglich wird, ein dem Walzenbiegemoment entgegenwirkendes Biegemoment in die Walze einleiten zu können. Es soll also auf aufwändige Mechanismen verzichtet werden können, wobei dennoch sichergestellt sein soll, dass Verbiegungen der Walze, die von den Walzkräften herrühren, möglichst gut ausgeglichen werden können.
- Die Lösung dieser Aufgabe durch die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass jedes Einbaustück mit einem Biegehebel verbunden ist und das Anstellelement so angeordnet ist, dass seine Anstellkraft an einer von der Mittenebene des Einbaustücks entfernten Stelle in den Biegehebel und über diesen auf das Einbaustück eingeleitet wird.
- Dabei kann nur ein einziges Anstellelement vorhanden sein, das mittig zwischen den Einbaustücken angeordnet ist. In diesem Fall kann vorgesehen sein, dass das Anstellelement auf eine Traverse wirkt, die über zwei Gelenke mit jeweils einem Biegehebel verbunden ist.
- Alternativ kann auch vorgesehen werden, dass zwei Anstellelemente vorhanden sind, die gespiegelt zu einer Mittenebene der Walze angeordnet sind. Diese können über zwei Gelenke mit jeweils einem Biegehebel verbunden sein. Die beiden Gelenke können dabei über eine Traverse miteinander verbunden sein.
- Das mindestens eine Anstellelement ist vorzugsweise ein hydraulisches Kolben-Zylinder-System. Das oder die Anstellelemente können sich an einem ortsfesten Querhaupt des Walzgerüsts abstützen.
- Eine konstruktiv vorteilhafte Lösung sieht vor, dass die Walze samt Einbaustücken und Biegehebeln in Richtung senkrecht zur Förderrichtung des Walzguts im Walzgerüst zwischen zwei Seitenwangen des Walzgerüsts verschieblich angeordnet ist. Die Biegehebel können dabei die Einbaustücke seitlich einfassen und eine Gleitfläche zu den Seitenwangen bilden.
- Zwischen den Biegehebeln und den Einbaustücken können Mittel vorgesehen sein, die zur Einleitung eines Drehmoments vom Biegehebel in das Einbaustück geeignet sind. Hierbei handelt es sich gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung um eine sich in Richtung der Drehachse der Walze erstreckende Nut-Feder-Verbindung.
- Bei den hier angesprochenen Walzen kann es sich um Arbeitswalzen bei Duo-Gerüsten oder um Stützwalzen handeln.
- Die vorgeschlagene Lösung stellt also darauf ab, dass die walzkraftbedingten Durchbiegungen des Walzensatzes und die damit verbundenen Imperfektionen der Walzspaltgeometrie weitgehend dadurch vermieden werden, dass durch die Walzkraft selber Biegemomente auf die Walzen (insbesondere auf die Stützwalzen und die Arbeitswalzen) aufgebaut werden, deren Biegewirkung der walzkraftbedingten Durchbiegung der Walzen entgegengerichtet ist.
- Die vorliegende Erfindung stellt auf ein Gerüstprinzip ab, das die ungewollten walzkraftbedingten Walzendeformationen überwiegend und nahezu walzkraftunabhängig verhindert und somit das Potential hat, mit einem Minimum an aktiven Planheitsstellsystemen auszukommen.
- Dennoch kann der erfindungsgemäße Vorschlag auch mit allen vorbekannten Stellsystemen kombiniert werden.
- In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt. Es zeigen:
- Fig. 1
- schematisch eine Arbeitswalze samt ihren beiden Einbaustücken und einer Biegebrücke, wobei die Walze von einem Anstellelement angestellt wird, betrachtet in Förderrichtung des Walzguts,
- Fig. 2
- eine zu
Fig. 1 alternative Ausgestaltung der Vorrichtung mit zwei Anstellelementen, - Fig. 3
- die Vorrichtung nach
Fig. 1 aus Richtung A gemäßFig. 1 gesehen, - Fig. 4
- ein mechanisches Ersatzmodell für die Vorrichtung gemäß
Fig. 1 mit Angabe der Kräfte und Geometriegrößen und - Fig. 5
- den Verlauf eines Verhältnisses y / yunkorrigiert über einem Verhältnis x/L für verschiedene Werte S/L.
- In
Fig. 1 ist abschnittsweise ein Walzgerüst zu sehen, das eine Arbeitswalze 1 mit einer Drehachsen A aufweist, die in zwei Einbaustücken 2 und 3 in bekannter Weise gelagert ist. Die Arbeitswalze walzt ein nicht dargestelltes Walzgut, dass in Förderrichtung F (senkrecht auf der Zeichenebene) gewalzt wird. Die Arbeitswalze 1 wird mittels eines hydraulischen Anstellelements 4 gegen das Walzgut gedrückt. Der Durchbiegung der Walze 1 infolge des Kontakts mit dem Walzgut wird ein Gegen-Biegemoment überlagert, das durch zwei Biegehebel 5 und 6 erzeugt wird. Die beiden Biegehebel 5, 6 sind drehfest mit den Einbaustücken 2, 3 verbunden. Sie sind im mittleren Bereich der Vorrichtung an zwei Gelenkstellen G mittels zweier Gelenke 8 und 9 mit einer Traverse 7 verbunden, auf die das Anstellelement 4 wirkt. Das Anstellelement 4 stützt sich an einem Querhaupt 10 des Walzgerüsts ab. - Die Walzenlänge ist mit LB angegeben und ist kleiner als der Abstand L der Mittenebenen ME der beiden Einbaustücke 2, 3. Angegeben ist auch noch der Abstand l zweier Wälzlager, die im Einbaustück 2, 3 angeordnet sind und den Walzenzapfen lagern. Die Anordnung ist insgesamt symmetrisch, d. h. spiegelbildlich zu einer Mittenebene MW der Walze 1.
- Die Lösung gemäß
Fig. 2 unterscheidet sich von derjenigen gemäßFig. 1 nur dadurch, dass hier zwei Anstellelemente 4 zum Einsatz kommen. Die Ausführungen zuFig. 1 gelten hier ansonsten entsprechend. - In
Fig. 3 ist in der Ansicht A gemäßFig. 1 zu sehen, wie die Walze 1 samt Einbaustücken 2, 3 und Biegehebeln 5, 6 in vertikale Richtung im Walzgerüst verschieblich angeordnet ist. Hierzu weist das Walzgerüst zwei Seitenwangen 11 und 12 auf, die jeweilige Gleitflächen 13 und 14 haben, so dass die Biegehebel 5, 6 hieran vertikal auf und ab gleiten können. Zu erwähnen sind noch Mittel 15 - hier in Form einer Nut-Feder-Verbindung - mit denen ein Biegemoment von den Biegehebeln 5, 6 in das Einbaustück 2, 3 eingeleitet werden kann. - Idealerweise würde ein durch eine Walzkraftverteilung belastetes Gerüst in gleicher Art und Weise angestellt - zentrisch und in gleicher Breite - wie das auf die Arbeitswalze wirkende Walzgut. Allerdings kann eine rotierende Walze nicht mittig durch einen oder mehrere stehende Anstellzylinder angestellt werden - der Ort der Walzkrafteinleitung kann nur das Einbaustück mit der Walzenlagerung sein.
- Die vorliegende Lösung hat zum Ziel, das Grundprinzip der idealen Walzkraftaufbringung, nämlich längs des Walzenmantels, zu nutzen. Die in gleicher Art belastete wie angestellte Walze erfährt keinerlei Biegemoment - lokal wie auch als Ganzes. Die Walzenachse bleibt gerade. Der Umstand, dass die Walzkraft nur über die Einbaustücke und nicht längs des Walzenmantels eingeleitet werden kann, bedeutet, dass ein kompensierendes Rückbiegemoment nicht lokal, sondern ebenfalls nur am Einbaustück in die Walze eingeleitet werden kann. Zur Erzeugung dieses Rückbiegemoments wird die Anstellzylinderkraft nicht mittig auf die Einbaustücke bzw. Walzenlager aufgebracht, sondern in einem geeigneten Abstand. Das daraus resultierende Moment muss durch einen ausreichend stabilen Mechanismus in das Einbaustück eingeleitet werden.
-
Fig. 1 zeigt eine derartige Anordnung mit einem zentralen Anstellzylinder. Die Anstellkraft kann aber auch durch mehrere Zylinder aufgebracht werden, wie es inFig. 2 mit zwei Anstellzylindern gezeigt ist. Wesentlich ist, dass ein geeignet bemessener Abstand des Lastangriffspunktes zum Einbaustück vorliegt und die Verbindung des Biegehebels mit dem Einbaustück ein Moment übertragen kann. - Konstruktiv muss die Kombination aus Einbaustück und Biegehebel so gestaltet werden, dass das Einbaustück sich nicht im Ständerfenster verkeilt und in der Folge nicht mehr zur Anstellung bewegt werden kann. Weiterhin muss die Wechselbarkeit der Stützwalze gewährleistet sein. Die Verfahrbarkeit der Walze kann zum Beispiel dadurch erreicht werden, dass die Wangen des Biegehebels die Außenseiten des Baustücks umfassen und die Bewegung zwischen den Wangen und dem Walzwerksständer erfolgt, wie es in
Fig. 3 zu sehen ist. - Idealerweise wird das Einbaustück so gestaltet, dass das kompensierende Rückbiegemoment durch ein den anderen Kräften überlagertes Kräftepaar auf das Einbaustück eingeleitet wird, wobei die Wirkungslinien des Kräftepaares ungefähr den Positionen der Radialwälzlager entsprechen sollten, um Momentenbelastungen auf die Wälzlager weitgehend zu vermeiden. Der Anstellzylinder lastet zum einen auf der kraftübertragenden Brücke, bestehend aus den beiden Biegehebeln (samt Traverse), zum anderen stützt er sich am Querhaupt des Walzwerkes ab. Dasselbe Prinzip kann auch für den nicht aktiv angestellten und in der Regel unteren Walzensatz angewendet werden, wobei der Anstellzylinder durch eine Passlinienanstellung oder einfach durch ein festes Druckstück ersetzt werden kann. Das Schwenken des Gerüsts erfolgt zumindest im Falle eines zentralen Anstellzylinders vorzugsweise durch die entsprechend ausgestatteten Ausbalancierzylinder. Dies bedingt aufgrund der geringeren Hysterese dieser kleinen Zylinder auch ein präziseres Schwenken.
- Die Wirkungsweise des Prinzips wird im folgenden anhand einer vereinfachten Anordnung erläutert, wozu auf
Fig. 4 Bezug genommen wird. - Die Zylinderanstellkraft FA wirkt zentrisch auf die Traverse 7 der Biegebrücke, die neben der Traverse 7 die beiden Biegehebel 5 und 6 umfasst, wobei die Verbindung zwischen den Biegehebeln 5, 6 und der Traverse 7 über Gelenke 8 und 9 erfolgt. Die Walze 1 ist vereinfacht als Rundbalken mit über der Länge konstantem Querschnitt dargestellt und mittig mit einer Einzelkraft FW aus dem Walzprozess belastet.
- Das System erfährt in dieser vereinfachten Darstellung keinerlei Asymmetrien und ist gewichtsfrei, so dass die das Gewicht der Walze und ihrer Anbauten kompensierenden Balancierkräfte FB1 und FB2 gleich Null sind. Die Biegehebel 5, 6 und die Walzeneinbaustücke 2, 3 sind zu einem Körper zusammengefasst - letztendlich dient eine Aufteilung in zwei Bauteile gegebenenfalls nur einer leichteren konstruktiven Gestaltung. Die Verbindung von Walzeneinbaustück /Biegebrücke erfolgt in diesem Ersatzsystem durch einfache Festlager, deren Abstand im Einbaustück l ist. Die Einbaustückmitten (Mittenebenen ME) haben den Lagermittenabstand L, der Abstand der Gelenke 8, 9 von den jeweiligen Einbaustückmitten ist S. Das rückstellende Kompensationsmoment MK ermittelt sich zu
und wegen FB1 = FB2 = 0 zu -
- Der mit Abstand größte Anteil an der Deformation eines Walzensatzes in einem Gerüst unter Last ist die Durchbiegung der äußeren Walzen (in der Regel der Stützwalzen). Werden die Walzenbiegelinie aufgrund der Walzkraft FW = FA und die Walzenbiegelinie aufgrund des Kompensationsmomentes MK einander überlagert, so ergibt sich folgende Funktion:
für x < L/2 und mit der Laufkoordinate x und der Durchbiegung y. - E ist der Elastizitätsmodul des Walzenwerkstoffs, I das Flächenträgheitsmoment.
- Für einen Abstand S = 0 ergibt sich die bekannte Biegelinie eines zentrisch belasteten, gelenkig gelagerten Trägers.
-
- Diese Funktion ist in Abhängigkeit des Abstandsparameters S in
Fig. 5 dargestellt. Die Laufkoordinate x/L = 0 beschreibt die Einbaustückmitte (Lagermittenposition, d. h. Mittenebene ME), x/L = 0,5 kennzeichnet die Walzenmitte. S/L = 0 bedeutet, dass die Krafteinleitung der Anstellzylinderkraft einbaustückmittig, d. h. ohne Biegewirkung erfolgt. Dieser Zustand entspricht einem konventionellen Walzgerüst. S/L = 0,5 bedeutet, dass der Biegehebel die maximale Länge, d. h. den halben Lagermittenabstand aufweist und somit das Rückbiegemoment am größten ist. -
Fig. 5 zeigt für dieses vereinfachte Beispiel, dass eine weitgehende Kompensation bei Biegehebellängen von etwa 30 % des Lagermittenabstandes L zu erwarten ist. Für reale, also nicht (wie im Beispiel) bewusst idealisierte Verhältnisse, wie z. B. stufenförmig abgesetzt Walzen, sind andere optimale Hebellängen zu erwarten, das Prinzip bleibt jedoch gleich. - Die oben aufgeführten Beschreibungen und Berechnungen belegen, dass ein Walzgerüst so gestaltet werden kann, dass die wesentlichen Deformationsanteile der Walzensätze auf ca. 20 % oder weniger im Vergleich zu konventionellen Gerüsten reduziert werden können, ohne dafür aktive und mechanisch aufwändige und komplizierte Stellmechanismen vorsehen zu müssen.
- Bei heutigen Quatrogerüsten ist es zumeist üblich, zur Beeinflussung der Walzspaltgeometrie zwei aktive mechanische Stellmechanismen zur Beeinflussung der Walzspaltgeometrie einzusetzen, nämlich ein Arbeitswalzenbiegesystem und ein Walzenverschiebesystem. Beide Systeme haben einen näherungsweise gleich großen Stellbereich. Treten aufgrund des oben beschriebenen Prinzips nur noch 20 % der wesentlichen Walzensatzdeformationen auf, verbleibt für ein ggf. noch vorhandenes Biegesystem ein wesentlich größerer Stellbereich für die Planheitsregelung als bei einem herkömmlichen Gerüst, bei dem die Biegung zu einem großen Teil für die Grundeinstellung des Walzwerks eingesetzt werden muss.
- Demgemäß kommt das erfindungsgemäße System bevorzugt auch in Kombination mit den vorbekannten Systemen zur Walzspaltbeeinflussung zum Einsatz. Dies gilt insbesondere für Ausbalancierzylinder zum Schwenken, für aktive Stellsysteme zur Walzenbiegung, für Walzenverschiebesysteme, für Walzenschränkungssysteme und auch für thermisch arbeitende Systeme.
- Natürlich ist der erfindungsgemäße Vorschlag in allen Gerüstarten einsetzbar, d. h. bei 2-, 4- und 6-Walzen-Gerüsten sowie Gerüsten mit seitlichen Walzenabstützungen.
- Ferner kann fortbildungsgemäß vorgesehen werden, dass veränderliche Hebellängen S (d. h. Orte der Gelenkpunkte G) für eine aktive Regelung zum Einsatz kommen können.
- Der Hauptvorteil ist aber, dass die Erfindung eine einfache Gerüstbauart ermöglicht, mit der Eigenschaft, dass die walzkraftbedingten Deformationen des Walzensatzes automatisch, ohne äußeres Zutun und richtig bemessen weitgehend kompensiert werden. Ähnliches würde man bei konventioneller Bauweise nur mit deutlich dickeren Stützwalzen oder einem aufwendigen, aktiven Planlagenkorrektursystem erreichen. Für das oben beschriebene vereinfachte Beispiel mit nur noch 20 % Restdeformation im Vergleich zum konventionellen Gerüst gleicher Baugröße müsste die Walze mehr als 70 % dicker sein, um ein ähnliches Verhalten wie der erfindungsgemäße Mechanismus aufzuweisen. Dies hätte eine enorme Vergrößerung des Gerüstes mit entsprechenden Mehrkosten zur Folge.
-
1 Walze (Arbeitswalze) 2 Einbaustück 3 Einbaustück 4 Anstellelement 5 Biegehebel 6 Biegehebel 7 Traverse 8 Gelenk 9 Gelenk 10 Querhaupt 11 Seitenwange 12 Seitenwange 13 Gleitfläche 14 Gleitfläche 15 Mittel zur Drehmoment-(Biegemoment)-Einleitung (Nut-Feder-Verbindung) a Drehachse F Förderrichtung ME Mittenebene des Einbaustücks MW Mittenebene der Walze G von der Mittenebene des Einbaustücks entfernte Stelle (Stelle des Gelenks)
Claims (12)
- Walzgerüst mit mindestens einer eine Drehachse (a) aufweisende Walze (1), die in zwei in den axial endseitigen Bereichen der Walze (1) angeordneten und jeweils eine Mittenebene (ME) aufweisenden Einbaustücken (2, 3) gelagert ist, wobei die Walze (1) mit mindestens einem Anstellelement (4) in Richtung senkrecht zur Förderrichtung (F) des Walzguts angestellt werden kann,
dadurch gekennzeichnet,
dass jedes Einbaustück (2, 3) mit einem Biegehebel (5, 6) verbunden ist und das Anstellelement (4) so angeordnet ist, dass seine Anstellkraft an einer von der Mittenebene (ME) des Einbaustücks (2, 3) entfernten Stelle (G) in den Biegehebel (5, 6) und über diesen auf das Einbaustück (2, 3) eingeleitet wird. - Walzgerüst nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein einziges Anstellelement (4) vorhanden ist, das mittig zwischen den Einbaustücken (2, 3) angeordnet ist.
- Walzgerüst nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Anstellelement (4) auf eine Traverse (7) wirkt, die über zwei Gelenke (8, 9) mit jeweils einem Biegehebel (5, 6) verbunden ist.
- Walzgerüst nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwei Anstellelemente (4) vorhanden sind, die gespiegelt zu einer Mittenebene (MW) der Walze (2) angeordnet sind.
- Walzgerüst nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Anstellelemente (4) über zwei Gelenke (8, 9) mit jeweils einem Biegehebel (5, 6) verbunden sind.
- Walzgerüst nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Gelenke (8, 9) über eine Traverse (7) miteinander verbunden sind.
- Walzgerüst nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Anstellelement (4) ein hydraulisches Kolben-Zylinder-System ist.
- Walzgerüst nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass sich das mindestens eine Anstellelement (4) an einem ortsfesten Querhaupt (10) des Walzgerüsts abstützt.
- Walzgerüst nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Walze (1) samt Einbaustücken (2, 3) und Biegehebeln (5, 6) in Richtung senkrecht zur Förderrichtung (F) des Walzguts im Walzgerüst zwischen zwei Seitenwangen (11, 12) des Walzgerüsts verschieblich angeordnet ist.
- Walzgerüst nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Biegehebel (5, 6) die Einbaustücke (2, 3) seitlich einfassen und eine Gleitfläche (13, 14) zu den Seitenwangen (11, 12) bilden.
- Walzgerüst nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den Biegehebeln (5, 6) und den Einbaustücken (2, 3) Mittel (15) vorgesehen ist, die zur Einleitung eines Drehmoments vom Biegehebel (5, 6) in das Einbaustück (2, 3) geeignet sind.
- Walzgerüst nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel (15) durch eine sich in Richtung der Drehachse (a) der Walze (1) erstreckende Nut-Feder-Verbindung (13) gebildet werden.
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